第16课共价晶体（原卷版）

第16课共价晶体1．通过金刚石、二氧化硅等模型认识共价晶体的结构特点及物理性质。2．能根据共价晶体的微观结构预测其性质。3．学会共价晶体的判断一、共价晶体1.共价晶体定义：所有原子都以相互结合形成共价三维骨架结构的晶体叫共价晶体。2.共价晶体的结构特点说明：①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，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子。②共价晶体熔化时被破坏的作用力是。③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。二、常见的共价晶体物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等某些非金属氧化物二氧化硅(SiO2)等极少数金属氧化物刚玉(ɑAl2O3)三、共价晶体的物理性质1.共价晶体的物理性质①熔点很：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。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。②硬度很：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。③一般电，但晶体硅、锗是半导体。④溶于一般的溶剂。2.共价晶体熔、沸点的比较①规律：一般原子半径越，键长越，键能越，晶体的熔点就越。②原因：原子半径越，则化学键的键长越，化学键就越，键就越，破坏化学键需要的能量就越，键能越，故晶体的熔点就越。③实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径CSi，则键长CCCSiSiSi，故键能CCCSiSiSi，故熔点金刚石碳化硅晶体硅。【思考与讨论p82】参考答案(1)由于金刚石、晶体硅和储的组成相似，原子半径C<Si<Ge，键长CC<SiSi<GeGe，键能CC>SiSi>GeGe，所以三者的熔点和硬度依次下降。(2)此说法不对。“具有共价键并不是判定共价晶体的唯一条件，有些分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H20和C02中存在共价键，对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。四、常见的共价晶体的结构1.金刚石①成键特征：每个碳原子都采取杂化，每个碳原子与相邻的个碳原子形成个共价键，键长，键角为，每个碳原子的配位数为。②结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成，向空间无限延伸得到立结构的晶体，在1个正四面体中含有1+4×1/4=2个碳原子；最小碳环由个C组成且个碳原子不在同一平面内；金刚石晶体中每个C原子形成个C—C键，而每个键为个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键数比为。因此12g（1mol）金刚石中含有mol（NA个）C—C键。③晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割分8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。2.二氧化硅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。(1)二氧化硅晶体的结构①1个Si原子和个O原子形成个共价键，每个O原子和个Si原子相结合，在晶体中，Si原子和O原子个数比为,因此二氧化硅的化学式为,但SiO2晶体中不存在分子。②1molSiO2中含molSi—O键③最小环是由个Si原子和个O原子组成。④每个Si原子被个元环共用，每个O原子被个元环共用。⑤每个Si—O键被个元环共用。(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。五、共价晶体的判断1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是，微粒间的作用力是。2.依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点，常在以上。3.依据晶体的导电性判断：共价晶体多数为导体，但晶体Si、晶体Ge为导体。4.依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度。5.依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。6.根据溶解性判断：共价晶体一般溶于任何溶剂。►问题一共价晶体的结构【典例1】下面关于晶体网状结构的叙述正确的是（）A．1molSiO2晶体中SiO键为2molB．二氧化硅晶体的分子式是SiO2C．晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构D．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子【变式11】科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。下列对该晶体叙述错误的是()A．晶体的熔、沸点高，硬度大B．该物质的化学式为CO2C．晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶6D．晶体的空间最小环由12个原子构成【变式12】下列说法中正确的是()A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成B．共价晶体中除极性键外不存在其它类型的化学键C．SiO2晶体中存在SiO2分子D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应►问题二共价晶体的性质【典例2】下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，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/℃390030002700171014101211莫氏硬度109.59.576.56①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小，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越大，共价键的键能越大A．①② B．③④ C．②③ D．②④【变式21】下列关于物质熔点或沸点的比较中，不正确的是A．沸点：Cl2＜Br2＜I2B．熔点：金刚石＞碳化硅＞硅晶体C．沸点：CH3Cl＜CH3CH2Cl＜CH3CH2CH2ClD．沸点：邻羟基苯甲醛＞对羟基苯甲醛【变式22】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►问题三共价晶体的判断【典例3】单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：金刚石晶体硅晶体硼熔点/K355014152573沸点/K482726282823摩氏硬度107.09.5晶体硼的晶体类型属于________，理由是______________________________________。【变式31】根据下列物质的性质判断为共价晶体的是A．微溶于水，硬度小，熔点，固体或液体不导电B．熔点，电的良导体，加压可变形C．熔点，不导电，不溶于水和有机溶剂，硬度大D．熔点，易溶于水，熔化时导电【变式32】已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于C3N4晶体的说法错误的是A．该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构B．该晶体的熔点比金刚石高C．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子D．该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的CC键更牢固1．下列说法正确的是A．熔点：金刚石＞晶体硅＞碳化硅B．熔点：邻羟基苯甲醛＞对羟基苯甲醛C．电负性：Na＜P＜Cl2．Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是A．氮化铝属于分子晶体B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子D．氮化铝晶体中Al的配位数为23．碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是A．在石墨烯晶体中，每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为3：2B．石墨烯中含碳碳双键C．金刚石晶体中，碳原子采用杂化D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子4．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，不正确的是A．在晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键B．混合晶体石墨的熔点高于金刚石C．的相对分子质量大于，所以的沸点高于D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上最多4个碳原子共面5．如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金刚石的说法正确的是A．金刚石晶体中碳碳键之间的夹角为120°B．金刚石晶胞中六元环中的碳原子在同一平面内C．每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构D．金刚石晶体中碳原子与碳碳键数目之比为1:46．下图所示的几种碳单质，关于它们的说法错误的是A．四种碳单质互为同素异形体，其中石墨和碳纳米管均可导电B．金刚石晶体中每个原子被6个六元环所共用C．石墨晶体中含有的六元环的数目为D．晶体中每个分子周围与它最近且等距的分子有12个7．碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。下列说法正确的是A．SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1B．SiC晶体的熔点较高C．SiC晶体的硬度较小D．SiC属于分子晶体8．C60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示(石墨仅表示出其中一层结构)(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为。A．同分异构体

B．同素异形体

C．同系物

D．同位素(2)固态时，C60属于晶体。(3)石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是个。(4)BN晶体有多种结构，其中立方氮化硼具有金刚石型结构(如图)。①该晶体的最小环中含有个B原子；N原子的配位数为。②已知立方氮化硼晶体内存在配位键，则其晶体中配位键与普通共价键数目之比为。原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，图中a处B的原子坐标参数为(0，0，0)，则距离该B原子最近的N原子坐标参数为。1．如图所示晶体的硬度比金刚石大，且原子间以单键结合，则有关该晶体的判断正确的是A．该晶体为片层结构B．该晶体化学式可表示为Y3X4C．X的配位数是4D．X、Y元素分别位于周期表第ⅢA、ⅣA族2．下列有关晶体的叙述中正确的是A．在晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环B．在124g白磷(P4))晶体中，含PP共价键个数为4NAC．28g晶体硅中含有SiSi的个数为4NAD．12g金刚石中含C原子与CC个数之比为3．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℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高B．C位于Si构成的正四面体空隙中C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apmD．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为64．最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：T碳。可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的一个正四面体结构单元替代(如图所示，所有小球都代表碳原子)。下列说法正确的是A．T碳晶胞中含16个碳原子B．T碳与石墨、金刚石互为同分异构体C．T碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同D．T碳晶体与金刚石晶体类似，熔点高硬度大5．氮化碳是新发现的高硬度材料，其部分结构如下图所示。下列有关其说法正确的是A．氮化碳中C原子和N原子的最外层都满足8电子稳定结构B．氮化碳中碳显4价，氮显+3价C．氮化碳的硬度比金刚石略小D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键结合形成的空间网状结构6．能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低的原因是A．C—O键能大于Si—O键能B．C—O键能小于Si—O键能C．破坏CO2晶体只需克服分子间作用力，破坏SiO2晶体要破坏Si—O共价键D．以上说法均不对7．碳有金刚石(晶体模型如图a)、(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1条B．氮化碳的分子式为C．甲醛中C为杂化D．分子中有16个五元环和16个六元环8．I.氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。(1)在一个晶胞中，含有硼原子个，氮原子个。(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离是cm，DE原子之