新人教版选择性必修2第3章第2节第2课时共价晶体学案

第2课时共价晶体［核心素养发展目标］i.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用时共价晶体物理性质的影响。2.能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。一、共价晶体的概念及其性质I.共价晶体的结构特点及物理性质⑴概念相邻原子间以域濯相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。(2)构成微粒及微粒间作用(3)物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大,难溶于常见溶剂，一般丕导电。②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短,健能越大，晶体的熔点越高。2.常见共价晶体及物质类别(1)某叫单质：如硼(B)、硅(Si)、错(Ge)、金刚石等。(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiCh)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N。等。⑶极少数金属氧化物，如刚玉(a-AbO3)等。(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体0(2)具有共价键的晶体一定是共价晶体0(3)共价晶体在固态或熔化时均不导电0(4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应0答案(1)X(2)X(3)X(4)X.怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。提示从碳到硅，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C、C—Si、Si-Si的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，共价晶体熔化时破坏的是共价键，而键能大小是C-C>C—Si>Si—Si,所以，金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。.下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅铭熔点/C390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A.①②B.③④C.①@D.②④答案D解析共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。.(2019・长沙高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是0①CCh②Si(h③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA.①②③④⑤⑥B.②③@@C.②③⑥D.①②⑤⑥答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiOz、晶体Si属于共价晶体，其晶体直接由原子构成。二、常见共价晶体结构分析.金刚石晶体金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的生个碳原子相结合，形成C-C-C夹角为109。28'的正四面体结构(即金刚石中的碳采取冠杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是六元环。.二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共位键对称地与相邻的生个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有9个硅原子和0个氧原子，硅、氧原子个数比为£12。⑵低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链,而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有正性。(I)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内0(2)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C-C被6个六元环共用()(3)1mol金刚石晶体中含有4mol碳碳键0(4)lmol二氧化硅晶体中含有4mol硅氧键0答案⑴X(2"(3)X(4"解析⑵任意两条相邻的C—C参加了2个六元环的形成，每个C原子可形成4条C—C,两面相邻的组合有Ci=6种，故每个C原子被6X2=12个六元环共用。而每条C—C可以与相邻的3条C—C两两相邻，故每条C—C被3X2=6个六元环共用。.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。一个金刚石晶胞中含有个碳原子。答案8解析8X《+6XJ+4=8。oZ(2)已知晶胞参数为〃pm,则金刚石的密度为g-cnr\…12X8口案以(4><10-1。)3(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为pm。答案乎a解析两个最近的碳原子之间的距离为晶胞内体对南线的看即坐a。2.(2019•厦门外国语学校期中)2017年中外科学家团队共同合成了T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立体晶体结构，如图所示(图中的。表示碳形成的正四面体结构己知T-碳晶胞参数为“pm,Na为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是0A.每个T-碳晶胞中含32个碳原子T-碳中C—C的最小夹角约为109。28'T-碳属于共价晶体iox32T-碳的密度为NaX(“X10一产53答案B解析1个金刚石晶胞中，含有碳原子的数目为8><1+6X)+4=8,将每个C原子换成一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则1个T-碳晶胞中含有的碳原子数目为8X4=32,故A正确；T-碳中C—C的最小夹角为60。，故B错误；T-碳中碳原子间以共价键结合成空间网状结构，属于共价晶体，故C正确；I个T-碳晶胞中含碳原子的数目为32,则该晶体的密度12x32为此><晟升］。产5-3,故D正确。.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()A.晶体中不存在独立的分子B.碳原子间以共价键相结合C.是自然界中硬度最大的物质D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应答案D解析在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间三维骨架结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成C02,故D选项错误。.美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K,人们成功制得了共价晶体CO2,下列对该物质的推断一定不正确的是0A.该共价晶体中含有极性键B.该共价晶体易气化，可用作制冷材料C.该共价晶体有很高的熔、沸点D.该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料答案B解析共价晶体具有高硬度，高熔、沸点等性质，不易气化，不可用作制冷材料，B项错误。.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是0A.最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B.最小的环上，硅原子数和氯原子数之比为1:2C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D.存在四面体结构单元，0原子处于中心，Si原子处于4个顶角答案C解析SiO2晶体中，每个硅原子与4个氯原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，。原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个0原子，Si、O原子数之比是1：1。.设Na为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是028g晶体硅中含有Si—Si的个数为2M\124g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4M12g金刚石中含有C—C的个数为4NaSiO2晶体中1mol硅原子可与氧原子形成2Na个共价键(Si—O)答案A解析晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均抑法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4X^=2,A正确、C错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P,B错误；SiCh晶体中每个硅原子与周围4个氯原子形成4个

Si—O,D错误。.如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C,其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为0A.ABB.A5B4C.AB2D.A2B5答案C6.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：金刚石熔点/C>3550金刚石熔点/C>3550沸点/℃5100硬度10晶体硅晶体硼14102573235528237.09.5(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大晟用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是(填字母)。A.金刚石中C—C的键角均为109。28',所以金刚石和CH,的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与C-C的键能无关C.金刚石中碳原子个数与C-C数之比为1:2D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面利一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由个硼原子构成的，其中B—B的键角为,该结构单元共含有个B—B。答案(1)共价晶体硼的熔、沸点高，硬度大(2)«3)1260。30解析(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。(2)选项A,金刚石是共价晶体，CH』是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B,金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的蝮能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C,金刚石中每个C都参与了4个C—C的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳