高中化学第3章　共价晶体

第2课时共价晶体［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。一、共价晶体的概念及性质1.共价晶体的概念 晶体中相邻原子间都以结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，叫作共价晶体。

2.构成微粒及微粒间作用力3.常见的共价晶体与物质类别物质类别实例某些单质晶体硼(B)、晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、金刚石、灰锡(Sn)等某些非金属化合物二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等4.共价晶体的物理性质——熔、沸点很高(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。1.“具有共价键的晶体叫做共价晶体”。这种说法对吗？为什么？2.金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。晶体键长/pm键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石154347.7>350010碳化5晶体硅23522614106.5(1)使共价晶体熔化，需要破坏粒子间的作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？(2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？(3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。1.正误判断(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体()(2)共价晶体在固态或熔化时均不导电()(3)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()(4)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素的氧化物，但属于不同的晶体类型()2.下列有关共价晶体的叙述错误的是()A.共价晶体中只存在共价键B.共价晶体具有三维骨架结构C.共价晶体中不存在独立的分子D.共价晶体熔化时不破坏共价键3.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法错误的是()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4.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分子晶体与共价晶体熔、沸点和硬度的比较方法(1)对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点、硬度高于分子晶体。(2)对于同一类型的晶体①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高，硬度越大。②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。二、常见共价晶体结构分析1.金刚石晶体(1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为，即金刚石中的碳采取杂化轨道形成共价键三维骨架结构。

(2)晶体中最小的碳环由个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有个碳原子在同一平面。

(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有个C，即C原子与C—C数目之比为。

(4)每个C原子被个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为个。

2.二氧化硅(1)二氧化硅晶体①1个Si原子和个O原子形成4个，每个O原子和个Si原子相结合。

②1molSiO2中含molSi—O。

③最小环由个Si原子和个O原子组成。

④每个Si原子被个12元环共用，每个O原子被个12元环共用。

(2)低温石英低温石英的结构中有顶角相连的形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有。

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。

(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？2.依据金刚石的结构判断12g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？3.二氧化硅晶体中硅原子与和硅原子直接相连的氧原子构成的空间结构是什么？4.二氧化硅晶体中Si原子与Si—O数目之比是多少？60gSiO2晶体中含Si—O的数目是多少？1.下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是()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2.(2024·西安高二月考)碳化硅的晶体结构与金刚石晶体类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C的数目之比为()A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.1∶13.氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2200℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是()A.AlN是共价晶体B.与每个铝原子距离相等且最近的氮原子共有4个C.AlN属于离子化合物D.与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个4.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/℃>350014102573沸点/℃510023552823硬度106.59.5(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，下列判断错误的是(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.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却(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。

答案精析一、1.共价键2.原子共价键深度思考1.此说法不对。“具有共价键”并不是判定共价晶体的唯一条件，大部分分子晶体中也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2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。2.(1)使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。(2)结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。(3)能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：C<Si，因此键长大小顺序为C—C<C—Si<Si—Si，键能大小顺序为C—C>C—Si>Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。应用体验1.(1)×(2)×(3)×(4)√2.D［共价晶体中原子间是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键，D项错误。］3.D［在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成三维骨架结构，不存在分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2或CO，故D项错误。］4.C［CO2、白磷、氨基乙酸均属于分子晶体，其晶体由分子构成；固态He为单质，属于单原子的分子晶体；SiO2、晶体Si属于共价晶体，其晶体直接由原子构成。］二、1.(1)109°28'sp3(2)64(3)121∶(4)1212.(1)①4共价键2②4③66④126(2)硅氧四面体手性深度思考1.(1)8(2)12×8(3)34(4)2r=34apm，即r=38a2.依据均摊法可知，金刚石中每个碳原子形成4个共价键，其中碳原子数与C—C共价键数之比是1∶2，故12g金刚石中含有的C—C数目是2NA。3.二氧化硅晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。4.SiO2晶体中Si原子与Si—O数目之比为1∶4；60gSiO2晶体中含Si—O的数目为4NA。应用体验1.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6×112=12、氧原子数为6×16=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、C2.A［SiC属于共价晶体，晶体中每个Si原子形成4个Si—C，故Si和Si—C数目之比为1∶4。］3.C［氮化铝属类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项正确；AlN属于共价化合物，C项错误；以顶角的铝原子为研究对象，与之距离最近的铝原子位于面心上，每个顶角上的铝原子为8个晶胞共用，每个面上的铝原子为2个晶胞共用，故与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有8×32=12个，D项正确。4.(1)共价晶体硼的熔、沸点高，硬度大(2)ABC(3)1260°30解析(1)从题表可知，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，则晶体硼属于共价晶体。(2)选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，