人选3第3章第1节分子晶体和原子晶体学案
【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、知道分子晶体的涵义、知道分子晶体的熔点、沸点等物理性质的特点。 【知识梳理】
一、分子晶体
1. 分子间作用力：________之间的相互作用，即分子间作用力存在于________之间。 (1)分子间作用力分为____________和________。
(2)范德华力一般是最小的粒子间的作用，影响范德华力的因素是________和分子的_______，__________越大、有________的分子的范德华力就大；氢键作用大于范德华力。
2. 分子晶体：由________构成的晶体叫分子晶体。构成粒子：________；晶体粒子间的作用：____________；所以分子晶体具有较_____的熔点和沸点。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越________。
(1)由于构成分子晶体的粒子是分子，所以分子晶体的固体和熔融态的液体都________导电；但部分分子晶体能溶于水形成自由移动的________，就能导电。如液态硫酸_______导电，但硫酸水溶液________导电。
(2)分子晶体的溶解性遵循“____________”原理，即极性分子的溶质易溶于________分子形成的溶剂，非极性分子的溶质一般能溶于________分子的溶剂。若溶质分子能与溶剂形成氢键，将使溶质的溶解度显著________。如NH3、C2H5OH、CH3COOH由于与水形成氢键，能与水________。
(3)白磷晶体中，分子间的作用是________；分子构型是________型，存在真正的共价键――非极性键，键角是_____°，有_____对共用电子对和_____对孤对电子。
(4)干冰晶体中，每个分子与12个分子相邻，该晶体为分子晶体。 二、原子晶体
1. 共价键：通过______________而形成比较强的化学键，分为极性键、非极性键等。原子半径和越小，键长一般越______，键能越______。
2. 原子晶体：原子之间都以________结合形成的____________结构的晶体。构成粒子：___________；晶体粒子间的作用：___________；由于都是__________，所以原子晶体的熔点和沸点都________，硬度______，__________导电。
3. 常见的原子晶体有：(1)某些单质，如金刚石、硅(Si)、硼(B)和锗(Ge)等；(2)某些化合物，如二氧化硅SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等。
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4. 在金刚石晶体中，任一碳原子以4个sp杂化轨道形成_____________型的轨道构型，所以与其相连的4个碳原子相连形成__________型的结构，键角是_______。晶体硅、二氧化硅、碳化硅的结构与金刚石相似。两种元素形成的晶体的化学式仅表示_______。
5．原子晶体的物理性质
熔、沸点_______，硬度________；原子半径和越小，键长越____，键能越_____，原子晶体的熔、沸点、硬度就越_______。______________一般的溶剂；_____导电。
三、混合型晶体
石墨是常见的混合型晶体，其基本结构单元为______________，键角为________；每个碳原子被_____个碳环共用，每个C－C被_____个碳环共用，所以在碳环中碳原子数与C－C数之比是__________。
【实例分析】
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例1：在硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是 A．sp，范德华力 B．sp2，范德华力 C．sp2，氢键 D．sp3，氢键 答案：C
解析：由于石墨的结构是平面六边形，每个碳原子以sp2杂化轨道的类型形成的三个共价键
是正三角形构型，而硼酸[B(OH)3]分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。因此B原子杂化轨道的类型为sp2类型，且羟基之间作用力为氢键。
例2：G和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
（1）写出Si的基态原子核外电子排布式 。
从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为 。
（2）SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为 ，微粒间存在的作用力是 。
（3）氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为 （填元素符号），MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似，MO的熔点比CaO的高，其原因是 。
（4）C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2化学式相似，但结构和性质有很大不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO：中Si与O原子间不形成上述π健。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成，而Si、O原子间不能形成上述π健 。
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答案：（1）1s22s2sp63s23p2 O＞C＞Si（2）sp3 共价键（3）Mg Mg2半径比Ca2
＋
小，MgO的晶格能大（4）C的原子半径较小，C、O原子能充分接近，p—p轨道肩并肩重叠程度较大，形成较稳定的π键。而Si原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p—p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键 解析：（1）C、Si和O的电负性大小顺序为：O＞C＞Si。（2）晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3 。（3）SiC电子总数是20个，则氧化物为MgO；晶格能与所组成离子所带电荷成正比，与离子半径成反比，MgO与CaO的离子电荷数相同，Mg2+半径比Ca2+小，MgO晶格能大，熔点高。（4） Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p-p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 【考点分析】物质结构与性质、原子结构、杂化方式综合考查
【一课一练】
1．下列各晶体中任意一个原子都被相邻的4个原子所包围；以共价键结合成正四面体结构，并向空间伸展成网状结构的是 ( )
A. 甲烷 B. 石墨 C. 晶体硅 D. 水晶
2．晶体熔化时，必须破坏非极性共价键的是 ( ) A. 冰 B. 晶体硅 C. 溴 D. 二氧化硅 3. 下列说法中错误的是 （ ） A．分子间作用力是一种较弱的化学键，键能较低
B．由于分子晶体和原子晶体内的作用力不同，故它们的熔沸点差别比较大 C．原子晶体中只含有非极性键，而不含有极性键
D．原子晶体中，各原子间以共价键结合，所以不存在单个的分子
4. 下列性质符合分子晶体的是 ( ) A. 熔点1070℃，易熔于水，水溶液能导电
B. 熔点是10.31℃，液体不导电，水溶液能导电
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C. 熔点97.81℃，质软，能导电，密度是0.97g/cm D. 熔点781℃，熔化时能导电，水溶液也能导电
5. 下列说法正确的是 ( ) A. 离子化合物中可能含有共价键 B. 分子晶体中的分子内不含有共价键 C. 分子晶体中一定有非极性共价键 D. 分子晶体中分子一定有极性键
6. 假设原子晶体SiO2中Si原子被铝原子取代，不足的价数由钾原子补充。当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石。则正长石的化学组成为 ( )
A．KAlSiO4 B．KAlSi2O6 C．KAlSi2O8 D．KAlSi3O8
7. 水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是 （ ）
A. 玻璃态是水的一种特殊状态 B. 水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C. 水由液态变为玻璃态，体积缩小 D. 玻璃态水是分子晶体
8. 已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间以单键结合。下列C3N4晶体的说法中正确的是 ( )
A．C3N4晶体是分子晶体
B．C3N4晶体中，C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长要短 C．C3N4晶体中，C、N原子个数比为3：4 D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
9. 1999年美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是 ( )
A. 原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度 B. 原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料 C. 原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料 D. 每摩尔原子晶体干冰中含4molC—O键
10. 下列分子或晶体均不属于正四面体结构的是___________
① 二氧化碳 ② 晶体硅 ③ 金刚石 ④ 甲烷 ⑤ 白磷 ⑥ 氨气
11. 碳化硅（SiC）是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子位置是交替的，在下列三种晶体中，①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅，它们的熔点由高到低的是的顺序是_____________________。
12. 选择以下物质填写下列空白
A. 干冰 B. 氯化铵 C. 烧碱 D. 固体碘
⑴晶体中存在分子的是______________(填写序号，下同)
⑵晶体中既有离子键又有共价键的是__________________________。 ⑶熔化时不需要破坏共价键的是______________________。 ⑷常况下能升华的是________________________。
13.“可燃冰”是深藏在海底的白色晶体，存储量巨大，是人类未来极具潜在优势的洁净能源。在高压低温条件下,由水分子形成空间笼状结构，笼中“关”甲烷而形成，如某种可燃冰的存在形式为CH4·5.75H2O。
（1）“可燃冰” CH4·5.75H2O的分子中，m（CH4）：m（H2O）=______________
（2） 若要从“可燃冰”中分离出甲烷，可用下列两中方法：①在一定温度下，_____使气体从水合物中分离出来；在一定压力下，___________使气体从水合物中分离出来。
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14. 生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出基态Zn原子的核外电子排布式 。
（2）根据等电子原理，写出CO分子结构式 。
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。 ①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是 ；甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 。
②甲醛分子的空间构型是 ；1mol甲醛分子中σ键的数目为 。
③在1个Cu2O晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu原子数目为 。
课时2 分子晶体和原子晶体
1. C 2. B 3. AC 4. B 5. A 6. D 7. A 8. BC 9. B 10. ①⑥ 11. 金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅 12.(1) AD (2) BC (3) ACD (4) A 13. 32∶207 减压 升温
14.（1）1s22s22p63s23p63d104s2[Ar]3d104s2 （2）C
O（或CO）
（3）①甲醇分子之间形成氢键 sp2杂化 ②平面三角形 3NA ③4
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人教化学选修3第三章第二节 分子晶体与原子晶体学案
