人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第二节 分子晶体与原子晶体教学设计

1．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。

2．掌握分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质的关系。

3．了解氢键及其对物质性质的影响。

 细读教材记主干

1．共价键是怎样形成的？其作用强度与分子间作用力相比较哪种更大？

提示：共价键是通过共用电子对形成的，共价键的强度比分子间作用力要大。

2．冰融化与干冰升华克服的作用力不完全相同，干冰升华只克服范德华力，而冰融化除克服范德华力外还克服氢键。

3．二氧化硅的结构是怎样的？其熔、沸点高低如何？

提示：二氧化硅是原子之间以共价键结合而形成的立体网状结构。其中一个硅原子与四个氧原子相连，一个氧原子与两个硅原子相连。熔、沸点较高。

4．在分子晶体中，分子内的原子间以共价键相结合，分子间以分子间作用力相吸引，因此分子晶体熔点较低。

5．在原子晶体里，所有原子都以共价键相结合，形成三维的网状结构，因此原子晶体熔点高、硬度大。

 [新知探究]

1．概念及粒子间作用力

(1)概念：只含分子的晶体。

(2)粒子间的作用力

2．物理性质及物质类别

(1)物理性质

分子晶体熔、沸点较低、硬度较小。

(2)物质类别

3.晶体结构模型

(1)分子间作用力是范德华力

晶体中分子堆积方式为分子密堆积，即以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。

如干冰的晶胞结构如图

①每个晶胞中有12个原子。

②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子有12个。

(2)分子间还有其他作用力

水分子之间的主要作用力是氢键，在冰的每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。

冰的晶体结构如图

[对点演练]

1．(2016·宜昌高二检测)已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ℃，则下列结论错误的是(　　)

A．氯化铝是电解质

B．固体氯化铝是分子晶体

C．可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝

D．氯化铝为非极性分子

解析：选C　根据已知条件可知氯化铝是共价化合物，易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ℃，则说明AlCl3是分子晶体，分子之间通过分子间作用力结合。根据相似相溶原理可知AlCl3是非极性分子，在水中在水分子的作用下电离产生Al3＋、Cl－，所以AlCl3是电解质，在水溶液中能够导电，在熔融状态没有离子不能导电，因此不能通过电解熔融氯化铝的办法制取金属铝，应该通过电解熔融的Al2O3的方法冶炼铝。

2．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“＞”或“＜”)。

①CO2________SO2

②NH3________PH3

③O3________O2

④Ne________Ar

⑤CH3CH2OH________CH3OH

⑥CO________N2

(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.202×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答：

①AlCl3固体是________晶体。

②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是_____________________。

解析：(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，存在分子间氢键，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。

答案：(1)①＜　②＞　③＞　④＜　⑤＞　⑥＞

(2)①分子　②在熔融状态下，检测其是否导电，若不导电是共价化合物

[新知探究]

1．结构特点

(1)构成微粒及微粒间的作用力

(2)微粒堆积方式

整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个小分子，是一个“巨分子”，又称共价晶体。

2．物理性质及物质类别

(1)物理性质

①原子晶体一般熔点高、硬度大。

②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。

(2)物质类别

3.晶体结构模型——金刚石

①在晶体中每个碳原子以4个共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。

②晶体中C—C键夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。

③最小环上有6个碳原子。

④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为：

1∶(4×)＝1∶2。

[名师点拨]

1．分子晶体和原子晶体的比较

2.分子晶体与原子晶体熔、沸点高低比较

(1)不同类型的晶体

原子晶体＞分子晶体。

(2)同一类型的晶体

①分子晶体

a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。

b．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。

c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3。

d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

如。

②原子晶体

晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。

[对点演练]

3．(2016·南昌高二检测)能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低的原因是(　　)

A．CO2的相对分子质量比SiO2的相对分子质量小

B．C—O键能小于Si—O键能

C．C的原子半径小于Si

D．破坏CO2晶体只需克服分子间作用力，破坏SiO2晶体要破坏Si—O共价键

解析：选D　CO2是分子晶体，CO2的熔化与C===O键能

没有关系，其熔化只需要克服范德华力(分子间作用力)，SiO2是原子晶体，其熔化要破坏Si－O共价键，共价键的强度远远大于范德华力，故A、B、C错误，D正确。

4.二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体结构模型如图所示，请认真观察该模型后回答下列问题：

(1)二氧化硅晶体中最小环上有________个原子，晶体结构中存在以________原子为中心、________原子为顶点的正四面体结构。

(2)晶体中每个硅原子为________个最小环共有，每个最小环平均拥有________个硅原子、________个氧原子。

(3)晶体中存在的有________。

A．共价键　　B．离子键　　C．配位键　　D．范德华力

E．氢键

解析：二氧化硅晶体中，最小环上有6个硅原子和6个氧原子，并形成以硅原子为中心、氧原子(或硅原子)为顶点的正四面体结构。因为每个硅原子被12个最小环共有，平均每个最小环拥有的硅原子数为6×＝个，由化学式SiO2可知，拥有氧原子数为×2＝1个。原子晶体中只存在共价键，且Si—O键为极性键，不是配位键。

答案：(1)12　Si　O(或Si)　(2)12　　1　(3)A

1．有关晶体的下列说法中，正确的是(　　)

A．晶体中分子间氢键越强，分子越稳定

B．原子晶体中共价键越弱，熔点越低

C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂

D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键

解析：选B　氢键的强弱只影响晶体的物理性质，分子的稳定性则取决于分子内化学键的强弱，A项错误；冰熔化时克服分子间作用力和氢键，C项错误；晶体硅中只存在非极性共价键，D项错误。

2．(2016·温州高二检测)2015年7月31日，中国获得2022年冬奥会主办权，这将促进中国冰雪运动。以下关于冰的说法正确的是(　　)

A．冰与水共存物属于混合物

B．冰的密度比水大

C．冰与二氧化硅的晶体类型相似

D．氢键在冰晶体结构中起关键作用

解析：选D　冰水混合物属于纯净物，故A错误；冰中氢键比水多，又因为氢键具有饱和性和方向性，相同质量，冰的体积比水大，则冰的密度比水小，故B错误；冰属于分子晶体，而二氧化硅属于原子晶体，因此结构不同，故B错误；氢键具有饱和性和方向性，使得冰中水分子有4个氢键，故D正确。

3．下列说法中正确的是(　　)

A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成

B．AlCl3晶体属于原子晶体

C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键

D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应

解析：选A　据金刚石结构模型可知，金刚石中的最小碳环为六元环，在高温下可断开C—C键，与O2反应，故A项正确，D项错误；AlCl3是特殊的分子晶体，B项错误；SiO2晶体中有Si—O四面体结构，1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，C项错误。

4．(2016·黄山高二检测)下列熔、沸点高低的比较不正确的是(　　)

A．金刚石＞碳化硅＞晶体硅

B．邻羟基苯甲酸＞对羟基苯甲酸

C．纯铁＞生铁

D．SiO2＞CO2

解析：选B　因键长C—C＜C—Si＜Si—Si，则熔点为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故A正确；对羟基苯甲酸易形成分子之间氢键，而邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，所以邻羟基苯甲酸的熔、沸点比对羟基苯甲酸的低，故B错误；生铁是合金，熔点比组分金属纯铁低，故C正确；SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体，故D正确。

5．(2016·邯郸高二检测)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。下列有关说法正确的是(　　)

A．正硼酸晶体属于原子晶体

B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关

C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构

D．含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键

解析：选D　正硼酸晶体中存在H3BO3分子，且该晶体中存在氢键，说明硼酸由分子构成，是分子晶体，原子晶体内只有共价键，故A错误；分子的稳定性与分子内的B—O、H—O共价键有关，熔沸点与氢键有关，故B错误；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子形成3对共用电子对，因此B原子不是8e－稳定结构，故C错误；1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键，故D正确。

6.(1)如图所示为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。

(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________(填字母序号)。

A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂

B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点

C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料

D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应

E．每摩尔原子晶体干冰含有4 mol C—O键

解析：(1)题给CO2分子晶体的一部分，属面心立方结构。取任一顶点的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶点的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶点被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有3×8×＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶点，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子为8×＋6×＝4个。(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。

答案：(1)12　4　(2)B、D、E