新人教版選擇性必修2第3章第2節第2課時共價晶體學案

第2課時共價晶體［核心素養發展目標］i.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成微粒之間的作用時共價晶體物理性質的影響。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行分析。一、共價晶體的概念及其性質I.共價晶體的結構特點及物理性質⑴概念相鄰原子間以域濯相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。(2)構成微粒及微粒間作用(3)物理性質①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點很高，硬度很大,難溶于常見溶劑，一般丕導電。②結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短,健能越大，晶體的熔點越高。2.常見共價晶體及物質類別(1)某叫單質：如硼(B)、硅(Si)、錯(Ge)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiCh)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N。等。⑶極少數金屬氧化物，如剛玉(a-AbO3)等。(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體0(2)具有共價鍵的晶體一定是共價晶體0(3)共價晶體在固態或熔化時均不導電0(4)共價晶體由于硬度及熔、沸點都較高，故常溫時不與其他物質反應0答案(1)X(2)X(3)X(4)X.怎樣從原子結構角度理解金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降。提示從碳到硅，核電荷數增大，電子層數增多，原子半徑增大，C—C、C—Si、Si-Si的鍵長依次增大，鍵長越短，共價鍵越牢固，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵，而鍵能大小是C-C>C—Si>Si—Si,所以，金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降。.下表是某些共價晶體的熔點和硬度，分析表中的數據，判斷下列敘述正確的是()①構成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅銘熔點/C390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0②構成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點越高③構成共價晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構成共價晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大A.①②B.③④C.①@D.②④答案D解析共價晶體的熔、沸點和硬度等物理性質取決于晶體內的共價鍵，構成共價晶體的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，對應共價晶體的熔、沸點越高，硬度越大。.(2019?長沙高二檢測)下列物質的晶體直接由原子構成的一組是0①CCh②Si(h③晶體Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固態HeA.①②③④⑤⑥B.②③@@C.②③⑥D.①②⑤⑥答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固態He是分子晶體，其晶體由分子構成，稀有氣體He由單原子分子構成；SiOz、晶體Si屬于共價晶體，其晶體直接由原子構成。二、常見共價晶體結構分析.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生個碳原子相結合，形成C-C-C夾角為109。28'的正四面體結構(即金剛石中的碳采取冠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構。其中最小的環是六元環。.二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共位鍵對稱地與相鄰的生個氧原子相結合，每個氧原子與2個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構。晶體結構中最小的環上有9個硅原子和0個氧原子，硅、氧原子個數比為￡12。⑵低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈,而沒有封閉的環狀結構。這一結構決定了它具有正性。(I)金剛石晶體中最小碳環是六元環，且6個碳原子在同一平面內0(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環所共有，每個C-C被6個六元環共用()(3)1mol金剛石晶體中含有4mol碳碳鍵0(4)lmol二氧化硅晶體中含有4mol硅氧鍵0答案⑴X(2"(3)X(4"解析⑵任意兩條相鄰的C—C參加了2個六元環的形成，每個C原子可形成4條C—C,兩面相鄰的組合有Ci=6種，故每個C原子被6X2=12個六元環共用。而每條C—C可以與相鄰的3條C—C兩兩相鄰，故每條C—C被3X2=6個六元環共用。.金剛石晶胞結構如圖所示，回答下列問題。一個金剛石晶胞中含有個碳原子。答案8解析8X《+6XJ+4=8。oZ(2)已知晶胞參數為〃pm,則金剛石的密度為g-cnr\…12X8口案以(4><10-1。)3(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為pm。答案乎a解析兩個最近的碳原子之間的距離為晶胞內體對南線的看即坐a。2.(2019?廈門外國語學校期中)2017年中外科學家團隊共同合成了T-碳。T-碳的結構是將立方金剛石中的每個碳原子用一個由4個碳原子組成的正四面體結構單元取代，形成碳的一種新型三維立體晶體結構，如圖所示(圖中的。表示碳形成的正四面體結構己知T-碳晶胞參數為“pm,Na為阿伏加德羅常數的值。下列說法錯誤的是0A.每個T-碳晶胞中含32個碳原子T-碳中C—C的最小夾角約為109。28'T-碳屬于共價晶體iox32T-碳的密度為NaX(“X10一產53答案B解析1個金剛石晶胞中，含有碳原子的數目為8><1+6X)+4=8,將每個C原子換成一個由4個碳原子組成的正四面體結構單元，則1個T-碳晶胞中含有的碳原子數目為8X4=32,故A正確；T-碳中C—C的最小夾角為60。，故B錯誤；T-碳中碳原子間以共價鍵結合成空間網狀結構，屬于共價晶體，故C正確；I個T-碳晶胞中含碳原子的數目為32,則該晶體的密度12x32為此><晟升］。產5-3,故D正確。.金剛石是典型的共價晶體，下列關于金剛石的說法中錯誤的是()A.晶體中不存在獨立的分子B.碳原子間以共價鍵相結合C.是自然界中硬度最大的物質D.化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應答案D解析在金剛石中，碳原子之間以共價鍵結合形成空間三維骨架結構，不存在具有固定組成的分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C選項正確；由于金剛石是碳的單質，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成C02,故D選項錯誤。.美國《科學》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,下列對該物質的推斷一定不正確的是0A.該共價晶體中含有極性鍵B.該共價晶體易氣化，可用作制冷材料C.該共價晶體有很高的熔、沸點D.該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料答案B解析共價晶體具有高硬度，高熔、沸點等性質，不易氣化，不可用作制冷材料，B項錯誤。.下列關于SiO2晶體空間結構的敘述中正確的是0A.最小的環上，有3個硅原子和3個氧原子B.最小的環上，硅原子數和氯原子數之比為1:2C.最小的環上，有6個硅原子和6個氧原子D.存在四面體結構單元，0原子處于中心，Si原子處于4個頂角答案C解析SiO2晶體中，每個硅原子與4個氯原子成鍵，每個氧原子與2個硅原子成鍵，晶體中的硅氧四面體中Si原子處于中心，。原子處于4個頂角。最小的環是十二元環，環上有6個Si原子、6個0原子，Si、O原子數之比是1：1。.設Na為阿伏加德羅常數的值。下列說法中正確的是028g晶體硅中含有Si—Si的個數為2M\124g白磷(P4)晶體中含有P—P的個數為4M12g金剛石中含有C—C的個數為4NaSiO2晶體中1mol硅原子可與氧原子形成2Na個共價鍵(Si—O)答案A解析晶體硅的結構與金剛石相似，每個硅原子與周圍4個原子形成4個共價鍵，依據“均抑法”，1個硅(或碳)原子分得的共價鍵數為4X^=2,A正確、C錯誤；白磷為正四面體結構，每個P4分子中含有6個P—P,B錯誤；SiCh晶體中每個硅原子與周圍4個氯原子形成4個

Si—O,D錯誤。.如圖所示是某共價晶體A的空間結構片段，A與某物質B反應生成C,其實質是在每個A—A中插入一個B原子，則C物質的化學式可能為0A.ABB.A5B4C.AB2D.A2B5答案C6.單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據回答問題：金剛石熔點/C>3550金剛石熔點/C>3550沸點/℃5100硬度10晶體硅晶體硼14102573235528237.09.5(2)金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大晟用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所示，下列判斷正確的是(填字母)。A.金剛石中C—C的鍵角均為109。28',所以金剛石和CH,的晶體類型相同B.金剛石的熔點高與C-C的鍵能無關C.金剛石中碳原子個數與C-C數之比為1:2D.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻(3)已知晶體硼的結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結構單元中有20個正三角形的面利一定數目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此結構單元是由個硼原子構成的，其中B—B的鍵角為,該結構單元共含有個B—B。答案(1)共價晶體硼的熔、沸點高，硬度大(2)?3)1260。30解析(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和晶體硅均為共價晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼也屬于共價晶體。(2)選項A,金剛石是共價晶體，CH』是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項B,金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C的蝮能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔點很高；選項C,金剛石中每個C都參與了4個C—C的形成，而每個C對每條鍵的貢獻只有一半，故碳