新教材2024版高中化學(xué)第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體第2課時(shí)共價(jià)晶體學(xué)生用書新人教版選擇性必修2

第2課時(shí)共價(jià)晶體課程目標(biāo)1．了解共價(jià)晶體的概念。2．理解共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3．學(xué)會(huì)分析典型共價(jià)分子的性質(zhì)。圖說考點(diǎn)必備基礎(chǔ)——自學(xué)·嘗試1.共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)構(gòu)成微粒及作用力共價(jià)晶體構(gòu)成微粒：(2)空間結(jié)構(gòu)：整塊晶體是一個(gè)三維的共價(jià)鍵________結(jié)構(gòu)，不存在________的小分子，是一個(gè)“巨分子”，又稱________晶體。2．共價(jià)晶體與物質(zhì)的類別物質(zhì)種類實(shí)例某些__________晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等某些__________碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些__________二氧化硅(SiO2)等3.典型共價(jià)晶體(1)金剛石①碳原子實(shí)行________雜化，C—C—C夾角為________。②每個(gè)碳原子與四周緊鄰的________個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成________結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③最小碳環(huán)由________個(gè)碳原子組成，且最小環(huán)上有4個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)；每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用。(2)SiO2①低溫石英有頂角相連的________形成螺旋上升的長鏈，確定了它具有________，被廣泛用作壓電材料。②有很多重要用途，是制造水泥、玻璃、單晶硅、________、芯片和________的原料。4．共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)(1)共價(jià)晶體由于原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，熔化時(shí)必需破壞共價(jià)鍵，而破壞它們須要很高的溫度，所以共價(jià)晶體具有________的熔點(diǎn)。(2)結(jié)構(gòu)相像的共價(jià)晶體，原子半徑越________，鍵長越________，鍵能越________，晶體的熔點(diǎn)越________。[即學(xué)即練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)由原子干脆構(gòu)成的晶體確定是共價(jià)晶體。()(2)共價(jià)晶體中不存在分子，所以SiO2只表示原子個(gè)數(shù)比。()(3)以二氧化硅為主要成分的水晶和瑪瑙均為共價(jià)晶體。()(4)共價(jià)晶體中每個(gè)原子四周盡可能結(jié)合更多的原子，大多數(shù)為12個(gè)。()2．下列關(guān)于共價(jià)晶體的說法不正確的是()A．共價(jià)晶體中的成鍵微粒是原子B．共價(jià)晶體中原子之間全部以共價(jià)鍵結(jié)合C．共價(jià)晶體均是化合物D．共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)都比較高3．氮化硼是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料，它是超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì)，下列各組物質(zhì)熔化時(shí)所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時(shí)所克服的粒子間作用力相同的是()A．C60和金剛石 B．晶體硅和水晶C．冰和干冰 D．碘和金剛砂4．下列排列依次正確的是()A．硬度：金剛石>碳化硅>晶體硅B．熔點(diǎn)：SiC>Si>SiO2C．沸點(diǎn)：SbH3>AsH3>PH3>NH3D．硬度：白磷>冰>二氧化硅5．氮化硅是化工行業(yè)已合成的一種硬度很大的晶體，若已知在此化合物中各元素均處于其最高或最低價(jià)態(tài)，據(jù)此推斷：(1)氮化硅的化學(xué)式可能是________。晶體中N和Si的雜化方式為________。(2)氮化硅的晶體類型為________，該晶體中存在的作用力是________。氮化硅硬度大于單質(zhì)硅，緣由為_________________________________________________________________。(3)氮化硅可能具有的性質(zhì)或特點(diǎn)有________。①硬度大②熔點(diǎn)高③可以導(dǎo)電④不存在單個(gè)分子⑤具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)核心素養(yǎng)——合作·共享提升點(diǎn)分子晶體與共價(jià)晶體的比較例(1)如圖為CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分，視察圖形。試說明每個(gè)CO2分子四周有________個(gè)與之緊鄰且等距的CO2分子；該結(jié)構(gòu)單元平均占有________個(gè)CO2分子。CO2分子晶體(2)在40GPa高壓下，用激光器加熱到1800K時(shí)，人們勝利制得共價(jià)晶體干冰，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與SiO2共價(jià)晶體相像，且比分子晶體干冰更穩(wěn)定，下列說法正確的是________。A．共價(jià)晶體干冰易升華，可用作制冷劑B．共價(jià)晶體干冰有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)C．共價(jià)晶體干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D．共價(jià)晶體干冰在確定條件下可與氫氧化鈉反應(yīng)E.每摩爾共價(jià)晶體干冰中含有4molC—O鍵(3)由分子晶體干冰轉(zhuǎn)化為共價(jià)晶體干冰是________________(填“物理”或“化學(xué)”)變更，反應(yīng)的ΔH________________(填“大于”或“小于”)0。狀元隨筆能量越低越穩(wěn)定；化學(xué)組成相同，結(jié)構(gòu)不同，屬于不同物質(zhì)。[提升]C和Si元素在化學(xué)中占有極其重要的地位。(1)SiC的晶體結(jié)構(gòu)與晶體硅相像，其中C原子的雜化方式為________，微粒間存在的作用力是________________________________。SiC和晶體Si的熔、沸點(diǎn)凹凸依次是______________。(2)C、Si為同一主族的元素，CO2和SiO2的化學(xué)式相像，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的不同。SiO2屬于________晶體，干冰屬于________晶體，所以熔點(diǎn)：干冰________(填“＜”“＝”或“＞”)SiO2。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、干冰、冰五種晶體的構(gòu)成微粒分別是__________________(填“原子”“分子”或“離子”)，熔化時(shí)克服的微粒間的作用力分別是__________________，熔點(diǎn)由高到低的依次為：________________________________。狀元隨筆不同晶體熔點(diǎn)：共價(jià)晶體大于分子晶體；同類晶體熔點(diǎn)：共價(jià)晶體看半徑，分子晶體看分子間作用力?！娟P(guān)鍵實(shí)力】共價(jià)晶體與分子晶體的比較晶體類型共價(jià)晶體分子晶體概念相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價(jià)鍵分子間作用力熔、沸點(diǎn)很高較低硬度很大較小溶解性不溶于大部分溶劑部分溶于水導(dǎo)電性不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體不導(dǎo)電，部分溶于水后導(dǎo)電熔化時(shí)破壞的作用力共價(jià)鍵分子間作用力實(shí)例金剛石干冰狀元隨筆1.比較共價(jià)晶體和分子晶體熔、沸點(diǎn)遵循如下規(guī)律：2．推斷分子晶體和共價(jià)晶體的方法(1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的相互作用推斷組成共價(jià)晶體的微粒是原子，微粒間的相互作用是共價(jià)鍵；組成分子晶體的微粒是分子，微粒間的相互作用是分子間作用力。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類推斷常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價(jià)晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)都是分子晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)推斷共價(jià)晶體的熔點(diǎn)更高，常在1000℃至幾千攝氏度；分子晶體的熔點(diǎn)低，常在數(shù)百攝氏度以下甚至更低溫度。(4)依據(jù)導(dǎo)電性推斷共價(jià)晶體一般為非導(dǎo)體；分子晶體為非導(dǎo)體，分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動(dòng)的離子也能導(dǎo)電。(5)依據(jù)硬度和機(jī)械性能推斷共價(jià)晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆。素養(yǎng)形成——自測(cè)·自評(píng)1.下列說法中正確的是()A．組成共價(jià)晶體的原子比較小，范德華力大是共價(jià)晶體熔點(diǎn)高的主要緣由B．空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和鍵能大都是共價(jià)晶體硬度大的重要緣由C．空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和O—H鍵鍵能大都是冰硬度大的重要緣由D．冰中H2O分子的排布呈空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，冰是一種典型的共價(jià)晶體，硬度大2．結(jié)合下列各物質(zhì)的性質(zhì)，推斷其固態(tài)屬于共價(jià)晶體的是()A．碳化鋁，黃色晶體，熔點(diǎn)2200℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電B.溴化鋁，無色晶體，熔點(diǎn)98℃，熔融態(tài)不導(dǎo)電C．五氟化釩，無色晶體，熔點(diǎn)19.5℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中D．氯化鋁，無色晶體，溶于水中能導(dǎo)電3．20世紀(jì)80年頭中期，科學(xué)家發(fā)覺并證明碳能以新的單質(zhì)形態(tài)C60存在，該分子的空間結(jié)構(gòu)呈球狀。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90等另外一些球碳分子(如圖所示)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．金剛石的熔點(diǎn)比C60高B．C60的熔點(diǎn)比C90低C．C60的分子間作用力比管狀碳分子大D．C80球狀分子能夠制造出來4．下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度。共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0分析表中的數(shù)據(jù)，推斷下列敘述正確的是()A．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類越多，晶體的熔點(diǎn)越高B．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高C．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大D．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子的相對(duì)原子質(zhì)量越大，晶體的硬度越大5．硅及其化合物的用途特別廣泛，依據(jù)所學(xué)學(xué)問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，晶體硅中Si—Si—Si之間的夾角大小約為________。(3)下表列有三種物質(zhì)(晶體)的熔點(diǎn)：物質(zhì)SiO2SiCl4SiF4熔點(diǎn)/℃1710－70.4－90.2簡(jiǎn)要說明熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的緣由：①SiO2和SiCl4：_________________________________________________________________________________________________________________________________。②SiCl4和SiF4：_________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)SiC晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相像(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C原子的雜化方式為__________，微粒間存在的作用力是__________，每個(gè)Si原子四周距離最近的C原子為__________個(gè)，每個(gè)Si原子四周最近的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)。第2課時(shí)共價(jià)晶體必備基礎(chǔ)1．(1)原子共價(jià)鍵(2)網(wǎng)狀單個(gè)共價(jià)2．非金屬單質(zhì)非金屬化合物氧化物3．(1)①sp3109°28′②4正四面體③6(2)①硅氧四面體手性②硅光電池光導(dǎo)纖維4．(1)很高(2)小短大高即學(xué)即練1．(1)×(2)√(3)×(4)×2．解析：共價(jià)晶體可能是單質(zhì)，如金剛石、晶體硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。答案：C3．解析：氮化硼是由兩種非金屬元素形成的化合物，依據(jù)該化合物的性質(zhì)可知其為共價(jià)晶體，微粒間作用力為共價(jià)鍵。C60和金剛石熔化時(shí)分別克服的是分子間作用力和共價(jià)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；冰和干冰熔化時(shí)均克服的是分子間作用力，C項(xiàng)錯(cuò)誤；碘和金剛砂熔化時(shí)分別克服的是分子間作用力和共價(jià)鍵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B4．解析：碳原子半徑小于Si原子半徑，鍵長C—C<Si—C<Si—Si，鍵能C—C>Si—C>Si—Si，則硬度金剛石>碳化硅>晶體硅，A項(xiàng)正確。由于原子半徑Si>C>O，鍵長Si—Si>Si—C>Si—O，鍵能Si—Si<Si—C<Si—O，故熔點(diǎn)SiO2>SiC>Si，B項(xiàng)錯(cuò)誤。NH3形成分子間氫鍵，使其沸點(diǎn)高于PH3，C項(xiàng)錯(cuò)誤。SiO2是共價(jià)晶體，其硬度最大；白磷和冰都是分子晶體，由于冰中存在分子間氫鍵，白磷中只有范德華力，故硬度二氧化硅>冰>白磷，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：A5．解析：(1)因?yàn)镹和Si分別要形成3個(gè)與4個(gè)共價(jià)鍵，所以氮化硅的化學(xué)式為Si3N4；二者的價(jià)層電子對(duì)數(shù)均為4，所以均實(shí)行sp3雜化。(2)因?yàn)榈璧挠捕葮O大，所以它屬于共價(jià)晶體，晶體中存在的作用力是共價(jià)鍵，由于N原子半徑比Si小，所以鍵長短，鍵能大，硬度大；(3)Si3N4為共價(jià)晶體，其性質(zhì)為硬度大熔點(diǎn)高，又因它是由原子以共價(jià)鍵形成的晶體，所以不存在單個(gè)分子，且為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。選①②④⑤。答案：(1)Si3N4sp3雜化(2)共價(jià)晶體共價(jià)鍵N原子半徑小于Si，所以N—Si鍵長比Si—Si鍵長短，鍵能大(3)①②④⑤核心素養(yǎng)例解析：(1)題給CO2分子晶體的一部分，屬面心立方結(jié)構(gòu)。取任一頂點(diǎn)的CO2分子，則與之距離最近且等距的共用該頂點(diǎn)的三個(gè)面面心上的CO2分子，共3個(gè)；而該頂點(diǎn)被8個(gè)同樣晶胞共用，而面心上的分子被2個(gè)晶胞共用，這樣符合題意的CO2分子有：3×82＝12個(gè)；在此結(jié)構(gòu)中，8個(gè)CO2分子處于頂點(diǎn)，為8個(gè)同樣結(jié)構(gòu)共用，6個(gè)CO2分子處于面心，為2個(gè)同樣結(jié)構(gòu)共用。所以，該結(jié)構(gòu)單元平均占有的CO2分子為：8×18＋6×12＝4(個(gè))；(2)該題應(yīng)從SiO2答案：(1)124(2)BDE(3)化學(xué)小于提升解析：(1)晶體硅中1個(gè)硅原子與4個(gè)硅原子相連，呈正四面體結(jié)構(gòu)，所以其雜化方式是sp3，SiC晶體結(jié)構(gòu)與晶體硅相像，故C原子的雜化方式也是sp3；因?yàn)镾i—C鍵的鍵長小于Si—Si鍵，所以熔、沸點(diǎn)：碳化硅＞晶體硅。(2)SiO2為共價(jià)晶體，干冰為分子晶體，所以熔點(diǎn)：SiO2＞干冰。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價(jià)晶體，構(gòu)成微粒為原子，熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵；干冰和冰為分子晶體，由分子構(gòu)成，CO2分子以分子間作用力相結(jié)合。冰中水分子以范德華力和氫鍵相結(jié)合。答案：(1)sp3共價(jià)鍵SiC>Si(2)共價(jià)分子＜(3)原子、原子、原子、分子、分子共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、分子間作用力、分子間作用力金剛石、二氧化硅、硅、冰、干冰素養(yǎng)形成1．答案：B2．解析：A對(duì)，碳化鋁的熔點(diǎn)高，熔融態(tài)不導(dǎo)電，說明碳化鋁屬于共價(jià)晶體。B錯(cuò)，溴化鋁的熔點(diǎn)低，熔融態(tài)不導(dǎo)電，則溴化鋁屬于分子晶體。C錯(cuò)，五氟化釩的熔點(diǎn)很低且易溶于乙醇、氯仿、丙酮等有機(jī)溶劑，則屬于分子晶體。D錯(cuò)，氯化鋁是共價(jià)化合物，溶于水發(fā)生電離而導(dǎo)電，則屬于分子晶體。答案：A3．解析：C60和管狀碳分子的晶體都是分子晶體，C60的相對(duì)分子質(zhì)量比管狀碳分子小，則C60的分子間作用力比管狀碳分子小。C76球狀分子和C84球狀分子都已經(jīng)存在，則C80球狀分子能夠制造出來。答案：C4．解析：共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度與構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能有關(guān)，而原子間的共價(jià)鍵鍵能與原子半徑的大小有關(guān)。答案：B5．解析：(1)硅為第三周期第ⅣA族元素，基態(tài)硅原子價(jià)電子排布式為3s23p2，故其核外電子排布式為1s22s22p63s23p2。(2)金剛石中碳原子實(shí)行sp3雜化，C—C—C之間的夾角為109°28′，金剛石晶胞內(nèi)部有4個(gè)碳原子，每