資源簡介

(共27張PPT)
第三章
晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié)　分子晶體與共價晶體
第2課時　共價晶體
內(nèi)容索引
學習目標
活動方案
課堂反饋
學 習 目 標
1. 知道共價晶體的特征，認識常見的共價晶體。
2. 知道共價晶體和分子晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的差別。
活 動 方 案
1. 下圖所示分別為金剛石的晶體、晶體部分結(jié)構(gòu)和晶胞的示意圖。
活動一：以金剛石、二氧化硅為例認識共價晶體的結(jié)構(gòu)特征
(1) 觀察金剛石的晶體部分結(jié)構(gòu)，描述碳原子是如何形成金剛石晶體的。
【答案】 每個碳原子都與另外4個碳原子形成4個碳碳單鍵，碳碳單鍵形成了三維骨架結(jié)構(gòu)。
(2) 金剛石晶體中是否存在分子？為什么金剛石的熔點很高、硬度很大？
【答案】 不存在。金剛石熔化或碎裂時需要破壞共價鍵。
(3) 金剛石晶體中，碳原子采用什么雜化方式？每個金剛石晶胞中一共包括多少個原子？
【答案】 sp3雜化。8個。
2. SiO2的熔點是1 713 ℃，有多種結(jié)構(gòu)，如方石英、低溫石英等。黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗巖中的白色晶體以及透明的水晶都是低溫石英。方石英、低溫石英的晶胞分別如下圖所示。
(1) 描述SiO2晶體中Si和O是如何成鍵的。
【答案】 每個Si原子都與4個O原子形成4個Si—O單鍵，每個O原子都與2個Si原子形成2個Si—O單鍵，Si—O形成了三維骨架結(jié)構(gòu)。
(2) SiO2晶體中是否存在分子？為什么SiO2晶體的熔點很高、硬度很大？
【答案】 不存在。SiO2晶體熔化或碎裂時需要破壞共價鍵。
3. 金剛石和SiO2晶體均是常見的共價晶體。共價晶體的結(jié)構(gòu)特征是什么？
【答案】 晶體內(nèi)部相鄰原子間以共價鍵結(jié)合，共價鍵形成晶體的三維骨架結(jié)構(gòu)。
1. 金剛石、碳化硅、晶體硅均為共價晶體，下表中列出了它們的熔點和硬度的數(shù)據(jù)以及晶體內(nèi)部所含共價鍵的鍵長、鍵能的數(shù)據(jù)。
活動二：探究幾種共價晶體
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol－1) 熔點/℃ 摩氏硬度
金剛石 154 348 >3 500 10
碳化硅 184 301 2 700 9.5
晶體硅 234 226 1 410 6.5
(1) 從碳原子和硅原子的結(jié)構(gòu)特點猜想晶體硅、碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)的關系。
【答案】 晶體硅、碳化硅的結(jié)構(gòu)與金剛石的結(jié)構(gòu)相似。將金剛石中的碳原子全部換為硅原子即晶體硅，若將金剛石中C—C鍵改為C—Si鍵，且C和Si交替成鍵，則為碳化硅。
(2) 共價晶體的熔點和硬度等物理性質(zhì)，與共價晶體中共價鍵的鍵長、鍵能之間存在什么關系？
【答案】 結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，其原子間形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高，硬度越大。
(3) 如果不提供上述表格中的數(shù)據(jù)，你能判斷金剛石、碳化硅、晶體硅的鍵長、鍵能、熔點和硬度的相對大小嗎？寫出你的判斷方法。
【答案】 能。根據(jù)元素周期表，碳和硅為同一主族元素，原子半徑：C＜Si，因此鍵長大小順序為C—C鍵＜C—Si鍵＜Si—Si鍵，鍵能大小順序為C—C鍵＞C—Si鍵＞Si—Si鍵，熔點和硬度大小順序為金剛石＞碳化硅＞晶體硅。
2. 材料科學是近年來化學研究的熱點之一。氮化硅(Si3N4)是一種高溫陶瓷材料，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊、抗氧化的特性。氮化硅中只含有單鍵。判斷下列有關氮化硅結(jié)構(gòu)的說法中，哪些是正確的。
①氮化硅晶體是分子晶體。
②每個N與3個Si成鍵，每個Si與4個N成鍵，具有三維骨架結(jié)構(gòu)。
③氮化硅的硬度大。
④氮化硅易溶于水。
【答案】 ②和③是正確的。①中氮化硅晶體應是共價晶體；④中氮化硅是共價晶體，難溶于水。
1. 大多數(shù)分子晶體與共價晶體均是由非金屬元素構(gòu)成的。我們?nèi)绾螐慕Y(jié)構(gòu)或性質(zhì)中區(qū)分它們？
【答案】 從結(jié)構(gòu)上看，分子晶體中有單個的分子存在，共價鍵只存在分子內(nèi)部。共價晶體中不存在單個分子，共價鍵形成了整個晶體的三維骨架結(jié)構(gòu)。
從性質(zhì)上看，分子晶體熔沸點低、硬度小，有些易溶于水或有機溶劑；共價晶體熔沸點高、硬度大，不溶于水或有機溶劑。
活動三：學會區(qū)分分子晶體與共價晶體
2. 科學家在實驗室合成出了一種二氧化碳晶體，該二氧化碳晶體具有超高的硬度，在高溫下還能保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該二氧化碳晶體屬于什么類型的晶體，它的結(jié)構(gòu)可能與我們學過的哪一種物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)相似？
【答案】 共價晶體。SiO2。
課 堂 反 饋
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1. 下列屬于共價晶體的單質(zhì)是( 　　)
A. 晶體氦 B. 金剛砂(SiC)
C. 白磷 D. 晶體硅
【解析】 晶體氦是單原子分子，屬于分子晶體，A錯誤；金剛砂屬于共價晶體的化合物，B錯誤；白磷是分子晶體，C錯誤；晶體硅是共價晶體的單質(zhì)，D正確。
【答案】 D
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2. 共價晶體一定具有的性質(zhì)是( 　　)
A. 熔點高 B. 易導熱
C. 能導電 D. 良好的延展性
【解析】 高硬度、高熔點是共價晶體的特性，共價晶體不能導電、導熱，延展性差，故選A。
【答案】 A
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3. 金剛石是典型的共價晶體。下列關于金剛石的說法錯誤的是( 　　)
A. 晶體中不存在獨立的“分子”
B. 碳原子間以共價鍵相結(jié)合
C. 是硬度最大的物質(zhì)之一
D. 化學性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應
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【解析】 金剛石是典型的共價晶體，原子之間以共價鍵結(jié)合，構(gòu)成三維骨架結(jié)構(gòu)，不存在獨立的分子，A正確；共價晶體中微粒間的相互作用是共價鍵，B正確；硬度大是共價晶體的特點之一，C正確；金剛石性質(zhì)穩(wěn)定，但在高溫下可與O2反應，生成CO2氣體，D錯誤。
【答案】 D
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4. 根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于共價晶體的物質(zhì)是( 　　)
A. 熔點為2 700 ℃，導電性強
B. 無色晶體，熔點為3 550 ℃，不導電，質(zhì)硬，難溶于水和無機溶劑
C. 無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點為800 ℃，熔化時能導電
D. 熔點為－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電
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【解析】 根據(jù)性質(zhì)判斷應為金屬晶體，A錯誤；共價晶體的特點為硬度大、熔沸點高、不導電、不溶于水和有機溶劑，B正確；根據(jù)性質(zhì)判斷應為離子晶體，C錯誤；根據(jù)性質(zhì)判斷應為分子晶體，D錯誤。
【答案】 B
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5. 下列說法正確的是( 　　)
A. 在含4 mol Si—O鍵的二氧化硅晶體中，氧原子的數(shù)目為4 mol
B. 金剛石晶體中，碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2
C. 30 g二氧化硅晶體中含有0.5 mol二氧化硅分子
D. 晶體硅、晶體氖均是由相應原子直接構(gòu)成的共價晶體
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【解析】 在含4 mol Si—O鍵的二氧化硅晶體中，二氧化硅的物質(zhì)的量為1 mol，氧原子的數(shù)目為2NA，A錯誤；金剛石晶體中，碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2，B正確；二氧化硅晶體是由硅原子和氧原子構(gòu)成的，沒有分子，C錯誤；晶體氖是分子晶體，D錯誤。
【答案】 B
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6. 下表是某些結(jié)構(gòu)相似的共價晶體的熔點和硬度，分析表中的數(shù)據(jù)，下列敘述正確的是( 　　)
①構(gòu)成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高
②構(gòu)成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點越高
③結(jié)構(gòu)相似的共價晶體中原子半徑越大，晶體的硬度越大
④結(jié)構(gòu)相似的共價晶體中原子半徑越小，晶體的硬度越大
A. ①② B. ③④
C. ①③ D. ②④
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共價晶體 金剛石 碳化硅 硅 鍺
熔點/℃ 3 900 2 700 1 410 1 211
摩氏硬度 10 9.5 6.5 6.0
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【解析】 共價晶體的熔點和硬度與構(gòu)成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能有關；原子間的共價鍵的鍵能與原子半徑的大小有關；原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，熔、沸點越高，硬度越大，D正確。
【答案】 D
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7. 氮化碳結(jié)構(gòu)如圖所示，其硬度超過金剛石晶體。下列有關氮化碳的說法不正確的是( 　　)
A. 氮化碳屬于共價晶體
B. 氮化碳中碳顯－4價，氮顯＋3價
C. 氮化碳的化學式為C3N4
D. 每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連
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【解析】 圖示為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，硬度超過金剛石，則氮化碳晶體為共價晶體，A正確；由于氮的電負性比碳的大，所以氮化碳中碳顯正價，氮顯負價，B錯誤；每個碳原子和4個氮原子形成共價鍵，每個氮原子與3個碳原子相連，所以氮化碳的化學式為C3N4，C、D正確。
【答案】 B
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