1、分子晶体与原子晶体教学目的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 掌握分子间作用力对物质的状态、稳定性等方面的影响；3 能说出分子晶体与原子晶体结构基元以及物理性质方面的主要区别；4 进一步形成有关物质结构的基本观念，初步认识物质的结构与性质之间的关系。教学内容【考纲要求】了解分子晶体和原子晶体的特征，能描述金刚石、SiO 2、 CO2 等晶体的结构与性质的关系；一、知识点讲解（一）分子晶体1定义：只含分子的晶体；也可以说是分子间以分子间作用力相结合的晶体；2典型的分子晶体：（1 ）所有非金属氢化物，如 NH3、H 2S 等； （2）部分非金属单质，如白
2、磷、硫等； （3 ）部分非金属氧化物，如 CO2、SO 2 等 （4）绝大多数有机物，如甲烷、尿素等； （5 ）几乎所有的酸（而碱和盐则是离子晶体） ，如乙酸等3物理特性：熔沸点较低、易升华、硬度小等；4结构特性：（1 ） 12 个紧邻的分子密堆积，如 O2（左图）和 C60（右图） ；（2 ）冰的晶体：氢键、每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子、正四面体形；且 4密度最大；（3 ）干冰：CO 2 的晶体。分子间存在范德华力，熔点低，易升华，制冷剂。总结如下表所示：晶体类型 分子晶体构成晶体的粒子 分子结构粒子间的相互作用力 分子间作用力硬度 小熔沸点 较低导电性 固态熔融状态不导电性质溶解
3、性 相似相溶【典例 1】SiCl 4 的分子结构与 CCl4 相似，对其作出如下推测不正确的是（ ）ASiCl 4 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 DSiCl 4 熔点高于 CCl4答案 B解析 由于 SiCl4 具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，SiCl 4 的相对分子质量大于 CCl4 的相对分子质量，所以 SiCl4 的分子间作用力和熔、沸点应该比 CCl4 高一些，CCl 4 的分子是正四面体结构，SiCl 4 与它结构相似，因此也应该是正
4、四面体结构，是含极性键的非极性分子。【典例 2】下列有关分子晶体的说法中一定正确的是（ ）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其结构一定为分子密堆积答案 B解析 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，故 A 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；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以 D 选项也是错误的。【典例 3】下列性质适合分子晶
5、体的是（ ） A熔点 1070，易溶于水，水溶液能导电 B熔点 1003.1，液态时导电，水溶液导电C能溶于 CS2，熔点 112.8，沸点 444.6 D熔点 97.81，易液化，液态时可以导电答案 C解析 主要根据分子晶体的性质特点来判断，分子晶体熔、沸点一般较低，液态时不导电。（二）原子晶体1定义：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。2常见类别：（1 ）某些非金属单质，如金刚石、硼（B） 、硅（Si）和锗（Ge）等；其中的金刚石结构为正四面体网状空间结构，CCC 夹角为 10928，sp 3 杂化；其硬度最大、熔点高；（2 ）某些非金属化合物，如碳化硅（SiC，俗称金刚砂
6、） 、氮化硼（BN）等；（3 ）某些氧化物，如氧化铝（A1 2O3） 、二氧化硅（SiO 2）等；SiO2 晶体常用来制水泥、玻璃、宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等；3物理性质：熔、沸点较高；硬度大；不溶于一般的溶剂；不导电；4晶体类型的依据：（1 ）构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用类型比较分子晶体 原子晶体构成晶体微粒 分子 原子形成晶体作用力分子间作用力 共价键熔沸点 较低 较高硬度 较小 较高导电性 不导电液态时可导电，固态时不导电物理性质 溶解性 不同的晶体溶解性差别较大 难容典型实例 P4、干冰、硫 金刚石、二氧化硅（2 ）物质的物理性质(如：熔、沸点或硬度) 不同晶体类
7、型的物质：原子晶体 分子晶体； 同一晶体类型的物质：比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高；a：原子晶体：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。b：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：O 2 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；【典例 4】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
8、高温下也不会与氧气发生反应答案 D解析 在金刚石中，碳原子以共价键结合成空间网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很大，因此 A、B、C 选项是正确的；但是由于金刚石是碳的单质，可以在空气或氧气中燃烧生成 CO2 分子，故 D 选项的说法是错误的。【典例 5】X 是核外电子数最少的元素，Y 是地壳中含量最丰富的元素，Z 在地壳中的含量仅次于 Y，W 可以形成自然界中最硬的原子晶体。下列叙述错误的是（ ）AWX 4 是沼气的主要成分 B固态 X2Y 是分子晶体C ZW 是原子晶体 D玛瑙、水晶和玻璃的成分都是 ZY2答案 D解析
9、 由题意可知，X 是 H，Y 是 O，Z 是 Si，W 是 C。所以 WX4 是 CH4，它是沼气的主要成分；X 2Y 是 H2O，属于分子晶体；ZW 为 SiC，属于原子晶体；ZY 2 为 SiO2，是玛瑙和水晶的成分，但是玻璃的主要成分是硅酸盐。【典例 6】氮化碳晶体是新发现的一种高硬度材料，该晶体类型应该是_晶体。试根据物质结构知识推测氮化碳晶体与金刚石相比较，硬度更大的应该是_ 晶体，熔点较低的应是_晶体。答案 原子 氮化碳 金刚石解析 根据原子晶体的结构性质特点，氮化碳晶体是由两种非金属构成的且硬度很大，应为原子晶体；由氮原子和碳原子的原子半径可知，NC 的键长比 CC 的键长要短，
10、键长越短，键能越大，表现在性质上也就是熔点越高，硬度越大。五、课堂练习1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，下列物质只含一种作用的是（ ） A干冰 B氯化钠 C氢氧化钠 D碘答案 B2下列属于分子晶体的一组物质是（ ）ACaO、NO、 CO BCCl 4、H 2O2、He C CO2、SO 2、 NaCl DCH 4、O 2、Na 2O答案 B3下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是（ ）ACO 2 与 H2O BSO 2 与 SiO2 C NaCl 与 HCl DCCl 4 与 KCl答案 A4水的沸点为 100，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低是60
11、.7 ，引起这种差异的主要原因是（ ）A范德华力 B共价键 C氢键 D相对分子质量答案 C5四氯化硅的分子结构与四氯化碳类似，对其作出如下推测: 四氯化硅晶体是分子晶体；常温常压四氯化硅下是液体；四氯化硅分子是由极性键形成的分子；四氯化硅熔点高于四氯化碳；其中正确的是（ ）A只有 B只有 C只有 D答案 D6下列物质固态时熔点的比较正确的是（ ）AF 2 Cl2 Br2 B金刚石 P4 O2C S HBr 金刚石 DI 2 CH4 冰答案 B7碳化硅 SiC 的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中 C 原子和 S 原子的位置是交替的。在下列三种晶体 金刚石 晶体硅 碳化硅中，它们的熔点从高到低的
12、顺序是（ ）A B C D答案 A8证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的方法是（ ）A观察外表 B测定密度 C在纯氧中燃烧，检验燃烧产物 D测量硬度答案 C9干冰汽化时，下列所述内容发生变化的是（ ） A分子内共价键 B分子间作用力 C分子间距离 D分子间的氢键答案 B10在常温、常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于（ ）A分子晶体 B原子晶体 C离子晶体 D何种晶体无法判断答案 A11第 28 届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类 1000 年的能源需要，天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每 46 个水分子构建成 8 个笼，每个笼可容纳五个 CH4 分
13、子或 1 个游离H2O 分子。根据上述信息，完成下两题：（1 ）下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是（ ）A两种都是极性分子 B两种都是非极性分子C CH4 是极性分子， H2O 是非极性分子 D H2O 是极性分子，CH 4 是非极性分子（2 ）若晶体中每 8 个笼只有 6 个容纳了 CH4 分子，另外 2 个笼被游离 H2O 分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为（ ）ACH 414H2O BCH 48H2O CCH 4(23/3)H2O DCH 46H2O 答案（1）D ； （2）B12氮化硼（BN）是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时
14、，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是（ ）A硝酸钠和金刚石 B晶体硅和水晶 C冰和干冰 D苯和萘答案 B13选择以下物体填写下列空白：（填写序号）A干冰 B氯化铵 C烧碱 D固体碘（1 ）晶体中存在分子的是 ；（2 ）晶体中既有离子键又有共价键的是 ；（3 ）常况下能升华的是 ；答案（1）AD （2）BC （3）AD14 （ 1）在 SiO2 晶体中，每个 Si 原子与 个 O 原子结合，构成 结构，（2）在 SiO2 晶体中，Si 原子与 O 原子个数比为 （3 ）在 SiO2 晶体中，最小的环为 个 Si 和 个 O 组成的 环。答案（1）4 、4、空间网状 （2
15、）1 2 （3）6 、6、十二元15 1996 年诺贝化学奖授予对发现 C60 有重大贡献的三位科学家。C 60 分子是形如球状的多面体（如下图所示） ， 该结构的建立基于以下考虑： C 60 分子中每个碳原子只跟相邻的 3 个碳原子形成化学键； C 60 分子只含有五边形和六边形； 多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数棱边数=2 据上所述,可推知 C60 分子有 12 个五边形和 20 个六边形，C 60 分子所含的双键数为 30。 请回答下列问题： （1 ）固体 C60 与金刚石相比较，熔点较高者应是_，理由是：_。 （2 ）试估计 C60 跟 F2 在一定条件下
16、，能否发生反应生成 C60F60(填“可能”或“不可能”)_ ，并简述其理由：_。 （3 ）通过计算确定 C60 分子所含单键数。C 60 分子所含单键数为_。 （4 ） C70 分子也已制得，它的分子结构模型可以与 C60 同样考虑而推知。通过计算确定 C70 分子中五边形和六边形的数目。 C70 分子中所含五边形数为_，六边形数为_。 答案（1）金刚石；金刚石属原子晶体，而固体 C60 不是，故金刚石熔点较高； （2 ）可能； 因 C60 分子含 30 个双键，与极活泼的 F2 发生加成反应即可生成 C60F60；（3 ）依题意，C 60 分子形成的化学键数为：1/2(360)=90，也可
17、由欧拉定理计算键数（即棱边数）：60+(12+20)2=90 ，C 60 分子中单键为：9030=60 （4 ）设 C70 分子中五边形数为 x，六边形数为 y。依题意可得方程组：解得：五边形数 x=12，六边形数 y=25六、课堂小结1分子晶体：（1）定义（2 ）典型的分子晶体（3 ）物理特性（4 ）结构特性2原子晶体：（1）定义（2）常见类别（3 ）物理性质（4 ）晶体类型的依据七、课后作业1石墨与金刚石的物理性质有很大差异的原因是（ ）A颜色不同 B内部碳原子排列不同 C物质组成不同 D化学性质不同答案 B2下列物质中硬度最大的是（ ）A玻璃 B岩石 C石墨 D金刚石答案 D3下列物质的
18、晶体中，不存在分子的是（ ）A二氧化硅 B二氧化硫 C二氧化碳 D二硫化碳答案 A4下列物质中，属于原子晶体的化合物是（ ）A水晶 B晶体硅 C金刚石 D干冰答案 A5有关晶体的叙述中正确的是（ ）A在 SiO2 晶体中，由 Si、O 构成的最小单元环中共有 8 个电子B在 12 g 金刚石中，含 CC 共价键键数为 4NAC干冰晶体熔化只需克服分子间作用力D金属晶体是由金属原子直接构成的答案 C6已知 C3N4 晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于 C3N4 晶体说法错误的是（ ）A该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固B该晶体中每个碳原子连接 4 个氮
19、原子、每个氮原子连接 3 个碳原子C该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足 8 电子结构D该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构答案 D7下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是（ ）A金刚石 晶体硅 二氧化硅 碳化硅 B四碘化碳 四溴化碳 四氯化碳 四氟化碳C氧化镁 水 氮气 氧气 D金刚石 生铁 钠 纯铁答案 B8 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
20、原子晶体干冰中含 4mol CO 键答案 B9我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬，其原因可能是（ ）A碳、氮原子构成平面结构的晶体 B碳氮键比金刚石中的碳碳键更短C氮原子电子数比碳原子电子数多 D碳、氮的单质的化学性质均不活泼答案 B10 （ 1）金刚石可以装在钻探机的钻头上，是由于_；（2 ）石墨可做铅笔芯是由于_；可做润滑剂，是由于_；可做电极，是由于_；活性炭可作防毒面具的滤毒剂，是由于_。答案（1）硬度大； （2 ）硬度小（质软
21、） ；润滑性；能导电；吸附性；11 （ 1）在干冰晶体中每个 CO2 分子周围紧邻的 CO2 分子有_个；（2 ）在晶体中截取一个最小的正方形，使正方形的四个顶点部落到 CO2 分子的中心，则在这个正方形的平面上有_个 CO2 分子。答案（1）12 个 （2）4 个解析（1）干冰的晶体模型中，面心上有 3 个 CO2 分子，而 CO2 分子被 8 个这样的立方体所共有，故有38=24；又考虑到面心上的 CO2 被 2 个这个的立方体共有，故 24/2=12 个。（2 ）由 CO2 晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半，不难看出有 4 个 CO2 分子。12氮化硅是一种高
22、温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得。（1 ）氮化硅属于_晶体（填晶体类型） ；（2 ）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且 N 原子和 N 原子、Si 原子和 Si 原子不直接相连，同时每个原子都满足 8 电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式： 。（3 ）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为 。答案（1）原子 （2）Si 3N4 （3）3SiCl 42N 26H 2 Si3N412HCl= = = = =高 温 13干冰是一种比冰更好的制冷剂，利用“干冰” 可以产生78 的
23、低温，而且干冰熔化时，不会像冰那样变成液体，使冷藏物品受潮或污损。它直接蒸发成为湿度很低、干燥的 CO2 气体，围绕在冷藏物品的四周，因而它的冷藏效果特别好。在一定温度下，用 X 射线衍射法测得干冰晶胞(晶体中最小的重复单元)如图所示，边长 a5.7210 8cm，则该温度下干冰的密度为多少？答案 1.56 gcm3解析 在 CO2 晶体结构中，每个质点都是一个小分子，该晶体为立方体结构，每个立方体顶点都有一个 CO2 分子，每个面心上各有一个 CO2 分子，故该晶胞中的 CO2 分子个数为 8 6 4 个，则一个 CO2 分子的体积18 12Va 3NA (5.7210 8cm)36.021023mol1 28.17 cm3mol1，则 (CO2) 1.56 14 14 MV 44 gmol 128.17 cm3mol 1gcm3
