第三章 第二节 分子晶体与共价晶体-【新课程能力培养】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修2学习手册（人教版）

第三章　晶体结构与性质　 第二节　 分子晶体与共价晶体 1. 知道分子晶体的结构特点和微粒间的相 互作用, 熟悉冰和干冰的晶体结构, 能 识别常见的分子晶体, 能说明范德华力 和氢键对分子晶体结构与性质的影响。 2. 知道共价晶体的结构特点和微粒间的相 互作用, 熟悉金刚石的晶体结构, 能识 别常见的共价晶体, 能说明共价键对共 价晶体结构与性质的影响。 　 知识点 1　 分子晶体 1. 定义 只含分子的晶体称为分子晶体。 在分子晶体中, 相邻分子靠分子间作用 力相互吸引。 除稀有气体外, 其他分子晶体内都 存在共价键。 2. 分子晶体的物理特性 由于在分子晶体中, 相邻分子通过分子 间作用力结合, 而分子间作用力一般较弱, 所以, 分子晶体一般熔点较低、 硬度较小、 不导电。 3. 常见的分子晶体 (1) 所有非金属氢化物, 如 H2O、 CH4 等; (2) 部分非金属单质, 如 N2、 Br2、 S8 等; (3) 部分非金属氧化物, 如 CO2、 SO2 等; (4) 几乎所有的酸, 如 H2SO4、 CH3COOH 等; (5) 绝大多数有机物。 除汞外, 常温下为气态或液态的物 质, 其晶体一般是分子晶体。 4. 分子晶体的结构特征 (1) 干冰型 (范德华力) 分子间作用力仅为范德华力的, 多采取 分子密堆积, 即晶体中每个分子周围最多可 以有 12 个紧邻的分子。 大多数分子晶体采 用这种形式, 如 C60、 干冰 (CO2) 等。 (2) 冰型 (氢键和范德华力) 如果分子 间除了范德华 力 还 有 氢 键, 分子就不会采 取紧密堆积的 方式。 如在冰 的晶体中, 由 于氢键跟共价 键一样具有方向性, 每个水分子的 2 对孤电 子对和 2 个氢原子只能沿着 4 个 sp3 杂化轨 道的方向分别与相邻的水分子形成氢键, 形 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 51 成四面体, 这种结构使冰晶体中空间利用率 不高, 水分子间空隙大, 导致冰的密度小于 液态水的密度。 　 知识点 2　 共价晶体 1. 定义 相邻原子间以共价键结合而形成的空间 立体网状结构的晶体称为共价晶体。 2. 共价晶体的物理特性 在共价晶体中, 各原子间均以共价键结 合。 由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏 其中的共价键, 而共价键键能大, 所以共价 晶体的熔点高、 硬度大、 不导电, 较难溶于 一般溶剂。 3. 常见的共价晶体 (1) 某些单质, 如 C ( 金刚石)、 Si、 B、 Ge、 Sn (灰锡) 等; ( 2 ) 某些非金属化合 物, 如 BN、 SiO2、 Si3N4、 SiC (俗称金刚砂) 等。 4. 典型的共价晶体结构 (1) 金刚石 (晶体硅) 在金刚石晶体中, 每个 C 原子以 sp3 杂 化轨道与紧邻的 4 个 C 原子以共价键结合形 成空间网状结构。 C—C 键键长为 154 pm, 键能为 347. 7 kJ / mol, 键角为 109°28′。 下 图为金刚石的空间网状结构和晶胞。 以 Si 原子代替金刚石晶体结构中的 C 原子即可得到晶体硅的结构。 (2) SiO2 晶体 向晶体硅结构中的每个 Si—Si 键中 “插 入” 1 个 O 原子即可得到 SiO2 晶体的结构。 在 SiO2 晶体中, 每个 Si 原子以 sp3 杂化轨 道与 4 个 O 原子以共价键结合, 同时, 每个 O 原子与 2 个 Si 原子以共价键结合, 形成空 间网状结构。 Si 原子与 O 原子的个数比为 1 ∶ 2。 　 　 要点 1　 微粒间作用与晶体结构 典例 1　 共价键、 离子键和范德华力是构成 物质粒子间的不同作用方式。 下列物质中, 只含有上述一种作用的是 (　 　 ) A. 干冰　 　 　 　 　 　 　 B. 金刚石 C. 氢氧化钠　 D. 冰 解析: 干冰是分子晶体, 分子内存在共价 键, 分子间存在范德华力; 金刚石晶体只存 在共价键; NaOH 是离子化合物, 不仅存在 离子键, 还存在 H—O 间共价键; 冰是分子 晶体, 分子内存在共价键, 分子间存在范德 华力和氢键。 答案: B 典例 2　 已知 NA 表示阿伏加德罗常数的值, 关于 SiO2