第1课时原子晶体学习目标定位知道原子晶体的概念，熟知常见的原子晶体的结构与性质，能从原子结构的特点，分析理解其物理特性。一、常见的原子晶体的结构1金刚石的晶体结构模型如图所示。回答下列问题：(1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5，碳原子采取了sp3杂化。(3)最小环上有6个碳原子。(4)晶体中C原子个数与CC键数之比为12。(5)晶体中CC键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。(6)1molC原子组成的金刚石中含有2molCC键。2二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下：观察分析二氧化硅晶体结构示意图，回答下列问题：(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，SiOSi键与SiOSi键的夹角是109.5。(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。(5)1mol二氧化硅晶体中含有4molSiO键。(1)原子晶体：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。构成原子晶体的基本微粒是原子。形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。(2)原子晶体的结构特征由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。(3)常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。例1下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()CO2SiO2晶体Si白磷氨基乙酸固态HeABCD答案C例2下列有关原子晶体的叙述不正确的是()A金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体B含1molC的金刚石中CC键数目是2NA，1molSiO2晶体中SiO键数目是4NAC水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂DSiO2晶体是原子晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式答案C解析金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子，均为正四面体，A项正确；金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个CC键，这个C原子对每个单键的贡献只有，所以1molC原子形成的CC键为4mol2mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个SiO键，则1molSiO2晶体中SiO键为4mol，B项正确；干冰熔化时只破坏分子间作用力，共价键不会断裂，C项错误；原子晶体的构成微粒是原子不是分子，D项正确。规律总结(1)晶体硅的结构与金刚石相似，即将金刚石中的碳原子换成硅原子。不同的是，硅晶体中的SiSi键的键长比金刚石中的CC键的键长长。(2)SiO2晶体结构相当于晶体硅结构中每个SiSi键中间插入一个O原子。(3)碳化硅晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为11。二、原子晶体的性质与共价键的关系晶体硅(Si)和金刚砂(SiC)都是与金刚石相似的原子晶体。其结构与性质比较如下表所示：晶体键能/kJmol1键长/pm熔点/摩氏硬度金刚石(CC)347154335010金刚砂(CSi)30118626009晶体硅(SiSi)22623414157请根据上表中的数据，分析其熔点、硬度的大小与其结构之间的关系。答案键长越短，键能越大，熔点越高，硬度越大；反之，键长越长，键能越小，熔点越低，硬度越小。(1)由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：熔、沸点很高；硬度大；一般不导电；难溶于溶剂。(2)原子晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。提醒原子晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2800)SiO2(1713)、钨(3410)SiO2(1713)。例3根据下列物质的性质，判断其属于原子晶体的是()A熔点2700，导电性强，延展性强B无色晶体，熔点3550，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800，熔化时能导电D熔点56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电答案B解析原子晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；原子晶体难溶于水，C项错误；原子晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。例4下表是某些原子晶体的熔点和硬度。原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/390030002700171014101211硬度109.59.57.06.56.0分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()A构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高B构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高C构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大D构成原子晶体的原子的相对分子质量越大，晶体的硬度越大答案B1下列物质中，属于原子晶体的化合物是()A无色水晶B晶体硅C金刚石D氯化钠晶体答案A解析A项，无色水晶是原子晶体，属于化合物；B项，晶体硅是单质；C项，金刚石是单质；D项，氯化钠晶体是离子晶体。2金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是()A金刚石中CC键的键角均为109.5，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B金刚石的熔点高与CC键的键能无关C金刚石中碳原子个数与CC键键数之比为12D金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却答案C解析选项A，金刚石是原子晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中CC键断裂，因CC键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C，金刚石中每个C都参与了4个CC键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与CC键键数之比为(4)412；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。3二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列关于二氧化硅晶体的说法中正确的是 ()A1molSiO2晶体中SiO键为2molB二氧化硅晶体的分子式是SiO2C晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D晶体中最小环上的原子数为8答案C解析A选项错误，SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成SiO键，所以1molSiO2晶体中SiO键为4mol；B选项错误，晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键，1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键，SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为12，并不是分子式；C选项正确，1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对，1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对，所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构；D选项错误，晶体中最小环上硅与氧交替连接，SiO2晶体中最小环上的原子数为12，其中6个为硅原子，6个为氧原子。4科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是 ()A碳、氮原子构成平面结构的晶体B碳氮键键长比金刚石中的碳碳键键长更短C氮原子电子数比碳原子电子数多D碳、氮单质的化学性质均不活泼答案B解析由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知，该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体的结构是一种空间网状结构而不是平面结构，A选项错误；氮原子的半径比碳原子的半径小，二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的硬度应该比金刚石更高，B选项正确；原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项错误。5回答下列问题：(1)氮化碳和氮化硅晶体结构相似，是新型的非金属高温陶瓷材料，它们的硬度大、熔点高，化学性质稳定。氮化硅的硬度_(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是_。已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_。(2)第A、A族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与单晶硅相似。在GaN晶体中，每个Ga原子与_个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为_，GaN属于_晶体。三种新型半导体材料的熔点由高到低的顺序为_。答案(1)小于氮化硅和氮化碳均为原子晶体，氮化硅中NSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小Si3N4(2)4正四面体原子GaNGaPGaAs解析(1)氮化硅和氮化碳均为原子晶体。氮化硅中NSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。由题意知，氮化硅晶体中每个Si原子连接4个N原子，每个N原子连接3个Si原子，Si和N原子均达到8电子稳定结构，其化学式为Si3N4。(2)GaN与单晶硅结构相似，所以每个Ga原子与4个N原子形成共价键，每个N原子与4个Ga原子形成共价键。与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体结构，GaN与晶体硅都是原子晶体。原子半径越小，共价键越强，晶体的熔点越高。题组1原子晶体的结构1下列有关原子晶体的叙述错误的是()A原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则B原子晶体具有空间网状结构C原子晶体中不存在独立的分子D原子晶体熔化时不破坏共价键答案D解析A项，原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则；B项，原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，原子晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，原子晶体是原子通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。2(