第二節(jié)分子晶體與共價晶體第二課時共價晶體素養(yǎng)目標(biāo)學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.能辨識常見的共價晶體,能從微觀角度分析共價晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用力及對共價晶體物理性質(zhì)的影響,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的化學(xué)核心素養(yǎng)。2.借助金剛石、二氧化硅等模型認(rèn)識共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì),形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)。成鍵微粒:原子。一種結(jié)構(gòu):空間網(wǎng)狀。兩種典型模型:金剛石、二氧化硅。一種關(guān)系:熔、沸點(diǎn)的大小與共價鍵的強(qiáng)弱的關(guān)系。知識點(diǎn)一共價晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識全過關(guān)知識點(diǎn)一共價晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

原子共價鍵網(wǎng)狀2.與物質(zhì)的類別的關(guān)系

物質(zhì)種類實(shí)例某些

金剛石(C)、

某些

二氧化硅(

)、碳化硅(

)、氮化硅(

)等

3.物理性質(zhì)(1)特點(diǎn):共價晶體具有

的熔點(diǎn)。原因:共價晶體熔化時必須破壞

,而破壞它們需要

的溫度。

(2)影響因素:結(jié)構(gòu)相似的共價晶體,原子半徑越

,鍵長越

,鍵能越

,晶體的熔點(diǎn)越

。

非金屬單質(zhì)硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、灰錫(Sn)等非金屬化合物SiO2SiCSi3N4很高共價鍵很高小短大高深度思考怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、晶體硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降?提示

碳、硅和鍺為同主族元素,核電荷數(shù)依次增大,電子層數(shù)逐漸增多,原子半徑逐漸增大,C—C、Si—Si、Ge—Ge的鍵長依次增大,鍵長越短,共價鍵越牢固,鍵能越大,共價晶體熔化時破壞的是共價鍵,所以,金剛石、晶體硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降。正誤判斷(1)含有共價鍵的晶體都是共價晶體。(

)提示

冰晶體中H2O的分子內(nèi)都含有共價鍵,但屬于分子晶體。(2)SiO2是二氧化硅的分子式。(

)提示

二氧化硅為共價晶體,晶體中不存在單個分子,其化學(xué)式為Si與O的最簡個數(shù)比,而不是分子式。(3)凡是由原子構(gòu)成的晶體都是共價晶體。(

)提示

稀有氣體形成的晶體由原子直接構(gòu)成,但屬于分子晶體。×××(4)由于共價鍵的鍵能遠(yuǎn)大于分子間作用力,故共價晶體的熔點(diǎn)比分子晶體高。(

)提示

共價晶體的熔點(diǎn)比分子晶體高,原因是共價鍵的鍵能遠(yuǎn)大于分子間作用力。(5)共價晶體中的相鄰原子間只存在非極性共價鍵。(

)提示

共價晶體中相鄰原子間也可能是極性共價鍵,如SiC。√×重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1

共價晶體的特點(diǎn)例1下列有關(guān)共價晶體的敘述錯誤的是(

)A.共價晶體中,只存在共價鍵B.共價晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C.共價晶體中不存在獨(dú)立的分子D.共價晶體熔化時不破壞共價鍵D解析

A項(xiàng),共價晶體中原子之間通過共價鍵相連;B項(xiàng),共價晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結(jié)合而成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);C項(xiàng),共價晶體是由原子以共價鍵相結(jié)合形成的,不存在獨(dú)立的分子;D項(xiàng),共價晶體中原子是通過共價鍵連接的,熔化時需要破壞共價鍵。思維建模共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

[對點(diǎn)訓(xùn)練1]氮化硼是一種新合成的材料,它是超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì),下列各組物質(zhì)熔化時所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時所克服的粒子間作用力相同的是(

)A.C60和金剛石 B.晶體硅和水晶C.冰和干冰

D.碘和金剛砂B解析

氮化硼是由兩種非金屬元素形成的化合物,根據(jù)該化合物的性質(zhì)可知其晶體為共價晶體,粒子間作用力為共價鍵。C60和金剛石熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵,A項(xiàng)錯誤;冰和干冰熔化時均克服的是分子間作用力,C項(xiàng)錯誤;碘和金剛砂熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵,D項(xiàng)錯誤。探究角度2

共價晶體的熔、沸點(diǎn)的比較例2下列晶體性質(zhì)的比較中不正確的是(

)A.沸點(diǎn):NH3>PH3 B.熔點(diǎn):SiI4>SiBr4>SiCl4C.硬度:白磷>冰>二氧化硅 D.硬度:金剛石>碳化硅>晶體硅C解析

A項(xiàng)中注意NH3分子間存在氫鍵,故沸點(diǎn)NH3>PH3,正確;B項(xiàng)中三種物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)相似,且均為分子晶體,熔點(diǎn)隨相對分子質(zhì)量的增大而升高,正確;C項(xiàng)中白磷和冰都是分子晶體,硬度小,而二氧化硅是共價晶體,硬度大,錯誤;D項(xiàng)中的三種物質(zhì)都是共價晶體,由于原子半徑C<Si,所以鍵長C—C<C—Si<Si—Si,故鍵能C—C>C—Si>Si—Si,而鍵能越大,共價晶體的硬度越大,正確。思維建模解答有關(guān)晶體熔、沸點(diǎn)比較問題的思維流程

[對點(diǎn)訓(xùn)練2]下表是某些共價晶體的熔點(diǎn)和硬度,分析表中的數(shù)據(jù),判斷下列敘述正確的是(

)共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃355030002700171014101211硬度109.59.576.56.0①構(gòu)成共價晶體的原子種類越多,晶體的熔點(diǎn)越高②構(gòu)成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成共價晶體的原子半徑越大,晶體的硬度越大④構(gòu)成共價晶體的原子半徑越小,晶體的硬度越大A.①②

B.③④

C.①③

D.②④D解析

共價晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度等物理性質(zhì)取決于晶體內(nèi)的共價鍵,構(gòu)成共價晶體的原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,對應(yīng)共價晶體的熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識全過關(guān)知識點(diǎn)二常見的共價晶體1.金剛石

晶胞結(jié)構(gòu)分析

(1)每個碳與相鄰

個碳以共價鍵結(jié)合,形成

結(jié)構(gòu),雜化方式為sp3雜化。

(2)鍵角均為

。

(3)最小碳環(huán)由

個C原子組成且不在同一平面內(nèi)。

(4)每個C參與4條C—C的形成,C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為

。(5)每個C原子被12個六元環(huán)共用。(6)每個C—C鍵被6個六元環(huán)共用4正四面體109°28'61∶2知識點(diǎn)二常見的共價晶體2.二氧化硅

結(jié)構(gòu)用途二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物,有多種結(jié)構(gòu),最常見的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的

形成螺旋上升的長鏈,這一結(jié)構(gòu)決定了它具有

二氧化硅是制造水泥、玻璃、

、

、芯片和

的原料

硅氧四面體手性單晶硅硅光電池光導(dǎo)纖維深度思考下圖為二氧化硅的晶胞1.每個二氧化硅晶胞中含有多少個硅原子與氧原子?提示

每個SiO2晶胞中含有8個Si原子和16個O原子。

2.二氧化硅晶體中最小環(huán)上有幾個O?幾個Si?3.1

mol

SiO2晶體中含有硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目是多少?提示

6

6提示

二氧化硅晶體中每個硅原子與四個氧原子形成4個硅氧鍵,每個氧原子與兩個硅原子成鍵,則二氧化硅晶體可看成由硅氧四面體結(jié)構(gòu)構(gòu)成,1

mol二氧化硅晶體中含1

mol硅氧四面體結(jié)構(gòu),數(shù)目為NA。重難突破?能力素養(yǎng)全提升探究角度1

共價晶體的結(jié)構(gòu)例1下列有關(guān)共價晶體的敘述不正確的是(

)A.金剛石和二氧化硅晶體的最小結(jié)構(gòu)單元都是正四面體B.設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值,含1molC的金剛石中C—C數(shù)目是2NA,1molSiO2晶體中Si—O數(shù)目是4NAC.水晶和干冰在熔化時,晶體中的共價鍵都會斷裂D.SiO2晶體是共價晶體,所以晶體中不存在分子,SiO2不是它的分子式C解析

金剛石是1個中心碳原子連接4個碳原子,二氧化硅是1個中心硅原子連接4個氧原子,均為正四面體,A項(xiàng)正確;金剛石中,1個C原子與另外4個C原子形成4個C—C鍵,這個C原子對每個單鍵的貢獻(xiàn)只有

,所以1

mol

C原子形成的C—C鍵為4

mol×=2

mol,而二氧化硅晶體中1個Si原子分別與4個O原子形成4個Si—O鍵,則1

mol

SiO2晶體中Si—O鍵為4

mol,B項(xiàng)正確;干冰熔化時只破壞分子間作用力,共價鍵不會斷裂,C項(xiàng)錯誤;共價晶體的構(gòu)成微粒是原子,不是分子,D項(xiàng)正確。圖解要點(diǎn)金剛石結(jié)構(gòu)圖解

[對點(diǎn)訓(xùn)練1](2024·四川德陽高二期末)碳化硅俗稱金剛砂,與金剛石結(jié)構(gòu)相似,其晶胞如圖所示。下列說法正確的是(

)A.碳化硅的熔點(diǎn)比金剛石高B.該晶體熔化時需破壞范德華力C.與碳原子緊鄰等距的碳原子數(shù)目為4D.該晶體中由共價鍵形成的最小環(huán)上有6個原子D解析

共價鍵的鍵長越短,鍵能越大,熔、沸點(diǎn)越高,C—C鍵長比C—Si短,金剛石的熔點(diǎn)要高于碳化硅,A錯誤;碳化硅晶體中的原子是通過共價鍵結(jié)合的,所以熔化時需要破壞共價鍵而不是范德華力,B錯誤;在碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,每個碳原子都與4個硅原子和4個碳原子相鄰,所以與碳原子緊鄰等距的碳原子數(shù)目應(yīng)該是12,C錯誤;在碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,最小的環(huán)是由6個原子組成的,其中3個是碳原子,3個是硅原子,D正確。探究角度2

分子晶體和共價晶體的比較例2根據(jù)下表中給出的有關(guān)數(shù)據(jù),判斷下列說法錯誤的是(

)物質(zhì)AlCl3SiCl4晶體硼金剛石晶體硅熔點(diǎn)/℃190-60230035501410沸點(diǎn)/℃18357255048272355A.SiCl4是分子晶體B.晶體硼是共價晶體C.AlCl3是分子晶體,加熱能升華D.金剛石中的C—C鍵比晶體硅中的Si—Si鍵弱D解析

由表中數(shù)據(jù)可知,SiCl4的熔、沸點(diǎn)較低,屬于分子晶體,故A正確;晶體硼的熔、沸點(diǎn)很高,所以晶體硼是共價晶體,故B正確;由表中數(shù)據(jù)可知AlCl3的熔點(diǎn)比沸點(diǎn)高,所以AlCl3加熱能升華,故C正確;C原子半徑小于Si原子半徑,金剛石中的C—C鍵長比晶體硅中的Si—Si鍵長短,鍵能也大,故C—C鍵比Si—Si鍵強(qiáng),故D錯誤。歸納總結(jié)分子晶體與共價晶體的比較

晶體類型共價晶體分子晶體概念相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體只含分子的晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價鍵分子間作用力熔、沸點(diǎn)很高較低硬度很大較小溶解性一般不溶于各種溶劑部分溶于水導(dǎo)電性不導(dǎo)電,個別為半導(dǎo)體不導(dǎo)電,部分水溶液導(dǎo)電熔化時破壞的作用力共價鍵分子間作用力易錯提醒對分子晶體和共價晶體的認(rèn)識誤區(qū)(1)共價晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),是一個“巨分子”,沒有小分子存在;而分子晶體中存在真實(shí)的分子。(2)共價晶體的化學(xué)式不表示實(shí)際組成,只表示組成原子的個數(shù)比,如SiO2只是表示晶體中Si與O的原子個數(shù)比為1∶2。而分子晶體的化學(xué)式表示真實(shí)的組成。(3)由原子構(gòu)成的晶體不一定是共價晶體,如稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。[對點(diǎn)訓(xùn)練2]下列關(guān)于共價晶體、分子晶體的敘述正確的是(

)A.金剛石為共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu),晶體中的最小環(huán)上有6個碳原子B.分子晶體中一定存在共價鍵C.HI的相對分子質(zhì)量大于HF,所以HI的沸點(diǎn)高于HFD.在SiO2晶體中,1個硅原子和2個氧原子形成2個共價鍵A解析

金剛石屬于共價晶體,其中的碳采取sp3雜化,與周圍的4個碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu),以共價鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),晶體中最小環(huán)上有6個碳原子,A項(xiàng)正確;分子晶體中不一定存在共價鍵,如稀有氣體形成的晶體為分子晶體,稀有氣體是單原子分子,原子間沒有共價鍵,B項(xiàng)錯誤;HF分子間存在氫鍵,HI分子間不存在氫鍵,故HI的沸點(diǎn)低于HF,C項(xiàng)錯誤;SiO2屬于共價晶體,在SiO2晶體中1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵,D項(xiàng)錯誤。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123456題組1共價晶體的判斷1.下列物質(zhì)中,屬于共價晶體的化合物是(

)A.無色水晶

B.晶體硅C.金剛石

D.干冰A解析

A項(xiàng),無色水晶是共價晶體,屬于化合物;B項(xiàng),晶體硅是單質(zhì);C項(xiàng),金剛石是單質(zhì);D項(xiàng),干冰屬于化合物,但它是分子晶體。1234562.“天問”系列探測器計(jì)劃采用我國自主研制的高性能碳化硅材料。碳化硅也叫金剛砂,與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu),硬度為9.5,熔點(diǎn)為2700℃,結(jié)構(gòu)如圖,下列敘述不正確的是(

)A.碳化硅中只含有極性鍵B.碳化硅為共價晶體C.金剛石的熔點(diǎn)低于2700℃D.SiC晶體中碳原子和硅原子均采用sp3雜化C123456解析

由圖可知,碳化硅中只含有碳硅極性鍵,故A正確;由于碳化硅也叫金剛砂,硬度大,熔點(diǎn)高,可得碳化硅為共價晶體,故B正確;共價鍵的鍵長越短,鍵能越大,熔、沸點(diǎn)越高,C—C鍵鍵長比C—Si鍵鍵長短,則金剛石熔點(diǎn)高于碳化硅,即金剛石的熔點(diǎn)高于2

700

℃,故C錯誤;SiC晶體中碳原子周圍最近有4個硅原子,硅原子周圍最近有4個碳原子,均采用sp3雜化,故D正確。123456題組2共價晶體的性質(zhì)3.根據(jù)下列性質(zhì)判斷,屬于共價晶體的物質(zhì)是(

)A.熔點(diǎn)2700℃,導(dǎo)電性好,延展性強(qiáng)B.無色晶體,熔點(diǎn)3550℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和有機(jī)溶劑C.無色晶體,能溶于水,質(zhì)硬而脆,熔點(diǎn)為800℃,熔化時能導(dǎo)電D.熔點(diǎn)-56.6℃,微溶于水,硬度小,固態(tài)或液態(tài)時不導(dǎo)電B解析

A項(xiàng)中延展性好,不是共價晶體的特征,因?yàn)楣矁r晶體中原子與原子之間以共價鍵結(jié)合,而共價鍵有一定的方向性,使共價晶體質(zhì)硬而脆,A項(xiàng)不符合,B項(xiàng)符合共價晶體的特征;C項(xiàng)不符合共價晶體的特征;D項(xiàng)符合分子晶體的特征。1234564.《科學(xué)》雜志曾報道:在40GPa的高壓下,用激光加熱到1800K,人們成功制得了共價晶體CO2,下列對該物質(zhì)的推斷一定不正確的是(

)A.該共價晶體中含有極性鍵B.該共價晶體易汽化,可用作制冷材料C.該共價晶體有很高的熔、沸點(diǎn)D.該共價晶體的硬度大,可用作耐磨材料B123456解析

CO2固態(tài)時由分子晶體變?yōu)楣矁r晶體,其成鍵情況也發(fā)生了變化,由原來的C═O變?yōu)镃—O,但化學(xué)鍵依然為極性共價鍵,A項(xiàng)正確;CO2由分子晶體變成共價晶體,熔、沸點(diǎn)升高,不易汽化,不適合作制冷材料,B項(xiàng)不正確;CO2由分子晶體變成共價晶體,共價晶體有很高的熔、沸點(diǎn),C項(xiàng)正確;CO2由分