第一節(jié) 離子晶體、分子晶體和原子晶體（三）

一、學習目標

　　1．掌握原子晶體的概念，能夠區(qū)分原子晶體、離子晶體和分子晶體。

　　2．掌握金剛石等典型原子晶體的結構特征，理解原子晶體中“相鄰原子間通過共價鍵結合而成空間網(wǎng)狀結構”的特征。

　　3．以金剛石為例，了解原子晶體的物理性質(zhì)（熔、沸點，導電性和溶解性）。

　　4．能夠根據(jù)金剛石、石墨的晶體結構特征，分析比較兩種物質(zhì)的性質(zhì)特征。由此培養(yǎng)根據(jù)晶體的微觀結構解釋晶體的物理性質(zhì)的觀念。

　　5．學會比較離子晶體、分子晶體、原子晶體三類晶體的性質(zhì)特征和結構特征。

二、學習過程

　　[復習提問]

　　（一）基本知識點（學生自學完成）

　　1．原子晶體：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成的空間網(wǎng)狀結構的晶體。

　　2．構成粒子：______________；

　　3.粒子間的作用______________；

　　4．原子晶體的物理性質(zhì)

　　熔、沸點__________，硬度___________；______________一般的溶劑；_____導電。

　　原子晶體具備以上物理性質(zhì)的原因____________________________

　　原子晶體的化學式是否可以代表其分子式______________。為什么？

　　5．常見的原子晶體有____________________________等。

　　6．判斷晶體類型的依據(jù)

　　（1）看構成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。

　　對分子晶體,構成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；

　　對于離子晶體，構成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。

　　對于原子晶體，構成晶體的微粒是_______，微粒間的相互作用是___________鍵。

　　（2）看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如：熔、沸點或硬度)。

　　一般情況下，不同類晶體熔點高低順序是 ________晶體>_______晶體>_______晶體。原子晶體、離子晶體比分子晶體的熔、沸點高得多

（二）重點點撥

　　1．晶體

　　晶體是指具有規(guī)則幾何外形的固體。其結構特征是其內(nèi)的原子或分子在主維空間的排布具有特定的周期性，即隔一定距離重復出現(xiàn)。重復的單位可以是單個原子或分子，也可以是多個分子或原子團。重復的單位必須具備3個條件，化學組成相同，空間結構(包括化學鍵)相同，化學環(huán)境和空間環(huán)境相同。

　　2．晶胞的概念

　　在晶體結構中具有代表性的基本的重復單位稱為晶胞。晶胞在三維空間無限地重復就產(chǎn)生了宏觀的晶體。可以說，晶體的性質(zhì)是由晶胞的大小，形狀和質(zhì)點的種類(分子、原子或離子)以及它們之間的作用力所決定的。

　　3．納米材料

　　我們平時所見到的材料，絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒一般在微米級，一個顆粒包含著無數(shù)個原子和分子，這時候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質(zhì)。當人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級大小，這時的材料則被稱之為納米材料，一個納米級顆粒所含的分子數(shù)則大為減少。奇怪的是，納米材料具有奇特的光、電、熱、力和化學特性，和微米級材料的性質(zhì)迥然不同。

　　納米材料的粒子是超細微的，粒子數(shù)多、表面積大，而且處于粒子界面上的原子比例甚高，一般可達總數(shù)的一半左右。這就使納米材料具有不尋常的表面效應，界面效應等。因此而呈現(xiàn)出一系列獨特的性質(zhì)。

　　納米顆粒和晶胞是兩個完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重復單元，這種重復單元向空間延伸，構成晶體，而納米顆粒本身就是一個分子，納米材料在結構上與分子晶體有相似的地方，但并不相同。

　　納米材料并不是新的物質(zhì)，只不過是將傳統(tǒng)材料的顆粒進一步超細微化，這樣對物質(zhì)的物理性質(zhì)的改變十分巨大，使之具備了一些傳統(tǒng)材料所無法具備的性質(zhì)。為什么與傳統(tǒng)材料相比，納米材料的性質(zhì)改變?nèi)绱司薮?，科學界目前還無法做出最終解釋。

　　4．各類晶體主要特征

　　類型

　　比較

　　離子晶體

　　原子晶體

　　分子晶體

　　構成晶體微粒 陰、陽離子 原子 分子

　　形成晶體作用力 離子鍵 共價鍵 范德華力

　　物理性質(zhì)

　　熔沸點 較高 很高 低

　　硬度 硬而脆 大 小

　　導電性 不良（熔融或水溶液中導電） 絕緣、半導體 不良

　　傳熱性 不良 不良 不良

　　延展性 不良 不良 不良

　　溶解性 易溶于極性溶劑，難溶于有機溶劑 不溶于任何溶劑 極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑中

　　典型實例 NaOH、NaCl 金剛石 P4、干冰、硫

　　在離子晶體、原子晶體均不存在分子，因此NaCl、SiO2等均為化學式。只有分子晶體中才存在分子。

?。ㄈ┲v練（先練后講）

　　[例1]下列的晶體中，化學鍵種類相同，晶體類型也相同的是（ ）

　?。ˋ）SO2與SiO2 B.C02與H2O （C）NaCl與HCl （D）CCl4與KCl

　　[解析]抓住晶體粒子的化學鍵去判斷晶體類型這一關鍵進行對比。如SO2與SiO2都是共價化合物，但是，晶體內(nèi)的作用力是分子間作用力，SO2為分子晶體，而SiO2中硅與氧以共價鍵結合形成網(wǎng)狀的原子晶體。

　　[答案]B

　　[例2]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①金剛石 ②晶體硅 ③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是（ ）

　　（A）①③② （B）②③① （C）③①② （D）②①③

　　[解析]C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，硅晶體，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱?？赏茢嗵蓟钁赟i與C之間。三種原子晶體，空間結構相似，熔點決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點從高到低分別是金剛石碳化硅、晶體硅。

　　[答案]A

　　[例3]下列晶體分類中正確的一組是（ ）

　　離子晶體 原子晶體 分子晶體

　　A NaOH Ar SO2

　　B H2SO4 石墨 S

　　C CH3COONa 水晶

　　D Ba(OH)2 金剛石 玻璃

　　[解析]從晶體中結構粒子的性質(zhì)去判斷晶體的類型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過離子鍵相互結合的離子晶體，純H2S04，無H+，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以范德華力相互結合為分子晶體，石墨是過渡型或混合型晶體，水晶Si02與金剛石是典型原子晶體。硫的化學式以1個S表示，實際上是S8，氣體時為S2，是以范德華力結合的分子晶體。

　　玻璃無一定的熔點，加熱時逐漸軟化，為非晶體，是無定形物質(zhì)。

　　[答案]C

　　[例4]單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)

　　金剛石 晶體硅 晶體硼

　　熔點 >3823 1683 2573

　　沸點 5100 2628 2823

　　硬度 10 7.0 9.5

　　①晶體硼的晶體類型屬于____________晶體，理由是________________________。

　　已知晶體硼結構單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個項點上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體體結構單元由

　　____________________個硼原子構成。其中B—B鍵的鍵角為____________。

　　[解析]①原子，理由：晶體的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原予晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，亦為原于晶體。

　?、诿總€三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(B原子)有3/5×20=12個。

　　又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60°

　　[例5]1999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

　?。˙）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4molC—O鍵

　　[解析]解答前，應先弄清命題者是要考查干冰的性質(zhì)、還是要考查原子晶體的性質(zhì)。有的同學沒有分析清楚這一點，認為是考查干冰的'性質(zhì)，因而造成錯解。

　　通過“原子晶體干冰”來考測解題者對“原子晶體性質(zhì)”的理解程度。原子晶體硬度大、熔點和沸點高，所以A和C兩種說法正確。聯(lián)想到二氧化硅晶體結構，可得出D說法也是正確的。答案應選B。