第1課時原子晶體 學習目標定位知道原子晶體的概念，熟知常見的原子晶體的結構與性質，能從原子結構的特點，分析理解其物理特性。一常見的原子晶體的結構1金剛石的晶體結構模型如右圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)在晶體中每個碳原子以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結合，形成正四面體結構，這些正四面體向空間發(fā)展，構成彼此聯(lián)結的立體網(wǎng)狀結構。(2)晶體中相鄰碳碳鍵的夾角為109.5，碳原子采取了sp3雜化。(3)最小環(huán)上有6個碳原子。(4)晶體中C原子個數(shù)與CC鍵數(shù)之比為12。(5)晶體中CC鍵長很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點很高。2二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的空間立體網(wǎng)狀的原子晶體。其結構示意圖如下：觀察分析二氧化硅晶體結構示意圖，回答下列問題：(1)在二氧化硅晶體中，每個Si原子周圍結合4個O原子，同時每個O原子與2個Si原子結合。(2)在二氧化硅晶體中，位于四面體中心的原子是硅原子，位于四面體四個頂點上的原子是氧原子。(3)二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)是12。(4)1mol二氧化硅晶體中含有4molSiO鍵。歸納總結1構成原子晶體的基本微粒是原子。晶體中不存在單個分子，原子晶體的化學式僅僅表示物質中的原子個數(shù)關系，不是分子式。2形成原子晶體的作用力是共價鍵。在原子晶體中只存在共價鍵(極性鍵或非極性鍵)，沒有分子間作用力和其他相互作用。3常見的原子晶體：常見的非金屬單質，如金剛石(C)、硼(B)、晶體硅(Si)等。某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等?；顚W活用1下列有關原子晶體的敘述中，正確的是()A原子晶體中只存在非極性共價鍵B在SiO2晶體中，1個硅原子和2個氧原子形成2個共價鍵C石英晶體是直接由硅原子和氧原子通過共價鍵所形成的空間網(wǎng)狀結構的晶體D原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高答案C解析原子晶體單質中含有非極性鍵，原子晶體化合物中存在極性共價鍵；在二氧化硅晶體中，1個硅原子與4個氧原子形成4個SiO鍵；金屬晶體的熔點差別很大，有些金屬晶體(如W)熔點可能高于某些原子晶體的熔點。2.金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結構(如圖所示)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結構中，碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結合。試回答：(1)金剛砂屬于_晶體。(2)在金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合_個碳原子。(3)金剛砂的結構中含有共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有_個硅原子。答案(1)原子(2)4(3)3解析由于金剛砂的晶體構型是空間立體網(wǎng)狀結構，碳原子、硅原子交替以共價鍵相結合，故金剛砂是原子晶體；硅和碳電子層結構相似，成鍵方式相同，硅原子周圍有4個碳原子；組成的六元環(huán)中，有3個碳原子、3個硅原子。二原子晶體的性質與共價鍵的關系1硅是一種重要的非金屬單質，硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學知識回答硅及其化合物的相關問題。(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。(2)晶體硅的微觀結構與金剛石相似，晶體硅中SiSi鍵之間的夾角大小約為109.5。(3)二氧化硅晶體的熔點比干冰高很多的原因是要使二氧化硅晶體熔化需要克服較強的共價鍵，而干冰熔化克服的是微弱的分子間作用力。2晶體硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體。其結構與性質比較如下表所示：晶體鍵能/kJmol1鍵長/pm熔點/摩氏硬度金剛石(CC)347154335010金剛砂(CSi)30118426009晶體硅(SiSi)22623414157請根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，分析其熔點、硬度的大小與其結構之間的關系。答案鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，硬度越大；反之，鍵長越長，鍵能越小，熔點越低，硬度越小。 歸納總結1由于原子晶體中原子間以較強的共價鍵相結合，故原子晶體：(1)熔、沸點很高，(2)硬度大，(3)一般不導電，(4)難溶于溶劑。2原子晶體中共價鍵鍵能越大，熔、沸點越高，硬度越大。而鍵能又與鍵長有關，鍵長可由成鍵原子半徑的相對大小得出。一般來說，成鍵原子的半徑之和越大，鍵長越長，鍵能越小。 活學活用3根據(jù)下列性質判斷，屬于原子晶體的物質是()A熔點2700，導電性好，延展性強B無色晶體，熔點3550，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑C無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800，熔化時能導電D熔點56.6，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電答案B解析本題考查的是各類晶體的物理性質特征。A項中延展性好，不是原子晶體的特征，因為原子晶體中原子與原子之間以共價鍵結合，而共價鍵有一定的方向性，使原子晶體質硬而脆，A項不正確；B項符合原子晶體的特征；C項符合離子晶體的特征；D項不符合原子晶體的特征。所以應該選擇B項。4氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，該晶體類型應該是_晶體。試根據(jù)物質結構推測氮化碳晶體與金剛石相比較，硬度更大的應該是_晶體，熔點較低的是_晶體。答案原子氮化碳金剛石解析根據(jù)氮化碳為高硬度材料且是由非金屬元素組成，因此該晶體應為原子晶體。又因為CC鍵鍵長大于CN鍵鍵長，故CN鍵的鍵能大于CC鍵，硬度更大的是氮化碳，熔點較低的是金剛石。理解感悟此題涉及晶體類型與晶體性質的關系，同時還涉及化學鍵鍵能與鍵長及鍵長與原子半徑的關系，只要將這些知識融會貫通，此類問題就可迎刃而解。當堂檢測1有關原子晶體的敘述，錯誤的是()A原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原理B原子晶體中不存在獨立的分子C原子晶體的熔點和硬度較高D原子晶體熔化時不破壞化學鍵答案D2固體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是()A冰B晶體硅C氯化鈉D二氧化硅答案B解析冰在融化時克服的是分子間作用力，晶體硅克服的是非極性共價鍵，氯化鈉克服的是離子鍵，二氧化硅克服的是極性共價鍵。選項B符合題意。3下列物質中屬于原子晶體的化合物是()A水晶B晶體硅C金剛石D干冰答案A解析金剛石、晶體硅為原子晶體的單質，干冰不是原子晶體。4氮化硼很難熔化，加熱至3000方可汽化。下列對氮化硼的敘述，不正確的是()A氮化硼中含有共價鍵B氮化硼是原子晶體C氮化硼是離子晶體D化學式為BN答案C解析根據(jù)氮化硼的元素組成，可判斷它不可能為離子晶體；根據(jù)氮化硼的性質，可判斷其是原子晶體，含有共價鍵。5下列物質的熔、沸點順序判斷不正確的是()ALi>Na>K>RbBF2<Cl2<Br2<I2C金剛石>碳化硅>晶體硅DNaCl<KCl<CsCl答案D解析晶體熔、沸點高低取決于結構微粒間作用力的大小，即金屬鍵、共價鍵、離子鍵、分子間作用力的大小。離子晶體的熔、沸點與離子半徑和離子所帶電荷有關，電荷數(shù)相同時，離子半徑越小，晶體的熔、沸點越高。40分鐘課時作業(yè)基礎過關一、原子晶體及其判斷1下列關于原子晶體的敘述中不正確的是()A石英晶體是由硅原子和氧原子通過共價鍵形成的空間網(wǎng)狀結構的晶體B由氬原子形成的晶體氬是原子晶體C原子晶體中不存在獨立的“分子”D原子晶體中共價鍵越強，熔點越高答案B解析石英是原子晶體，具有空間網(wǎng)狀的晶體結構。晶體氬的結構微粒是氬原子，但氬原子之間不能形成共價鍵，而是分子間作用力，其晶體不是原子晶體。2氮化碳結構如圖，其中氮化碳硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料。下列有關氮化碳的說法不正確的是()A氮化碳屬于原子晶體B氮化碳中碳顯4價，氮顯3價C氮化碳的化學式為C3N4D每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連答案B解析根據(jù)氮化碳硬度超過金剛石晶體判斷，氮化碳屬于原子晶體，A項正確；氮的非金屬性大于碳的非金屬性，氮化碳中碳顯4價，氮顯3價，B項錯誤；氮化碳的化學式為C3N4，每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連，C項和D項正確。二、原子晶體的結構特點3下列關于SiO2晶體網(wǎng)狀結構的敘述正確的是()A存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角B最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子C最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為12D最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子答案D解析晶體硅的結構與金剛石相似(金剛石中最小碳環(huán)為6個碳原子)，而SiO2晶體只是在兩個Si原子間插入1個O原子，即最小環(huán)含6個Si原子和6個O原子。4據(jù)報道：用激光可將置于鐵室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一個射頻電火花噴射出氮氣，可使碳、氮原子結合成碳氮化合物(C3N4)的薄膜，該碳氮化合物比金剛石還堅硬，則下列說法正確的是()A該碳氮化合物呈片層狀結構B該碳氮化合物呈立體網(wǎng)狀結構C該碳氮化合物中CN鍵鍵長大于金剛石中CC鍵鍵長D相鄰主族非金屬元素形成的化合物的硬度比單質小答案B解析由題意知，該碳氮化合物的硬度比金剛石還大，說明該碳氮化合物為原子晶體，因此是立體網(wǎng)狀結構；因為碳原子半徑大于氮原子半徑，所以CN鍵的鍵長小于CC鍵的鍵長。5某原子晶體A，其空間結構中的一部分如圖所示。A與某物質B反應生成C，其實質是在每個AA鍵中插入一個B原子，則C的化學式為()AABBA5B4CAB2DA2B5答案C解析由于處于中心的A原子實際結合的B原子為42，故C的化學式為AB2(如圖)。6在金剛石的晶體中，含有由共價鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上所需碳原子數(shù)及每個碳原子上任意兩個CC鍵間的夾角是()A6個120B5個108C4個109.5D6個109.5答案D解析根據(jù)金剛石的晶體結構特點可知最小環(huán)上碳原子數(shù)為6個，任意兩個CC鍵夾角為109.5。三、原子晶體的性質與共價鍵鍵能關系7下表是某些原子晶體的熔點和硬度()原子晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是()構成原子晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高構成原子晶體的原子間的共價鍵鍵能越大，晶體的熔點越高構成原子晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大構成原子晶體的原子的半徑越小，晶體的硬度越大ABCD答案D解析原子晶體的熔點和硬度與構成原子晶體的原子間的共價鍵鍵能有關，而原子間的共價鍵鍵能與原子半徑的大小有關。8碳化硅(SiC)晶體有類似金剛石的結構。其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它與晶體硅和金剛石相比較，不正確的是()A熔點從高到低的順序是金剛石碳化硅晶體硅B三種晶體中的原子都能形成4個共價鍵C三種晶體中的基本單元都是正四面體結構D三種晶體都是原子晶體且均為電的絕緣體答案D解析依題意，金剛石、碳化硅和晶體硅都是原子晶體，且都應有類似金剛石的正四面體結構單元。因鍵長由長到短的順序是SiSiSiCCC(這可由原子半徑來推斷)，而鍵能則為CCSiCSiSi，所以破壞這些鍵時所需能量依次降低，從而熔點依次降低。上述三種原子晶體中只有晶體硅特殊，是半導體，具有一定的導電性。9有關鍵能數(shù)據(jù)如表：化學鍵SiOO=OSiSi鍵能/(kJmol1)x498226晶體硅在氧氣中燃燒的熱化學方程式：Si(s)O2(g)=SiO2(s)H890kJmol1，則表中x的值為()A460B920C1165D423答案A解析根據(jù)題目所給反應，需要斷裂的舊化學鍵鍵能之和：498kJmol12226kJmol1950kJmol1，形成的新化學鍵鍵能之和：4xkJmol1，由4xkJmol1950kJmol1890kJmol1，求得x460kJmol1。能力提升10.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如右圖為其晶體結構中最小的重復結構單元，其中的每個原子均滿足8電子穩(wěn)定結構。下列有關說法正確的是()A磷化硼晶體的化學式為BP，屬于離子晶體B磷化硼晶體的熔點高，且熔融狀態(tài)下能導電C磷化硼晶體中每個原子均形成4個共價鍵D磷化硼晶體結構微粒的空間堆積方式與氯化鈉相同答案C解析根據(jù)題意，磷化硼為超硬耐磨材料，說明其晶體類型為原子晶體，熔融狀態(tài)不導電，A項和B項錯誤；磷化硼原子間均為共價鍵，由圖可以發(fā)現(xiàn)，每個原子均形成4個共價鍵，C正確；由磷化硼的晶體結構可以看出，它的配位數(shù)為4，而NaCl晶體的配位數(shù)為6，二者結構微粒的堆積方式明顯不同，故D不正確。11三種常見元素的性質或結構信息如下表，試根據(jù)信息回答有關問題。元素ABC性質結構信息原子核外有兩個電子層，最外層有3個未成對的電子原子的M層有1對成對的p電子有兩種常見氧化物，其中一種是冶金工業(yè)常用的還原劑(1)寫出B原子的核外電子排布式_。(2)寫出A的氣態(tài)氫化物的電子式，并指出它的共價鍵屬于極性鍵還是非極性鍵_。(3)C的一種單質在自然界中硬度最大，則這種單質的晶體類型是_。答案(1)1s22s22p63s23p4(2)HN,H，極性鍵(3)原子晶體解析由所給信息，可知A的核外電子排布式為1s22s22p3，A為氮；B的核外電子排布式為1s22s22p63s23p4，B為硫；常見冶金還原劑為H2和CO，由C的一種單質在自然界中硬度最大可確定C為碳。12單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)并回答下列問題：金剛石晶體硅晶體硼熔點/K382316832573沸點/K510026282823硬度107.09.5(1)晶體硼的晶體類型屬于_晶體，理由是_。(2)已知晶體硼的基本結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖)，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個B原子。通過觀察圖形及推算，此晶體結構單元由_個B原子組成，鍵角_。答案(1)原子晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰且與Si處于對角線位置，也應為原子晶體(2)1260解析晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰且與Si處于對角線位置，也應為原子晶體。每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(B原子)有3/52012個。又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60。13觀察分析二氧化硅晶體的結構示意圖，并回答下列問題。(1)在二氧化硅晶體中有若干環(huán)狀結構，最小的環(huán)狀結構由_個原子構成。(2)在二氧化硅晶體中，硅原子的價電子層原子軌道發(fā)生了雜化，雜化的方式是_，SiOSi鍵與SiOSi鍵的夾角是_。(3)二氧化硅屬于重要的無機非金屬材料之一，請列舉兩項二氧化硅的主要用途。_；_。(4)下列說法中正確的是_(填序號)。凡是原子晶體都含有共價鍵凡是原子晶體都有正四面體結構凡是原子晶體都具有空間立體網(wǎng)狀結構凡是原子晶體都具有很高的熔點答案(1)12(2)sp3109.5(3)制造石英玻璃制造石英表中的壓電材料(也可以答制造光導纖維等)(4)解析可通過對比碳原子與硅原子結構的相似性、金剛石晶體與二氧化硅晶體結構的相似性，判斷二氧化硅晶體中硅原子的原子軌道雜化的方式。有了原子軌道雜化方式，即可確定鍵角。不同的原子晶體可能結構不同，并不是所有的原子晶體都具有正四面體結構。拓展探究14我國獨立研制的具有自主知識產權的“龍芯2D”的面世，意味著中國在半導體產業(yè)上已取得了長足進步，同時將有著良好的發(fā)展前景。試回答下列問題：(1)“龍芯”(芯片)的主要成分是單晶硅，硅位于元素周期表中第_周期第_族。(2)硅在一定條件下可以與氯氣反應生成SiCl4，與氧氣反應生成SiO2。四氯化硅結構中，所有原子最外層_(填“是”或“否”)都滿足8電子穩(wěn)定結構。(3)試判斷SiCl4的沸點比CCl4的_(填“高”或“低”)，理由_。若已知CCl4比SiCl4穩(wěn)定，則CCl鍵的鍵能比SiCl鍵的鍵能_(填“大”或“小”)。(4)現(xiàn)在新開發(fā)出一種具有和“龍芯”主要成分一樣的六角形籠狀結構單質分子Si12，它可能在未來的量子計算機中是一種理想的貯存信息的材料，根據(jù)圖示推斷這種六角形籠狀結構：它與單晶硅(參照下圖)互稱為_，硅原子之間是通過_鍵結合的。答案(1)3A(2)是(3)高SiCl4的相對分子質量比CCl4的大，范德華力大，因此沸點高大(4)同素異形體共價解析(2)根據(jù)硅和氯原子的結構特點，在形成的SiCl4分子中，硅氯原子間共用了4對電子，都形成8電子的穩(wěn)定結構。(3)根據(jù)結構相似的分子，相對分子質量越大，分子間作用力越大，所以SiCl4的沸點比CCl4的高。