1、庖丁巧解牛诱学导入点拨材料：二氧化碳和二氧化硅中碳和硅都是+4价，都是共价化合物。下面是二者物理性质的比较。二氧化碳二氧化硅1.无色气体，“碳酸雪”1.水晶就是石英，即是二氧化硅2.保藏食品，人工降雨2.砂子的主要成分3.汽水3.比钢要硬4.人造云雾4.比玻璃还透明，制光学仪器5.温室效应5.光导纤维，数据传输问题设置：同样都是正四价化合物，都是由共价键组成，二者的差别为什么这么大？ 导入点拨：物质的性质是由物质的结构决定的。分析比较CO2和SiO2的结构，才能够解决上述难题。带着这个问题，我们开始本节知识的学习，走进原子晶体和分子晶体的世界。知识巧学升华一、分子晶体1.分子晶体的概念及特征(
2、1)概念：分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。如：Ar、O2、H2O、CO2、NH3、CH4、H3PO4等，在固态时都是分子晶体。(2)分子晶体中存在的微粒：分子晶体中存在的微粒为分子。(3)粒子间的作用：分子间作用力。在这种晶体中，组成晶格的质点是分子，分子以微弱的分子间力相互结合成晶体。由于分子间结合力很弱，所以分子晶体熔点低(一般低于580 K)，硬度小。通常在580 K以下其固体即自行挥发。易溶于非极性溶剂，如碘溶于苯中为0.48 molL-1，溶于水仅为0.001 2 molL-1。在室温下，所有的气态物质，或在室温下易挥发的固体物质本质上都是分子型的。典型的例子有单质氢H
3、2(沸点为40 K)、甲烷CH4(沸点为112 K)、H2O、CO2等，而分子晶体中的典型固体物质有萘C10H8(熔点为353 K)和单质碘I2(熔点为386 K)。要点提示 常见的分子晶体：所有非金属氢化物，如：水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。部分非金属单质，如：卤素X2、碘、氧气、硫（S8）、氮（N2）、白磷（P4）、C60等。部分非金属氧化物，如：CO2、SO2、SO3、P4O5、P4O10等。几乎所有的酸，如：H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。绝大多数有机物，如：苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。2.分子晶体的结构模型不同的分子晶体其空间构型不同，下图是CO2晶体（
4、即干冰）的空间构型。从结构模型我们可以看出：干冰晶体是一种立方面心结构每8个CO2分子构成立方体，且在六个面的中心又各占据1个CO2分子。每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。3.分子间作用力与分子晶体熔、沸点的关系分子晶体要熔化、汽化时都要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量越多，物质的熔点和沸点就越高。例如，氧气分子间作用力比氮气分子间作用力大，氧气沸点（-183 ）比氮气沸点（-196 ）高。工业上制氧气，就是先把空气液化，然后使液态空气蒸发，氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要是液态氧气。由于分子
5、间作用力很弱，克服分子间作用力使物质熔化、汽化所需要的能量较少，因此，分子晶体具有较低的熔点、沸点和较小的硬度。二、原子晶体1.概念形成晶体的所有的原子间以共价键结合形成的立体网格状的“巨分子”。由于共价键既不同于金属键，又不同于离子键；它本身既具有饱和性，又具有方向性。因而在共价型晶体中，在微粒间相互配置的关系上，就既不可能像金属晶体那样，主要按照等径圆球尽可能密堆积的规律，尽量以高配位数互相配置；又不可能像离子晶体那样，主要根据正、负离子的半径大小和数量比的不同取其所可能的密堆积方式，以一定的配位数比互相配置。共价键的饱和性和方向性在晶体结构中表现出十分明显的决定作用。首先，在这种类型晶体
6、中，微粒(原子)的配位数由具有饱和性的键的数量所决定。其次，原子间的连接(键合)，都必采取一定的方向。这样，就从根本上确定了晶体结构的空间构型。可见原子晶体的结构特征是键的饱和性的方向性，它也决定了其配位数一般比金属晶体或离子晶体的都要小。由于原子晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有像金属那样的延性、展性和良好的导电性、导热性；又由于共价键的结合力比离子键的结合力强，一般说来其硬度较大、熔沸点较高。(1)形成原子晶体的作用力：共价键。在原子晶体中只存在共价键，没有分子间作用力和其他相互作用。(2)组成晶体的基本微粒：原子。(3)原子晶体的特征：熔点、沸点很高，硬度很大，固态不导电。2
7、.几种典型的原子晶体(1)金刚石在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此连接的空间网状晶体（如下图）。金刚石晶体中所有CC键长相等，键角相等（均为10928）；晶体中最小碳环由6个C组成且不在同一平面内；晶体中每个C参与了4条CC键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子个数与CC键数之比为1（41/2）12。金刚石及其晶体结构模型(2)二氧化硅它相当于将立方金刚石中的C原子(全都改换为Si原子，同时在每两个Si原子中心连线的中间增添一个O原子。其配位数比为
8、42。 二氧化硅晶体平面示意图二氧化硅晶体空间网状示意图二氧化硅晶胞(3)其他的原子晶体还有SiC、AlN等。3.物质熔沸点的比较(1)分子晶体分子晶体分子间作用力越大，物质熔沸点越高，反之越低；具有氢键的分子晶体，熔沸点高，如H2OH2TeH2SeH2S，C2H5OHCH3OCH3。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点就越高，如熔沸点：CH4SiH4GeH4SnH4。组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点：CON2，CH3OHCH3CH3。在高级脂肪酸形成的油脂中，不饱和程度越大，熔沸点越低，如熔沸点：C17H
9、35COOH硬脂酸C17H33COOH油酸，(C17H35COO)3C3H5硬脂酸甘油酯(C17H35COO)3C3H5油酸甘油酯。烃、卤代烃、醇、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔沸点升高，如熔沸点：C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。同分异构体中，链烃及其衍生物的同分异构体随支链的增多，熔沸点降低，如熔沸点：CH3CH2CH2CH2CH3正戊烷CH3CH(CH3)CH2CH3异戊烷CH3C(CH3)2CH3新戊烷。芳香烃的异构体有两个取代基时，熔点按对、邻、间位降低，沸点按邻、间、对位降低。(2)原子晶体原子晶体原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，
10、物质熔沸点越高，反之越低，如熔沸点：金刚石金刚砂晶体硅。4.判断晶体类型的方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断构成原子晶体的微粒是原子，质点间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子，质点间的作用力是分子间作用力。(2)依据物质的分类判断大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体Si、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。常见的原子晶体是：单质：金刚石、晶体硼、晶体Si、晶体锗；化合物：SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等。(3)依据晶体的熔点判断原子晶体熔点高，常在1 000 以上；而分子晶体熔点低，常在数百度以下至
11、很低温度。 (4)依据导电性能判断分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能够导电；原子晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体锗是半导体。(5)依据硬度和机械性能判断原子晶体硬度大；分子晶体硬度小，且较脆。问题思路探究 问题1为什么金刚石不导电、晶体硅是半导体、石墨是导体？导思：结构决定性质，分析三者的性质的差异关键是分析三者结构间的差异。金刚石和晶体硅的结构是相同的。唯一的区别就在于金刚石的碳原子半径比晶体硅的原子半径小，因而键长较短，电子与原子的结合紧密，而晶体硅的半径大导致键长长，使得原子对电子的相互作用不够强烈；石墨是层状结构。层与层之间依靠范德华力结合，由于层内的碳原子之间以sp2杂化形
12、式成键。因此存在一个自由电子。探究：金刚石和晶体硅都属于原子晶体，但由于在金刚石中碳原子的四个价电子全部用来形成共价键，晶体内部结构中不存在自由电子，故不导电。此外，又由于CC键键长较短（1.5510-10 m），键能较大（346 kJmol-1），CC键中两个C原子的原子核对共用电子的吸引力大，虽有外因（光和热）作用，共用电子对也不会被激发成自由电子，因此金刚石不能导电。而晶体硅虽结构与金刚石相似，晶体内部无自由电子，但SiSi键键长（2.3510-10 m）比CC键的键长长，SiSi键键能（177 kJmol-1）比CC键键能小，SiSi键中成键的两个硅原子对共用电子对吸引力较小，在外界条
13、件（光和热）作用下，可摆脱两核的吸引力而成为自由电子，从而使晶体导电。此时共用电子对离开共价键结构，留下的空位成为带正电荷的空穴，而自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对，由于自由电子的运动，使电子空穴对不断更换，使晶体硅导电有一定的方向性，所以晶体硅称为半导体。而石墨是导体，原因是石墨是层状的，在同一层中，每个碳原子以共价键与其他三个碳原子成键，每个碳原子都还有一个比较自由的未成键电子，因此石墨可以导电，是导体。问题2为什么CO2和SiO2的性质会有如此大的差异？导思：组成相似的CO2和SiO2的物理性质差异很大，应该从结构上进行分析比较。CO2和SiO2之间的差别关键在于C和Si之间
14、的差别，原子半径不同，导致成键情况不同。半径越小，能够形成C=O，半径大，无法形成Si=O，只能以Si-O形式存在。探究：SiO2的结构和性质与CO2不同。在常温常压下，SiO2为固体，是原子晶体，而且硅氧键的键能很高，所以石英的硬度大，熔点高。CO2则为气体，是分子晶体。因为C的原子半径比Si的小，在CO之间可以形成双键，而Si不能。比较键能的大小，也可以知道SiO键不及CO键稳定。典题热题新题一、重点：分子晶体和原子晶体的判断例1下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是()A.非金属单质B.非金属氧化物C.含氧酸D.金属氧化物解析：对于这类题目要考虑一般规律与特例，非金属单质中金刚石、晶体硅
15、、硼均为原子晶体，非金属氧化物中的二氧化硅为原子晶体，活泼金属氧化物为离子晶体，只有含氧酸为分子晶体。答案：C方法点拨 判断某一晶体所属的晶体类型，关键看这类化合物中微粒的种类和作用力，从每类化合物中寻找特殊点，确定其中的物质是否全部属于某一晶体类型。例2下列属于分子晶体的化合物是()A.石英B.硫酸C.干冰D.食盐解析：此题主要考查了对常见物质晶体类型的判断。石英为原子晶体，食盐为离子晶体，硫酸和干冰为分子晶体。答案：BC方法点拨 根据常见物质的所属类别判断其晶体类型。首先要明确每种物质的结构类型，然后根据物质的结构作出判断。二、难点：晶体结构的相关计算例31996年诺贝尔化学奖授予对发现C
16、60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，如右图，该结构的建立基于以下考虑：C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。请完成下列问题：(1)一个C60分子中有多少个五边形和多少个六边形？(2)一个C60分子中有多少个C=C？(3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律，请确定C70分子结构中上述几项参数。解析：(1)设C60分子中含有个五边形和个六边形。先求欧拉定理中棱边数：每个顶点伸出三条棱
17、，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以，每个顶点单独伸出的棱有31/2=1.5条，60个顶点共伸出的棱为601.5=90条。至此，依据欧拉定理可写出：为了求出和，还要建立一个方程式。因为五边形和六边形构成多面体时是共用棱边和顶点的，所以，还可以根据棱边数守恒和顶点数守恒写出两个方程式。棱边数守恒：每条棱是由两个多面体共用的，所以，一个五边形单独占有的棱边数为5/2=2.5条，一个六边形单独占有的棱边数为6/2=3条，所以，至此联立可以解得：=12，=20。(2)首先要明确一个概念：在图中顶点间形成的棱都以单线标出，但有的是表示单键，有的是表示双键。从空间结构来说，每个碳原子连接三条棱，而从化学价
18、键来说，每个碳原子连接四条键线。(一个双键也只是一个键，可以说有两条键线但不能说是两个键)。设一个C60分子中含的CC单键数和C=C双键数分别为，则根据棱边守恒有：再利用键线守恒列一个方程式。每个原子连接四条键线而每条键线被两个原子所共有，所以，每个原子单独占有的键线数为4/2=2，所以，60个碳原子共有键线120条：联立解得：=60， =30。即C60中含的双键数为30。(3)设C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为，设CC单键数和C=C双键数分别为，则一个C70分子中的棱边总数为701.5=105；依据欧拉定理有：；依据顶点数守恒有：；联立得：=12, =25。根据棱边守恒又写出：=
19、105；根据键线守恒有：=702=140；联立得：=70，=35。即C70中含的双键数为35。答案：(1)一个C60分子中有12个五边形和20个六边形。(2)一个C60分子中有30个C=C。(3)C70分子结构中的五边形和六边形的个数分别为12、25，CC单键数和C=C双键数分别为70、35。深化升华 构建C60等复杂碳分子的结构，关键是依据如下两点：每个碳形成四个键；每条边（键）由两个多边形共有。然后根据提供的信息进行处理。三、疑点：晶体结构的综合考查例4(1)BN是一种新型的无机材料，由于与属等电子体物质，其结构和性质具有极大的相似性，则可推知，在BN的两种晶型中，一种是类似的空间网状结构
20、晶体，可用作耐磨材料；另一种是类似于的层状结构的混合型晶体，可用作润滑材料，在其结构的每一层上最小的封闭环中有个B原子，BN键键角为。(2)单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据。金刚石晶体硅晶体硼熔点/K3 8321 6832 573沸点/K5 1002 6282 823硬度/Mob107.09.5晶体硼的晶体类型属于晶体，理由是 。解析：在BN中，由N提供一对电子供N与B共用，所以有结构与的相似，因此BN晶体的结构与金刚石或石墨相似。由题干“作耐磨材料”想到为“金刚石”，由题干“作润滑材料”想到与“石墨”相似；再结合石墨的结构每个环上有6个原子，其中含B、N原子各3个；BN键角120。答案
21、：(1)金刚石石墨3120(2)原子晶体硼的熔、沸点和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，且从周期表中位置看，硼与碳相邻，与硅处于对角线处(相似)，也能推知晶体硼属于原子晶体方法点拨 根据题干信息，判断晶体硼与单质碳的相似性，分析晶体硼的结构就应该按照碳单质的结构，结合题目给出的晶体硼的两种结构，与碳单质的两种晶体金刚石和石墨相类比，即可得到该题的答案。例5 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 反应获得。(1)氮化硅属于(填晶体类型)晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子
22、、Si原子和Si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：。(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为： 。解析：由于氮化硅硬度大、熔点高，所以应属于原子晶体；第(2)问可根据化合价轻松解出。答案：(1)原子(2)Si3N4(3)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl方法点拨 判断原子晶体的依据是：熔点高、硬度大，化学性质稳定，不溶于一般溶剂。符合上述规律的晶体，是原子晶体。例6 Pt (NH3)2Cl2成平面四边形结构，它可以形成两种固体，一种为淡黄色，在水中溶解度较小；另一种为黄绿色，在水中溶解度较大。(1)画出这两种固体分子的几何构型图：。(2)黄绿色固体溶解度大的原因是。解析：PtCl2(NH3)2可能的平面正方形结构有：和a中结构对称，因此分子无极性。由相似相溶原理可知，它在极性分子水中溶解度小，而b的分子有极性，所以水溶性大。答案：(1)淡黄色溶解度小的是黄绿色固体溶解度大的是(2)分子结构不对称，所以分子有极性，因而在水中溶解度大深化升华 结构决定性质。晶体分子的结构决定分子的极性，分子的极性决定分子的溶解性。
