新人教版選擇性必修2第3章第2節(jié)第2課時(shí)共價(jià)晶體學(xué)案

第2課時(shí)共價(jià)晶體［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］i.能辨識(shí)常見(jiàn)的共價(jià)晶體，并能從微觀角度分析共價(jià)晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用時(shí)共價(jià)晶體物理性質(zhì)的影響。2.能利用共價(jià)晶體的通性推斷常見(jiàn)的共價(jià)晶體，并能利用均攤法對(duì)晶胞進(jìn)行分析。一、共價(jià)晶體的概念及其性質(zhì)I.共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)⑴概念相鄰原子間以域濯相結(jié)合形成共價(jià)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(jià)晶體中，由于各原子均以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，因此一般熔點(diǎn)很高，硬度很大,難溶于常見(jiàn)溶劑，一般丕導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短,健能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。2.常見(jiàn)共價(jià)晶體及物質(zhì)類(lèi)別(1)某叫單質(zhì)：如硼(B)、硅(Si)、錯(cuò)(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(shù)金屬氧化物，如剛玉(a-AbO3)等。(1)由原子直接構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體0(2)具有共價(jià)鍵的晶體一定是共價(jià)晶體0(3)共價(jià)晶體在固態(tài)或熔化時(shí)均不導(dǎo)電0(4)共價(jià)晶體由于硬度及熔、沸點(diǎn)都較高，故常溫時(shí)不與其他物質(zhì)反應(yīng)0答案(1)X(2)X(3)X(4)X.怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點(diǎn)和硬度依次下降。提示從碳到硅，核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，C—C、C—Si、Si-Si的鍵長(zhǎng)依次增大，鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越牢固，共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的是共價(jià)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(diǎn)和硬度依次下降。.下表是某些共價(jià)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()①構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類(lèi)越多，晶體的熔點(diǎn)越高共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅銘熔點(diǎn)/C390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0②構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵的鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構(gòu)成共價(jià)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(jià)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(jià)鍵，構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，對(duì)應(yīng)共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。.(2019?長(zhǎng)沙高二檢測(cè))下列物質(zhì)的晶體直接由原子構(gòu)成的一組是0①CCh②Si(h③晶體Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固態(tài)HeA.①②③④⑤⑥B.②③@@C.②③⑥D(zhuǎn).①②⑤⑥答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固態(tài)He是分子晶體，其晶體由分子構(gòu)成，稀有氣體He由單原子分子構(gòu)成；SiOz、晶體Si屬于共價(jià)晶體，其晶體直接由原子構(gòu)成。二、常見(jiàn)共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)分析.金剛石晶體金剛石晶體中，每個(gè)碳原子均以4個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的生個(gè)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冠雜化軌道形成共價(jià)鍵)，整塊金剛石晶體就是以共價(jià)鍵相連的三維骨架結(jié)構(gòu)。其中最小的環(huán)是六元環(huán)。.二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個(gè)硅原子均以4個(gè)共位鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的生個(gè)氧原子相結(jié)合，每個(gè)氧原子與2個(gè)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9個(gè)硅原子和0個(gè)氧原子，硅、氧原子個(gè)數(shù)比為￡12。⑵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(zhǎng)鏈,而沒(méi)有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有正性。(I)金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)0(2)金剛石晶體中每個(gè)碳原子被12個(gè)碳原子環(huán)所共有，每個(gè)C-C被6個(gè)六元環(huán)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(gè)六元環(huán)的形成，每個(gè)C原子可形成4條C—C,兩面相鄰的組合有Ci=6種，故每個(gè)C原子被6X2=12個(gè)六元環(huán)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(gè)六元環(huán)共用。.金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問(wèn)題。一個(gè)金剛石晶胞中含有個(gè)碳原子。答案8解析8X《+6XJ+4=8。oZ(2)已知晶胞參數(shù)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(gè)最近的碳原子之間的距離為pm。答案乎a解析兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為晶胞內(nèi)體對(duì)南線的看即坐a。2.(2019?廈門(mén)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校期中)2017年中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同合成了T-碳。T-碳的結(jié)構(gòu)是將立方金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代，形成碳的一種新型三維立體晶體結(jié)構(gòu)，如圖所示(圖中的。表示碳形成的正四面體結(jié)構(gòu)己知T-碳晶胞參數(shù)為“pm,Na為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是0A.每個(gè)T-碳晶胞中含32個(gè)碳原子T-碳中C—C的最小夾角約為109。28'T-碳屬于共價(jià)晶體iox32T-碳的密度為NaX(“X10一產(chǎn)53答案B解析1個(gè)金剛石晶胞中，含有碳原子的數(shù)目為8><1+6X)+4=8,將每個(gè)C原子換成一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元，則1個(gè)T-碳晶胞中含有的碳原子數(shù)目為8X4=32,故A正確；T-碳中C—C的最小夾角為60。，故B錯(cuò)誤；T-碳中碳原子間以共價(jià)鍵結(jié)合成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于共價(jià)晶體，故C正確；I個(gè)T-碳晶胞中含碳原子的數(shù)目為32,則該晶體的密度12x32為此><晟升］。產(chǎn)5-3,故D正確。.金剛石是典型的共價(jià)晶體，下列關(guān)于金剛石的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A.晶體中不存在獨(dú)立的分子B.碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合C.是自然界中硬度最大的物質(zhì)D.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)答案D解析在金剛石中，碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合形成空間三維骨架結(jié)構(gòu)，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(jià)鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C選項(xiàng)正確；由于金剛石是碳的單質(zhì)，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成C02,故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。.美國(guó)《科學(xué)》雜志曾報(bào)道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K,人們成功制得了共價(jià)晶體CO2,下列對(duì)該物質(zhì)的推斷一定不正確的是0A.該共價(jià)晶體中含有極性鍵B.該共價(jià)晶體易氣化，可用作制冷材料C.該共價(jià)晶體有很高的熔、沸點(diǎn)D.該共價(jià)晶體的硬度大，可用作耐磨材料答案B解析共價(jià)晶體具有高硬度，高熔、沸點(diǎn)等性質(zhì)，不易氣化，不可用作制冷材料，B項(xiàng)錯(cuò)誤。.下列關(guān)于SiO2晶體空間結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是0A.最小的環(huán)上，有3個(gè)硅原子和3個(gè)氧原子B.最小的環(huán)上，硅原子數(shù)和氯原子數(shù)之比為1:2C.最小的環(huán)上，有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子D.存在四面體結(jié)構(gòu)單元，0原子處于中心，Si原子處于4個(gè)頂角答案C解析SiO2晶體中，每個(gè)硅原子與4個(gè)氯原子成鍵，每個(gè)氧原子與2個(gè)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(gè)頂角。最小的環(huán)是十二元環(huán)，環(huán)上有6個(gè)Si原子、6個(gè)0原子，Si、O原子數(shù)之比是1：1。.設(shè)Na為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說(shuō)法中正確的是028g晶體硅中含有Si—Si的個(gè)數(shù)為2M\124g白磷(P4)晶體中含有P—P的個(gè)數(shù)為4M12g金剛石中含有C—C的個(gè)數(shù)為4NaSiO2晶體中1mol硅原子可與氧原子形成2Na個(gè)共價(jià)鍵(Si—O)答案A解析晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，每個(gè)硅原子與周?chē)?個(gè)原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，依據(jù)“均抑法”，1個(gè)硅(或碳)原子分得的共價(jià)鍵數(shù)為4X^=2,A正確、C錯(cuò)誤；白磷為正四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)P4分子中含有6個(gè)P—P,B錯(cuò)誤；SiCh晶體中每個(gè)硅原子與周?chē)?個(gè)氯原子形成4個(gè)

Si—O,D錯(cuò)誤。.如圖所示是某共價(jià)晶體A的空間結(jié)構(gòu)片段，A與某物質(zhì)B反應(yīng)生成C,其實(shí)質(zhì)是在每個(gè)A—A中插入一個(gè)B原子，則C物質(zhì)的化學(xué)式可能為0A.ABB.A5B4C.AB2D.A2B5答案C6.單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)回答問(wèn)題：金剛石熔點(diǎn)/C>3550金剛石熔點(diǎn)/C>3550沸點(diǎn)/℃5100硬度10晶體硅晶體硼14102573235528237.09.5(2)金剛石具有硬度大、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，大晟用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結(jié)構(gòu)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(lèi)型相同B.金剛石的熔點(diǎn)高與C-C的鍵能無(wú)關(guān)C.金剛石中碳原子個(gè)數(shù)與C-C數(shù)之比為1:2D.金剛石的熔點(diǎn)高，所以在打孔過(guò)程中不需要進(jìn)行澆水冷卻(3)已知晶體硼的結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結(jié)構(gòu)單元中有20個(gè)正三角形的面利一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角上各有一個(gè)硼原子。通過(guò)觀察圖形及推算，得出此結(jié)構(gòu)單元是由個(gè)硼原子構(gòu)成的，其中B—B的鍵角為,該結(jié)構(gòu)單元共含有個(gè)B—B。答案(1)共價(jià)晶體硼的熔、沸點(diǎn)高，硬度大(2)?3)1260。30解析(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點(diǎn)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(jià)晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對(duì)角線位置，則晶體硼也屬于共價(jià)晶體。(2)選項(xiàng)A,金剛石是共價(jià)晶體，CH』是分子晶體，二者的晶體類(lèi)型不同；選項(xiàng)B,金剛石熔化過(guò)程中C—C斷裂，因C—C的蝮能大，斷裂時(shí)需要的能量多，故金剛石的熔點(diǎn)很高；選項(xiàng)C,金剛石中每個(gè)C都參與了4個(gè)C—C的形成，而每個(gè)C對(duì)每條鍵的貢獻(xiàn)只有一半，故碳