第3章-第2節(jié)-第2課時-共價晶體(講義)

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價晶體第2課時共價晶體學(xué)習(xí)導(dǎo)航1.能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用對共價晶體物理性質(zhì)的影響。2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，并能利用均攤法對晶胞進(jìn)行分析。教學(xué)過程一、共價晶體的概念及其性質(zhì)1．共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)(1)概念相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。(2)構(gòu)成微粒及微粒間作用(3)物理性質(zhì)①共價晶體中，由于各原子均以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，因此一般熔點(diǎn)很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。2．常見共價晶體及物質(zhì)類別(1)某些單質(zhì)：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)等。二、常見共價晶體結(jié)構(gòu)分析1．金剛石晶體金剛石晶體中，每個碳原子均以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，形成C—C—C夾角為109°28′的正四面體結(jié)構(gòu)(即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價鍵)，整塊金剛石晶體就是以共價鍵相連的三維骨架結(jié)構(gòu)。其中最小的環(huán)是六元環(huán)。2.二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結(jié)合，每個氧原子與2個硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，硅、氧原子個數(shù)比為1∶2。(2)低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。課時訓(xùn)練1．美國《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2．在高壓下，用激光器加熱到，人們成功制得了類似結(jié)構(gòu)的共價晶體干冰，下列推斷錯誤的是（）A．共價晶體干冰的熔沸點(diǎn)很高B．共價晶體干冰易升華，可用作制冷材料C．共價晶體干冰的硬度大，可用作耐磨材料D．共價晶體干冰中含鍵3．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．含1molC的金剛石中C-C鍵數(shù)目是，晶體中Si-O鍵數(shù)目是C．水晶和干冰在熔化時，晶體中的共價鍵都會斷裂D．晶體是共價晶體，所以晶體中不存在分子，不是它的分子式4．下列說法中正確的是A．冰融化時，分子中鍵發(fā)生斷裂B．共價晶體中，共價鍵越強(qiáng)，共價晶體的熔點(diǎn)越高C．共價晶體中的相鄰原子間只存在非極性共價鍵D．稀有氣體形成的晶體屬于共價晶體5．下列關(guān)于晶體中存在的作用力的說法一定正確的是A．共價晶體中一定存在極性共價鍵B．分子晶體中一定存在范德華力C．硫黃晶體和冰晶體中存在的作用力完全相同D．只有共價晶體中存在共價鍵6．下列說法正確的有①共價晶體中共價鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高；②干冰是CO2分子通過氫鍵和范德華力有規(guī)則排列成的分子晶體；③正四面體結(jié)構(gòu)的分子，鍵角都是109o28’，其晶體類型可能是共價晶體或分子晶體；④分子晶體中都含有化學(xué)鍵；含4.8g碳原子的金剛石晶體中共價鍵的物質(zhì)的量為0.8molA．①②③ B．①⑤ C．③④⑤ D．①②⑤7．下列說法不正確的是A．中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為62%，則不是純粹的離子晶體，是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體B．通常當(dāng)作離子晶體來處理，因為是偏向離子晶體的過渡晶體，在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近C．是偏向離子晶體的過渡晶體，當(dāng)作離子晶體來處理；是偏向共價晶體的過渡晶體，當(dāng)作共價晶體來處理D．分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體都有過渡型8．根據(jù)下表中的有關(guān)數(shù)據(jù)分析，下列說法錯誤的是AlCl3SiCl4晶體硼金剛石晶體硅熔點(diǎn)/℃194-702180＞35001410沸點(diǎn)/℃18157365048272355A．SiCl4、AlCl3是分子晶體B．晶體硼是共價晶體C．晶體硅是共價晶體D．金剛石中的C-C鍵比晶體硅中的Si-Si鍵弱9．工業(yè)制玻璃時，主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑完成下列填空：(1)鈉原子核外電子排布式為___________。與電子排布式相比，軌道表示式增加了核外電子運(yùn)動狀態(tài)中___________的描述。(2)上述反應(yīng)中，反應(yīng)物和生成物所形成晶體的晶體類型共有___________種，屬于共價晶體的是___________。(3)上述物質(zhì)中的非金屬元素原子半徑由大到小的順序為___________(用元素符號表示)。碳的非金屬性弱于氧，從原子結(jié)構(gòu)角度解釋原因___________。(4)向一定量的Na2CO3溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌。隨著鹽酸的加入，溶液中各種離子數(shù)目變化如圖所示，b、c分別代表___________、___________(填離子符號)。(5)室溫下，同濃度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，對水電離程度的影響___________(選填“前者大”或“后者大”)，作出判斷并說明理由___________。10．在金剛石、、、、和金屬6種晶體中：(1)以非極性鍵結(jié)合的非極性分子是__________；(2)通過非極性鍵形成的共價晶體是__________；(3)含有極性共價鍵和非極性共價鍵的非極性分子是____________；(4)固態(tài)和熔融狀態(tài)下都能導(dǎo)電的晶體是___________．答案解析1．B【詳解】A、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，由原來的變?yōu)椋瘜W(xué)鍵依然為極性共價鍵，A項正確;B、CO2由分子晶體變成共價晶體，熔沸點(diǎn)高，不易汽化，不適合作制冷材料，B不正確;C、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體有很高的熔沸點(diǎn)，故C正確;D、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體具有硬度大耐磨等特點(diǎn)，D項正確;答案選Ｂ。2．B【詳解】A．題中已經(jīng)指出制得的干冰是“共價晶體”，則共價晶體干冰熔沸點(diǎn)高，A正確；B．共價晶體干冰熔沸點(diǎn)高，不易升華，B錯誤；C．題中已經(jīng)指出制得的干冰是“共價晶體”，則共價晶體干冰硬度大，C正確；D．共價晶體干冰結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)類似，則共價晶體干冰中含鍵，D正確。答案選B。3．C【詳解】A．金剛石是1個中心C原子連接4個C原子，二氧化硅是1個中心原子連接4個O原子，均為正四面體，A項正確；B．金剛石中，1個C原子與另外4個C原子形成4個鍵，這個C原子對每個單鍵的貢獻(xiàn)只有，所以原子形成的鍵為，而晶體中1個原子分別與4個O原子形成4個鍵，則晶體中鍵為，B項正確；C．干冰熔化時只破壞分子間作用力，共價鍵不會斷裂，C項錯誤；D．共價晶體的構(gòu)成微粒是原子不是分子，D項正確。故選：C。4．B【詳解】A．冰屬于分子晶體，構(gòu)成冰晶體的微粒間存在分子間作用力，所以冰融化時克服的是分子間作用力，共價鍵不變，A錯誤；B．共價晶體中共價鍵的強(qiáng)弱決定其熔點(diǎn)的高低，所以共價晶體中共價鍵越強(qiáng)，共價晶體的熔點(diǎn)越高，B正確；C．晶體中、O原子間形成極性鍵，C錯誤；D．稀有氣體分子是單原子分子，形成的晶體為分子晶體，D錯誤；故選B。5．B【詳解】A．共價晶體中不一定存在極性共價鍵，如硅、金剛石等晶體中只存在非極性共價鍵，A錯誤；B．范德華力存在于所有分子晶體中，B正確；C．硫黃晶體中分子間存在范德華力，而冰晶體中分子間除存在范德華力外，還存在氫鍵，C錯誤；D．很多分子晶體(如干冰等)中都存在共價鍵，D錯誤；故選B。6．B【詳解】①共價晶體熔化的過程中破壞的是原子間的共價鍵，故共價晶體中共價鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高；正確；②干冰是分子之間通過范德華力結(jié)合形成的，沒有氫鍵；錯誤；③白磷()為正四面體結(jié)構(gòu)的分子晶體，但鍵角是60o；錯誤；④稀有氣體屬于分子晶體，但不含化學(xué)鍵；錯誤；⑤根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)()可知，在金剛石晶體中每個碳原子以4個共價鍵與其他4個碳原子結(jié)合形成三維骨架結(jié)構(gòu)，根據(jù)“均攤法”可知每個碳原子分得的共價鍵數(shù)目為2，含4.8g(0.4mol)碳原子的金剛石晶體中共價鍵的物質(zhì)的量為0.8mol，正確；故①⑤正確。答案選B7．C【詳解】A．中離子鍵的百分?jǐn)?shù)為62%，說明還存在共價鍵，則不是純粹的離子晶體，是離子晶體與共價晶體之間的過渡晶體，故A正確；B．離子鍵與共價鍵的區(qū)別在于形成化學(xué)鍵的兩元素電負(fù)性差值，差值大為離子鍵，差值小為共價鍵，通常當(dāng)作離子晶體來處理，因為是偏向離子晶體的過渡晶體，在許多性質(zhì)上與純粹的離子晶體接近，故B正確；C．、均是偏向共價晶體的過渡晶體，當(dāng)作共價晶體來處理，故C錯誤；D．根據(jù)微粒間存在的作用力分析，分子晶體、共價晶體、金屬晶體和離子晶體都有過渡型，故D正確；故選C。8．D【詳解】A．根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知SiCl4、AlCl3的熔沸點(diǎn)低，說明在晶體中構(gòu)成微粒間的作用力十分微弱，由于分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多，因此SiCl4、AlCl3都是分子晶體，A正確；B．根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知晶體硼熔沸點(diǎn)高，說明構(gòu)成微粒的作用力很強(qiáng)，該物質(zhì)屬于共價晶體，B正確；C．根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知晶體硅熔沸點(diǎn)高，說明構(gòu)成微粒的作用力很強(qiáng)，該物質(zhì)屬于共價晶體，C正確；D．金剛石、晶體硅的熔沸點(diǎn)高，由于原子半徑：C＜Si，鍵長：C-C＜Si-Si。鍵長越長，原子之間的共價鍵結(jié)合力就越弱，就越不牢固，越容易斷裂，該化學(xué)鍵的鍵能就越小，故金剛石中的C-C鍵比晶體硅中的Si-Si鍵強(qiáng)，D錯誤；故合理選項是D。9．1s22s22p63s1或[Ar]3s1電子云的伸展方向、電子的自旋3SiO2Si、C、O碳與氧原子電子層數(shù)相同，但碳的原子半徑大于氧，對最外層電子吸引弱于氧，非金屬性弱COHCO前者大Si的非金屬性比C弱，所以H2SiO3酸性弱，Na2SiO3水解程度大【詳解】(1)鈉原子的核外電子數(shù)是11，其核外電子排布式為1s22s22p63s1[Ar]3s1；軌道表示式是表示原子核外電子排布的圖式之一，又稱電子排布圖，用一個方框、圓圈或兩條短線表示一個給定量子數(shù)的軌道，用箭頭“↑”或“↓”來自旋狀態(tài)不同電子，因此與電子排布式相比，軌道表示式增加了核外電子運(yùn)動狀態(tài)中電子云的伸展方向、電子的自旋的描述；(2)上述反應(yīng)中，碳酸鈉和硅酸鈉形成的是離子晶體，二氧化硅形成的是共價晶體，二氧化碳形成的是分子晶體，因此反應(yīng)物和生成物所形成晶體的晶體類型共有3種，屬于共價晶體的是SiO2；(3)同周期自左向右原子半徑逐漸減小，同主族從上到下原子半徑逐漸增大，則上述物質(zhì)中的非金屬元素原子半徑由大到小的順序為Si＞C＞O。碳與氧原子電子層數(shù)相同，但碳的原子半徑大于氧，對最外層電子吸引弱于氧，非金屬性弱，所以碳的非金屬性弱于氧；(4)向一定量的Na2CO3溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌，發(fā)生的反應(yīng)依次為Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl＝NaCl+H2O+CO2↑。隨著鹽酸的加入，溶液中各種離子數(shù)目變化如圖所示，因此a表示鈉離子的，b代表碳酸根離子的，c代表碳酸氫根離子的，d代表氯離子的；(5)由于Si的非金屬性比C弱，所以H2SiO3酸性弱，Na2SiO3水解程度大，因此室溫下，同濃度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，對水電離程度的影響前者大。10．N2金剛石C2H4金屬Fe【詳解】(1)由同種非金屬原子提供電子形成共價鍵為非極性共價鍵，只含非極性鍵的分子為非極性分子可知