第34期 分子晶体与共价晶体-【数理报】新教材2022-2023学年高中化学选择性必修2同步学案（人教版）

书 共价晶体和分子晶体是两类典型的晶体，在生 产、生活中有很广泛的应用．下面就同学们在学习中 存在的一些问题予以解答，帮助大家更好地认识两种 晶体． 问题一：稀有气体形成的晶体是共价晶体吗？ 答：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网 状结构的晶体叫做共价晶体．构成共价晶体的微粒是原 子，但由原子构成的晶体却不一定是共价晶体．稀有气 体原子的最外层电子都达到了稳定结构，不能形成共价 键，其单质是单原子分子．稀有气体形成晶体时，原子之 间仅以微弱的分子间作用力结合，所以这种晶体是分子 晶体． 问题二：如何比较分子晶体或共价晶体的熔、沸点 的高低？ 答：对于组成和结构都相似的分子晶体，其相对分 子质量越大，分子间作用力就越大，其熔、沸点就会越 高．符合此规律的物质有：卤素单质、四卤化碳、碳族元 素的气态氢化物、稀有气体、烷烃的同系物等．判断分子 晶体的熔、沸点时，特别要注意氢键的影响，物质之间形 成分子间氢键时，其熔、沸点会有反常，如沸点：ＨＦ＞ ＨＣｌ，Ｈ２Ｏ＞Ｈ２Ｓ． 对于结构相似的共价晶体，原子半径越小，共价键 键长越短，其键能就越大，共价键就越牢固，其熔、沸点 越高，如金刚石、碳化硅、晶体硅的熔、沸点依次降低． 问题三：化学式“ＣＯ２”和“ＳｉＯ２”的含义类似吗？ 答：ＣＯ２是二氧化碳的分子式，在 ＣＯ２分子内部，Ｃ 和Ｏ两原子之间依靠共价键结合，在 ＣＯ２分子之间，仅 存在微弱的分子间作用力，因此ＣＯ２形成的晶体是分子 晶体（干冰）．ＳｉＯ２是共价晶体，在共价晶体中不存在分 子．由同种原子构成的共价晶体直接用元素符号表示， 如金刚石Ｃ；由不同种原子构成的共价晶体，用各原子数 目的最简比表示，如ＳｉＯ２． 问题四：工业上用电解熔融氧化铝的方法制铝，为 什么有资料上说氧化铝是共价晶体？ 答：熔融态时，只有离子化合物才能被电解．工业上 用于制铝的氧化铝是离子晶体． 氧化铝的结构比较复杂，自然界天然存在的 α－ Ａｌ２Ｏ３晶体叫做刚玉，刚玉是共价晶体．但氧化铝不止一 种类型，因此不一定是共价晶体，如 γ－Ａｌ２Ｏ３是离子晶 体，它不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至 １２００℃就会转化为α－Ａｌ２Ｏ３． 问题五：“具有共价键的晶体叫做共价晶体”这种说 法对吗？ 答：判断晶体类型的依据是微粒间的作用．如 ＣＯ２ 分子通过分子间作用力形成晶体，是分子晶体，但 ＣＯ２ 分子中含有共价键． 书 一、金刚石晶体 在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的４个碳原 子包围，以共价键跟这４个碳原子结合，形成正四面体， 被包围的碳原子处于正四面体的中心．这些正四面体结 构向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状 结构（如图甲）． 金刚石晶体（如图乙）中所有的 Ｃ—Ｃ键的键长相 等，键角相等（均为１０９°２８′）．晶体中最小碳环由６个碳 原子组成且六者不在同一平面内．晶体中每个碳原子参 与了４个Ｃ—Ｃ键的形成，而对每个键的贡献只有一半， 故碳原子的个数与Ｃ—Ｃ键的数目之比为１∶（４×１２）＝ １∶２．故１ｍｏｌ金刚石中含有的Ｃ—Ｃ键的数目为２ＮＡ． 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可 得到晶体硅的结构．故１ｍｏｌ晶体硅中含有的 Ｓｉ—Ｓｉ键 的数目为２ＮＡ． 二、石墨晶体 石墨和金刚石都是由碳原子形成的单质，但它们的 性质却不同，这是由于它们的晶体结构不同的缘故．石 墨晶体是一种混合型晶体———层内存在共价键，层间以 分子间作用力结合，兼具原子晶体和分子晶体的特征． 在层内，每个碳原子与３个碳原子形成Ｃ—Ｃ键，构 成正六边形，键长相等，键角相等（均为１２０°）．在晶体 中，每个碳原子参与３个Ｃ—Ｃ键的形成，而对每个键中 的贡献只有一半，故每个六元环平均占有的碳原子数 为６×１３＝２个，碳原子的个数与 Ｃ—Ｃ键的数目之比 为２∶（６×１２）＝２∶３．１ｍｏｌ石墨中含有的 Ｃ—Ｃ键的数 目为１．５ＮＡ． 三、二氧化硅晶体（方英石） 二氧化硅晶体（方英石）相当于在晶体硅结构中的 每个Ｓｉ—Ｓｉ键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四 面体为骨架的二氧化硅结构． 如右图所示，在二氧化硅晶 体中，１个硅原子和４个氧原子 形成４个共价键，每个硅原子周 围结合４个氧原子．同时每个氧 原子与２个硅原子相结合．因此， 二氧化硅晶体中硅原子与氧原子 按个数比为１∶２组成立体网状结构．１ｍｏｌ二氧化硅中含 有的Ｓｉ—Ｏ键的数目为４ＮＡ． 书 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 分子间以分子间作用力相结合的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的 具有空间立体网状结构的晶体 构成晶体的微粒 分子 原子 晶体中的作用力 分子间作用力 共价键 物 理 性 质 硬度 较小 较大 熔、沸点 较低 较高 导电性 固态及熔融态均不导电，部分溶于水能 导电 固态及熔融