高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第3节 原子晶体与分子晶体教学案Word文件下载.docx

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（2）规律：

原子晶体具有很高的熔点，很大的硬度；

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，晶体的熔点就越高。

[特别提醒]　

（1）1个C原子形成4个C—C键，每个C—C键被两个C原子共用，故每个C原子占用C—C键数目为4×

＝2，即1mol金刚石含有2molC—C键。

（2）金刚石晶体中最小环上有6个碳原子，SiO2晶体中最小环上有12个原子（6个O原子和6个Si原子）。

1．根据金刚石的结构特点，你能分析其硬度大的原因是什么吗？

提示：

在金刚石晶体内部，每个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构，破坏这种三维结构中的C—C共价键需要很高的能量，所以金刚石的硬度很大。

2．从金刚石的结构出发，分析晶体硅、碳化硅的结构是怎样的？

（1）晶体硅的结构跟金刚石相近，即把金刚石中的碳原子换成硅原子即可得晶体硅的结构。

（2）碳化硅晶体的结构类似于金刚石晶体的结构，碳原子和硅原子的位置是交替的，在整个晶体中硅与碳的原子个数比为1∶1。

（1）原子晶体的构成微粒是原子，只存在共价键，不存在其他作用力。

（2）原子晶体的化学式表示其比例组成，晶体中不存在分子。

（3）常见的原子晶体有：

金刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、碳化硅。

（4）原子晶体一般具有熔点高、硬度大、不溶于溶剂等特点。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）。

（1）原子晶体中一定存在极性键，可能存在范德华力。

（　　）

（2）CO2、SiO2均属于原子晶体。

（3）硬度很大、熔点很高的晶体可能是原子晶体。

（4）SiC熔化时断裂非极性共价键。

（5）原子晶体一定不是电解质。

答案：

（1）×

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）√

2．下列晶体中属于原子晶体的是（　　）

A．干冰　　　　　　　　B．食盐

C．胆矾D．晶体硼

解析：

选D　常见的原子晶体中属于非金属单质的有金刚石、晶体硅、晶体硼等，属于非金属化合物的有二氧化硅、碳化硅、氮化硅等。

1．分子晶体的结构

2．分子晶体与物质类型的关系

类　型

实　例

所有氢化物

H2O、NH3、CH4等

部分非金属单质

卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体等

部分非金属氧化物

CO2、P4O6、P4O10、SO2等

几乎所有的酸

HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等

多数有机物的晶体

苯、乙醇等

3．典型的分子晶体

单质碘

干冰

冰

晶胞或结构模型

微粒间作用力

范德华力

范德华力和氢键

晶胞微粒数

_4_

—

配位数

_12_

4．分子晶体的物理性质

（1）分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。

（2）对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，范德华力增大，熔、沸点升高。

（1）共价键具有方向性和饱和性，原子晶体不服从紧密堆积原理。

（2）分子间只存在范德华力的分子晶体服从紧密堆积排列原理；

分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性、饱和性，故不服从紧密堆积排列原理。

1．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是（　　）

A．H2O、O3、CCl4　　B．CCl4、（NH4）2S、H2O2

C．SO2、SiO2、CS2D．P2O5、CO2、H3PO4

选D　A项，O3为单质；

B项，（NH4）2S为离子晶体；

C项，SiO2为原子晶体。

2．下列有关分子晶体的说法中正确的是（　　）

A．分子内均存在共价键

B．分子间一定存在范德华力

C．分子间一定存在氢键

D．其结构一定不能由原子直接构成

选B　稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，且分子为单原子分子，故A、D项错误。

分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B项正确，C项错误。

1．石墨晶体的结构

（1）石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面的网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。

（2）在同一层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成大π键。

（3）层与层之间以范德华力相结合。

2．石墨的晶体类型和性质

（1）类型：

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，是一种混合键型晶体。

（2）性质：

熔点高，质软，具有导电性。

1．石墨晶体中碳原子杂化轨道的类型及同层原子间的主要作用力分别是（　　）

A．sp1，范德华力　　　B．sp2，范德华力

C．sp2，共价键D．sp3，共价键

C

2.石墨的片层结构如图所示，试回答：

（1）片层中平均每个正六边形含有________个碳原子。

（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键、六元环数之比为________。

（3）ng碳原子可构成________个正六边形。

在石墨的片层结构中，以一个六元环为研究对象，由于每个碳原子被3个六元环共用，即组成每个六元环需碳原子数为6×

＝2；

另外每个碳碳键被2个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×

＝3。

ng碳原子可构成正六边形的个数为：

×

NAmol－1×

＝

（1）2　

（2）2∶3∶1　（3）

1．四种晶体类型的比较

类型

项目

离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体

构成晶体的微粒

阴、阳离子

原子

分子

金属阳离子和自由电子

微粒间的作用

离子键

共价键

分子间作用力（范德华力或氢键）

金属键

作用力强弱（一般地）

较强

很强

弱

一般较强，

有的较弱确定作用力强弱的一般判断方法

离子电荷、半径

键长（原子半径）

组成结构相似时比较相对分子质量

离子半径、价电子数

熔、沸点

较高

高

低

差别较大（汞常温下为液态，钨熔点为3410℃）

略硬而脆

大

较小

差别较大

导热和导电性

不良导体（熔化后或溶于水导电）

不良导体

不良导体（部分溶于水发生电离后导电）

良导体

溶解性（水）

多数易溶

一般不溶

相似相溶

一般不溶于水，少数与水反应

组成微粒堆积方式

非等径圆球紧密堆积

不服从紧密堆积原理

紧密堆积（与分子形状有关且分子间不存在氢键）

等径圆球紧密堆积（A1、A2、A3）

2．判断晶体类型的常用方法

（1）根据晶体的概念判断（依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断）

由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；

由分子通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；

由原子通过共价键形成的晶体属于原子晶体；

由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。

（2）根据物质的类别判断

按照物质所属的类别也可进行判断。

一般来说，金属氧化物（Na2O、MgO、Na2O2等）、强碱和绝大多数盐类属于离子晶体；

大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2等外）、酸和大多数有机物（除有机盐外）属于分子晶体；

金属单质属于金属晶体；

常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有SiC、SiO2等。

（3）根据晶体的特征性质判断

根据不同晶体的特征性质（如熔点、沸点、溶解性、导电性、硬度和机械性能等）的不同和相应规律来判断。

如熔、沸点较低且不导电的单质和化合物一般形成分子晶体；

熔、沸点较高且在水溶液中或熔融状态下导电的化合物一般为离子晶体；

熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质一般为原子晶体；

金属单质（在熔融状态和固态时均能导电）形成金属晶体。

1．下列有关晶体的叙述错误的是（　　）

A．离子晶体中，一定存在离子键

B．原子晶体中，只存在共价键

C．金属晶体的熔、沸点均很高

D．稀有气体的原子能形成分子晶体

选C　离子晶体中一定有离子键，可能有共价键，A项正确；

原子晶体中只存在共价键，一定没有离子键，B项正确；

常见晶体类型中，金属晶体的熔、沸点相差较大，有的熔、沸点很高，如钨，有的较低如汞，C项错误；

稀有气体分子为单原子分子，以范德华力结合形成分子晶体，D项正确。

2．下列各物质的晶体中，晶体类型相同的是（　　）

A．O2和SiO2　　　　　　　B．NaI和I2

C．CO2和H2OD．CCl4和NaCl

选C　A项，O2属于分子晶体，SiO2属于原子晶体；

B项，NaI属于离子晶体，I2属于分子晶体；

C项，CO2和H2O均属于分子晶体；

D项，CCl4属于分子晶体，NaCl属于离子晶体。

3．下列物质所属晶体类型分类正确的是（　　）

A

B

D

石墨

生石灰

固态氨

氯化铯

氮化铝

食盐

明矾

芒硝

铜

汞

铝

铁

选D　A选项中石墨为混合键型晶体，B选项中生石灰为离子晶体，C选项中氯化铯为离子晶体。

1．不同晶体类型的熔、沸点高低规律

一般为：

原子晶体>

离子晶体>

分子晶体。

金属晶体的熔、沸点有的很高（如钨），有的很低（如汞）。

2．同种晶体类型的熔、沸点高低规律

（1）原子晶体

原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。

例如，金刚石>

石英>

晶体硅。

（2）离子晶体

离子所带电荷越多，离子半径越小，则晶格能越大，熔、沸点越高。

例如，MgO>

NaCl>

CsCl。

（3）金属晶体

金属原子的价电子数越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高。

例如，Al>

Mg>

Na。

（4）分子晶体

分子间作用力越强，熔、沸点越高。

①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越强，熔、沸点越高。

例如，I2>

Br2>

Cl2>

F2。

②组成和结构不相似的物质，分子的极性越大，熔、沸点越高。

例如，CO>

N2。

③同分异构体之间：

a．一般是支链越多，熔、沸点越低。

例如，正戊烷>

异戊烷>

新戊烷。

b．结构越对称，沸点越低。

例如，邻二甲苯>

间二甲苯>

对二甲苯。

④若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。

例如，HF>

HBr>

HCl。

1．下列物质的熔点高低顺序，正确的是（　　）

A．金刚石＞晶体硅＞碳化硅

B．K＞Na＞Li

C．NaF＜NaCl＜NaBr

D．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4

选D　A项，键能：

C—C＞C—Si＞Si—Si，故熔点：

B项，金属键：

Li＞Na＞K，故熔点：

Li＞Na＞K；

C项，晶格能：

NaF＞NaCl＞NaBr，故熔点：

NaF＞NaCl＞NaBr；

D项，相对分子质量：

CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4，故熔点：

CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4。

2．下列关于物质熔点的排列顺序，不正确的是（　　）

A．HI>

HCl>

HF

B．I2>

F2

C．NaCl>

NaBr>

KBr

D．MgO>

CBr4>

CF4

选A　A中为分子晶体，但由于HF分子间存在氢键，故HF的熔点出现反常，不正确；

B中也为分子晶体，按相对分子质量由大到小排列，正确；

C中为离子晶体，离子半径r（Cl－）<

r（Br－），故熔点NaCl>

NaBr，而阳离子r（Na＋）<

r（K＋），故熔点NaBr>

KBr，正确；

D中MgO、NaCl为离子晶体，由半径大小及所带电荷数知熔点MgO>

NaCl，CBr4、CF4为分子晶体，相对分子质量CBr4>

CF4，熔点CBr4>

CF4离子晶体熔点高于分子晶体，正确。

[三级训练·

节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列物质固态时一定是分子晶体的是（　　）

A．酸性氧化物　　　　　　B．碱性氧化物

C．含氧酸D．非金属单质

选C　利用举特例法解题。

A项，SiO2为酸性氧化物，属于原子晶体；

B项，Na2O、CaO等碱性氧化物属于离子晶体；

D项，金刚石、晶体硅等非金属单质属于原子晶体。

2．下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是（　　）

A．原子晶体硬度通常比分子晶体大

B．原子晶体的熔、沸点较高

C．分子晶体都不溶于水

D．金刚石、水晶属于原子晶体

选C　分子晶体有的能溶于水，如H2SO4等。

3．下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是（　　）

A．O2、I2、HgB．CO2、KCl、SiO2

C．Al、Mg、NaD．NaCl、KCl、RbCl

选B　A项，熔点：

固体＞液体＞气体，故熔点：

I2＞Hg＞O2；

B项，熔点：

原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，故熔点：

SiO2＞KCl＞CO2；

C项，金属键：

Al＞Mg＞Na，故熔点：

Al＞Mg＞Na；

D项，晶格能：

NaCl＞KCl＞RbCl，故熔点：

NaCl＞KCl＞RbCl。

4．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（　　）

A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角

B．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子

C．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2

D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子

选D　SiO2晶体结构为“一硅四氧、一氧两硅”，即1个Si原子连接4个O原子，1个O原子连接2个Si原子。

A项，在四面体结构单元中，Si处于中心，O处于4个顶角；

B、D项，最小环上有6个Si原子和6个O原子；

C项，最小环上，Si和O原子数之比为1∶1。

5．有下列8种晶体：

A.水晶、B.冰醋酸、C.氧化镁、D.白磷、E.晶体氩、F.氯化铵、G.铝、H.金刚石。

用序号回答下列问题：

（1）属于原子晶体的化合物是________，直接由原子构成的晶体是________________，直接由原子构成的分子晶体是____________。

（2）由极性分子构成的晶体是__________，含有共价键的离子晶体是__________，属于原子晶体的单质是__________。

（3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是______，受热熔化后化学键不发生变化的是________，熔化时需克服共价键的是________。

答题时要注意选项的“关键词”，如

（1）中属于原子晶体的化合物，则不能选H，因为金刚石为单质；

直接由原子构成的晶体不仅有原子晶体，还要注意分子晶体中稀有气体的特殊性——稀有气体为单原子分子。

（1）A　A、E、H　E　

（2）B　F　H

（3）G　B、D、E　A、H

1．下列晶体熔化时不需破坏化学键的是（　　）

A．二氧化硅晶体　　　　B．食盐

C．干冰D．金属镁

选C　熔化时，SiO2破坏共价键，食盐破坏离子键，干冰破坏范德华力，金属镁破坏金属键。

2．分子晶体具有的本质特征是（　　）

A．组成晶体的微粒中含有共价键

B．熔融时不导电

C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合

D．熔点一般比原子晶体低

选C　分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微弱的。

3．下列说法正确的是（　　）

A．冰熔化时，分子中H—O键发生断裂

B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高

C．分子晶体中，共价键键能越大，分子晶体的熔、沸点越高

D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定

选B　A项，冰熔化时，破坏分子间作用力（主要是氢键），分子内的H—O键不发生断裂；

C项，分子晶体中，分子间作用力越强，分子晶体的熔、沸点越高，与分子内共价键的键能大小无关；

D项，分子晶体中，分子内共价键的键能越大，该分子越稳定。

4．下列有关晶体的叙述中，错误的是（　　）

A．离子晶体熔化时离子键被破坏，而分子晶体熔化时化学键未被破坏

B．白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键相结合

C．石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体

D．构成分子晶体的粒子中不一定存在共价键

选B　离子晶体是通过离子键将阴、阳离子结合在一起的，所以离子晶体熔化时离子键被破坏；

而分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以分子晶体熔化时，被破坏的只是分子间作用力，A正确；

白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价键，而结构粒子（P4）之间是通过范德华力结合的，B错误；

石英晶体是原子晶体，C正确；

稀有气体在固态时属于分子晶体，而稀有气体全是单原子分子，在分子内部不存在共价键，D正确。

5．干冰和二氧化硅晶体同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是（　　）

A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量

B．C===O键键能比Si—O键键能小

C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体

D．干冰易升华，二氧化硅不能

选C　干冰和二氧化硅晶体尽管同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为原子晶体。

干冰的熔、沸点取决于其分子间作用力的大小，而不是共价键键能的强弱；

而二氧化硅的熔、沸点则由Si—O键键能的强弱所决定。

6．下列有关共价化合物的说法：

①具有较低的熔、沸点；

②不是电解质；

③固态时是分子晶体；

④都由分子构成；

⑤液态时不导电。

其中一定正确的说法是（　　）

A．①③④B．②⑤

C．⑤D．全部正确

选C　共价化合物可能是分子晶体，如冰、干冰、固体HCl，也可能是原子晶体，如SiO2、SiC等，SiO2、SiC具有较高的熔、沸点，晶体中不存在分子，HCl是电解质。

液态时不导电是共价化合物的共性。

7．分析下列各物质的物理性质，判断其固态属于原子晶体的是（　　）

A．碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态不导电

B．溴化铝，无色晶体，熔点98℃，熔融态不导电

C．五氧化二钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中

D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电

选A　A项中熔点很高且熔融态不导电，为原子晶体；

D项中熔融时或溶于水中都能导电，为离子晶体；

B、C项为分子晶体。

8．SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是（　　）

A．SiCl4晶体是分子晶体

B．常温、常压下SiCl4是气体

C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子

D．SiCl4的熔点高于CCl4

选B　SiCl4和CCl4都属于分子晶体，影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子晶体中都只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的范德华力较大，熔、沸点应该比CCl4高。

CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。

9．在下列物质中：

①NaCl　②NaOH　③Na2O2　④CH2O

⑤（NH4）2S　⑥CCl4　⑦C2H2　⑧SiC　⑨晶体硅　

⑩金刚石

用序号填写：

（1）只含有离子键的离子晶体是______________；

（2）既有离子键，又有极性键和配位键的离子晶体是__________；

（3）既有离子键，又有非极性键的是__________；

（4）含有非极性键的非极性分子的是________；

（5）所有原子都在同一平面上的分子有________；

（6）含有极性键的原子晶体是________。

NaCl中只含离子键；

NaOH中含离子键和O—H极性键；

Na2O2中含离子键和O—O非极性键；

CH2O中含极性键，C原子采用sp2杂化，为平面形分子；

（NH4）2S中含离子键，N—H极性键和N→H配位键；

CCl4中含C—Cl极性键，为空间正四面体形分子，故为非极性分子；

C2H2中含C≡C非极性键和C—H极性键，为直线形分子；

SiC中含C—Si极性键，为原子晶体；

金刚石中含C—C非极性键，为原子晶体。

（1）①　

（2）⑤　（3）③　（4）⑦　（5）④⑦　（6）⑧

10．现有两组物质的熔点数据如表所示：

A组

B组

金刚石：

3550℃

HF：

－83℃

晶体硅：

1410℃

HCl：

－115℃

晶体硼：

2300℃

HBr：

－89℃

二氧化硅：

1710℃

HI：

－51℃

根据表中数据回答下列问题：

（1）A组属于________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是________。

（2）B组中HF熔点反常是由于_____________________________________________。

（3）B组晶体不可能具有的性质是________。

①硬度小②水溶液能导电

③固体能导电④液体状态能导电

A组熔点很高，应是原子晶体，原子晶体熔化时破坏的是共价键。

B组是分子晶体，且结构相似，一般是相对分子质量越大，熔点越高；

HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高，出现反常的原因是HF分子间存在氢键，HF晶体熔化时除了破坏范德华力，还要破坏氢键，所需能量更高，因而熔点更高。

分子晶体在固态时和熔化状态时都不导电。