3.2.2分子晶体与共价晶体（2）知识点+专题突破+专项训练模式导学案-2024-2025学年高二化学上学期同步课件+导学案 （人教版2019选择性必修2）

分子晶体与共价晶体（2） 导学学案 课程内容：共价晶体的概念、 结构特征、物理性质、常见共价晶体、晶体类型比较和应用 1. 学习目标 ⑴了解共价晶体的概念、构成微粒及微粒间作用力. ⑵掌握共价晶体的结构特点和物理性质，如熔点、硬度等及其与共价键的关系. ⑶能够辨识常见的共价晶体，并能运用均摊法对共价晶胞进行分析. 2. 重 点 ⑴共价晶体的结构特点，如金刚石中碳原子的成键方式和空间构型等. ⑵共价晶体的物理性质与结构的关系，即原子半径、键长、键能等对共价晶体熔点、硬度等性质的影响. 3. 难 点 ⑴理解共价晶体中原子间共价键的形成、强度及对晶体性质的影响机制，如为何共价晶体的熔点和硬度较高等. ⑵运用均摊法准确计算共价晶胞中原子的数目、共价键的数目等，并据此进一步分析晶体的性质. 4. 核心素养 ⑴宏观辨识与微观探析：能从宏观角度认识共价晶体的物理性质，如硬度、熔点等，并从微观角度分析其构成微粒、微粒间相互作用等对性质的影响，建立起宏观性质与微观结构之间的联系. ⑵证据推理与模型认知：通过对常见共价晶体结构和性质的学习，能利用共价晶体的通性等证据推断未知的共价晶体，同时借助晶胞模型等认知手段，深入理解共价晶体的结构特点和性质规律，提高逻辑推理和模型构建的能力. 第一部分：课业知识精讲 一、共价晶体的概念 共价晶体是原子间以共价键相结合形成的具有空间网状结构的晶体，其整个晶体可视为一个巨大的分子，不存在单个小分子，如金刚石、二氧化硅、碳化硅等。 二、共价晶体的结构特征 1.微粒间作用：原子间通过共价键相互连接，形成三维空间网状结构，微粒间的作用力是共价键。这些共价键具有方向性和饱和性，决定了晶体的结构和性质。 2.空间排列方式：以金刚石为例，每个碳原子都与相邻的四个碳原子形成共价键，采用 sp3杂化，构成正四面体结构，这些正四面体向空间延伸，形成紧密的空间网状骨架。而二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，每个硅原子与四个氧原子以共价键相连，每个氧原子又与两个硅原子相连，形成连续的空间网状结构。 三、共价晶体的物理性质 1.硬度：由于共价键的强度较大，原子间结合紧密，使得共价晶体通常具有很高的硬度，如金刚石是自然界中硬度最大的物质之一，可用于切割玻璃、钻探等。 2.熔点和沸点：共价晶体熔化或沸腾时需要断裂共价键，而共价键的键能较高，所以其熔点和沸点通常也很高。例如，碳化硅（SiC）的熔点约为 2700℃，远高于一般的分子晶体和离子晶体；结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大，如金刚石、碳化硅、晶体硅的熔沸点依次降低，因为键长C—C<C—Si<Si—Si，键能C—C>C—Si>Si—Si. 3.导电性：多数共价晶体一般不导电，因为其内部没有自由移动的离子或电子。但某些共价晶体（如硅、锗等）在一定条件下（如掺杂其他元素）可以表现出半导体的性质，可用于制造电子元件。 4.溶解性：共价晶体一般难溶于常见的溶剂，这是因为溶质与溶剂分子间的作用力难以克服共价晶体中原子间的共价键作用。 四、常见的共价晶体实例 1.常见的共价晶体有某些单质晶体，如硼、晶体硅、晶体锗、金刚石、灰锡等；某些非金属化合物，如二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等. 2.金刚石：由碳原子组成，每个碳原子以 sp³ 杂化与周围四个碳原子形成共价键，形成正四面体的空间结构，这些正四面体向空间发展，构成坚实的空间网状，是典型的共价晶体，硬度大、熔点高。所有的C—C键长相等，键角为109°28’；最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；每个C参与了4条C—C键的形成，C原子与C—C键数之比为1:2.金刚石常用于珠宝首饰和工业切割等领域。 3.二氧化硅（SiO₂）：硅原子和氧原子以共价键结合，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于顶点，每个Si原子采取sp3杂 化和4个O原子形成4个共价键，每个O原子跟2个Si原子相结合，Si与O按1:2的比例组成立体网状晶体。最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环；1mol SiO2中含4mol Si—O键.二氧化硅广泛存在于石英、沙子等物质中，是制造玻璃、光导纤维等的重要原料。 4.碳化硅（SiC）：又称金刚砂，碳原子和硅原子通过共价键交替连接形成空间网状结构，硬度大、耐高温，常用于磨料、耐火材料和半导体器件等方面。 五、共价晶体与其他晶体类型的比较 1.与离子晶体相比：离子晶体由阴阳离子通过离子键结合而成，在熔融状态或水溶液中能导电，而共价晶体一般不导电；离子晶体的硬度和熔沸点通常低于共价晶体，但在溶解性方面，离子晶体一般易溶于极性溶剂，而共价晶体难溶于极性溶剂。 2.与分子晶体相比：分子晶体由分子通过分子间作用力（范德华力和氢键）构成，熔沸点和硬度都远低于共价晶体，分子晶体在固态和熔融态一般都不导电，部分分子晶体能溶于水，且其溶解性取决于分子的极性等因素，与共价晶体的溶解性特点不同。 六、共价晶体的应用 1.材料领域：由于其高硬度、高熔点等特性，常用于制造刀具、磨具、耐高温材料等，如金刚石刀具可用于高精度加工，碳化硅陶瓷可用于发动机部件等高温环境。 2.电子工业：共价晶体硅、锗等半导体是制造集成电路、晶体管等电子元件的基础材料，推动了现代信息技术的发展。 3.光学领域：二氧化硅用于制造光导纤维，实现光信号的传输，广泛应用于通信领域，使信息传输更加高效、快速。 第二部分：重点专题突破 专题一：共价晶体的判断 ①下列物质中，属于共价晶体的是（ ） A. 干冰 B. 金刚石 C. 氯化钠 D. 铜 答案：B 解析：干冰是由二氧化碳分子构成的分子晶体；氯化钠是由钠离子和氯离子构成的离子晶体；铜是金属单质，属于金属晶体；金刚石是由碳原子通过共价键形成的空间网状结构的共价晶体，所以答案是B 。 ②下列晶体中，不属于共价晶体的是（ ） A. 水晶 B. 碳化硼 C. 干冰 D. 氮化硅 答案：C 解析：水晶（SiO₂）、碳化硼、氮化硅都是共价晶体，干冰是二氧化碳的固态形式，属于分子晶体，选 C。 ③一种新型共价晶体 BN 的硬度大、熔点高，关于该晶体的说法正确的是（ ） A. 该晶体属于分子晶体 B. 该晶体中 B—N 键长比金刚石中 C—C 键长长 C. 该晶体中每个硼原子与 4 个氮原子相连 D. 该晶体中硼原子和氮原子的最外层都满足 8 电子稳定结构 答案：D 解析：BN 硬度大、熔点高，属于共价晶体，A 错误；B 原子半径比 C 原子半径大，N 原子半径比 C 原子半径小，所以 BN 中 B—N 键长比金刚石中 C—C 键长短，B 错误；该晶体中每个硼原子与 3 个氮原子相连，每个氮原子与 3 个硼原子相连，C 错误；该晶体中硼原子和氮原子通过共价键形成空间网状结构，最外层都满足 8 电子稳定结构，D 正确。 专题二：共价晶体的结构 ①已知共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和面心位置有 X 原子，体心和棱心位置有 Y 原子，该晶体的化学式可能是（ ） A. XY B. X₂Y C. XY₂ D. X₄Y 答案：A 解析：顶点的 X 原子被 8 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的 X 原子数为8*1/8=1；面心的 X 原子被 2 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的面心 X 原子数为6*1/2=3，则晶胞中 X 原子总数为 4。体心的 Y 原子完全属于该晶胞，棱心的 Y 原子被 4 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的棱心 Y 原子数为12*1/4=3，则晶胞中 Y 原子总数为 4。所以 X、Y 原子个数比为 1:1，化学式为 XY，选 A。 ②下列关于共价晶体的空间结构的叙述中，正确的是（ ） A. 不存在独立的分子 B. 配位数均为 4 C. 是紧密堆积结构 D. 空间利用率高 答案：A 解析：共价晶体中原子通过共价键形成空间网状结构，不存在独立分子，A 正确；不同共价晶体配位数不一定为 4，如二氧化硅中硅原子配位数为 4，而金刚石中碳原子配位数为 4，但不能一概而论说配位数均为 4，B 错误；共价晶体不是紧密堆积结构，空间利用率相对较低，C、D 错误。 ③下列关于共价晶体结构和性质的叙述中，错误的是（ ） A. 共价晶体中原子不遵循紧密堆积原则 B. 共价晶体中不存在独立的分子，化学式仅表示原子个数比 C. 共价晶体的熔点和硬度与共价键的强弱有关 D. 共价晶体中原子间以离子键结合 答案：D 解析：共价晶体中原子间以共价键结合，D 错误；共价晶体中原子不遵循紧密堆积原则，A 正确；不存在独立分子，化学式表示原子个数比，B 正确；熔点和硬度与共价键强弱有关，C 正确。 专题三：共价晶体的性质及比较 ①碳化硅（SiC）和二氧化硅（SiO₂）都是共价晶体，下列关于它们的说法正确的是（ ） A. 熔点：SiC > SiO₂ B. 硬度：SiC > SiO₂ C. 共价键键能：Si—C < Si—O D. 都是由分子构成的晶体 答案：C 解析：碳化硅和二氧化硅都是共价晶体，共价晶体的熔点和硬度与共价键的键能有关，键能越大，熔点越高，硬度越大。硅原子半径大于碳原子半径，所以Si—O键的键长比Si—C键短，键能更大，熔点更高，硬度更大，即熔点：SiO₂> SiC，硬度：SiO₂> SiC，A、B选项错误，C选项正确；共价晶体是由原子通过共价键构成的空间网状结构，不存在分子，D选项错误 。 ②关于共价晶体的硬度和熔沸点，下列说法正确的是（ ） A. 硬度一定比金属晶体大 B. 熔沸点一定比分子晶体低 C. 原子半径越小，硬度越大，熔沸点越高 D. 只与共价键的强弱有关 答案：C 解析：共价晶体的硬度和熔沸点与共价键的强弱有关，而共价键的强弱与原子半径等因素有关。原子半径越小，共价键越强，硬度越大，熔沸点越高。但不能简单说共价晶体硬度一定比金属晶体大，熔沸点一定比分子晶体低，例如钨的硬度很大，有些分子晶体熔沸点也可能较高，A、B、D 错误，C 正确。 ③下列关于共价晶体的说法不正确的是（ ） A. 共价晶体的熔点可能比离子晶体高 B. 共价晶体的硬度可能比金属晶体大 C. 共价晶体中原子间以共价键结合 D. 共价晶体一定不能导电 答案：D 解析：共价晶体中原子间共价键很强，熔点可能比离子晶体高，硬度可能比金属晶体大，A、B、C 正确；某些共价晶体在一定条件下可能导电，如硅晶体在一定条件下可导电，D 错误。 专题四：共价晶体的相关计算 ①设NA为阿伏加德罗常数的值，12g金刚石中含有的C—C键的个数为（ ） A. 1.5NA B. 2NA C. 3NA D. 4NA 答案：B 解析：金刚石中每个碳原子与周围4个碳原子形成共价键，每个共价键被2个碳原子共用，所以1个碳原子实际形成的共价键数为4*1/2=2个。12g金刚石的物质的量为1mol，1mol碳原子形成的C—C键的物质的量为2mol，个数为2NA，答案是B 。 ② 在二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子的个数比是（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 1:4 D. 2:1 答案：B 解析：在 SiO₂ 晶体中，每个硅原子与 4 个氧原子形成共价键，每个氧原子与 2 个硅原子形成共价键，所以硅原子与氧原子的个数比为 1:2，答案是 B。 ③金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数之比为（ ） A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 1∶4 答案：B 解析：在金刚石晶体中，每个碳原子与周围4个碳原子形成共价键，每个共价键被2个碳原子共用，所以碳原子与碳碳键的个数之比为1∶2，答案是B 。 ④已知碳化硅（SiC）是共价晶体，其晶胞结构与金刚石相似，设晶胞边长为 a pm，碳化硅的摩尔质量为 M g/mol，阿伏伽德罗常数为NA，则碳化硅晶体的密度为 g/cm3 答案：ρ=4M/a3NA*10-30 解析：碳化硅晶胞中含有 4 个 Si 原子和 4 个 C 原子。根据密度公式ρ=/mV，晶胞质量m=4M/NA，晶胞体积V=(a*10-10)3cm，则ρ=4M/(a*10-10)3NA=4M/a3NA*10-30g/cm3 第三部分：课后专项训练 一、选择题 1. 下列物质属于共价晶体的是（ ） A. 碘 B. 氯化钠 C. 金刚石 D. 冰 答案：C 解析：碘是分子晶体，氯化钠是离子晶体，金刚石是共价晶体，冰是分子晶体。共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体，金刚石中碳原子间以共价键相连形成空间网状结构，所以选 C。 2. 关于共价晶体的叙述，错误的是（ ） A. 共价晶体中不存在独立的分子 B. 共价晶体的硬度一般较大 C. 共价晶体中原子之间以共价键结合 D. 共价晶体的熔沸点都比较低 答案：D 解析：共价晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构，不存在独立分子，A 正确；由于共价键强度较大，所以共价晶体硬度一般较大，B 正确；原子间以共价键结合，C 正确；共价晶体的熔沸点较高，而不是较低，因为破坏共价键需要较多能量，D 错误。 3. 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，常用作砂轮及高温炉的材料，它属于（ ） A. 离子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 共价晶体 答案：D 解析：碳化硅中硅原子和碳原子以共价键结合形成空间网状结构，属于共价晶体，离子晶体是由离子键构成，分子晶体由分子间作用力构成，金属晶体由金属键构成，所以碳化硅不是离子晶体、分子晶体和金属晶体，选 D。 4. 下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） A. SO₂与 SiO₂ B. CO₂与 H₂O C. 金刚石与石墨 D. CCl₄与 SiC 答案：B 解析：A 项中，SO₂是分子晶体，化学键是共价键，SiO₂是共价晶体，化学键是共价键，晶体类型不同；B 项中，CO₂和 H₂O 都是分子晶体，化学键都是共价键，晶体类型和化学键类型都相同；C 项中，金刚石是共价晶体，石墨是混合晶体，虽然化学键都是共价键，但晶体类型不同；D 项中，CCl₄是分子晶体，化学键是共价键，SiC 是共价晶体，化学键是共价键，晶体类型不同，所以选 B。 5. 已知某共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和体心位置有 A 原子，面心位置有 B 原子，其化学式为（ ） A. A2B3 B. A₂B C. AB₂ D. A₄B 答案：A 解析：顶点的 A 原子被 8 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的 A 原子数为8*1/8=1；体心的 A 原子完全属于该晶胞，所以 A 原子总数为 2。面心的 B 原子被 2 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的 B 原子数为6*1/2=3，则 A、B 原子个数比为 2:3，化学式为 A2B3，选 A。 6. 共价晶体具有的性质是（ ） A. 熔点高 B. 易溶于水 C. 能导电 D. 有延展性 答案：A 解析：共价晶体中原子间以共价键结合，共价键强度大，破坏共价键需要较高能量，所以熔点高，A 正确；共价晶体一般难溶于水，B 错误；共价晶体中无自由移动的离子或电子，一般不导电，C 错误；共价晶体由于共价键的方向性和饱和性，无延展性，D 错误。 7. 下列物质的熔沸点高低顺序正确的是（ ） A. 金刚石>氯化钠>干冰 B. 氯化钠>金刚石>干冰 C. 干冰>氯化钠>金刚石 D. 金刚石>干冰>氯化钠 答案：A 解析：金刚石是共价晶体，熔沸点很高；氯化钠是离子晶体，熔沸点较高；干冰是分子晶体，熔沸点较低。一般来说，共价晶体熔沸点>离子晶体熔沸点>分子晶体熔沸点，所以熔沸点高低顺序为金刚石>氯化钠>干冰，选 A。 8. 二氧化硅晶体中，硅氧原子个数比为（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 2:1 D. 1:4 答案：B 解析：在二氧化硅晶体中，每个硅原子与 4 个氧原子形成共价键，每个氧原子与 2 个硅原子形成共价键，所以硅氧原子个数比为 1:2，选 B。 9. 下列物质的晶体中，不存在分子的是（ ） A. 二氧化碳 B. 二氧化硫 C. 二氧化硅 D. 二硫化碳 答案：C 解析：二氧化碳、二氧化硫、二硫化碳都是分子晶体，存在分子；二氧化硅是共价晶体，不存在分子，选 C。 10. 某共价晶体的化学式为 AB，已知 A 原子的最外层电子数为 4，B 原子的最外层电子数为 6，则该共价晶体中 A、B 原子个数比为（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 2:1 D. 4:1 答案：A 解析：根据化学式为AB，即可判断A、B 原子个数比为 1:1，与其他因素无关。选 A。 11. 下列晶体中，最小的环上原子数最多的是（ ） A. 金刚石 B. 石墨 C. 二氧化硅 D. 氯化钠 答案：C 解析：金刚石最小环上有 6 个碳原子；石墨是层状结构，最小环上有 6 个碳原子；二氧化硅最小环上有 12 个原子（6 个硅原子和 6 个氧原子）；氯化钠是离子晶体，不存在环结构，所以选 C。 12. 共价晶体中原子的排列方式具有（ ） A. 无序性 B. 周期性 C. 随意性 D. 以上都不对 答案：B 解析：共价晶体中原子的排列方式具有周期性，即原子按照一定的规律在空间周期性重复排列，形成规则的空间网状结构，选 B。 13. 下列关于金刚石的说法正确的是（ ） A. 金刚石是分子晶体 B. 金刚石中碳原子间以离子键结合 C. 金刚石硬度大是因为碳原子间共价键强 D. 金刚石能导电 答案：C 解析：金刚石是共价晶体，A 错误；碳原子间以共价键结合，B 错误；由于碳原子间共价键强，所以硬度大，C 正确；金刚石中无自由移动的电子，不能导电，D 错误。 14. 碳化硅的硬度很大，其原因是（ ） A. 碳化硅中存在离子键 B. 碳化硅中存在金属键 C. 碳化硅中碳原子和硅原子间共价键强 D. 碳化硅是分子晶体 答案：C 解析：碳化硅是共价晶体，碳原子和硅原子间以共价键结合，共价键强度大，所以硬度大，A、B、D 错误，C 正确。 15. 下列物质中，熔沸点由高到低顺序正确的是（ ） ①SiO₂ ②Si ③HCl ④H₂O A. ①②④③ B. ②①④③ C. ①②③④ D. ②①③④ 答案：A 解析：SiO₂和 Si 是共价晶体，熔沸点较高，且 Si 的原子半径大于 C，Si—O 键键能大于 Si—Si 键键能，所以 SiO₂熔沸点高于 Si；HCl 是分子晶体，熔沸点较低；H₂O 也是分子晶体，但水分子间存在氢键，熔沸点高于 HCl。所以熔沸点由高到低顺序为①②④③，选 A 。 16. 共价晶体在工业上有广泛应用，其原因是（ ） A. 硬度小 B. 熔沸点低 C. 能导电 D. 耐高温、硬度大 答案：D 解析：共价晶体硬度大、熔沸点高、耐高温，所以在工业上有广泛应用，如用于制造切割工具、耐高温材料等，A、B、C 错误，D 正确。 17. 下列说法中正确的是（ ） A. 共价晶体中一定存在共价键，离子晶体中一定存在离子键 B. 共价晶体中可能存在离子键，离子晶体中可能存在共价键 C. 共价晶体中一定不存在离子键，离子晶体中一定不存在共价键 D. 共价晶体中可能不存在共价键，离子晶体中可能不存在离子键 答案：A 解析：共价晶体由原子通过共价键形成，所以一定存在共价键；离子晶体由阴、阳离子通过离子键形成，所以一定存在离子键，A 正确，B、C、D 错误。 18. 对于共价晶体的熔沸点比较，下列说法正确的是（ ） A. 原子半径越小，熔沸点越低 B. 共价键键能越大，熔沸点越高 C. 与化学键无关 D. 只与晶体类型有关 答案：B 解析：共价晶体熔沸点与共价键键能有关，键能越大，熔沸点越高，原子半径越小，键能越大，熔沸点越高，而不是越低，A 错误，B 正确；熔沸点与化学键密切相关，C 错误；不仅与晶体类型有关，还与具体晶体的化学键情况有关，D 错误。 19. 某共价晶体正方体晶胞中含有 X、Y、Z 三种元素的原子，X 位于体心，Y 位于顶点，Z 位于面心，则该晶体中 X、Y、Z 的原子个数比为（ ） A. 1:1:3 B. 2:7:6 C. 4:4:1 D. 1:8:6 答案：A 解析：X 原子位于体心，完全属于该晶胞，个数为 1；Y 原子位于顶点，被 8 个晶胞共用，所以 Y 原子个数为8*1/8=1；Z 原子位于面心，被 2 个晶胞共用，所以 Z 原子个数为6*1/2=3，则 X、Y、Z 的原子个数比为 1:1:3，选 A。 20. 关于二氧化硅晶体的叙述中，正确的是（ ） A. 通常状况下，60gSiO₂晶体中含有的分子数为NA（NA为阿伏伽德罗常数） B. 60gSiO₂晶体中，含有 2molSi—O 键 C. 晶体中与同一硅原子相连的 4 个氧原子处于同一平面 D. SiO₂晶体是由硅原子和氧原子按 1:2 的比例组成的空间网状结构的晶体 答案：D 解析：SiO₂是共价晶体，不存在分子，A 错误；60gSiO₂的物质的量为 1mol，1molSiO₂中含有 4molSi—O 键，B 错误；晶体中与同一硅原子相连的 4 个氧原子形成正四面体结构，不处于同一平面，C 错误；SiO₂晶体中硅原子和氧原子按 1:2 的比例组成空间网状结构，D 正确。 二、填空题 1. 共价晶体中原子间以______________相结合，具有__________ 立体的空间网状结构。 答案：共价键；三维 解析：共价晶体的定义就是原子间通过共价键形成三维空间网状结构，这种结构使得共价晶体具有较高的硬度、熔点等特性。 2. 金刚石中每个碳原子与周围______个碳原子形成共价键，最小的环上有_____个碳原子。 答案：4；6 解析：金刚石的结构中，每个碳原子采用 sp³ 杂化，与周围 4 个碳原子形成共价键，构成正四面体结构，这些四面体向空间发展，形成空间网状结构，其最小环上有 6 个碳原子。 3. 二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子的个数比为_________，硅原子的杂化方式为______。 答案：1:2；sp³ 解析：在二氧化硅晶体中，每个硅原子与 4 个氧原子相连，每个氧原子与 2 个硅原子相连，所以硅氧原子个数比为 1:2。硅原子与 4 个氧原子形成 4 个 σ 键，无孤电子对，所以硅原子的杂化方式为 sp³。 4. 碳化硅（SiC）的晶体结构与金刚石相似，碳化硅中碳硅键的键角为______________，其硬度比金刚石__________（填“大”或“小”或“相等”）。 答案：109°28′；小 解析：碳化硅晶体结构与金刚石相似，碳硅键的键角也为 109°28′。由于碳原子半径小于硅原子半径，碳硅键的键长比碳碳键长，键能比碳碳键小，所以碳化硅的硬度比金刚石小。 5. 已知某共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和面心位置有 X 原子，体心位置有 Y 原子，该晶体的化学式为______________。 答案：X4Y 解析：顶点的 X 原子被 8 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的 X 原子数为8*1/8=1；面心的 X 原子被 2 个晶胞共用，所以属于一个晶胞的面心 X 原子数为6*1/2=3，则晶胞中 X 原子总数为 4。体心的 Y 原子完全属于该晶胞，个数为 1。所以化学式为 X4Y。 6. 共价晶体的熔沸点__________（填“高于”“低于”或“可能高于也可能低于”）离子晶体，原因是_________________________________________________________________。 答案：可能高于也可能低于；共价晶体熔沸点取决于共价键的强弱，离子晶体熔沸点取决于离子键的强弱，不同共价晶体和离子晶体中化学键强弱情况不同，所以熔沸点高低关系不确定 解析：共价晶体中原子间通过共价键结合，离子晶体中离子间通过离子键结合，共价键和离子键的强弱因具体物质而异，所以不能简单确定共价晶体和离子晶体熔沸点的高低关系。 7. 晶体硅的结构与金刚石相似，1mol 晶体硅中含有的 Si—Si 键的数目为__________NA（NA为阿伏伽德罗常数）。 答案：2 解析：在晶体硅中，每个硅原子与周围 4 个硅原子形成共价键，每个共价键被 2 个硅原子共用，所以 1 个硅原子实际形成的共价键数为4*1/2=2个，则 1mol 晶体硅中含有的 Si—Si 键的数目为 2NA。 8.  石英（SiO₂）是一种常见的共价晶体，其硬度大的原因是 ______________________________________________________________________________。 答案：SiO₂ 中硅氧原子间通过共价键形成空间网状结构，共价键强度大，破坏共价键需要消耗较高能量，所以硬度大 解析：共价晶体的硬度取决于共价键的强度，石英中硅氧共价键强，使得其具有较大的硬度。 9.  共价晶体一般_________（填“易”或“不易”）溶于水，原因是： ______________________________________________________________________________。 答案：不易；共价晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构，化学键较强，水分子难以破坏其共价键使其溶解 解析：共价晶体的共价键很强，水分子很难破坏这些共价键从而使晶体溶解在水中，所以共价晶体一般不易溶于水。 10. 某共价晶体AB中， 已知A 原子的半径为 r₁，B 原子的半径为 r₂，且 A、B 原子形成的共价键键长为 L，则 L 与 r₁、r₂的关系为___________________（用表达式表示）。 答案：L = r₁ + r₂ 解析：在共价晶体中，两原子形成共价键时，键长近似等于两原子半径之和。 11. 碳化硼（B₄C）是一种重要的共价晶体，其晶胞结构中硼原子和碳原子的最简整数比为： 。 答案：4:1 解析：根据碳化硼的化学式 B₄C，可知其晶胞中可能含有 4 个硼原子和 1 个碳原子，4:1。 12. 与分子晶体相比，共价晶体的导电性__________（填“好”或“差”），原因是：______________________________________________________________________________。 答案：差；共价晶体中无自由移动的离子或电子，而分子晶体在某些情况下可能有自由移动的离子或电子产生导电性（如电解质的水溶液），所以共价晶体导电性差 解析：共价晶体中原子间通过共价键结合，电子被束缚在原子间，不能自由移动，因此导电性差，而分子晶体在特定条件下可能存在自由移动的带电粒子从而导电，所以总体上共价晶体导电性比分子晶体差。 13. 某共价晶体的晶胞边长为 a cm，其密度为 ρ g/cm³，晶胞中含有 Z 个原子，该原子的摩尔质量为 M g/mol，则阿伏伽德罗常数NA可表示为__________________________（用含 a、ρ、Z、M 的表达式表示）。 答案：NA=ZM/a3ρ 解析：根据ρ=/mV，晶胞质量m=ZM/NA，晶胞体积V = a3，可得ρ=ZM/NAa3，则NA=ZM/a3ρ 14.  金刚石和石墨都是碳的同素异形体，石墨能导电而金刚石不能导电，原因是：______________________________________________________________________________； 共价晶体的熔点随共价键键长的增大而__________（填“升高”或“降低”），原因是______________________________________________________________________________。 答案：石墨晶体中存在自由电子，而金刚石中电子被共价键束缚，无自由电子，所以石墨能导电而金刚石不能导电；降低；共价键键长越长，键能越小，破坏共价键所需能量越低，熔点也就越低 解析：石墨是层状结构，层内碳原子之间存在共价键，同时还有自由电子，这些自由电子可以在层内移动，从而使石墨具有导电性；而金刚石中碳原子间通过共价键形成空间网状结构，电子被牢牢束缚在共价键中，无法自由移动，所以不能导电；共价键键长与键能成反比，键长越长键能越小，熔化时破坏共价键所需能量就越低，所以熔点随键长增大而降低。 15. 共价晶体在工业上常用于制造砂轮，利用了其__________________的性质；制造坩埚，利用了其______________________的性质。 答案：硬度大；耐高温 解析：共价晶体硬度大、耐高温等性质使其在工业上有广泛应用，如制造砂轮用于切割打磨，制造耐高温坩埚用于高温加热等。 16. 已知一种共价晶体的化学式为 XY₂，其晶胞结构中 X 原子位于顶点和面心，Y 原子位于棱心和体心，则晶胞中 X 原子与 Y 原子的个数比为__________。 答案：1:1 解析：顶点的 X 原子被 8 个晶胞共用，面心的 X 原子被 2 个晶胞共用，所以晶胞中 X 原子个数为8*/18+6*/12=4；棱心的 Y 原子被 4 个晶胞共用，体心的 Y 原子完全属于该晶胞，所以晶胞中 Y 原子个数为12*1/4+1 = 4，则 X 原子与 Y 原子的个数比为 1:1，符合化学式 XY。 17. 二氧化硅晶体中硅氧原子的成键方式是_______________________________________，每个硅原子周围有__________个氧原子的孤电子对与之形成配位键。 答案：硅原子以 sp³ 杂化轨道与氧原子形成 σ 键；0 解析：硅原子采用 sp³ 杂化与氧原子形成 σ 键，在二氧化硅晶体中不存在配位键，所以每个硅原子周围没有氧原子的孤电子对与之形成配位键。 18. 共价晶体的空间利用率__________（填“高于”“低于”或“等于”）金属晶体的空间利用率，这是因为____________________________________________________________。 答案：低于；共价晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构，原子的排列不如金属晶体紧密，所以空间利用率低于金属晶体 解析：金属晶体中原子通常采用紧密堆积方式，原子排列紧密，空间利用率较高；而共价晶体中原子的排列受共价键的方向性和饱和性限制，排列相对不紧密，空间利用率较低。 第 1 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 分子晶体与共价晶体（2） 导学学案 课程内容：共价晶体的概念、 结构特征、物理性质、常见共价晶体、晶体类型比较和应用 1. 学习目标 ⑴了解共价晶体的概念、构成微粒及微粒间作用力. ⑵掌握共价晶体的结构特点和物理性质，如熔点、硬度等及其与共价键的关系. ⑶能够辨识常见的共价晶体，并能运用均摊法对共价晶胞进行分析. 2. 重 点 ⑴共价晶体的结构特点，如金刚石中碳原子的成键方式和空间构型等. ⑵共价晶体的物理性质与结构的关系，即原子半径、键长、键能等对共价晶体熔点、硬度等性质的影响. 3. 难 点 ⑴理解共价晶体中原子间共价键的形成、强度及对晶体性质的影响机制，如为何共价晶体的熔点和硬度较高等. ⑵运用均摊法准确计算共价晶胞中原子的数目、共价键的数目等，并据此进一步分析晶体的性质. 4. 核心素养 ⑴宏观辨识与微观探析：能从宏观角度认识共价晶体的物理性质，如硬度、熔点等，并从微观角度分析其构成微粒、微粒间相互作用等对性质的影响，建立起宏观性质与微观结构之间的联系. ⑵证据推理与模型认知：通过对常见共价晶体结构和性质的学习，能利用共价晶体的通性等证据推断未知的共价晶体，同时借助晶胞模型等认知手段，深入理解共价晶体的结构特点和性质规律，提高逻辑推理和模型构建的能力. 第一部分：课业知识精讲 一、共价晶体的概念 共价晶体是原子间以 键相结合形成的具有 结构的晶体，其整个晶体可视为一个巨大的分子，不存在单个小分子，如 、 、 等。 二、共价晶体的结构特征 1.微粒间作用： 间通过共价键相互连接，形成三维空间网状结构，微粒间的作用力是 键。这些共价键具有 性和 性，决定了晶体的 和 。 2.空间排列方式：以金刚石为例，每个碳原子都与相邻的 个碳原子形成共价键，采用 杂化，构成 结构，这些正四面体向空间延伸，形成紧密的 骨架。而二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的 ，每个硅原子与 个氧原子以 键相连，每个氧原子又与 个硅原子相连，形成连续的空间网状结构。 三、共价晶体的物理性质 1.硬度：由于共价键的强度较 ，原子间结合 ，使得共价晶体通常具有很 的硬度，如 是自然界中硬度最大的物质之一，可用于切割 、钻探等。 2.熔点和沸点：共价晶体熔化或沸腾时需要 共价键，而共价键的键能较 ，所以其熔点和沸点通常也很 。例如，碳化硅（SiC）的熔点约为 2700℃，远高于一般的 晶体和 晶体；结构相似的共价晶体，原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，晶体的熔点就越 ，硬度就越 ，如金刚石、碳化硅、晶体硅的熔沸点依次 ，因为键长 < < ，键能 > > . 3.导电性：多数共价晶体一般 导电，因为其内部 自由移动的离子或电子。但某些共价晶体（如硅、锗等）在一定条件下（如掺杂其他元素）可以表现出 的性质，可用于制造电子元件。 4.溶解性：共价晶体一般 溶于常见的溶剂，这是因为溶质与溶剂分子间的作用力难以克服共价晶体中原子间的 作用。 四、常见的共价晶体实例 1.常见的共价晶体有某些 晶体，如硼、晶体硅、晶体锗、金刚石、灰锡等；某些 化合物，如二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等. 2.金刚石：由碳原子组成，每个碳原子以 杂化与周围四个碳原子形成 键，形成 的空间结构，这些正四面体向空间发展，构成坚实的空间网状，是典型的共价晶体，硬度 、熔点 。所有的C—C键长 ，键角为 ；最小的碳环由 个碳组成，且 同一平面内；每个C参与了 条C—C键的形成，C原子与C—C键数之比为 .金刚石常用于珠宝首饰和工业切割等领域。 3. 二氧化硅（SiO₂）：硅原子和氧原子以 键结合，硅原子位于 的中心，氧原子位于 ，每个Si原子采取 杂化和 个O原子形成4个 键，每个O原子跟 个Si原子相结合，Si与O按 的比例组成立体 状晶体。最小的环是由 个Si原子和 个O原子组成的 元环；1mol SiO2中含 mol Si—O键.二氧化硅广泛存在于 、 等物质中，是制造 、 等的重要原料。 5. 碳化硅（SiC）：又称 ，碳原子和硅原子通过 键交替连接形成空间 状结构，硬度 、耐 温，常用于磨料、耐 材料和半导体器件等方面。 五、共价晶体与其他晶体类型的比较 1.与离子晶体相比：离子晶体由 离子通过 键结合而成，在 状态或 溶液中能 ，而共价晶体一般 导电；离子晶体的硬度和熔沸点通常 于共价晶体，但在溶解性方面，离子晶体一般 溶于极性溶剂，而共价晶体 溶于极性溶剂。 2.与分子晶体相比：分子晶体由分子通过分子间作用力（ 和 ）构成，熔沸点和硬度都远 于共价晶体，分子晶体在固态和熔融态一般都 导电，部分分子晶体 溶于水，且其溶解性取决于分子的 等因素，与共价晶体的溶解性特点 。 六、共价晶体的应用 1.材料领域：由于其 硬度、 熔点等特性，常用于制造刀具、磨具、耐高温材料等，如金刚石刀具可用于高精度加工， 陶瓷可用于发动机部件等高温环境。 2.电子工业：共价晶体 、 等半导体是制造集成电路、晶体管等电子元件的基础材料，推动了现代信息技术的发展。 3.光学领域： 用于制造光导纤维，实现光信号的传输，广泛应用于通信领域，使信息传输更加高效、快速。 第二部分：重点专题突破 专题一：共价晶体的判断 ①下列物质中，属于共价晶体的是（ ） A. 干冰 B. 金刚石 C. 氯化钠 D. 铜 ②下列晶体中，不属于共价晶体的是（ ） A. 水晶 B. 碳化硼 C. 干冰 D. 氮化硅 ③一种新型共价晶体 BN 的硬度大、熔点高，关于该晶体的说法正确的是（ ） A. 该晶体属于分子晶体 B. 该晶体中 B—N 键长比金刚石中 C—C 键长长 C. 该晶体中每个硼原子与 4 个氮原子相连 D. 该晶体中硼原子和氮原子的最外层都满足 8 电子稳定结构 专题二：共价晶体的结构 ①已知共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和面心位置有 X 原子，体心和棱心位置有 Y 原子，该晶体的化学式可能是（ ） A. XY B. X₂Y C. XY₂ D. X₄Y ②下列关于共价晶体的空间结构的叙述中，正确的是（ ） A. 不存在独立的分子 B. 配位数均为 4 C. 是紧密堆积结构 D. 空间利用率高 ③下列关于共价晶体结构和性质的叙述中，错误的是（ ） A. 共价晶体中原子不遵循紧密堆积原则 B. 共价晶体中不存在独立的分子，化学式仅表示原子个数比 C. 共价晶体的熔点和硬度与共价键的强弱有关 D. 共价晶体中原子间以离子键结合 专题三：共价晶体的性质及比较 ①碳化硅（SiC）和二氧化硅（SiO₂）都是共价晶体，下列关于它们的说法正确的是（ ） A. 熔点：SiC > SiO₂ B. 硬度：SiC > SiO₂ C. 共价键键能：Si—C < Si—O D. 都是由分子构成的晶体 ②关于共价晶体的硬度和熔沸点，下列说法正确的是（ ） A. 硬度一定比金属晶体大 B. 熔沸点一定比分子晶体低 C. 原子半径越小，硬度越大，熔沸点越高 D. 只与共价键的强弱有关 ③下列关于共价晶体的说法不正确的是（ ） A. 共价晶体的熔点可能比离子晶体高 B. 共价晶体的硬度可能比金属晶体大 C. 共价晶体中原子间以共价键结合 D. 共价晶体一定不能导电 专题四：共价晶体的相关计算 ①设NA为阿伏加德罗常数的值，12g金刚石中含有的C—C键的个数为（ ） A. 1.5NA B. 2NA C. 3NA D. 4NA ② 在二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子的个数比是（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 1:4 D. 2:1 ③金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数之比为（ ） A. 1∶1 B. 1∶2 C. 1∶3 D. 1∶4 ④已知碳化硅（SiC）是共价晶体，其晶胞结构与金刚石相似，设晶胞边长为 a pm，碳化硅的摩尔质量为 M g/mol，阿伏伽德罗常数为NA，则碳化硅晶体的密度为 g/cm3 第三部分：课后专项训练 一、选择题 1. 下列物质属于共价晶体的是（ ） A. 碘 B. 氯化钠 C. 金刚石 D. 冰 2. 关于共价晶体的叙述，错误的是（ ） A. 共价晶体中不存在独立的分子 B. 共价晶体的硬度一般较大 C. 共价晶体中原子之间以共价键结合 D. 共价晶体的熔沸点都比较低 3. 碳化硅（SiC）俗称金刚砂，常用作砂轮及高温炉的材料，它属于（ ） A. 离子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 共价晶体 4. 下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） A. SO₂与 SiO₂ B. CO₂与 H₂O C. 金刚石与石墨 D. CCl₄与 SiC 5. 已知某共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和体心位置有 A 原子，面心位置有 B 原子，其化学式为（ ） A. A2B3 B. A₂B C. AB₂ D. A₄B 6. 共价晶体具有的性质是（ ） A. 熔点高 B. 易溶于水 C. 能导电 D. 有延展性 7. 下列物质的熔沸点高低顺序正确的是（ ） A. 金刚石>氯化钠>干冰 B. 氯化钠>金刚石>干冰 C. 干冰>氯化钠>金刚石 D. 金刚石>干冰>氯化钠 8. 二氧化硅晶体中，硅氧原子个数比为（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 2:1 D. 1:4 9. 下列物质的晶体中，不存在分子的是（ ） A. 二氧化碳 B. 二氧化硫 C. 二氧化硅 D. 二硫化碳 10. 某共价晶体的化学式为 AB，已知 A 原子的最外层电子数为 4，B 原子的最外层电子数为 6，则该共价晶体中 A、B 原子个数比为（ ） A. 1:1 B. 1:2 C. 2:1 D. 4:1 11. 下列晶体中，最小的环上原子数最多的是（ ） A. 金刚石 B. 石墨 C. 二氧化硅 D. 氯化钠 12. 共价晶体中原子的排列方式具有（ ） A. 无序性 B. 周期性 C. 随意性 D. 以上都不对 13. 下列关于金刚石的说法正确的是（ ） A. 金刚石是分子晶体 B. 金刚石中碳原子间以离子键结合 C. 金刚石硬度大是因为碳原子间共价键强 D. 金刚石能导电 14. 碳化硅的硬度很大，其原因是（ ） A. 碳化硅中存在离子键 B. 碳化硅中存在金属键 C. 碳化硅中碳原子和硅原子间共价键强 D. 碳化硅是分子晶体 15. 下列物质中，熔沸点由高到低顺序正确的是（ ） ①SiO₂ ②Si ③HCl ④H₂O A. ①②④③ B. ②①④③ C. ①②③④ D. ②①③④ 16. 共价晶体在工业上有广泛应用，其原因是（ ） A. 硬度小 B. 熔沸点低 C. 能导电 D. 耐高温、硬度大 17. 下列说法中正确的是（ ） A. 共价晶体中一定存在共价键，离子晶体中一定存在离子键 B. 共价晶体中可能存在离子键，离子晶体中可能存在共价键 C. 共价晶体中一定不存在离子键，离子晶体中一定不存在共价键 D. 共价晶体中可能不存在共价键，离子晶体中可能不存在离子键 18. 对于共价晶体的熔沸点比较，下列说法正确的是（ ） A. 原子半径越小，熔沸点越低 B. 共价键键能越大，熔沸点越高 C. 与化学键无关 D. 只与晶体类型有关 19. 某共价晶体正方体晶胞中含有 X、Y、Z 三种元素的原子，X 位于体心，Y 位于顶点，Z 位于面心，则该晶体中 X、Y、Z 的原子个数比为（ ） A. 1:1:3 B. 2:7:6 C. 4:4:1 D. 1:8:6 20. 关于二氧化硅晶体的叙述中，正确的是（ ） A. 通常状况下，60gSiO₂晶体中含有的分子数为NA（NA为阿伏伽德罗常数） B. 60gSiO₂晶体中，含有 2molSi—O 键 C. 晶体中与同一硅原子相连的 4 个氧原子处于同一平面 D. SiO₂晶体是由硅原子和氧原子按 1:2 的比例组成的空间网状结构的晶体 分子晶体与共价晶体（2） 班级： 姓名： 总分： . 选择题答题卡 选择题分数： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 二、填空题 1. 共价晶体中原子间以______________相结合，具有__________ 立体的空间网状结构。 2. 金刚石中每个碳原子与周围______个碳原子形成共价键，最小的环上有_____个碳原子。 3. 二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子的个数比为_________，硅原子的杂化方式为______。 4. 碳化硅（SiC）的晶体结构与金刚石相似，碳化硅中碳硅键的键角为______________，其硬度比金刚石__________（填“大”或“小”或“相等”）。 5. 已知某共价晶体的晶胞为一个正方体晶胞，顶点和面心位置有 X 原子，体心位置有 Y 原子，该晶体的化学式为______________。 6. 共价晶体的熔沸点__________（填“高于”“低于”或“可能高于也可能低于”）离子晶体，原因是_________________________________________________________________。 7. 晶体硅的结构与金刚石相似，1mol 晶体硅中含有的 Si—Si 键的数目为__________NA（NA为阿伏伽德罗常数）。 8. 石英（SiO₂）是一种常见的共价晶体，其硬度大的原因是 ______________________________________________________________________________。 9. 共价晶体一般_________（填“易”或“不易”）溶于水，原因是： ______________________________________________________________________________。 10. 某共价晶体AB中， 已知A 原子的半径为 r₁，B 原子的半径为 r₂，且 A、B 原子形成的共价键键长为 L，则 L 与 r₁、r₂的关系为___________________（用表达式表示）。 11. 碳化硼（B₄C）是一种重要的共价晶体，其晶胞结构中硼原子和碳原子的最简整数比为： 。 12. 与分子晶体相比，共价晶体的导电性__________（填“好”或“差”），原因是：______________________________________________________________________________。 13. 某共价晶体的晶胞边长为 a cm，其密度为 ρ g/cm³，晶胞中含有 Z 个原子，该原子的摩尔质量为 M g/mol，则阿伏伽德罗常数NA可表示为__________________________（用含 a、ρ、Z、M 的表达式表示）。 14.  金刚石和石墨都是碳的同素异形体，石墨能导电而金刚石不能导电，原因是：______________________________________________________________________________； 共价晶体的熔点随共价键键长的增大而__________（填“升高”或“降低”），原因是______________________________________________________________________________。 15. 共价晶体在工业上常用于制造砂轮，利用了其__________________的性质；制造坩埚，利用了其______________________的性质。 16. 已知一种共价晶体的化学式为 XY₂，其晶胞结构中 X 原子位于顶点和面心，Y 原子位于棱心和体心，则晶胞中 X 原子与 Y 原子的个数比为__________。 17. 二氧化硅晶体中硅氧原子的成键方式是_______________________________________，每个硅原子周围有__________个氧原子的孤电子对与之形成配位键。 18. 共价晶体的空间利用率__________（填“高于”“低于”或“等于”）金属晶体的空间利用率，这是因为____________________________________________________________。 第 1 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 $$