第2课时 原子晶体
1．知道原子晶体的概念，能够从原子晶体的结构特点理解其物理特性。 2．学会原子晶体熔、沸点比较的方法。
原子晶体的概念及其性质
1．原子晶体的结构特点及物理性质 (1)构成微粒及其相互作用
(2)物理性质
①原子晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。
②结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 2．常见的原子晶体 (1)物质类别
(2)金刚石的结构特点
金刚石的晶体结构模型
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个碳原子结合成正四面体。 ②晶体中 C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取sp3杂化。 ③最小环上有6个碳原子。
1
④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为1∶(4×)＝1∶2。
2(3)二氧化硅的结构特点
二氧化硅的晶体结构模型
①每个硅原子都采取sp3杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为1∶2。
②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环。
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。
语句描述 (1)由原子直接构成的晶体一定是原子晶体 (2)具有共价键的晶体叫做原子晶体 (3)原子晶体在固态或熔化时都不导电 (4)原子晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不 与其他物质反应 (5)SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同 (6)60 g SiO2晶体中含4 mol Si—O键 答案：(1)× 稀有气体形成的晶体是分子晶体 (2)× 分子晶体中可能含有共价键 (3)× 原子晶体硅是半导体，能导电
(4)× 化学反应与硬度及熔、沸点等物理性质没有直接关系 (5)× SO2是分子晶体而SiO2是原子晶体 (6)√
2．某碳氮化合物具有立体网状结构，硬度比金刚石还硬，不溶于水，也不导电，你认
正误 阐释错因或列举反例 为其属于什么晶体？
答案：原子晶体。
3．怎样从原子结构的角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降？ 答案：从碳到硅，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，原子晶体熔化时破坏的是共价键，而键的稳定性是C—C键>C—Si键>Si—Si键，所以，金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。
题组一 原子晶体的概念理解及性质判断
1．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是( ) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是自然界中硬度最大的物质
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
解析：选D。在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确。但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。
2．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A．该原子晶体中含有极性键
B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该原子晶体有很高的熔、沸点
D．该原子晶体的硬度大，可用作耐磨材料
解析：选B。原子晶体具有高硬度、高熔沸点等性质，不易汽化，不可用作制冷材料，B项错误。
题组二 常见的原子晶体
3．下列关于SiO2晶体网状结构的叙述中正确的是( ) A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子 B．最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2 C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角
解析：选C。SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心、O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
4．(双选)设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( ) A．28 g 晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为6NA C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
解析：选AB。晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价1
键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×＝2，A正确，C错误；白
2磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B正确；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。
5．单质硼有无定形和结晶形两种，参考下表数据回答问题：
熔点/℃ 沸点/℃ 硬度 金刚石 ＞3 550 5 100 10 晶体硅 1 410 2 628 7.0 晶体硼 2 573 2 823 9.5 (1)晶体硼属于________晶体，理由是________________________________________ ________________________________________________________________________。 (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C—C键的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B．金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2 D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键的键角为________，该结构单元共含有________个B—B键。
解析：(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为原子晶体，在元素周期表中B与C相邻、与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于原子晶体。
(2)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C—C键断裂，因C—C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C—C 键的形成，而每个C对每条键的贡献1
只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4＝1∶2。选项D，金刚石的熔点高，
2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)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三111
角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××5551
3＝12，而每个B—B键被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B键的个数为20×
2×3＝30。
答案：(1)原子 晶体硼的熔、沸点高，硬度大 (2)C (3)12 60° 30
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