分子晶體與原子晶體教學目的1了解原子晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結構與性質的關系；2掌握分子間作用力對物質的狀態、穩定性等方面的影響；3能說出分子晶體與原子晶體結構基元以及物理性質方面的主要區別；4進一步形成有關物質結構的基本觀念，初步認識物質的結構與性質之間的關系。教學內容【考綱要求】了解分子晶體和原子晶體的特征，能描述金剛石、sio2、co2等晶體的結構與性質的關系；一、知識點講解（一）分子晶體1定義：只含分子的晶體；也可以說是分子間以分子間作用力相結合的晶體；2典型的分子晶體：（1）所有非金屬氫化物，如nh3、h2s等； （2）部分非金屬單質，如白磷、硫等； （3）部分非金屬氧化物，如co2、so2等 （4）絕大多數有機物，如甲烷、尿素等； （5）幾乎所有的酸（而堿和鹽則是離子晶體），如乙酸等3物理特性：熔沸點較低、易升華、硬度小等；4結構特性：（1）12個緊鄰的分子密堆積，如o2（左圖）和c60（右圖）；（2）冰的晶體：氫鍵、每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子、正四面體形；且4密度最大；（3）干冰：co2的晶體。分子間存在范德華力，熔點低，易升華，制冷劑。總結如下表所示：晶體類型分子晶體結構構成晶體的粒子分子粒子間的相互作用力分子間作用力性質硬度小熔沸點較低導電性固態熔融狀態不導電溶解性相似相溶【典例1】sicl4的分子結構與ccl4相似，對其作出如下推測不正確的是（ ）asicl4晶體是分子晶體 b常溫、常壓下sicl4是氣體csicl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子 dsicl4熔點高于ccl4答案 b解析由于sicl4具有分子結構，所以一定屬于分子晶體。影響分子晶體熔、沸點的因素是分子間作用力的大小，在這兩種分子中都只有范德華力，sicl4的相對分子質量大于ccl4的相對分子質量，所以sicl4的分子間作用力和熔、沸點應該比ccl4高一些，ccl4的分子是正四面體結構，sicl4與它結構相似，因此也應該是正四面體結構，是含極性鍵的非極性分子。【典例2】下列有關分子晶體的說法中一定正確的是（ ）a分子內均存在共價鍵 b分子間一定存在范德華力c分子間一定存在氫鍵 d其結構一定為分子密堆積答案 b解析 稀有氣體元素組成的晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華力結合成晶體，所以不存在任何化學鍵，故a項錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負性較強的n、o、f原子結合的氫原子的分子間或者分子內，所以b項正確，c項錯誤；只存在范德華力的分子晶體才采取分子密堆積的方式，所以d選項也是錯誤的。【典例3】下列性質適合分子晶體的是（ ） a熔點1070，易溶于水，水溶液能導電 b熔點1003.1，液態時導電，水溶液導電c能溶于cs2，熔點112.8，沸點444.6 d熔點97.81，易液化，液態時可以導電答案 c解析 主要根據分子晶體的性質特點來判斷，分子晶體熔、沸點一般較低，液態時不導電。（二）原子晶體1定義：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成的空間網狀結構的晶體。2常見類別：（1）某些非金屬單質，如金剛石、硼（b）、硅（si）和鍺（ge）等；其中的金剛石結構為正四面體網狀空間結構，ccc夾角為10928，sp3雜化；其硬度最大、熔點高；（2）某些非金屬化合物，如碳化硅（sic，俗稱金剛砂）、氮化硼（bn）等；（3）某些氧化物，如氧化鋁（a12o3）、二氧化硅（sio2）等；sio2晶體常用來制水泥、玻璃、寶石、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維等；3物理性質：熔、沸點較高；硬度大；不溶于一般的溶劑；不導電；4晶體類型的依據：（1）構成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用類型比較分子晶體原子晶體構成晶體微粒分子原子形成晶體作用力分子間作用力共價鍵物理性質熔沸點較低較高硬度較小較高導電性不導電液態時可導電，固態時不導電溶解性不同的晶體溶解性差別較大難容典型實例p4、干冰、硫金剛石、二氧化硅（2）物質的物理性質(如：熔、沸點或硬度) 不同晶體類型的物質：原子晶體 分子晶體； 同一晶體類型的物質：比較晶體內部結構粒子間作用力，作用力越大，熔沸點越高；a：原子晶體：比較共價鍵的強弱一般地說，原子半徑越小，形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，其晶體熔沸點越高，如熔點：金剛石 碳化硅 晶體硅。b：分子晶體：組成結構相似的物質，相對分子質量越大，熔沸點越高，如熔沸點：o2 n2，hi hbr hcl；組成結構不相似的物質，分子的極性越大，其熔沸點就越高，如熔沸點：co n2；【典例4】金剛石是典型的原子晶體，下列關于金剛石的說法中錯誤的是（ ）a晶體中不存在獨立的“分子” b碳原子間以共價鍵相結合c是硬度最大的物質之一 d化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應答案 d解析在金剛石中，碳原子以共價鍵結合成空間網狀結構，不存在具有有限固定組成的分子。由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能高，所以金剛石的硬度很大，因此a、b、c選項是正確的；但是由于金剛石是碳的單質，可以在空氣或氧氣中燃燒生成co2分子，故d選項的說法是錯誤的。【典例5】x是核外電子數最少的元素，y是地殼中含量最豐富的元素，z在地殼中的含量僅次于y，w可以形成自然界中最硬的原子晶體。下列敘述錯誤的是（ ）awx4是沼氣的主要成分 b固態x2y是分子晶體czw是原子晶體 d瑪瑙、水晶和玻璃的成分都是zy2答案d解析由題意可知，x是h，y是o，z是si，w是c。所以wx4是ch4，它是沼氣的主要成分；x2y是h2o，屬于分子晶體；zw為sic，屬于原子晶體；zy2為sio2，是瑪瑙和水晶的成分，但是玻璃的主要成分是硅酸鹽。【典例6】氮化碳晶體是新發現的一種高硬度材料，該晶體類型應該是_晶體。試根據物質結構知識推測氮化碳晶體與金剛石相比較，硬度更大的應該是_晶體，熔點較低的應是_晶體。答案原子氮化碳金剛石解析根據原子晶體的結構性質特點，氮化碳晶體是由兩種非金屬構成的且硬度很大，應為原子晶體；由氮原子和碳原子的原子半徑可知，nc的鍵長比cc的鍵長要短，鍵長越短，鍵能越大，表現在性質上也就是熔點越高，硬度越大。五、課堂練習1共價鍵、離子鍵和范德華力是構成物質粒子間的不同作用方式，下列物質只含一種作用的是（ ） a干冰 b氯化鈉 c氫氧化鈉 d碘答案 b2下列屬于分子晶體的一組物質是（ ）acao、no、co bccl4、h2o2、he cco2、so2、nacl dch4、o2、na2o答案 b3下列的晶體中，化學鍵種類相同，晶體類型也相同的是（ ）aco2與h2o bso2與sio2 cnacl與hcl dccl4與kcl答案 a4水的沸點為100，硫化氫的分子結構跟水相似，但它的沸點卻很低是60.7，引起這種差異的主要原因是（ ）a范德華力 b共價鍵 c氫鍵 d相對分子質量答案 c5四氯化硅的分子結構與四氯化碳類似，對其作出如下推測: 四氯化硅晶體是分子晶體；常溫常壓四氯化硅下是液體；四氯化硅分子是由極性鍵形成的分子；四氯化硅熔點高于四氯化碳；其中正確的是（ ）a只有 b只有 c只有 d答案 d6下列物質固態時熔點的比較正確的是（ ）af2 cl2 br2 b金剛石 p4 o2cs hbr 金剛石 di2 ch4 冰答案 b7碳化硅sic的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中c原子和s原子的位置是交替的。在下列三種晶體 金剛石 晶體硅 碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是（ ）a b c d答案a8證明金剛石和石墨都是由碳元素組成的方法是（ ）a觀察外表 b測定密度 c在純氧中燃燒，檢驗燃燒產物 d測量硬度答案 c9干冰汽化時，下列所述內容發生變化的是（ ） a分子內共價鍵 b分子間作用力 c分子間距離 d分子間的氫鍵答案 b10在常溫、常壓下呈氣態的化合物，降溫使其固化得到的晶體屬于（ ）a分子晶體 b原子晶體 c離子晶體 d何種晶體無法判斷答案 a11第28屆國際地質大會提供的資料顯示，海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需要，天然氣水合物是一種晶體，晶體中平均每46個水分子構建成8個籠，每個籠可容納五個ch4分子或1個游離h2o分子。根據上述信息，完成下兩題：（1）下列關于天然氣水合物中兩種分子極性的描述正確的是（ ）a兩種都是極性分子 b兩種都是非極性分子cch4是極性分子，h2o是非極性分子 dh2o是極性分子，ch4是非極性分子（2）若晶體中每8個籠只有6個容納了ch4分子，另外2個籠被游離h2o分子填充，則天然氣水合物的平均組成可表示為（ ）ach414h2o bch48h2o cch4(23/3)h2o dch46h2o 答案（1）d； （2）b12氮化硼（bn）是一種新型結構材料，具有超硬、耐磨、耐高溫等優良特性，下列各組物質熔化時，所克服的微粒間作用與氮化硼熔化時克服的微粒間作用都相同的是（ ）a硝酸鈉和金剛石 b晶體硅和水晶 c冰和干冰 d苯和萘答案 b13選擇以下物體填寫下列空白：（填寫序號）a干冰 b氯化銨 c燒堿 d固體碘（1）晶體中存在分子的是 ；（2）晶體中既有離子鍵又有共價鍵的是 ；（3）常況下能升華的是 ；答案（1）ad （2）bc （3）ad14（1）在sio2晶體中，每個si原子與 個o原子結合，構成 結構， （2）在sio2晶體中，si原子與o原子個數比為 （3）在sio2晶體中，最小的環為 個si和 個o組成的 環。答案（1）4、4、空間網狀 （2）1:2 （3）6、6、十二元151996年諾貝化學獎授予對發現c60有重大貢獻的三位科學家。c60分子是形如球狀的多面體（如下圖所示）， 該結構的建立基于以下考慮： c60分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學鍵； c60分子只含有五邊形和六邊形； 多面體的頂點數、面數和棱邊數的關系，遵循歐拉定理：頂點數+面數棱邊數=2 據上所述,可推知c60分子有12個五邊形和20個六邊形，c60分子所含的雙鍵數為30。 請回答下列問題： （1）固體c60與金剛石相比較，熔點較高者應是_，理由是：_。 （2）試估計c60跟f2在一定條件下，能否發生反應生成c60f60(填“可能”或“不可能”)_，并簡述其理由：_。 （3）通過計算確定c60分子所含單鍵數。c60分子所含單鍵數為_。 （4）c70分子也已制得，它的分子結構模型可以與c60同樣考慮而推知。通過計算確定c70分子中五邊形和六邊形的數目。 c70分子中所含五邊形數為_，六邊形數為_。 答案（1）金剛石；金剛石屬原子晶體，而固體c60不是，故金剛石熔點較高； （2）可能； 因c60分子含30個雙鍵，與極活潑的f2發生加成反應即可生成c60f60；（3）依題意，c60分子形成的化學鍵數為：1/2(360)=90，也可由歐拉定理計算鍵數（即棱邊數）：60+(12+20)2=90，c60分子中單鍵為：9030=60 （4）設c70分子中五邊形數為x，六邊形數為y。依題意可得方程組：解得：五邊形數x=12，六邊形數y=25六、課堂小結1分子晶體：（1）定義（2）典型的分子晶體（3）物理特性（4）結構特性2原子晶體：（1）定義（2）常見類別（3）物理性質（4）晶體類型的依據七、課后作業1石墨與金剛石的物理性質有很大差異的原因是（ ）a顏色不同 b內部碳原子排列不同 c物質組成不同 d化學性質不同答案 b2下列物質中硬度最大的是（ ）a玻璃 b巖石 c石墨 d金剛石答案 d3下列物質的晶體中，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下列物質中，屬于原子晶體的化合物是（ ）a水晶 b晶體硅 c金剛石 d干冰答案 a5有關晶體的敘述中正確的是（ ）a在sio2晶體中，由si、o構成的最小單元環中共有8個電子b在12 g金剛石中，含cc共價鍵鍵數為4nac干冰晶體熔化只需克服分子間作用力d金屬晶體是由金屬原子直接構成的答案 c6已知c3n4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于c3n4晶體說法錯誤的是（ ）a該晶體屬于原子晶體，其化學鍵比金剛石更牢固b該晶體中每個碳原子連接4個氮原子、每個氮原子連接3個碳原子c該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構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狀結構答案d7下列物質的熔、沸點高低順序正確的是（ ）a金剛石 晶體硅 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氧化鎂 水 氮氣 氧氣 d金剛石 生鐵 鈉 純鐵答案 b81999年美國科學雜志報道：在40gpa高壓下，用激光器加熱到1800k，人們成功制得了原子晶體干冰，下列推斷中不正確的是（ ）a原子晶體干冰有很高的熔點、沸點，有很大的硬度 b原子晶體干冰易氣化，可用作制冷材料c原子晶體干冰的硬度大，可用作耐磨材料 d每摩爾原子晶體干冰中含4mol co鍵答案 b9我國的激光技術在世界上處于領先地位，據報道，有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬，其原因可能是（ ）a碳、氮原子構成平面結構的晶體 b碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更短c氮原子電子數比碳原子電子數多 d碳、氮的單質的化學性質均不活潑答案b10（1）金剛石可以裝在鉆探機的鉆頭上，是由于_；（2）石墨可做鉛筆芯是由于_；可做潤滑劑，是由于_；可做電極，是由于_；活性炭可作防毒面具的濾毒劑，是由于_。答案（1）硬度大； （2）硬度小（質軟）；潤滑性；能導電；吸附性；11（1）在干冰晶體中每個co2分子周圍緊鄰的co2分子有_個；（2）在晶體中截取一個最小的正方形，使正方形的四個頂點部落到co2分子的中心，則在這個正方形的平面上有_個co2分子。答案（1）12個 （2）4個解析（1）干冰的晶體模型中，面心上有3個co2分子，而co2分子被8個這樣的立方體所共有，故有38=24；又考慮到面心上的 co2被2個這個的立方體