共价晶体 讲义 高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

共价晶体核心素养发展目标1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。2.能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。内容索引一、共价晶体的概念及其性质二、常见共价晶体结构分析随堂演练知识落实课时对点练一、共价晶体的概念及其性质1.共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念相邻原子间以相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。(2)构成微粒及微粒间作用(3)物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点，硬度，溶于常见溶剂，一般导电。②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长，键能越大，晶体的熔点越高。2.常见共价晶体及物质类别(1)某些单质：如、、锗(Ge)、等。(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。判断正误(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体()(2)具有共价键的晶体一定是共价晶体()(3)共价晶体在固态或熔化时均不导电()(4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应()深度思考1.怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。2.下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断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/℃3

9003

0002

7001

7101

4101

211硬度109.59.576.56.0①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大，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A.①② B.③④ C.①③ D.②④3.(2019·长沙高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥C.②③⑥ D.①②⑤⑥二、常见共价晶体结构分析1.金刚石晶体金刚石晶体中，每个碳原子均以4个对称地与相邻的个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为的体结构(即金刚石中的碳采取杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是元环。2.二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个_______对称地与相邻的个氧原子相结合，每个氧原子与个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有个硅原子和个氧原子，硅、氧原子个数比为。(2)低温石英的结构中有顶角相连的形成螺旋上升的长链，而没有封闭的。这一结构决定了它具有。判断正误(1)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内()(2)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用()(3)1mol金刚石晶体中含有4mol碳碳键()(4)1mol二氧化硅晶体中含有4mol硅氧键()深度思考1.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有_____个碳原子。(2)已知晶胞参数为apm，则金刚石的密度为______________g·cm－3。(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______pm。（1题图）（2题图）2.(2019·厦门外国语学校期中)2017年中外科学家团队共同合成了T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立体晶体结构，如图所示(图中的表示碳形成的正四面体结构)。已知T-碳晶胞参数为apm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是A.每个T-碳晶胞中含32个碳原子B.T-碳中C—C的最小夹角约为109°28′C.T-碳属于共价晶体D.T-碳的密度为g·cm—3随堂演练知识落实1.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是（）A.晶体中不存在独立的分子B.碳原子间以共价键相结合C.是自然界中硬度最大的物质D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应2.美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是（）A.该共价晶体中含有极性键B.该共价晶体易气化，可用作制冷材料C.该共价晶体有很高的熔、沸点D.该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料3.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是（）A.最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B.最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角4.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是（）A.28g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NAB.124g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NAC.12g金刚石中含有C—C的个数为4NAD.SiO2晶体中1mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)5.如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为（）A.AB B.A5B4C.AB2 D.A2B56.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：金刚石晶体硅晶体硼熔点/℃＞3

5501

4102

573沸点/℃5

1002

3552

823硬度107.09.5(1)晶体硼属于_____晶体，理由是_____________________________。(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是____(填字母)。A.金刚石中C—C的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与C—C的键能无关C.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却（2图）（3图）(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，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。课时对点练对点训练题组一共价晶体及其性质1.下列晶体中①SiO2②CO2③P4④晶体硅⑤H2SO4⑥P2O5⑦SO3⑧SiC⑨冰醋酸⑩金刚石，属于共价晶体的一组是A.①③④⑤⑥⑩ B.①④⑧⑩C.③④⑧⑨⑩ D.全部2.下列物质中，属于共价晶体的化合物是A.水晶 B.晶体硅C.金刚石 D.干冰3.晶体AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8，常是具有半导体性质的共价晶体。已知金刚石不导电、导热，锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石，近期用制耐热器的碳化硅也制成假钻石，则识别它们的可靠方法是A.能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石B.很硬不导电而导热的是金刚石C.既可导电又可导热的是碳化硅D.不导电的为锆石4.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是A.熔点为2700℃，导电性好，延展性强B.无色晶体，熔点为3500℃，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.熔点为－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电5.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是A.碳、氮原子构成平面结构的晶体B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短C.氮原子电子数比碳原子电子数多D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼6.碳化硅的晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是A.熔点从高到低的顺序：金刚石＞碳化硅＞晶体硅B.熔点从高到低的顺序：金刚石＞晶体硅＞碳化硅C.三种晶体中的结构单元都是三角锥结构D.三种晶体都是共价晶体且均为电的良导体7.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种高强度透明材料，下列叙述错误的是A.AlON和SiO2所含化学键的类型相同B.电解熔融AlON可得到AlC.AlON中N元素的化合价为－1D.AlON和SiO2的晶体类型相同题组二共价晶体的晶体结构8.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置A.12，大立方体的12条棱的中点B.8，大立方体的8个顶角C.6，大立方体的6个面的中心D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心9.在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C间的夹角是A.6个，120° B.5个，108°C.4个，109°28′ D.6个，109°28′10.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是A.是一种立体三维骨架结构的晶体B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连C.晶体中最小环上的原子数目为8D.晶体中最小环上的原子数目为611.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。下列关于C3N4晶体的说法错误的是A.该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固B.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C.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D.该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成三维骨架结构综合强化12.参照如图SiO2的晶体结构模型分析SiO2晶体的结构，并回答下列问题。(1)在二氧化硅晶体中有若干环状结构，最小的环状结构由_____个原子构成。(2)在二氧化硅晶体中，硅原子的价电子层原子轨道发生了杂化，杂化方式是_____，Si—O—Si的键角是_________。(3)二氧化硅属于重要的无机非金属材料，请列举两项二氧化硅的主要用途：①。②____________________________。下列说法中正确的是________(填序号)。①凡是共价晶体都含有共价键②凡是共价晶体都有正四面体结构③凡是共价晶体都具有三维骨架结构④凡是共价晶体都具有很高的熔点13.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的三维骨架结构中，碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答：(1)金刚砂属于______晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点_____。(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合____个碳原子，键角是_________。(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有____个硅原子。14.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13000℃时反应获得。(1)氮化硅晶体属于_____晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式