資源簡介

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第三章　
晶體結構與性質
第二節　
分子晶體與共價晶體
第2課時
共價晶體
[明確學習目標]
1．知道共價晶體的概念及典型的共價晶體。
2．認識共價晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
3．借助金剛石、二氧化硅等模型認識共價晶體的結構特點及物理性質。
[核心素養對接]
1．宏觀辨識與微觀探析：能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒之間的作用和對共價晶體物理性質的影響。
2．證據推理與模型認知：能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，理解共價晶體中微粒的堆積模型，并能利用均攤法對晶胞進行分析。
課前篇
·
自主學習固基礎
一、共價晶體的結構特點及物理性質
[知識梳理]
1．構成微粒及作用力
原子　
共價鍵
2．空間構型：整塊晶體是一個三維的共價鍵________結構，不存在______的小分子，是一個“巨分子”，又稱________晶體。
3．物理性質
(1)共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點____，硬度____。
(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長______，鍵能越大，晶體的熔點越高。
網狀　
單個
原子
高　
大　
越短
二、常見的共價晶體
1．物質類別
某些單質　
某些非金屬化合物
2．金剛石的結構特點
(1)在晶體中每個碳原子以____個共價鍵與相鄰的____個碳原子相結合，成為正四面體。
金剛石的晶體結構模型
4　　
4
(2)晶體中C—C鍵夾角為_______________，碳原子采取了________雜化。
(3)最小環上有____個碳原子。
(4)晶體中碳原子個數與C—C鍵數之比為1∶(4×)＝1∶2。
109°28′　
sp3
6
[自我排查]
一、微判斷
(1)具有共價鍵的晶體都是共價晶體(　　)
(2)共價晶體中，共價鍵越強，熔點越高(　　)
(3)共價晶體的化學式表示其分子式(　　)



二、嘗試解答
碳化硅(SiC)又名金剛砂，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物——莫桑石。碳化硅又稱碳硅石，在當代C、N、B等非氧化物高技術耐火原料中，碳化硅為應用最廣泛、最經濟的一種。
(1)制備金剛砂的化學方程式為_______________________。
SiO2＋3CSi === C＋2CO↑
高溫
(2)金剛砂的熔點比金剛石的熔點______。
(3)金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合____個碳原子；金剛砂中含有共價鍵形成的原子環，其中最小的環上有____個硅原子。
低
4　
3
課堂篇
·
重點難點要突破
研習1 共價晶體
[探究活動]
[問題探討]
1．怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？
提示：由于金剛石、晶體硅和鍺的結構相似，原子半徑：CSi—Si>Ge—Ge，所以三者的熔點和硬度依次下降。
2．“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”，這種說法對嗎？為什么？
提示：此說法不對。“具有共價鍵”并不是判定共價晶體的唯一條件，有些分子晶體的分子內部也有共價鍵，如冰和干冰晶體都是分子晶體，但H2O和CO2中存在共價鍵。對共價晶體的認識除了要求“具有共價鍵”外，還要求形成晶體的粒子是原子。
[重點講解]
1．共價晶體
相鄰原子間以共價鍵相互結合形成三維的共價鍵網狀結構的晶體叫做共價晶體。
2．構成微粒及微粒間的作用
3．常見的共價晶體
4．共價晶體的物理性質
(1)熔、沸點很高。共價晶體中各原子間以共價鍵相結合，要熔化必須破壞其中的共價鍵，需要較高的溫度，所以共價晶體有很高的熔、沸點。
(2)硬度很大。
(3)難溶于一般溶劑。
(4)一般不導電，但晶體硅是半導體。
[典例1]　下列關于C、Si及其化合物結構與性質的論述錯誤的是(　　)
A．鍵能C—C>Si—Si、C—H>Si—H，因此C2H6穩定性大于Si2H6
B．立方型SiC是與金剛石成鍵、結構均相似的共價晶體，因此具有很高的硬度
C．SiH4中Si的化合價為＋4，CH4中C的化合價為－4，因此SiH4還原性小于CH4
D．Si原子間難形成雙鍵而C原子間可以，是因為Si的原子半徑大于C，難形成p -p π鍵
C
解析：鍵長越短，鍵能越大，分子越穩定，A項正確；SiC與金剛石結構相似，屬于共價晶體，硬度大，熔點高，B項正確；SiH4中H為－1價，SiH4還原性強于CH4，C項錯誤；π鍵是p軌道電子以“肩并肩”方式相互重疊形成的，原子半徑越大越不易形成，D項正確。
下列各組晶體物質中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是(　　)
①SiO2和SO3　②晶體硼和HCl　③CO2和SO2　④晶體硅和金剛石　⑤晶體氖和晶體氮　⑥硫黃和碘
A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤
[舉一反三]
C
解析：屬于分子晶體的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶體氖、晶體氮、硫黃和碘。屬于共價晶體的有SiO2、晶體硼、晶體硅和金剛石。但晶體氖是由稀有氣體分子組成的，稀有氣體為單原子分子，分子中不存在化學鍵。
研習2 兩種常見的共價晶體
[探究活動]
[問題探討]
下面是金剛石的多面體外形及結構：
1．金剛石晶體中有沒有分子？晶體中碳原子之間的結合力是什么？
提示：金剛石晶體中不存在分子，存在的是碳原子。晶體中碳原子之間以共價鍵(σ鍵)結合。
2．金剛石晶體中每個碳原子與幾個碳原子相結合？這些碳原子之間形成的空間結構是什么？碳原子的雜化軌道類型是什么？
提示：金剛石晶體中，每個碳原子與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合，它們形成的空間結構是正四面體形，碳原子采取sp3雜化。
3．為什么金剛石的熔點高，硬度大？
提示：金剛石晶體中C—C共價鍵的鍵能很大，熔化時需破壞共價鍵，故金剛石的熔點高，硬度很大。
[重點講解]
1．金剛石
在金剛石晶體中每個碳原子都采取sp3雜化，每個碳原子都被相鄰的4個碳原子包圍，以共價鍵跟4個碳原子結合，形成正四面體，被包圍的碳原子處于正四面體的中心。這些正四面體向空間發展，構成一個堅實的、彼此連接的空間網狀結構的晶體(如圖甲)。
2．二氧化硅
(1)二氧化硅晶體相當于在晶體硅結構中的每個Si—Si中“插入”一個氧原子，便可得到以硅氧四面體為骨架的二氧化硅的空間網狀結構。每個Si原子周圍結合4個O原子形成4個共價鍵，同時每個O原子跟2個Si原子相結合形成2個共價鍵。所以SiO2晶體是由Si原子和O原子按1∶2的比例所組成的立體網狀的晶體，SiO2不能叫做分子式。1 mol SiO2中含4 mol Si—O。最小的環是由6個Si原子和6個O原子組成的
12元環，每個環擁有的硅原子數為6×＝，擁有的氧原子數為6× ＝1。如圖：
[典例2] 下列各組物質的晶體類型相同的是(　　)
A．SiO2和SO3
B．I2和NaCl
C．Cu和Ag
D．SiC和MgO
C
解析：SiO2為共價晶體，SO3為分子晶體，晶體類型不同，故A錯誤；I2為分子晶體，NaCl為離子晶體，晶體類型不同，故B錯誤；Cu和Ag都為金屬晶體，晶體類型相同，故C正確；SiC為共價晶體，MgO為離子晶體，晶體類型不同，故D錯誤。。
根據下列性質判斷，屬于共價晶體的是(　　)
A．熔點為2 700 ℃，導電性好，延展性好
B．無色晶體，熔點為3 550 ℃，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑
C．無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800 ℃，熔化時能導電
D．熔點為－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固態或液態時不導電
[舉一反三]
B
解析：“導電性好，延展性好”不符合共價晶體的特征，A錯誤；“不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑”符合共價晶體的特征，B正確；“能溶于水……熔化時能導電”不符合共價晶體的特征，C錯誤；“熔點為－56.6 ℃，微溶于水，硬度小”不符合共價晶體的特征，D錯誤。
演習篇
·
學業測試速達標
1．下列事實能說明剛玉(Al2O3)是一種共價晶體的是(　　)
①Al2O3是兩性氧化物　②硬度很大　③它的熔點為2 045 ℃　④幾乎不溶于水　⑤自然界中的剛玉有紅寶石和藍寶石
A．①②③ B．②③④ C．④⑤ D．②⑤
B
解析：①指的是Al2O3的分類，⑤指的是剛玉的種類，這兩項都無法說明Al2O3是一種共價晶體。
2．下列晶體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是(　　)
A．冰 B．晶體硅 C．溴 D．二氧化硅
B
解析：冰、溴為分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，A、C項錯誤；晶體硅、二氧化硅為共價晶體，二氧化硅熔化時，破壞的是Si—O極性鍵，晶體硅熔化時，破壞的是Si—Si非極性鍵，B項正確，D項錯誤。
3．碳化硅SiC的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中C原子和Si原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石、②晶體硅、③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是(　　)
A．①③② B．②③①
C．③①② D．②①③
A
解析：C與Si同為第ⅣA族元素，它們的相似性表現在金剛石是共價晶體，晶體硅、碳化硅也是共價晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱，熔點取決于它們的鍵能，故熔點從高到低的順序是金剛石、碳化硅、晶體硅。
4．金剛石晶體是立體的網狀結構，其
晶體模型如圖所示。認真觀察晶體模型并
回答下列問題：
(1)金剛石晶體中最小的環上有________個碳原子。
(2)每個C—C鍵為________個最小環共用，每個碳原子的任意兩個C—C鍵的夾角都是____________。
(3)C原子個數與C—C鍵數之比為________。
6　
6　
109°28′
1∶2
解析：金剛石晶體是一種空間網狀結構，每個C與另4個C以共價鍵結合，前者位于正四面體中心，后四者位于正四面體頂點。晶體中所有C—C鍵的鍵長相等、鍵角均為109°28′。晶體中每個C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故C原子個數與C—C鍵數之比為1∶2。
本課結束
This lesson is over
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