3.2第三章第二节《分子晶体与原子晶体》教案(人教版选修3)

(1) 定义：原子都以共价键相结合，是三维的共价键网状结构。 (2) 构成微粒：原子 (3) 微粒间相互作用：共价键 [投影]图3-14金刚石的多面体外型、晶体结构、晶胞示意图： ［讲］原子晶体中只存在共价键，原子间全部通过共价键相结合。晶体中原子不遵循紧密堆积原则。晶体为立体空间网状结构。原子晶体中不存在单个分子。如SiO2代表硅原子和氧原子个数比为1：2，并不代表分子。 [讲]金刚石是典型的原子晶体。天然金刚石的单一晶体经常呈现规则多面体的外形，在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C--C--C夹角为109°28′，即金刚石中的碳取sp杂化轨道形成共价键。这些正四面体结构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状结构。最小的碳环有6个碳原子。 [板书]2、金刚石结构：正四面体网状空间结构，C--C--C夹角为109°28′，sp杂化。 ［讲］每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C-C键的夹角为109°28’ 。晶体中的最小环为六元环，每个C原子被12个六元环共有，每个C-C键被6个六元环共有，每个环所拥有的C原子数为1/2，拥有的C-C键数为1 ，则C原子数与C-C键数之比为1:2。 ［投影］ 33 [设问]金刚石的物理性质与C--C共价键参数有什么关系？ [讲]金刚石里的C--C共价键的键长(154 pm)很短，键能(347．7kJ／mo1)很大，这一结构使金刚石在所有已知晶体中硬度最大，而且熔点(>3 550℃)也很高。高硬度、高熔点是原子晶体的特性。 [讲]自然界里有许多矿物和岩石，化学式都是Si02，也是典型的原子晶体。SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 [板书]3、SiO2原子晶体：制水泥、玻璃、宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等。 ［投影］ SiO2平面结构 ［讲］在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子开成4个共价键，每个Si原子周围结合成4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环上有12个原子。 [投影]以二氧化硅为原料的高科技产品： [讲]常见的原子晶体。 [板书]4、常见的原子晶体： (1)某些非金属单质，如硼(B)、硅(Si)和锗(Ge)等； (2)某些非金属化合物，如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等； (3)某些氧化物，如氧化铝(A12O3)等。 [板书]5、原子晶体的特点：硬度最大、熔沸点高，难溶于水。 ［讲］原子晶体的熔沸点取决于共价键的键长和键能，键能越大，键长越短，共价键越强，熔沸点越高，如金刚石>金刚砂>晶体硅。有时键能的大小、键长的长短是可直接通过形成共价键的非金属原子所属元素的电负性来判断的。 [学与问]1、怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降? 2．“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗?为什么? ［汇报］1、由于金刚石、硅和锗的晶体都是原子晶体，形成晶体的粒子均为原子，粒子间的相互作用是共价键，所以熔沸点和硬度的大小由共价键的强弱决定。由于碳、硅、锗三种原子的半径依次增大，各个原子之间的共价键的键长依次增大，键的强度依次减弱，所以金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降。 2、此说法不对。“具有共价键”并不是原子晶体判定的唯一条件，分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2中存在共价键。 [自学1]资料卡片—某些原子的熔点和硬度 “硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是划痕硬度，即摩氏硬度，以固体互相刻划时出现刻痕的固体的硬度较低。全刚石不能被任何天然矿物刻划出封痕，因而是最硬的。以金刚石的硬度为10，以另9种天然矿物为代表，可将摩氏硬度分为十度， 原子晶体 熔点／℃ 硬度° [自学2]科学视野—金刚石 经过琢磨的金刚石称为钻石，透光度高，纯净的金刚石无色透明，含杂质则呈蓝、黄、棕、绿、黑等色。习惯上钻石的质量按克拉计算(1克拉等于200mg)，超过lo克拉就被视为珍品，至今最大的金刚石是“非洲之星”，发现于1906年，质量为3 025克拉。我国发现的金刚石 氮化硼 碳化硅 2 700 氧化铝 2030 石英 硅 锗 3900 3000 1710 1410 1211 6．5 6．0 10 9．5 9．5 9 7 最大金刚石是281.25克拉的“金鸡钻”(发现于1937年)，被日本侵略者掠去，至今下落不明。…… ［投影］ ［小结］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。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，在这种类型晶体中，微粒的配位数由具有饱和性的键的数量所定的。其次，原子间的联结(键合)，都必须采取一定的方向。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有饱和性和方向性，它也决定了原子晶体配位数一般比金属晶体或离子晶体的都要小。毫无疑问，原子晶体的结构特征也必决定这类晶体性质的特殊性。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延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，一般来说其硬度较大、熔沸点较高。 [随堂练习] 1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体（如下图所示）， 该结构的建立基于以下考虑： ①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键； ②C60分子只含有五边形和六边形； ③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 据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所