第三节 原子晶体与分子晶体文档格式.docx

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高手支招之一：

细品教材

一、原子晶体

1.原子晶体定义：

相邻原子之间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体称为原子晶体。

高手笔记：

⑴原子晶体的基本微粒：

原子

⑵形成原子晶体的作用力：

共价键。

在原子晶体中只存在共价键，没有分子间作用力和其他相互作用。

2.常见的原子晶体：

金刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、碳化硅等

记忆原子晶体时，分为单质和化合物两类来记。

非金属单质：

金刚石、晶体硅、晶体硼

共价化合物：

二氧化硅、碳化硅

3.原子晶体的物理性质：

原子晶体中的原子以较强共价键相连接，因此在晶体中，原子不遵循紧密堆积原则;

原子晶体一般熔点都很高，硬度都很大，这是由于原子晶体熔化时必须破坏其中的共价键，而共价键的键能相对较大，破坏它们需要很多的能量。

另外原子晶体还具有难溶于水，固态时不导电等性质。

结构决定性质:

原子晶体是由中性原子构成的，原子间通过共价键紧密地连接在一起。

共价键的饱和性和方向性决定了原子晶体中每个原子的配位数是一定的，原子的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。

4.常见的几种原子晶体的结构：

⑴金刚石

在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。

这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体（如右图）。

金刚石晶体中所有C-C键长相等，键角相等（均为109028’）；

晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；

晶体中每个C参与了4条C-C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子个数与C-C键数之比为1：

（4×

1/2）＝1：

2。

①金刚石晶体中每个碳原子以SP3杂化和它紧邻的的四个碳原子以共价键相互结合。

②晶体硅的晶体结构跟金刚石相近，即把金刚石中的碳原子换成硅原子。

例1：

在amol金刚石中含C—C键数为（）

A、4a×

6.02×

1023B、a×

1023C、2a×

1023D、8a×

1023

解析：

在金刚石晶体中，每一个碳原子与4个碳原子构成4个共价键，但属于这个碳原子的化学键只有一半，因此，每个碳原子可形成4×

=2个C—C共价键。

即amolC原子可形成a×

2×

1023个共价键。

答案：

C

（2）水晶：

水晶是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体，在SiO2晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，Si原子位于四面体的中心，氧原子分别位于4个顶点，同时每个O原子与2个Si原子相结合，也就是说，每个氧原子被2个硅氧四面体所共用，在每个四面体中占有一个Si原子、2个O原子，所以SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：

2的比例组合成的立体网状的晶体，并不存在单个的SiO2分子。

原子晶体中的微粒是原子，因此原子晶体中不存在单个分子。

所以原子晶体的化学式如SiO2代表硅元素原子和氧气元素原子个数比为1:

2，并不代表分子。

SiO2晶体结构相当于将金刚石中的C原子全都改换为Si原子，同时在每两个Si原子中心联线的中间增添一个O原子，在晶体中只存在Si－O键，不存在Si－Si键和O－O键。

例2：

关于SiO2晶体的叙述正确的是（）

　　A、通常状况下，60克SiO2晶体中含有的分子数为NA（NA表示阿伏加德罗常数的数值）

　　B、60克SiO2晶体中，含有2NA个Si－O键

　　C、晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点

　　D、SiO2晶体中含有1个硅原子，2个氧原子

60克SiO2晶体即1molSiO2，晶体中含有Si－O键数目为4mol（每个硅原子、氧原子分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si－O共价键），含4NA个Si－O键；

SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅氧原子个数比为1：

5.原子晶体的熔点高低与其内部的结构密切相关：

对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就高。

原子晶体共价键的强弱的比较：

一般地说，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其熔、沸点越高。

如：

金刚石＞碳化硅＞晶体硅。

例3：

碳化硅（SiC）的一种具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替出现的，即每个Si原子处于四个C原子构成的四面体的内部，每个C原子也处于四个Si原子构成的四面体的内部。

下列三种晶体：

①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点由高到低的顺序是（）

A、①③②　B、②③①

C、③①②　D、②①③

在结构相似的原子晶体中，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高。

题目中所给的信息是有关SiC结构的知识，通过信息加工并比较碳原子和硅原子的半径，应得出Si-Si键的键长比Si-C键的键长长，Si-C键比C-C键的键长长的结论，所以键能由高到低的顺序应该是C-C键>

C-Si键>

Si-Si键，由此可推出熔点由高到低的顺序是①③②。

A

二、分子晶体

1.分子晶体定义：

分子间通过分子间作用力构成的的晶体称为分子晶体。

（1）构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力

（2）原子首先通过共价键结合成分子，分子作为基本构成微粒，通过分子间作用力结合成分子晶体。

（1）分子间作用力的特征：

①广泛存在于分子间；

②只有分子充分接近时才有分子间作用力；

③分子间作用力远小于化学键，化学键存在于离子、原子之间，键能大小为120~800kJ•mol－1。

分子间作用力存在于分子间，通常每摩尔为几到几十千焦。

2.分子晶体的类别：

多数非金属单质（除了金刚石、晶体硅、晶体硼、石墨等），多数非金属氧化物（如干冰、CO、冰等）、非金属气态氢化物（如NH3，CH4等）、稀有气体、许多有机物等。

形成分子晶体的物质类别多数是共价化合物和非金属单质。

分子晶体并不一定存在共价键，如稀有气体元素单质形成的晶体中只有范德华力。

例4：

下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是（）

A、非金属单质B、非金属氧化物C、含氧酸D、金属氧化物

解析:

对于这类要考虑一般规律与特例，非金属单质中金刚石、晶体硅、硼均为原子晶体，非金属氧化物中的二氧化硅为原子晶体，活泼金属氧化物为离子晶体，只有含氧酸为分子晶体。

Ｃ

3.常见的分子晶体的晶体结构

（1）碘晶体的晶胞是长方体，碘分子除了占据长方体的每个顶点外，在每个面上还有一个碘分子。

（2）干冰：

干冰晶体是一种立方面心结构，每8个CO2分子构成立方体，且在六个面的中心又各占据1个CO2分子。

每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。

在分子晶体中，因分子之间的相互作用通常不具有方向性，因此分子晶体中的分子在堆积排列时会尽可能利用空间而采取紧密堆积的方式，这与金属晶体和离子晶体的紧密堆积是相似的。

（3）冰：

冰晶体主要是水分子依靠氢键形成的，由于氢键具有一定的方向性，中央的水分子与周围四个水分结合，边缘的四个水分子也按同样的规律再与其他的水分子结合。

这样每个水分子中的每个氧原子周围都有四个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。

可以看出，由于氢键的方向性和饱和性使水分子不能采取紧密堆积，这种排列中，分子的间距比较大，有很多空隙，类似于蜂巢结构，比较松散。

因此水由液态变成固态时，密度变小。

①氢键：

具有方向性和饱和性，本质上与共价键的方向性和饱和性不同。

方向性：

X—H…Y三个原子在同一方向上，原因是这样的方向成键两原子电子云之间的排斥力最小，形成的氢键最强，体系更稳定。

饱和性：

每一个X—H只能与一个Y原子形成氢键，原因是H的原子半径很小，再有一个原子接近时，会受到X、Y原子电子云的排斥。

②冰晶体中存在氢键和范德华力，氢键的作用要强于范德华力，因此冰晶体主要依靠氢键形成。

例5：

水的沸点是100℃，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是—60.7°

C，引起这种差异的主要原因是（）

A．范德华力B．共价键

C．氢键D．相对分子质量

水分子之间存在氢键，氢键是一种较强的分子间作用力，氢键的存在使水的沸点比硫化氢的高。

4.分子晶体的物理性质

（1）由于分子间作用力很弱，分子晶体气化或熔融时,克服分子间的作用力,不破坏化学健，所以分子晶体一般具有较低的熔点和沸点，较小的硬度，有较强的挥发性。

（2）由于分子晶体的构成微粒是分子，所以分子晶体在固态或熔融状态时都不导电。

（3）不同分子晶体在溶解度上差别很大，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有很大的差别，如碘易溶于CCl4等有机溶剂，不易溶解于水，分子晶体在溶剂中溶解情况一般符合“相似相溶”的经验性规律，非极性溶质一般能溶于非极性溶剂、极性溶质一般能溶于极性溶剂。

三、混合键型晶体——石墨

1.石墨的晶体具有层状结构，在每一层中每个碳原子用Sp2杂化轨道与临近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构；

每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2P轨道并含有一个未成对电子，形成遍及整个平面的大π键。

由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大π键具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。

这些网络状的平面结构再以范德华力结合成层状结构，这样石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性。

因此石墨又称为混合键型晶体。

2.石墨晶体独特的性质

石墨晶体的熔沸点很高，如熔点高达3850，高于金刚石的熔点；

石墨质软，能导电。

石墨晶体熔点很高，但不属于原子晶体。

石墨晶体是层状结构，是原子晶体与分子晶体之间的一种过渡型晶体，又具有金属晶体某些性质，所以石墨晶体被称为混合键型晶体。

高手支招之二：

基础整理

在本节中，学习微粒间通过共价键和分子间力两种本质不同的相互作用构成的晶体的结构类型和性质特点。

本节以微粒→微粒间相互作用→晶体模型为主线，先分别研究了原子晶体和分子晶体，然后再从综合问题研究出发，探讨了混合键型晶体的结构和性质特点。

内容框架如下：

高手支招之三：

综合探究

1.碳和硅位于元素周期表的同一主族，最外层电子数相同，化学性质也具有一定的相似性，如单质都可以和氧气发生反应，分别生成氧化物CO2和SiO2。

CO2和SiO2都属于酸性氧化物，可以与碱及碱性氧化物反应生成盐。

但是，CO2和SiO2的物理性质却存在很大差异，可能的原因是什么？

可能会认为的原因是：

二者的组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高。

这样分析得出的结论与事实有一定的一致性，即SiO2的硬度和熔沸点高于干冰，但并不能解释CO2和SiO2性质差异为什么如此之大。

在分析问题时，千万不能只注重表面，要从本质上做深入的分析。

其实CO2和SiO2只是组成相似，在结构上存在很大差别：

CO2的晶体干冰是分子晶体，影响其硬度和熔沸点的是存在于分子之间的范德华力。

Si