高二化学选修3第三章第二节 - 分子晶体与原子晶体学案

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第二节 分子晶体与原子晶体

[学习目标]

? 了解分子晶体和原子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点。 ? 理解分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系 ? 了解分子间作用力对物质物理性质的影响 ? 了解氢键及其物质物理性质的影响。

[知识梳理] 1.分子间作用力

(1)分子间作用力__________；又称范德华力。分子间作用力存在于____________之间。 (2)影响因素：①分子的极性 ②组成和结构相似的 2.分子晶体

(1)定义：________________________________ (2)构成微粒________________________________ (3)粒子间的作用力：________________________________ (4)分子晶体一般物质类别________________________________

(5)分子晶体的物理性质________________________________________________ 3.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 4.构成粒子：______________；。 5.粒子间的作用______________， 6.原子晶体的物理性质

(1)熔、沸点__________，硬度___________ (2) ______________一般的溶剂。

(3)______________导电。 原子晶体具备以上物理性质的原因____________________________ 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________ 原因____________________________。

7.常见的原子晶体有____________________________等。 [方法导引]

1.判断晶体类型的依据

(1)看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是___________；

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对于原子晶体，构成晶体的微粒是_______，微粒间的相互作用是___________键。 (2)看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。

一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是 ________晶体>_______晶体。原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

（3）依据物质的分类判断

金属氧化物（如K2O、Na2O2等），强碱（如NaCl、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质（除汞外）与合金都是金属晶体。 2．晶体熔、沸点比较规律：

（1）不同晶体类型的物质：原子晶体>分子晶体 。

（2）同一晶体类型的物质，需比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高。

原子晶体：要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。

分子晶体：组成结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如熔沸点：O2>N2, HI>HBr>HCl。组成结构不相似的物质，分子的极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点：CO>N2。 由上述可知，同类晶体熔沸点比较思路为： 原子晶体→共价键键能→键长→原子半径 分子晶体→分子间作用力→相对分子质量

例1．共价键、离子键和范德华力是构成物质粒1.分子间作用力

(1)分子间作用力__________；又称范德华力。分子间作用力存在于____________之间。 (2)影响因素：①分子的极性 ②组成和结构相似的 2.分子晶体

(1)定义：________________________________ (2)构成微粒________________________________ (3)粒子间的作用力：________________________________ (4)分子晶体一般物质类别________________________________

(5)分子晶体的物理性质________________________________________________ 3.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 4.构成粒子：______________；。 5.粒子间的作用______________，

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6.原子晶体的物理性质

(1)熔、沸点__________，硬度___________ (2) ______________一般的溶剂。

(3)______________导电。 原子晶体具备以上物理性质的原因____________________________ 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________ 原因____________________________。

7.常见的原子晶体有____________________________等。 [方法导引]

1.判断晶体类型的依据

(1)看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是___________； 对于原子晶体，构成晶体的微粒是_______，微粒间的相互作用是___________键。 (2)看物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度)。

一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是 ________晶体>_______晶体。原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

（3）依据物质的分类判断

金属氧化物（如K2O、Na2O2等），强碱（如NaCl、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。金属单质（除汞外）与合金都是金属晶体。 2．晶体熔、沸点比较规律：

（1）不同晶体类型的物质：原子晶体>分子晶体 。

（2）同一晶体类型的物质，需比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高。

原子晶体：要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。

分子晶体：组成结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如熔沸点：O2>N2, HI>HBr>HCl。组成结构不相似的物质，分子的极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点：CO>N2。 由上述可知，同类晶体熔沸点比较思路为： 原子晶体→共价键键能→键长→原子半径 分子晶体→分子间作用力→相对分子质量

子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是 ( ) A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘

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解析：干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl是离子晶体只存在离子键。 NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。 答案： B

[例2]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

熔点 沸点 硬度

金刚石 >3823 5100 10

晶体硅 1683 2628 7.0

晶体硼 2573 2823 9.5

①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________________。

已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由 ____________________个硼原子构成。其中B—B键的键角为____________。

[解析]①原子，理由：晶体的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原予晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，亦为原于晶体。

②每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的角形，因此，晶体B中这样的顶点(B原子)有3/5×20=12个。又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°

〔例3〕石墨的片层结构如右图1所示：试回答： （1）片层中平均每个六元环含碳原子数为 个。

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（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键数、六元环数之比 为

【解析】在石墨的片层结构中，我们以一个六元环为研究对象，由于碳原子为三个六元环共用，即属于每个六元环的碳原子数为6×1/3＝2；另外碳碳键数为二个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×1/2＝3。

【答案】（1）．2 （2）．2:3:1 [基础训练]

1．下列晶体中属于原子晶体的是( ) A. 氖 B．食盐 C．干冰 D．金刚石

2．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是( ) A．固态氢 B．固态氖 C．磷 D．三氧化硫 3.下列晶体中不属于原子晶体的是 ( ) A.干冰 B.金刚砂 C.金刚石 D.水晶

4.在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上，碳原子数是( ) A.2个 B.3个 C.4个 D.6个

5.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是 ( )

A.干冰 B.氯化钠 C.氢氧化钠 D.碘

6.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是( ) A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱 B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低 C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高 D.H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点

7．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C--C键间的夹角是( )

A．6个120° B．5个108° C．4个109°28′ D．6个109°28′

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