(讲义)第3章 第2节 基础课时12 共价晶体-【提分教练】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修2(人教版2019)

基础课时12　共价晶体 1．借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。 2．能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。 一、共价晶体的结构和性质 1．共价晶体的结构特点 (1)构成粒子及作用力 共价晶体 (2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，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 物质种类 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等 3．共价晶体的熔、沸点 (1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，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。 (2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)含有共价键的晶体都是共价晶体。 (×) (2)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。 (×) (3)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同。 (×) (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。 (√) 二、共价晶体 1．金刚石 (1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。 (2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。 (3)最小碳环由6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。 (4)含1 mol C的金刚石中，含2 mol C—C。 2．二氧化硅晶体 (1)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。在低温石英的结构中，顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性(左、右型)。 　　石英的左、右型晶体 二氧化硅晶体结构模型 ①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。 ②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2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1∶2。 ③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。 ④含1 mol SiO2的晶体中含4 mol Si—O。 (2)二氧化硅的用途 二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 　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。 　下列关于SiO2晶体的结构，叙述正确的是(　　) A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 B．最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环 C．最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1 D．最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环 D　[二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，A项错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，每个环实际占有的硅原子数为6×＝，氧原子数为6×＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，B、C项错误，D项正确。] 共价晶体与分子晶体的比较 材料1　科学研究显示，约30亿年前，在离地表100～200 km深的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了金刚石。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。金刚石具有诸多的优良性质。 材料2　C60是一种碳原子簇，它由60个碳原子构成像足球一样的32面体，包括20个正六边形，12个正五边形。这60个C原子在空间进行排列时，形成一个化学键最稳定的空间排列位置，恰好与足球表面格的排列一致。这个结构的提出是受到建筑学家富勒的启发，富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构，因此科学家把C60叫做足球烯，也叫做富勒烯。 [问题1]　金刚石晶体和富勒烯晶体的构成微粒相同吗？ 提示：不同。富勒烯晶体的构成微粒为分子，金刚石晶体的构成微粒为原子。 [问题2]　金刚石晶体和富勒烯晶体受热熔化时克服的微粒间作用力相同吗？ 提示：不同。前者受热熔化时克服共价键，后者受热熔化时克服分子间作用力。 [问题3]　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构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有分子。②微粒间作用力不同，共价晶体中原子间只存在共价键，而分子晶体中分子之间存在分子间作用力。 1．分子晶体和共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 分子间通过分