第一節(jié) 離子晶體、分子晶體和原子晶體（三）

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

　　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(jié)構(gòu)特征，理解原子晶體中“相鄰原子間通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”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(diǎn)，導(dǎo)電性和溶解性）。

　　4．能夠根據(jù)金剛石、石墨的晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)解釋晶體的物理性質(zhì)的觀念。

　　5．學(xué)會(huì)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(jié)構(gòu)特征。

二、學(xué)習(xí)過(guò)程

　　[復(fù)習(xí)提問(wèn)]

　　（一）基本知識(shí)點(diǎn)（學(xué)生自學(xué)完成）

　　1．原子晶體：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。

　　2．構(gòu)成粒子：______________；

　　3.粒子間的作用______________；

　　4．原子晶體的物理性質(zhì)

　　熔、沸點(diǎn)__________，硬度___________；______________一般的溶劑；_____導(dǎo)電。

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

　　原子晶體的化學(xué)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(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。

　　對(duì)分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是______________，微粒間的相互作用是___________；

　　對(duì)于離子晶體，構(gòu)成晶體的是微粒是______________，微粒間的相互作__________鍵。

　　對(duì)于原子晶體，構(gòu)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(diǎn)或硬度)。

　　一般情況下，不同類晶體熔點(diǎn)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(diǎn)高得多

（二）重點(diǎn)點(diǎn)撥

　　1．晶體

　　晶體是指具有規(guī)則幾何外形的固體。其結(jié)構(gòu)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(fù)出現(xiàn)。重復(fù)的單位可以是單個(gè)原子或分子，也可以是多個(gè)分子或原子團(tuán)。重復(fù)的單位必須具備3個(gè)條件，化學(xué)組成相同，空間結(jié)構(gòu)(包括化學(xué)鍵)相同，化學(xué)環(huán)境和空間環(huán)境相同。

　　2．晶胞的概念

　　在晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的基本的重復(fù)單位稱為晶胞。晶胞在三維空間無(wú)限地重復(fù)就產(chǎn)生了宏觀的晶體。可以說(shuō)，晶體的性質(zhì)是由晶胞的大小，形狀和質(zhì)點(diǎn)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(shí)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(jí)，一個(gè)顆粒包含著無(wú)數(shù)個(gè)原子和分子，這時(shí)候，材料所顯示的是大量分子所顯示的宏觀性質(zhì)。當(dāng)人們用特殊的方法把顆粒加工到納米級(jí)大小，這時(shí)的材料則被稱之為納米材料，一個(gè)納米級(jí)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(xué)特性，和微米級(jí)材料的性質(zhì)迥然不同。

　　納米材料的粒子是超細(xì)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(dá)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(yīng)，界面效應(yīng)等。因此而呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)。

　　納米顆粒和晶胞是兩個(gè)完全不同的概念：晶胞是晶體中最小的重復(fù)單元，這種重復(fù)單元向空間延伸，構(gòu)成晶體，而納米顆粒本身就是一個(gè)分子，納米材料在結(jié)構(gòu)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(guò)是將傳統(tǒng)材料的顆粒進(jìn)一步超細(xì)微化，這樣對(duì)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(wú)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)绱司薮螅茖W(xué)界目前還無(wú)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(gòu)成晶體微粒 陰、陽(yáng)離子 原子 分子

　　形成晶體作用力 離子鍵 共價(jià)鍵 范德華力

　　物理性質(zhì)

　　熔沸點(diǎn) 較高 很高 低

　　硬度 硬而脆 大 小

　　導(dǎo)電性 不良（熔融或水溶液中導(dǎo)電） 絕緣、半導(dǎo)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(jī)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(shí)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(xué)式。只有分子晶體中才存在分子。

　（三）講練（先練后講）

　　[例1]下列的晶體中，化學(xué)鍵種類相同，晶體類型也相同的是（ ）

　　（A）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(xué)鍵去判斷晶體類型這一關(guān)鍵進(jìn)行對(duì)比。如SO2與SiO2都是共價(jià)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(jià)鍵結(jié)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(jié)構(gòu)，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(diǎn)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(jià)鍵的鍵能逐漸減弱。可推斷碳化硅應(yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長(zhǎng)與鍵能，故熔點(diǎn)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(jié)構(gòu)粒子的性質(zhì)去判斷晶體的類型。NaOH、CH3COONa、Ba(OH)2都是通過(guò)離子鍵相互結(jié)合的離子晶體，純H2S04，無(wú)H+，系分子晶體。Ar是氣體，分子間以范德華力相互結(jié)合為分子晶體，石墨是過(guò)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(xué)式以1個(gè)S表示，實(shí)際上是S8，氣體時(shí)為S2，是以范德華力結(jié)合的分子晶體。

　　玻璃無(wú)一定的熔點(diǎn)，加熱時(shí)逐漸軟化，為非晶體，是無(wú)定形物質(zhì)。

　　[答案]C

　　[例4]單質(zhì)硼有無(wú)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(diǎn) >3823 1683 2573

　　沸點(diǎn) 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(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過(guò)視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由

　　____________________個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為____________。

　　[解析]①原子，理由：晶體的熔、沸點(diǎn)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(duì)角線處，亦為原于晶體。

　　②每個(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5，每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個(gè)這樣的角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20=12個(gè)。

　　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(guó)《科學(xué)》雜志報(bào)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(diǎn)、沸點(diǎn)，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4molC—O鍵

　　[解析]解答前，應(yīng)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(xué)沒有分析清楚這一點(diǎn)，認(rèn)為是考查干冰的'性質(zhì)，因而造成錯(cuò)解。

　　通過(guò)“原子晶體干冰”來(lái)考測(cè)解題者對(duì)“原子晶體性質(zhì)”的理解程度。原子晶體硬度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，所以A和C兩種說(shuō)法正確。聯(lián)想到二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)，可得出D說(shuō)法也是正確的。答案應(yīng)選B。