3.3.4 原子晶体-2020～2021学年高二化学下学期教学同步辅导（苏教版 物质结构与性质）

3.3.4 原子晶体 【学习目标】 1.了解常见的原子晶体的结构。 2.了解原子晶体的特点，认识常见的原子晶体。 3.学会根据共价键的键能判断原子晶体的物理性质。 【核心知识点】 1.常见原子晶体的结构。 2.三种化学键进行比较。 【基础知识梳理】 一、原子晶体 1.概念 相邻原子间以____________结合而形成的具有________________的晶体。 2.结构特征 （1）原子晶体中只存在__________，原子间全部通过__________相结合。 （2）原子晶体中不存在单个分子。如SiO2代表硅原子与氧原子的原子个数比为________，并不代表分子。 3.常见的原子晶体： （1）某些非金属单质：如金刚石、晶体硅、晶体硼等 （2）某些非金属化合物：如金刚砂（SiC）、二氧化硅（SiO2）、氮化硼（BN）、氮化硅（Si3N4）等。 4.原子晶体的物理性质 （1）原子晶体一般有很高的_________、_______和很大的_________。 （2）键长越短，键能越大，熔点、沸点___________，硬度就________。 二、常见的原子晶体 1.金刚石晶体 ①在晶体中每个碳原子以共价键与相邻的______个碳原子相结合，形成__________。 ②晶体中C—C—C夹角为________。 ③最小环上有_____个碳原子。 2.二氧化硅晶体 ①在晶体中每个硅原子与_____个氧原子形成____个共价键；每个氧原子与_____个硅原子相结合。故SiO2晶体中硅原子与氧原子按________的比例组成。 ②最小环上有_____个原子。 【核心知识巩固】 一、原子晶体的结构特点和性质 1.结构特点 原子晶体是原子间以共价键结合而形成的空间网状结构，晶体中不存在单个分子。 共价键的饱和性和方向性分别决定了每个原子周围配位数的多少和键角的大小，所以原子晶体不遵循紧密堆积原则，而是较松散排列的结构。如金刚石晶体中，每个碳原子周围排列的碳原子只能有四个。 2.物理性质的特点 （1）因为原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，熔化时需要很多的能量克服共价键。所以原子晶体的熔、沸点很高，硬度很大。 （2）因为构成原子晶体的原子最外层电子都成键，结构稳定，键能较大，所以原子晶体一般不导电，难溶于水。 3.物理性质的变化规律 在结构相似的情况下，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度越大。 二、典型原子晶体的结构特征 1.金刚石晶体的结构 （1）成键特征：每个碳原子与相邻的4个碳原子形成4个共价键，键长相等，键角为109°28’，每个碳原子的配位数为4。 （2）结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成正四面体，向空间无限延伸得到立体网状结构的晶体，在1个正四面体中含有1+4×1/4=2个碳原子。 （3）晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割分8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。 （4）金刚石晶体中每个C原子形成4个C—C键，而每个键为2个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键数比为1∶(4×1/2)=1∶2。因此12g（1mol）金刚石中含有2mol（2NA个）C—C键。 2.晶体硅、碳化硅晶体的结构 （1）晶体硅：将金刚石晶胞中的碳原子换成硅原子，就是晶体硅的晶胞。 每个晶体硅晶胞中有8个硅原子。 （2）碳化硅：将晶体硅晶胞的顶点、面心上的硅原子换成碳原子，体内4个硅原子不变，就是碳化硅的晶胞（如右图）。 每个碳化硅晶胞中有4个碳原子、4个硅原子。 （3）1mol晶体硅中含有2molSi—Si键，1molSiC中含有4molSi—C键。 3.二氧化硅（石英）晶体的结构 （1）二氧化硅晶体可以看作是在晶体硅中2个硅原子之间插入了1个氧原子。每个硅原子与4个氧原子结合，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶点。 （2）每个氧原子为2个正四面体共有，每个正四面体中占有1个完整的硅原子。因此硅氧原子的个数比为1：（4×1/2）=1:2。因此二氧化硅晶体中并不存在单个的SiO2分子，它是由硅原子和氧原子按1:2的比例组成的空间立体网状结构的晶体。 （3）1molSiO2含有4molSi—O键。 三、金属键、离子键和共价键的比较 金属键 离子键 共价键 非极性键 极性键 本质 金属离子与自由电子间的作用 阴、阳离子间的静电作用 相邻原子间通过共用电子对形成 成键 条件 同种金属或不同种金属(合金) 成键原子的吸引电子能力差别很大(金属与非金属之间) 成键原子吸引电子能力相同(同种非金属) 成键原子的吸引电子能力差别较小(不同非金属)