复习题优质课教案

高中化学选修三第三章第二节

分子晶体与原子晶体知识归纳与习题计设

辉南县第一中学

高二化学

李文

[课标要求] 1．了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。

2．知道分子晶体与原子晶体的结构微粒、微粒间作用力以及与其他晶体的区别。

教学重点

认识常见的晶胞以及晶格点的计算

教学难点

常见晶胞的识别及格点计算

1．在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。

2．在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。

3．干冰、冰、金刚石的晶体结构图示。

分子晶体

1．分子晶体的概念及粒子间的相互作用力

(1)概念：只含分子的晶体称为分子晶体。

(2)粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以分子间作用力相互吸引，分子内原子之间以共价键结合。

[特别提醒] 分子晶体熔化时，只破坏分子间作用力不破坏化学键。

2．常见的分子晶体及其物理性质

(1)常见的分子晶体

①所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。

②部分非金属单质，如卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60、稀有气体等。

③部分非金属氧化物，如CO2、SO2、SO3、P4O6、P4O10等。

④几乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。

⑤绝大多数有机物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。

(2)物理性质：分子晶体熔、沸点较低，硬度较小。

3．分子晶体的结构特征

(1)分子间作用力只有范德华力

晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如干冰的晶胞结构如图：

①每个晶胞中有4个分子。②每个晶胞中有12个原子。

③每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。

(2)分子间有其他作用力

水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。如冰的晶体结构如右图。

4．分子晶体熔沸点的比较

(1)结构相似，分子之间不含氢键而利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔点逐渐升高。例如，常温下Cl2为气态，Br2为液态，而I2为固态；CO2为气态，CS2为液态。

(2)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔点高，如CO的熔点比N2的熔点高。

(3)组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间相互作用越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>

新戊烷。

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

C．SO2、SiO2、CS2

B．CCl4、(NH4)2S、H2O2

D．P2O5、CO2、H3PO4

解析：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[来源:学科网]

解析：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。

原子晶体

1．原子晶体的结构特点及物理性质

(1)构成微粒及其相互作用

(2)物理性质

①原子晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高，硬度大。

②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。

[特别提醒]

一般来说，原子晶体的熔点要比分子晶体的熔点高。

2．常见的原子晶体

(1)物质类别

(2)金刚石的结构特点：

①在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。

②晶体中C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。

③最小环上有6个碳原子。

④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为

14×＝1∶2。

1∶2

1．CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于什么晶体？

提示：分子晶体。

2．某碳氮化合物具有立体网状结构，硬度比金刚石还硬，不溶于水，也不导电，你认为其属于什么晶体？

提示：原子晶体。

判断原子晶体和分子晶体类型的方法

(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断

构成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。

(2)依据晶体的熔点判断

原子晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至温度更低。

(3)依据晶体的导电性判断

分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。原子晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。

(4)依据晶体的硬度和机械性能判断

原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。

1．下列晶体中属于原子晶体的是(

) A．晶体碘

C．胆矾

B．食盐

D．晶体硅

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。

2．下列有关分子晶体熔点的高低叙述中正确的是(

) A．Cl2＞I2

来源学科网B．SiCl4＞CCl4

C．N2＞O2 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3

[三级训练·节节过关]

1．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

解析：选C

分子晶体有的能溶于水，如H2SO4等。

2．金刚石是典型的原子晶体。下列关于金刚石的说法中，错误的是(

) A．晶体中不存在独立的“分子”

B．碳原子间以共价键相结合

C．是硬度最大的物质之一

D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应

4．有下列几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。

(1)属于分子晶体的是________(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。

(2)属于原子晶体的化合物是________。

(3)直接由原子构成的晶体是________。

(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。

答案：(1)BCEF

E

(2)A

(3)ADE

(4)BCF

AD

1．下列物质固态时一定是分子晶体的是(

) A．酸性氧化物

C．含氧酸

B．碱性氧化物

D．非金属单质

解析：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．下列说法中错误的是(

) A．干冰与二氧化硅晶体熔化时，所克服的微粒间相互作用不相同

B．C2H5OH与C2H5Br相比，前者的相对分子质量远小于后者，而沸点却远高于后者，其原因是前者的分子间存在氢键

C．非金属单质只能形成分子晶体

D．金刚石熔化时断裂共价键

3．据报道，用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜，该碳氮化合物的硬度比金刚石更坚硬，则下列分析正确的是(

A．该碳氮化合物呈片层状结构B．该碳氮化合物呈立体网状结构

C．该碳氮化合物中C—N键长比金刚石的C—C键长长

D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小

4．如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键(

) A．2

B．4

C．8

D．12 5．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

6．下列性质符合分子晶体的是(

) A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电

B．熔点10.31 ℃，液体不导电，水溶液能导电

C．熔点97.81 ℃，质软，能导电，密度是0.97 g·cm3

－D．熔点63.65 ℃，熔化时能导电，水溶液也能导电

7．在下列三种晶体：①金刚石，②晶体硅，③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是(

)

A．①③②

B．②③① C．③①② D．②①③

8．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是(

) A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元

B．1 mol Si形成2 mol Si—O键

C．图示结构单元中实际占有18个硅原子

D．方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为90°

9．(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。

(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________。

A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂

B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点[来源:学科网]

C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料

D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应

E．每摩尔原子晶体干冰中含有4 mol

C—O键

答案：(1)12

4

(2)BDE 10．碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：

(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。

(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有__________个C原子在同一平面。

答案：(1)3

2

(2)12

4

1．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(

) ①SiO2和SO3

②金刚石和白磷

③CO2和SO2

④晶体硅和金刚石

⑤晶体氖和晶体氮

⑥硫黄和单质碘

A．①②③

C．③④⑥

B．④⑤⑥

D．①③⑤

2．下列晶体性质的比较中，正确的是(

) A．熔点：单质硫>磷>晶体硅

B．沸点：NH3>H2O>HF[来源:学科网ZXXK]

C．硬度：白磷>冰>二氧化硅

D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4

3．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

4．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

5．下列叙述中，结论(事实)和对应的解释(事实)均不正确的是(

) A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C键的键能大于Si—Si键的键能

B．二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，因为它含有硅氧四面体的空间网状结构

C．稀有气体的晶体属于原子晶体，因为其组成微粒是原子，不存在分子间作用力[来源:Zxxk.Com]

D．立体构型为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28′，有可能为60°

6．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个顶点

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

7．下列说法中正确的是(

) ①金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成

②金刚石晶体中的碳原子是sp3杂化的

③1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键

④金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应

A．①②

C．③④

B．②③

D．①④

8．干冰晶体是一种面心立方结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个

面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为有(

) A．4个

C．12个

B．8个

D．6个

2a(其中a为立方体棱长)的CO229．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。

(1)基态硅原子的核外电子排布式为________________。

(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为____________。

(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。

(4)下表列有三种物质(晶体)的熔点：

物质

熔点/℃

SiO2

1 710 SiCl4

－70.5 SiF4

－90.2 简要解释熔点产生差异的原因：

①SiO2和SiCl4：________________________________________________________；

②SiCl4和

SiF4：_______________________________________________________。

答案：(1)1s22s22p63s23p2

(2)109°28′

10．(1)BN是一种新型的无机材料，由于碳单质与BN属于等电子体，其结构和性质具有极大的相似性，故可推知，在BN的晶体中，一种是类似于__________的空间网状结构的晶体，可用作耐磨材料。

(2)单质硼有无定形体和晶体两种，参考下表数据：

熔点/K 沸点/K 摩氏硬度

金刚石

>3 550 4 827 10 晶体硅

1 410 2 628 6.5 晶体硼

2 573

2 823 9.5 ①晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是_____________________。

②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如右图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，此基本结构单元由________个硼原子构成，其中B—B键的键角为__________。

(3)假设将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，余下部分的结构与C60相同，则C60由____________个正五边形__________个正六边形构成。

答案：(1)金刚石

(2)①原子

晶体硼有很高的熔沸点和很大的硬度

②12

60°

(3)12

20 教学反思

1．

学生对分子晶体，原子晶体不会区分，对常见各种晶体不认识，不会区别，

2．

各种晶体常见晶体印象不深，加之不爱背，不体会，知识学得不好

3．

原子晶体，分子晶体，晶胞的平均计算，学得不确切，不太会算，是都是今后在教学中重点要强调的学习点