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狀結構”的特征。

　　3．以金剛石為例，了解原子晶體的物理性質（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，分析比較兩種物質的性質特征。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

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

　　原子晶體具備以上物理性質的原因____________________________

　　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）看物質的物理性質(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生了宏觀的晶體。可以說，晶體的性質是由晶胞的大小，形狀和質點的種類(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，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。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。

　　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，只不過是將傳統(tǒng)材料的顆粒進一步超細微化，這樣對物質的物理性質的改變十分巨大，使之具備了一些傳統(tǒng)材料所無法具備的性質。為什么與傳統(tǒng)材料相比，納米材料的性質改變如此巨大，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

　　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。

　（三）講練（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（ ）

　　（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。可推斷碳化硅應在Si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。

　　[答案]C

　　[例4]單質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。

　　②每個三角形的頂點被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

　　（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，應先弄清命題者是要考查干冰的性質、還是要考查原子晶體的性質。有的同學沒有分析清楚這一點，認為是考查干冰的'性質，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”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。