2024-2025学年新教材高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与共价晶体第2课时共价晶体课件新人教版选择性必修2

第二节分子晶体与共价晶体第二课时共价晶体素养目标学习要点1.能辨识常见的共价晶体,能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用力及对共价晶体物理性质的影响,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.借助金刚石、二氧化硅等模型认识共价晶体的结构特点及物理性质,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。成键微粒:原子。一种结构:空间网状。两种典型模型:金刚石、二氧化硅。一种关系:熔、沸点的大小与共价键的强弱的关系。知识点一共价晶体的结构和性质基础落实•必备知识全过关知识点一共价晶体的结构和性质1.结构特点

原子共价键网状2.与物质的类别的关系

物质种类实例某些

金刚石(C)、

某些

二氧化硅(

)、碳化硅(

)、氮化硅(

)等

3.物理性质(1)特点:共价晶体具有

的熔点。原因:共价晶体熔化时必须破坏

,而破坏它们需要

的温度。

(2)影响因素:结构相似的共价晶体,原子半径越

,键长越

,键能越

,晶体的熔点越

。

非金属单质硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡(Sn)等非金属化合物SiO2SiCSi3N4很高共价键很高小短大高深度思考怎样从原子结构角度理解金刚石、晶体硅和锗的熔点和硬度依次下降?提示

碳、硅和锗为同主族元素,核电荷数依次增大,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大,C—C、Si—Si、Ge—Ge的键长依次增大,键长越短,共价键越牢固,键能越大,共价晶体熔化时破坏的是共价键,所以,金刚石、晶体硅和锗的熔点和硬度依次下降。正误判断(1)含有共价键的晶体都是共价晶体。(

)提示

冰晶体中H2O的分子内都含有共价键,但属于分子晶体。(2)SiO2是二氧化硅的分子式。(

)提示

二氧化硅为共价晶体,晶体中不存在单个分子,其化学式为Si与O的最简个数比,而不是分子式。(3)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。(

)提示

稀有气体形成的晶体由原子直接构成,但属于分子晶体。×××(4)由于共价键的键能远大于分子间作用力,故共价晶体的熔点比分子晶体高。(

)提示

共价晶体的熔点比分子晶体高,原因是共价键的键能远大于分子间作用力。(5)共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键。(

)提示

共价晶体中相邻原子间也可能是极性共价键,如SiC。√×重难突破•能力素养全提升探究角度1

共价晶体的特点例1下列有关共价晶体的叙述错误的是(

)A.共价晶体中,只存在共价键B.共价晶体具有空间网状结构C.共价晶体中不存在独立的分子D.共价晶体熔化时不破坏共价键D解析

A项,共价晶体中原子之间通过共价键相连;B项,共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构;C项,共价晶体是由原子以共价键相结合形成的,不存在独立的分子;D项,共价晶体中原子是通过共价键连接的,熔化时需要破坏共价键。思维建模共价晶体的结构特点

[对点训练1]氮化硼是一种新合成的材料,它是超硬、耐磨、耐高温的物质,下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是(

)A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶C.冰和干冰

D.碘和金刚砂B解析

氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物,根据该化合物的性质可知其晶体为共价晶体,粒子间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键,A项错误;冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力,C项错误;碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键,D项错误。探究角度2

共价晶体的熔、沸点的比较例2下列晶体性质的比较中不正确的是(

)A.沸点:NH3>PH3 B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4C.硬度:白磷>冰>二氧化硅 D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅C解析

A项中注意NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,正确;B项中三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,正确;C项中白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,错误;D项中的三种物质都是共价晶体,由于原子半径C<Si,所以键长C—C<C—Si<Si—Si,故键能C—C>C—Si>Si—Si,而键能越大,共价晶体的硬度越大,正确。思维建模解答有关晶体熔、沸点比较问题的思维流程

[对点训练2]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(

)共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃355030002700171014101211硬度109.59.576.56.0①构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高②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.①②

B.③④

C.①③

D.②④D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。基础落实•必备知识全过关知识点二常见的共价晶体1.金刚石

晶胞结构分析

(1)每个碳与相邻

个碳以共价键结合,形成

结构,杂化方式为sp3杂化。

(2)键角均为

。

(3)最小碳环由

个C原子组成且不在同一平面内。

(4)每个C参与4条C—C的形成,C原子数与C—C数之比为

。(5)每个C原子被12个六元环共用。(6)每个C—C键被6个六元环共用4正四面体109°28'61∶2知识点二常见的共价晶体2.二氧化硅

结构用途二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物,有多种结构,最常见的是低温石英(α-SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的

形成螺旋上升的长链,这一结构决定了它具有

二氧化硅是制造水泥、玻璃、

、

、芯片和

的原料

硅氧四面体手性单晶硅硅光电池光导纤维深度思考下图为二氧化硅的晶胞1.每个二氧化硅晶胞中含有多少个硅原子与氧原子?提示

每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。

2.二氧化硅晶体中最小环上有几个O?几个Si?3.1

mol

SiO2晶体中含有硅氧四面体结构单元的数目是多少?提示

6

6提示

二氧化硅晶体中每个硅原子与四个氧原子形成4个硅氧键,每个氧原子与两个硅原子成键,则二氧化硅晶体可看成由硅氧四面体结构构成,1

mol二氧化硅晶体中含1

mol硅氧四面体结构,数目为NA。重难突破•能力素养全提升探究角度1

共价晶体的结构例1下列有关共价晶体的叙述不正确的是(

)A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体B.设NA为阿伏加德罗常数的值,含1molC的金刚石中C—C数目是2NA,1molSiO2晶体中Si—O数目是4NAC.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式C解析

金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有

,所以1

mol

C原子形成的C—C键为4

mol×=2

mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1

mol

SiO2晶体中Si—O键为4

mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成微粒是原子,不是分子,D项正确。图解要点金刚石结构图解

[对点训练1](2024·四川德阳高二期末)碳化硅俗称金刚砂,与金刚石结构相似,其晶胞如图所示。下列说法正确的是(

)A.碳化硅的熔点比金刚石高B.该晶体熔化时需破坏范德华力C.与碳原子紧邻等距的碳原子数目为4D.该晶体中由共价键形成的最小环上有6个原子D解析

共价键的键长越短,键能越大,熔、沸点越高,C—C键长比C—Si短,金刚石的熔点要高于碳化硅,A错误;碳化硅晶体中的原子是通过共价键结合的,所以熔化时需要破坏共价键而不是范德华力,B错误;在碳化硅的晶体结构中,每个碳原子都与4个硅原子和4个碳原子相邻,所以与碳原子紧邻等距的碳原子数目应该是12,C错误;在碳化硅的晶体结构中,最小的环是由6个原子组成的,其中3个是碳原子,3个是硅原子,D正确。探究角度2

分子晶体和共价晶体的比较例2根据下表中给出的有关数据,判断下列说法错误的是(

)物质AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/℃190-60230035501410沸点/℃18357255048272355A.SiCl4是分子晶体B.晶体硼是共价晶体C.AlCl3是分子晶体,加热能升华D.金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱D解析

由表中数据可知,SiCl4的熔、沸点较低,属于分子晶体,故A正确;晶体硼的熔、沸点很高,所以晶体硼是共价晶体,故B正确;由表中数据可知AlCl3的熔点比沸点高,所以AlCl3加热能升华,故C正确;C原子半径小于Si原子半径,金刚石中的C—C键长比晶体硅中的Si—Si键长短,键能也大,故C—C键比Si—Si键强,故D错误。归纳总结分子晶体与共价晶体的比较

晶体类型共价晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体只含分子的晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性一般不溶于各种溶剂部分溶于水导电性不导电,个别为半导体不导电,部分水溶液导电熔化时破坏的作用力共价键分子间作用力易错提醒对分子晶体和共价晶体的认识误区(1)共价晶体是一个三维的共价键网状结构,是一个“巨分子”,没有小分子存在;而分子晶体中存在真实的分子。(2)共价晶体的化学式不表示实际组成,只表示组成原子的个数比,如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。(3)由原子构成的晶体不一定是共价晶体,如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。[对点训练2]下列关于共价晶体、分子晶体的叙述正确的是(

)A.金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小环上有6个碳原子B.分子晶体中一定存在共价键C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HFD.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键A解析

金刚石属于共价晶体,其中的碳采取sp3杂化,与周围的4个碳原子形成正四面体结构,以共价键形成空间网状结构,晶体中最小环上有6个碳原子,A项正确;分子晶体中不一定存在共价键,如稀有气体形成的晶体为分子晶体,稀有气体是单原子分子,原子间没有共价键,B项错误;HF分子间存在氢键,HI分子间不存在氢键,故HI的沸点低于HF,C项错误;SiO2属于共价晶体,在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键,D项错误。学以致用·随堂检测全达标123456题组1共价晶体的判断1.下列物质中,属于共价晶体的化合物是(

)A.无色水晶

B.晶体硅C.金刚石

D.干冰A解析

A项,无色水晶是共价晶体,属于化合物;B项,晶体硅是单质;C项,金刚石是单质;D项,干冰属于化合物,但它是分子晶体。1234562.“天问”系列探测器计划采用我国自主研制的高性能碳化硅材料。碳化硅也叫金刚砂,与金刚石具有相似的晶体结构,硬度为9.5,熔点为2700℃,结构如图,下列叙述不正确的是(

)A.碳化硅中只含有极性键B.碳化硅为共价晶体C.金刚石的熔点低于2700℃D.SiC晶体中碳原子和硅原子均采用sp3杂化C123456解析

由图可知,碳化硅中只含有碳硅极性键,故A正确;由于碳化硅也叫金刚砂,硬度大,熔点高,可得碳化硅为共价晶体,故B正确;共价键的键长越短,键能越大,熔、沸点越高,C—C键键长比C—Si键键长短,则金刚石熔点高于碳化硅,即金刚石的熔点高于2

700

℃,故C错误;SiC晶体中碳原子周围最近有4个硅原子,硅原子周围最近有4个碳原子,均采用sp3杂化,故D正确。123456题组2共价晶体的性质3.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(

)A.熔点2700℃,导电性好,延展性强B.无色晶体,熔点3550℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为800℃,熔化时能导电D.熔点-56.6℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电B解析

A项中延展性好,不是共价晶体的特征,因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合,而共价键有一定的方向性,使共价晶体质硬而脆,A项不符合,B项符合共价晶体的特征;C项不符合共价晶体的特征;D项符合分子晶体的特征。1234564.《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(

)A.该共价晶体中含有极性键B.该共价晶体易汽化,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B123456解析

CO2固态时由分子晶体变为共价晶体,其成键情况也发生了变化,由原来的C═O变为C—O,但化学键依然为极性共价键,A项正确;CO2由分子晶体变成共价晶体,熔、沸点升高,不易汽化,不适合作制冷材料,B项不正确;CO2由分子晶体变成共价晶体,共价晶体有很高的熔、沸点,C项正确;CO2由分