还剩7页未读,继续阅读
文本内容:
第2课时共价晶体
一、共价晶体的结构和性质
1.共价晶体的结构特点⑴构成粒子及作用力⑵空间结构整块晶体是一个三维的共价键囱状结构,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
3.共价晶体的熔、沸点⑴共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合,熔化时必需破坏共价键,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⑵结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔点越氤微点拨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CO
2、H2O等分子晶体中也含有共价键
二、典型的共价晶体
1.金刚石1碳原子采取型1杂化,C—C—C夹角为109°28zo⑵每个碳原子与周围紧邻的生个碳原子以共价键结合成正四面体结构,向空间伸展形成空间网状结构3最小碳环由9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⑴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a・SiO2低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面便形成螺旋上升的长链,没有封闭的环状结构,这一结构决定了它具有手性石英晶体中的硅氧四面体石英的左、右型晶体相连构成的螺旋链
①Si原子采取型1杂化,正四面体内O—Si—O键角为109°28o
②每个Si原子与生个O原子形成鱼个共价键,红原子位于正四面体的中心,2原子位于正四面体的顶点,同时每个o原子被Z个硅氧正四面体共用;每个o原子和工个Si原子形成2个共价键,晶体中Si原子与O原子个数比为原2
③最小环上有11个原子,包括9个O原子和£个Si原子2二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料微点拨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.判断正误对的在括号内打“,错的在括号内打“X1凡是由原子构成的晶体都是共价晶体X2CCh和SiO2中化学键类型相同,晶体类型也相同义31molSiO2晶体中含4molSi—O键义4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V.下列有关共价晶体的叙述错误的是B.共价晶体具有空间网状结构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D[A项,共价晶体中原子之间通过共价键相连;B项,共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构;C项,共价晶体是由原子以共价键相结合形成的,不存在独立的分子;D项,共价晶体中原子是通过共价键连接的,熔化时需要破坏共价键].有下列物质
①水晶
②冰醋酸
③氧化钙
④白磷
⑤晶体氤
⑥氢氧化钠
⑦铝
⑧金刚石
⑨过氧化钠⑩碳化钙⑪碳化硅⑫干冰⑬过氧化氢根据要求填空1属于共价晶体的化合物是填序号,下同2直接由原子构成的晶体是o3直接由原子构成的分子晶体是o4由极性分子构成的晶体是属于分子晶体的单质是o[解析]属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和水晶;属于分子晶体的有晶体氨无化学键、白磷非极性分子、干冰由极性键构成的非极性分子、过氧化氢和冰醋酸由极性键和非极性键构成的极性分子[答案]1
①⑪2
①⑤⑧⑪3
⑤4
②⑬
④⑤科学研究揭示,30亿年前,在地壳下200km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素,逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石火山爆发时,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不同凡响的优良性质熔点高3350℃不导电,硬度极高而干冰容易气化,碘晶体容易升华1分子晶体和共价晶体的构成粒子相同吗?提示不同分子晶体为分子,共价晶体为原子2分子晶体和共价晶体受热熔化时克服粒子间作用力相同吗?提示不同,前者为分子间作用力,后者为共价键.共价晶体与分子晶体的结构特征⑴共价晶体的结构特征在共价晶体中,各原子均以共价键结合,因为共价键有方向性和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取密堆积方式⑵分子晶体的结构特征
①分子间不存在氢键的分子晶体,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子尽可能采取密堆积方式
②分子间存在氢键的分子晶体,由于氢键具有方向性和饱和性,所以分子不能采取密堆积方式.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⑵晶体类型相同
①共价晶体般来说,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>二氧化硅〉碳化硅>晶体硅
②分子晶体.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HFHI;NH3PH3;H2OH2Teob.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LBr2C12F2;SnH4GeH4SiH4CH40c.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>N2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(熔点/℃121139003000270017101410
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.
①②B.
③④C.
①③D.
②④D[共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键,构成共价晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,对应共价晶体的熔、沸点越高,硬度越大]
2.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NH3PH3c.硬度白磷冰二氧化硅D.熔点SiI4SiBr4SiCl4C[A项中三种物质都是共价晶体,因原子半径rCrSi所以键长C—CC—SiSi—Si故键能C—CC—SiSi—Sio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N%的沸点大于P%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]比较共价晶体和分子晶体熔点高低的基本思路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的网状结构,无小分子存在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?1molSiO2中含有多少摩尔Si—O键提示SiO2晶体中最小环上有12个原子1molSiO2中含有4moiSi—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.金刚石(晶体硅)金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有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.碳化硅晶胞⑴碳、硅原子都采取sp3杂化,C—Si键角为10928⑵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,向空间伸展形成空间网状结构
(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.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点,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键之间插入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原子作用C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12可用“SiOz”来表示石英的组成D.在晶体中存在石英分子,故能叫分子式D[晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构,其中有一个位于正四面体的中心,另外四个位于四面体的顶点,故竽2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子,而每个氧原子周围有两个硅原子,在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12“SiCh”仅表示石英的组成,故没有单个的SiCh分子]
4.碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似,碳化硅硬度仅次于金刚石,立方氮化硼硬度与金刚石相当,其晶胞结构如图所示请回答下列问题:近的碳原子有个;设晶胞边长为“cm密度为力gem、,则阿伏加德罗常数可表示为用含、b的式子表示2立方氮化硼晶胞中有个硼原子,个氮原子,硼原子的杂化类型为若晶胞的边长为acm则立方氮化硼的密度表达式为g・cnT二设Na为阿伏加德罗常数的值[解析]lSiC晶体中,每个Si原子与4个C原子形成4个键,故Si采取sp3杂化,每个Si原子距最近的C原子有4个SiC晶胞中,碳原子数为6x1+8x|Zo=4个,硅原子位于晶胞内,SiC晶胞中硅原子数为4个,1个晶胞的质量为160g・mo「,,一,竟八»_160g・mol-1160Fg,体积为a3cm3因此晶体密度力g・cm盒石再,故刈=丽mo「2立方氮化硼晶胞中,含有N原子数为6义;+8义=4个,B原子位于晶胞乙O内,立方氮化硼晶胞中含硼原子4个每个硼原子与4个氮原子形成4个键,故硼原子采取sp3杂化,每个立方氮化硼晶胞的质量为g体积为a3cm「故/Ya[答案]⑴sp34翳mor1244sp3^^.下列物质中,属于共价晶体的化合物是A.无色水晶B.晶体硅C.金刚石D.干冰A[A项,无色水晶是共价晶体,属于化合物;B项,晶体硅是单质;C项金刚石是单质;D项,干冰属于化合物,但它是分子晶体].氮化硼是一种新合成的结构材料,它是超硬、耐磨、耐高温的物质,下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是()A.Ceo和金刚石C.冰和干冰B[氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物,根据该化合物的性质可知其为共价晶体,粒子间作用力为共价键C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键,A项错误;冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力,C项错误;碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键,D项错误].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()A.金刚石中C—C的键角均为10928,,所以金刚石和CH4的晶体类型相C.金刚石中碳原子个数与C-C键数之比为12D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却C[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金刚石熔化过程中C—C断裂,因C—C的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高;选项C金刚石中每个C都参与了4个C—C的形成,而每个C对每条键的贡献只有一半,故碳原子个数与C—C键数之比为(4X;)4=12;选项D金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的温度,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化].最近科学家成功研制成了一种新型的碳氧化物,该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似,晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构下列对该晶体的叙述错误的是()A.该晶体是共价晶体.该晶体中碳原子和氧原子的个数比为12C.该晶体中碳原子数与C-O键数之比为12D.该晶体中最小的环由12个原子构成C[该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构,则该化合物晶体中不存在分子,属于共价晶体,A项正确;晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合,所以碳、氧原子个数比为12B项正确;该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键,所以C原子与C—O数目之比为14C项错误;该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成,D项正确]
5.现有两组物质的熔点数据如表所示:根据表中数据回答下列问题:DA组属于晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是2B组中HF熔点反常是由于—3B组晶体不可能具有的性质是
①硬度小
②水溶液能导电
③固体能导电
④液体状态能导电[解析]A组熔点很高,应是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的是共价键;B组是分子晶体,且结构相似,一般是相对分子质量越大,熔点越高;HF的相对分子质量最小但熔点比HC1高,出现反常的原因是HF分子间存在氢键,HF熔化时除了破坏范德华力,还要破坏氢键,所需能量更多,因而熔点更高分子晶体在固态和熔化状态都不导电o[答案]1共价共价键2HF分子间能形成氢键3
③④发展目标体系构建.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点.能够从化学键的特征分析理解共价晶体的物理特性Z、.共价一晶体L结构粒升原子和十空间结构J粒子间相互作用力一I共价键二♦〔共价晶体坚硬难熔物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体错、金刚石等某些非金属化合物碳化硅SiC、氮化硅Si3N、氮化硼BN等某些氧化物二氧化硅SiO2等■串难点!共价晶体与分子晶体的比较共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅错硬度
109.
59.
576.
56.0
①构成共价晶体的原子种类越多
②构成共价晶体的原子间的共价彳晶体的熔点越高建的键能越大,晶体的熔点越高承难点2认识典型共价晶体的结构A组B组金刚石>3500℃HF-83℃晶体硅1410cHC1-115℃晶体硼2300℃HBr-89℃二氧化硅1710CHI-51℃。