2023-2024學(xué)年蘇教版新教材選擇性必修二 專題4第三單元 共價(jià)鍵 共價(jià)晶體（第3課時(shí)） 學(xué)案

第3課時(shí)共價(jià)晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)評價(jià)借助共價(jià)晶體模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)。1.了解共價(jià)晶體空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性質(zhì),能描述金剛石、二氧化硅等共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。2.能根據(jù)共價(jià)晶體的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測其性質(zhì)。素養(yǎng)解讀:1.宏觀辨識與微觀探析:從微粒構(gòu)成角度區(qū)分共價(jià)晶體,解釋共價(jià)晶體的性質(zhì),體會“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析核心素養(yǎng)。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:借助模型感受、辨識、體驗(yàn)、理解共價(jià)晶體中微粒的堆積模型,提升空間想象能力與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。知識點(diǎn)一典型的共價(jià)晶體1.共價(jià)晶體相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。2.典型的共價(jià)晶體(1)金剛石(晶體硅)金剛石(晶體硅)晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)和面心均有1個(gè)C(Si)原子,晶胞內(nèi)部有4個(gè)C(Si)原子,每個(gè)金剛石(晶體硅)晶胞中含有8個(gè)C(Si)原子。(2)二氧化硅晶胞SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在晶體硅結(jié)構(gòu)中每兩個(gè)Si原子中間插入一個(gè)O原子,參照金剛石晶胞模型,在SiO2晶胞中有8個(gè)Si原子位于立方晶胞的頂點(diǎn),有6個(gè)Si原子位于立方晶胞的面心,還有4個(gè)Si原子與16個(gè)O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個(gè)硅氧四面體,均勻排列于晶胞內(nèi)。每個(gè)SiO2晶胞中含有8個(gè)Si原子和16個(gè)O原子。(3)碳化硅晶胞①每個(gè)硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳(硅)原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu),向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。②最小碳環(huán)由6個(gè)原子組成且不在同一平面內(nèi),其中包括3個(gè)C原子和3個(gè)Si原子。③每個(gè)SiC晶胞中含有4個(gè)C原子和4個(gè)Si原子。[想一想]氮化硼(BN)是一種新型無機(jī)非金屬材料,主要有兩種結(jié)構(gòu),其中一種氮化硼的硬度僅次于金剛石,熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于金剛石。請你判斷該氮化硼晶體屬于哪類晶體。提示:屬于共價(jià)晶體。共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特征1.共價(jià)晶體中,各原子均以共價(jià)鍵結(jié)合,因?yàn)楣矁r(jià)鍵有方向性和飽和性,所以中心原子周圍的原子數(shù)目是有限的,原子不采取緊密堆積方式。2.共價(jià)晶體的組成微粒是原子,不存在單個(gè)分子,其化學(xué)式僅代表原子的個(gè)數(shù)比關(guān)系,不是分子式。3.共價(jià)晶體中只存在共價(jià)鍵。4.共價(jià)晶體是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1.科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里成功將CO2在高壓下轉(zhuǎn)化為類似SiO2的共價(jià)晶體。下列關(guān)于該CO2晶體的敘述中,不正確的是(C)A.該晶體中C、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2B.該晶體中只存在共價(jià)鍵C.該晶體的C—O—C的鍵角為180°D.該晶體中C、O原子最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)解析:若為共價(jià)晶體,則不再是直線形分子,而是轉(zhuǎn)化為與SiO2相似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.關(guān)于SiO2晶體的敘述正確的是(C)A.60gSiO2晶體中含有NA個(gè)分子(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)B.60gSiO2晶體中,含有2NA個(gè)Si—O鍵C.SiO2晶體中與同一Si原子相連的4個(gè)O原子處于同一四面體的4個(gè)頂點(diǎn)D.SiO2晶體中,1個(gè)Si原子和2個(gè)O原子形成2個(gè)共價(jià)鍵解析:SiO2晶體為共價(jià)晶體,晶體中不存在單個(gè)分子,A不正確;1molSiO2晶體含有Si—O鍵4mol,B不正確;SiO2晶體中,與每個(gè)Si原子相連的4個(gè)O原子構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu),O原子位于頂點(diǎn),Si原子位于四面體的中心,C正確;SiO2晶體中,1個(gè)Si原子和4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,D不正確。硅晶體二氧化硅晶體知識點(diǎn)二共價(jià)晶體的性質(zhì)1.共價(jià)晶體的一般性質(zhì)(1)熔、沸點(diǎn)很高。(2)硬度很大。(3)一般不導(dǎo)電。(4)難溶于溶劑。2.對于結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體而言,共價(jià)鍵的鍵長越長,鍵能越小,晶體的熔、沸點(diǎn)越低,硬度越小。[想一想1]為什么共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)比金屬晶體和離子晶體結(jié)構(gòu)松散,但卻比金屬晶體和離子晶體有更強(qiáng)的穩(wěn)定性?提示:共價(jià)鍵具有方向性和飽和性,使共價(jià)晶體中某個(gè)原子周圍結(jié)合的其他原子是有限的,因此結(jié)構(gòu)比較松散。由于整個(gè)晶體中各原子都以強(qiáng)作用力共價(jià)鍵相互結(jié)合,構(gòu)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),所以共價(jià)晶體更穩(wěn)定。[想一想2]金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價(jià)晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似,為什么它們的熔點(diǎn)和硬度有較大差異?提示:共價(jià)晶體熔化或被粉碎時(shí)必須破壞其中的共價(jià)鍵,對結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來說,共價(jià)鍵的鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)就越高,硬度就越大。晶體熔、沸點(diǎn)比較思路1.不同類別晶體先判斷晶體類型,主要依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒及微粒間的作用力;一般情況下共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)最高。2.同類別晶體(1)共價(jià)晶體:原子半徑→鍵長→共價(jià)鍵鍵能→熔、沸點(diǎn)高低。(2)離子晶體:離子所帶電荷數(shù)、離子半徑→離子鍵強(qiáng)弱→熔、沸點(diǎn)高低。(3)金屬晶體:金屬陽離子所帶電荷數(shù)、金屬陽離子半徑→金屬鍵強(qiáng)弱→熔、沸點(diǎn)高低。1.金剛石具有硬度大、熔點(diǎn)高等特點(diǎn),大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等,其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列判斷正確的是(C)A.金剛石中C—C鍵的鍵角均為109.5°,所以金剛石和CH4的晶體類型相同B.金剛石熔點(diǎn)高與C—C鍵的鍵能無關(guān)C.金剛石中碳原子個(gè)數(shù)與C—C鍵個(gè)數(shù)之比為1∶2D.金剛石熔點(diǎn)高,所以在打孔過程中不需要進(jìn)行澆水冷卻解析:A項(xiàng),金剛石是共價(jià)晶體,CH4是分子晶體,兩者的晶體類型不同;B項(xiàng),金剛石熔化過程中C—C鍵斷裂,因C—C鍵的鍵能大,斷裂時(shí)需要的能量多,故金剛石熔點(diǎn)很高;C項(xiàng),金剛石中每個(gè)C都參與了4個(gè)C—C鍵的形成,而每個(gè)C對每條鍵的貢獻(xiàn)只有一半,故C原子個(gè)數(shù)與C—C鍵個(gè)數(shù)之比為(4×)∶4=1∶2;D項(xiàng),金剛石熔點(diǎn)高,但在打孔過程中會產(chǎn)生極高的溫度,如不澆水冷卻鉆頭,會導(dǎo)致鉆頭熔化。2.氮氧化鋁(AlON)屬于共價(jià)晶體,是一種高強(qiáng)度透明材料,下列敘述錯(cuò)誤的是(B)A.AlON和SiO2所含化學(xué)鍵的類型相同B.電解熔融AlON可得到AlC.AlON中N元素的化合價(jià)為-1價(jià)D.AlON和SiO2的晶體類型相同解析:AlON和SiO2均屬于共價(jià)晶體,均只含有共價(jià)鍵,A、D項(xiàng)正確;AlON屬于共價(jià)晶體,熔融時(shí)不導(dǎo)電,B項(xiàng)錯(cuò)誤;AlON中O為-2價(jià),Al為+3價(jià),所以N元素的化合價(jià)為-1價(jià),C項(xiàng)正確。*硅及其化合物的用途非常廣泛,根據(jù)所學(xué)知識回答硅及其化合物的相關(guān)問題:(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為。(2)單質(zhì)硅存在與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體,其中原子與原子之間以相結(jié)合,其晶胞中共有8個(gè)原子,其中在面心位置貢獻(xiàn)個(gè)原子。(3)SiC晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似(如圖所示),其硬度僅次于金剛石,具有較強(qiáng)的耐磨性能。其中微粒間存在的作用力是,每個(gè)Si原子周圍距離最近的C原子為個(gè),每個(gè)Si原子周圍最近的Si原子為個(gè),設(shè)晶胞邊長為acm,密度為bg·cm-3,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為(用含a、b的式子表示)。解析:(1)硅為第3周期ⅣA族元素,其核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。(2)金剛石晶胞內(nèi)部有4個(gè)碳原子,每個(gè)頂點(diǎn)和面心各有1個(gè)碳原子,故金剛石晶胞中含碳原子個(gè)數(shù)為4+8×+6×=8(個(gè)),晶體硅與金剛石結(jié)構(gòu)相似,故Si與Si原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合,Si—Si—Si之間夾角為109°28′,且晶胞中有8個(gè)硅原子,其中在面心位置貢獻(xiàn)硅原子的有6×=3(個(gè))。(3)碳化硅晶體中,4個(gè)硅原子形成四個(gè)共價(jià)鍵,每個(gè)硅原子周圍最近的碳原子有4個(gè)。碳化硅晶胞中,硅原子位于面心和頂點(diǎn),碳原子位于內(nèi)部,故每個(gè)硅原子周圍最近的硅原子有12個(gè)。該晶