高中人教版化学选择性必修章册学案-基础课时12共价晶体-含答案.doc

基础课时12　共价晶体学 习 任 务1．借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点2．能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性一、共价晶体的结构和性质1．共价晶体的结构特点(1)构成粒子及作用力共价晶体(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”2．共价晶体与物质的类别物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些非金属化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等3．共价晶体的熔、沸点(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高　含有共价键的晶体都是共价晶体吗？提示：共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是共价晶体如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体 (×)(2)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同 (×)(3)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。

(√)二、典型的共价晶体1．金刚石(1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用2．二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构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(α­SiO2)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，这一结构决定了它具有手性(左、右型)　石英的左、右型晶体①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子2)二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料　SiO2是二氧化硅的分子式吗？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。

　下列关于SiO2晶体的结构，叙述正确的是(　　)A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B．最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环C．最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1D．最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环D　[二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，A项错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，每个环实际占有的硅原子数为6×＝，氧原子数为6×＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，B、C项错误，D项正确]共价晶体与分子晶体的比较材料1　科学研究显示，约30亿年前，在离地表100～200 km深的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了金刚石火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床金刚石具有诸多的优良性质材料2　C60是一种碳原子簇，它由60个碳原子构成像足球一样的32面体，包括20个正六边形，12个正五边形这60个C原子在空间进行排列时，形成一个化学键最稳定的空间排列位置，恰好与足球表面格的排列一致。

这个结构的提出是受到建筑学家富勒的启发，富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构，因此科学家把C60叫做足球烯，也叫做富勒烯[问题1]　金刚石晶体和富勒烯晶体的构成微粒相同吗？提示：不同富勒烯晶体的构成微粒为分子，金刚石晶体的构成微粒为原子[问题2]　金刚石晶体和富勒烯晶体受热熔化时克服的微粒间作用力相同吗？提示：不同前者受热熔化时克服共价键，后者受热熔化时克服分子间作用力[问题3]　以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？提示：①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有分子②微粒间作用力不同，共价晶体中原子间只存在共价键，而分子晶体中分子之间存在分子间作用力1．分子晶体和共价晶体的比较晶体类型分子晶体共价晶体定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体组成微粒分子原子物质类别多数非金属单质和共价化合物金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等微粒间的作用力分子间作用力共价键熔化时需克服的作用力较弱的分子间作用力很强的共价键物理性质熔、沸点较低很高硬度较小很大导电性固态和熔融态时一般都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl固态和熔融态时多数不导电，但晶体Si、晶体Ge为半导体，能导电溶解性相似相溶难溶于一般溶剂决定熔、沸点高低的因素分子间作用力的强弱共价键的强弱典型例子干冰、冰金刚石、二氧化硅2．共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较(1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。

共价键的作用力远大于分子间作用力2)晶体类型相同①共价晶体一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高例如：金刚石＞碳化硅＞晶体硅②分子晶体a．若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Teb．组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高如CO＞N2d．同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷1．下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B．沸点：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4C　[A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径r(C)C—Si>Si—Si键能越大，共价晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。

]2．单质硼有无定形和结晶形两种，参考如表所示数据回答下列问题：金刚石晶体硅晶体硼熔点/℃>3 5001 4102 573沸点/℃ 5 1002 6282 823硬度106.59.5(1)晶体硼属于__________晶体，理由是_________________________________________________________________________________________________2)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，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[解析]　(1)从题表数据可知，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)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均为5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有的硼原子数为×3；每个结构单元含有的硼原子数为20××3＝12，而每个B—B为2个正三角形所共有，则每个结构单元含B—B的个数为20××3＝30。

[答案]　(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大(2)12　60°　30解共价晶体类题的注意事项(1)共价晶体中一定存在共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体，只有原子间形成共价键三维骨架结构时才形成共价晶体2)共价晶体中不存在分子，晶体中所有原子全部参与形成共价键，故共价晶体熔化时破坏的作用力是共价键3)可以根据晶体的熔、沸点来判断晶体的类型，如分子晶体和共价晶体的物理性质的差别主要表现在两者的硬度和熔、沸点大小上，前者远小于后者4)结构相似的共价晶体，成键原子半径越小，键能越大，对应的共价晶体的熔、沸点越高如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅(键长Si—Si>C—Si>C—C，键能C—C>C—Si>Si—Si)认识典型共价晶体的结构　[问题1]　分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？提示：不能因为共价晶体是一个三维骨架结构，无小分子存在[问题2]　以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？提示：①构成粒子不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子②相互作用不同，共价晶体中存在的是共价键[问题3]　分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环有多少个原子？1 mol SiO2中含有多少摩尔Si—O?提示：SiO2晶体中最小环上有12个原子。

1 mol SiO2中含有4 mol Si—O金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞金刚石晶胞　　　碳化硅晶胞　二氧化硅晶胞1．金刚石(晶体硅)金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶角和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子2．碳化硅晶胞(1)碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si夹角为109°28′2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成三维骨架结构3)最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子3．二氧化硅晶胞SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶角，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子3．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si之间插入O原子根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　)A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si。