2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 第1課時(shí) 原子晶體課件 魯科版選修3.ppt

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第3章第3節(jié)原子晶體與分子晶體,第1課時(shí)原子晶體,1.知道原子晶體的概念，能夠從原子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)理解其物理特性。2.學(xué)會晶體熔、沸點(diǎn)比較的方法。,,目標(biāo)導(dǎo)航,基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué),重點(diǎn)難點(diǎn)探究,隨堂達(dá)標(biāo)檢測,,,,,欄目索引,一、原子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué),,答案,共價(jià)鍵,1.概念及物理性質(zhì),空間立體網(wǎng)狀,原子,共價(jià)鍵,較強(qiáng)的共價(jià)鍵,很高,很大,小,短,大,高,大,,答案,2.原子晶體與物質(zhì)的類別,非金屬單質(zhì),非金屬化合物,氧化物,,答案,議一議為什么原子晶體結(jié)構(gòu)比金屬晶體和離子晶體結(jié)構(gòu)松散，但卻比金屬晶體和離子晶體有更強(qiáng)的穩(wěn)定性？,答案共價(jià)鍵具有方向性和飽和性，使原子晶體中某個(gè)原子周圍結(jié)合的其他原子是有限的，因此比較松散。由于整個(gè)晶體中各原子都以強(qiáng)作用力共價(jià)鍵相互結(jié)合，且構(gòu)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以原子晶體更穩(wěn)定。,二、典型原子晶體的結(jié)構(gòu)分析,,答案,1.金剛石(1)碳原子采取雜化，C—C鍵鍵角為。(2)每個(gè)碳原子與周圍緊鄰的個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。(3)最小碳環(huán)由個(gè)碳原子組成，且最小環(huán)上碳原子不在同一平面內(nèi)。,sp3,109.5,正四面體,6,4,,答案,2.晶體硅把金剛石中的C原子換成Si原子，分別得到晶體硅的結(jié)構(gòu)模型和晶胞模型，不同的是Si—Si鍵長C—C鍵長。3.二氧化硅晶體(1)Si原子采取雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為。(2)每個(gè)Si原子與個(gè)O原子形成個(gè)共價(jià)鍵，原子位于正四面體的中心，__原子位于正四面體的頂點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)O原子被個(gè)硅氧正四面體共用；每個(gè)O原子和個(gè)Si原子形成個(gè)共價(jià)鍵，晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為_____。(3)最小環(huán)上有個(gè)原子，包括個(gè)O原子和個(gè)Si原子。,>,sp3,109.5,4,4,Si,O,2,2,2,1∶2,12,6,6,議一議1.原子晶體的化學(xué)式是否可以代表其分子式？,答案不能。因?yàn)樵泳w是一個(gè)三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在。,2.觀察金剛石和二氧化硅的結(jié)構(gòu)模型討論：1molC組成的金剛石中含有多少摩爾C—C鍵？1molSiO2晶體中含有多少摩爾Si—O鍵？金剛石晶體中C原子數(shù)目與C—C鍵數(shù)目之比為多少？,答案241∶2在金剛石晶體中，1個(gè)C原子與4個(gè)C原子形成4個(gè)C—C鍵，而每2個(gè)C原子之間才形成一個(gè)鍵，所以1molC形成的C—C鍵個(gè)數(shù)為4mol＝2mol，金剛石晶體中C原子個(gè)數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將金剛石中的C原子全都改換為Si原子，同時(shí)在Si—Si鍵中間增添一個(gè)O原子，所以1molSiO2晶體中含有4molSi—O鍵。,,返回,答案,一、原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),重點(diǎn)難點(diǎn)探究,1.原子晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)在原子晶體中，各原子均以共價(jià)鍵結(jié)合，因?yàn)楣矁r(jià)鍵有方向性和飽和性，所以中心原子周圍的原子數(shù)目是有限的，原子不采取密堆積方式。(2)原子晶體的組成微粒是原子，不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式僅代表原子的個(gè)數(shù)比。(3)空間構(gòu)型：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.原子晶體熔點(diǎn)和硬度的比較原子晶體具有不同的結(jié)構(gòu)類型，對于結(jié)構(gòu)相似的原子晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的穩(wěn)定性越高，熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。,(1)原子晶體的熔、沸點(diǎn)不一定高于金屬晶體和離子晶體。如MgO(2800℃)＞SiO2(1713℃)、鎢(3410℃)＞SiO2(1713℃)。(2)平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體不屬于原子晶體。(3)原子晶體中只存在共價(jià)鍵，不存在離子鍵和范德華力。(4)稀有氣體原子組成的晶體不是原子晶體。,關(guān)鍵提醒,,解析答案,例1氮化硼是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料，它是超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì)，下列各組物質(zhì)熔化時(shí)所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時(shí)所克服的粒子間作用力相同的是()A.NaCl和金剛石B.晶體硅和水晶C.冰和干冰D.碘和金剛砂,解析氮化硼是由兩種非金屬元素形成的化合物，根據(jù)該化合物的性質(zhì)可知其為原子晶體，微粒間作用力為共價(jià)鍵。氯化鈉和金剛石熔化時(shí)分別克服的是離子鍵和共價(jià)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；冰和干冰熔化時(shí)均克服的是分子間作用力，C項(xiàng)錯(cuò)誤；碘和金剛砂熔化時(shí)分別克服的是分子間作用力和共價(jià)鍵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。,B,判斷晶體是否是原子晶體的思路(1)根據(jù)原子晶體的構(gòu)成微粒和微粒間作用力判斷。(2)根據(jù)原子晶體的物理性質(zhì)判斷。(3)記住常見的原子晶體。,解題反思,變式訓(xùn)練1已知氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于該晶體的說法錯(cuò)誤的是()A.氮化碳屬于原子晶體，比金剛石中的硬度更大B.該晶體中每個(gè)碳原子與4個(gè)氮原子相連，每個(gè)氮原子與3個(gè)碳原子相連，氮化碳的化學(xué)式為C3N4C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)D.該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),,解析答案,解析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(yīng)為原子晶體。又因?yàn)镃—C鍵鍵長大于C—N鍵鍵長，故C—N鍵的鍵能大于C—C鍵，硬度更大的是氮化碳，A項(xiàng)正確；每個(gè)C原子與4個(gè)N原子形成共價(jià)單鍵，每個(gè)N原子與3個(gè)C原子形成共價(jià)單鍵，C原子和N原子的最外層都達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以氮化碳的化學(xué)式為C3N4，N的非金屬性大于C的非金屬性，氮化碳中C顯＋4價(jià)，N顯-3價(jià)，B和C均正確；氮化碳晶體原子間以N—C極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，D不正確。,答案D,規(guī)律總結(jié),結(jié)構(gòu)相似的原子晶體原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，熔、沸點(diǎn)越高。,二、典型的原子晶體,SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于晶體硅結(jié)構(gòu)中每兩個(gè)Si原子中間插入一個(gè)O原子。,關(guān)鍵提醒,,解析答案,例2碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng)，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。,請回答下列問題：(1)碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為________，每個(gè)碳原子周圍與其距離最近的硅原子有________個(gè)；設(shè)晶胞邊長為acm，密度為bgcm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為________(用含a、b的式子表示)。,答案sp34,(2)立方氮化硼晶胞中有________個(gè)硼原子，________個(gè)氮原子，硼原子的雜化類型為________，若晶胞的邊長為acm，則立方氮化硼的密度表達(dá)式為________gcm－3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。,,解析答案,解題反思,原子晶體氮化硼晶胞與金剛石、晶體硅、碳化硅晶體相似。如晶胞中原子數(shù)目、原子雜化類型、鍵角都相同，但BN晶體中存在配位鍵B←N。,變式訓(xùn)練2關(guān)于SiO2晶體的敘述正確的是()A.60gSiO2晶體中含有NA個(gè)分子(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值)B.60gSiO2晶體中，含有2NA個(gè)Si—O鍵C.SiO2晶體中與同一Si原子相連的4個(gè)O原子處于同一四面體的4個(gè)頂點(diǎn)D.SiO2晶體中，1個(gè)Si原子和2個(gè)O原子形成2個(gè)共價(jià)鍵,,解析答案,解析SiO2晶體為原子晶體，晶體中不存在單個(gè)分子，A不正確；1molSiO2晶體中含有Si—O鍵4mol，B不正確；SiO2晶體中，與每個(gè)Si原子相連的4個(gè)O構(gòu)成四面體結(jié)構(gòu)，O原子位于頂點(diǎn)，Si原子位于四面體的中心，C正確；SiO2晶體中，1個(gè)Si原子和4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，D不正確。,C,,返回,解題反思,,1molSiO晶體含2molSi—Si鍵4molSi—O鍵,硅晶胞含8個(gè)Si原子,SiO2晶胞含8個(gè)Si原子16個(gè)O原子,1molSiO2含,,,1.氮氧化鋁(AlON)屬原子晶體，是一種超強(qiáng)透明材料，下列描述錯(cuò)誤的是()A.AlON和石英的化學(xué)鍵類型相同B.AlON和石英晶體類型相同C.AlON和Al2O3的化學(xué)鍵類型不同D.AlON和Al2O3晶體類型相同,D,隨堂達(dá)標(biāo)檢測,1,2,3,,解析答案,4,5,解析AlON與石英(SiO2)均為原子晶體，所含化學(xué)鍵均為共價(jià)鍵，故A、B項(xiàng)正確；Al2O3是離子晶體，晶體中含離子鍵，不含共價(jià)鍵，故C項(xiàng)正確、D項(xiàng)錯(cuò)誤。,6,,2.二氧化硅晶體是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如右圖所示：,解析答案,1,2,3,4,5,關(guān)于二氧化硅晶體的下列說法中，正確的是()A.1molSiO2晶體中Si—O鍵為2molB.二氧化硅晶體的分子式是SiO2C.晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結(jié)構(gòu)D.晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為8,6,1,2,3,4,5,解析A選項(xiàng)錯(cuò)誤，SiO2晶體中，1個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成Si—O鍵，所以1molSiO2晶體中Si—O鍵為4mol；B選項(xiàng)錯(cuò)誤，晶體中1個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成共價(jià)鍵，1個(gè)氧原子與周圍2個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，SiO2表示晶體中Si、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2，并不是分子式；C選項(xiàng)正確，1個(gè)硅原子分別與4個(gè)氧原子形成4對共用電子對，1個(gè)氧原子分別與2個(gè)硅原子形成2對共用電子對，所以Si、O原子最外電子層都滿足8電子結(jié)構(gòu)；D選項(xiàng)錯(cuò)誤，晶體中最小環(huán)上硅與氧交替連接，SiO2晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為12，其中6個(gè)為硅原子，6個(gè)為氧原子。,答案C,6,,3.下表是某些原子晶體的熔點(diǎn)和硬度：,解析答案,1,2,3,4,5,分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是()①構(gòu)成原子晶體的原子種類越多，晶體的熔點(diǎn)越高②構(gòu)成原子晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成原子晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大④構(gòu)成原子晶體的原子的半徑越小，晶體的硬度越大A.①②B.③④C.①③D.②④,6,解析原子晶體的熔點(diǎn)和硬度與構(gòu)成原子晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能有關(guān)，而原子間的共價(jià)鍵鍵能與原子半徑的大小有關(guān)。,1,2,3,4,5,答案D,6,,4.科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時(shí)再用射頻電火花噴射氮?dú)猓藭r(shí)碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬。其原因可能是()A.碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體B.碳氮鍵鍵長比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短C.氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多D.碳、氮單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑,解析答案,1,2,3,4,5,6,解析由“這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬”可知，該晶體應(yīng)該是一種原子晶體，原子晶體的結(jié)構(gòu)是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而不是平面結(jié)構(gòu)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；氮原子的半徑比碳原子的半徑小，二者所形成的共價(jià)鍵的鍵長要比碳碳鍵的鍵長短，所以該晶體的硬度應(yīng)該比金剛石更高，B選項(xiàng)正確；原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會影響所形成的晶體的硬度等，所以C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,1,2,3,4,5,答案B,6,,5.現(xiàn)有幾組物質(zhì)的熔點(diǎn)(℃)數(shù)據(jù)：,據(jù)此回答下列問題：(1)A組屬于________晶體，其熔化時(shí)克服的微粒間作用力是________。,解析答案,1,2,3,4,5,解析A組物質(zhì)熔點(diǎn)均很高，且均由非金屬元素組成，故為原子晶體，熔化時(shí)克服共價(jià)鍵。,原子,共價(jià)鍵,6,,(2)B組晶體共同的物理性質(zhì)是_________(填序號)。①有金屬光澤②導(dǎo)電性③導(dǎo)熱性④延展性,解析B組晶體均為金屬單質(zhì)，故均屬于金屬晶體，金屬晶體的物理通性有金屬光澤，易導(dǎo)電、導(dǎo)熱，有延展性。,解析答案,1,2,3,4,5,①②③④,6,,(3)C組中HF熔點(diǎn)反常是由于___________________。,解析C組物質(zhì)均屬于分子晶體，由于HF分子間存在氫鍵，故HF熔點(diǎn)反常。,解析答案,1,2,3,4,5,HF分子間形成氫鍵,6,,(4)D組晶體可能具有的性質(zhì)是________(填序號)。①硬度小②水溶液能導(dǎo)電③固體能導(dǎo)電④熔融狀態(tài)能導(dǎo)電,解析D組物質(zhì)均屬于離子晶體，一般來說，硬度較大，水溶液能導(dǎo)電，固體不導(dǎo)電，熔融狀態(tài)導(dǎo)電。,解析答案,1,2,3,4,5,②④,6,,(5)D組晶體的熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)镹aCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因?yàn)開______________________________。,解析答案,1,2,3,4,解析決定離子晶體熔點(diǎn)的因素：晶格能。離子半徑越小，離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，離子晶體的熔點(diǎn)越高。,晶格能：NaCl>KCl>RbCl>CsCl,6,5,,6.回答下列問題：(1)氮化碳和氮化硅晶體結(jié)構(gòu)相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。①氮化硅的硬度______(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是____________________________________________________________________________________。,解析答案,1,2,3,4,5,解析氮化硅和氮化碳均為原子晶體。氮化硅中C—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。,小于,氮化硅和氮化碳均為原子晶體，氮化硅中N—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小,6,,②下列物質(zhì)熔化時(shí)所克服的微粒間的作用力與氮化硅熔化時(shí)所克服的微粒間的作用力相同的是________。a.單質(zhì)I2和晶體硅b.冰和干冰c.碳化硅和二氧化硅d.石墨和氧化鎂,解析答案,1,2,3,4,5,解析I2、冰、干冰固態(tài)時(shí)為分子晶體，熔化時(shí)克服范德華力；晶體硅、碳化硅、二氧化硅固態(tài)時(shí)為原子晶體，熔化時(shí)克服共價(jià)鍵；石墨為混合晶體，MgO為離子晶體，故選c。,c,6,,③已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且氮原子與氮原子不直接相連、硅原子與硅原子不直接相連，同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出氮化硅的化學(xué)式__________。,解析答案,1,2,3,4,5,解析由題意知氮化硅晶體中每個(gè)Si原子連接4個(gè)N原子，每個(gè)N原子連接3個(gè)Si原子，Si和C原子均達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為Si3N4。,Si3N4,6,,(2)第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導(dǎo)體材料，其晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似。在GaN晶體中，每個(gè)Ga原子與___個(gè)N原子相連，與同一個(gè)Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為________，GaN屬于_____晶體。,解析答案,1,2,3,4,5,解析GaN與單晶硅結(jié)構(gòu)相似，所以每個(gè)Ga原子與4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，每個(gè)N原子與4個(gè)Ga原子形成共價(jià)鍵。與同一Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)，GaN與晶體硅都是原子晶體。,4,正四面體,原子,6,,(3)金剛石與金剛砂(SiC)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以共價(jià)單鍵相結(jié)合。試回答：①金剛砂屬于________晶體。金剛砂的熔點(diǎn)比金剛石熔點(diǎn)________。②金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)硅原子周圍結(jié)合________個(gè)碳原子，其中鍵角是__________。③金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有共價(jià)鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有________個(gè)硅原子。④碳、硅原子均采取________雜化。,解析答案,1,2,3,4,5,返回,6,,返回,解析由于金剛砂是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子、硅原子交替以共價(jià)單鍵相結(jié)合，故金剛砂是原子晶體；硅原子半徑比碳原子大，故金剛砂熔點(diǎn)低；硅和碳電子層結(jié)構(gòu)、成鍵方式相同，均采取sp3雜化，硅原子周圍有4個(gè)碳原子，鍵角109.5；組成的六元環(huán)中，有3個(gè)碳原子，3個(gè)硅原子。,1,2,3,4,5,答案①原子低②4109.5③3④sp3,6,