新人教版選擇性必修2第3章第2節(jié)第2課時共價晶體學(xué)案

第2課時共價晶體［核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)］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(gòu)成微粒之間的作用時共價晶體物理性質(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。一、共價晶體的概念及其性質(zhì)I.共價晶體的結(jié)構(gòu)特點及物理性質(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，因此一般熔點很高，硬度很大,難溶于常見溶劑，一般丕導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短,健能越大，晶體的熔點越高。2.常見共價晶體及物質(zhì)類別(1)某叫單質(zhì)：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(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(tài)或熔化時均不導(dǎo)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(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(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是()①構(gòu)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(gòu)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(gòu)成共價晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構(gòu)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(zhì)取決于晶體內(nèi)的共價鍵，構(gòu)成共價晶體的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，對應(yīng)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(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屬于共價晶體，其晶體直接由原子構(gòu)成。二、常見共價晶體結(jié)構(gòu)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(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)。.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(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9個硅原子和0個氧原子，硅、氧原子個數(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)決定了它具有正性。(I)金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個碳原子在同一平面內(nèi)0(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環(huán)所共有，每個C-C被6個六元環(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個六元環(huán)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(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個六元環(huán)共用。.金剛石晶胞結(jié)構(gòu)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(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(nèi)體對南線的看即坐a。2.(2019?廈門外國語學(xué)校期中)2017年中外科學(xué)家團(tuán)隊共同合成了T-碳。T-碳的結(jié)構(gòu)是將立方金剛石中的每個碳原子用一個由4個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(chǎn)53答案B解析1個金剛石晶胞中，含有碳原子的數(shù)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(jié)構(gòu)單元，則1個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錯誤；T-碳中碳原子間以共價鍵結(jié)合成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于共價晶體，故C正確；I個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晶體，下列關(guān)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(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(zhì)，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(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(zhì)，不易氣化，不可用作制冷材料，B項錯誤。.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個硅原子和3個氧原子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個硅原子和6個氧原子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(huán)是十二元環(huán)，環(huán)上有6個Si原子、6個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。下列說法中正確的是028g晶體硅中含有Si—Si的個數(shù)為2M\124g白磷(P4)晶體中含有P—P的個數(shù)為4M12g金剛石中含有C—C的個數(shù)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(jié)構(gòu)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(jù)“均抑法”，1個硅(或碳)原子分得的共價鍵數(shù)為4X^=2,A正確、C錯誤；白磷為正四面體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)片段，A與某物質(zhì)B反應(yīng)生成C,其實質(zhì)是在每個A—A中插入一個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)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)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(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,的晶體類型相同B.金剛石的熔點高與C-C的鍵能無關(guān)C.金剛石中碳原子個數(shù)與C-C數(shù)之比為1:2D.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進(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個正三角形的面利一定數(shù)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(jié)構(gòu)單元是由個硼原子構(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(xiàn)只有一半，故碳