高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体导学案及答案

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第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时
【学法指导】
1.了解分子晶体的结构特点。
2.知道共价晶体的结构特点。
3.能借助分子晶体模型说明分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用，以及范德华力与氢键对分子晶体结构与性质的影响。
【基础梳理】
1.概念：相邻原子间以 相结合形成的具有 构的晶体，称为共价晶体。
2.金刚石
晶体中C一C一C夹角为 ，碳原子采取了 杂化。
在晶体中每个碳原子以 个共价单键与相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体。
最小环上有 个碳原子， 在同一平面
晶体中碳原子个数与C-C键数之比为 。
在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部，由“均摊法”可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为 。
3.二氧化硅
①每个硅原子与相邻的 个氧原子以共价键相结合构成 结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。
②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与 个Si原子成键，最小的环是 元环。
③每个最小的环实际拥有的硅原子为 ，氧原子数为 杂化。
4.常见的共价晶体
某些单质，如 等；
某些非金属化合物，如 。
极少数金属氧化物，如 。
5.共价晶体的物理性质

二、共价晶体与分子晶体的比较
总结 判断共价晶体和分子晶体的方法
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。
(3)依据物质的状态判断
一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。
(4)依据物质的挥发性判断
一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。
【课堂练习】
1.下列说法中正确的是( )
A.冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B.共价晶体中，共价键越强，共价晶体的熔点越高
C.共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键
D.稀有气体形成的晶体属于共价晶体
2.已知晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于晶体的说法错误的是( )
A.该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C键更牢固
B.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构
C.该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
D.该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构
3.金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是( )
A.金刚石中C—C键的键角均为109°28′，所以金刚石和的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1:2
D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
4.二氧化硅晶体是三维骨架结构，其晶体模型如图所示。下列有关二氧化硅晶体的说法正确的是( )
A.二氧化硅晶体最小环上含有12个原子
B.每个硅原子为4个最小环所共有
C.从晶体结构可知，拥有4 ml Si—O键
D.晶体是由极性共价键与非极性共价键共同构成的
5.干冰和二氧化硅晶体同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是( )
A.二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量
B.C—O键的键能比Si—O键的键能小
C.干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体
D.干冰易升华，二氧化硅不易升华
6.回答下列问题：
（1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为_________；在SiC中，每个C原子周围最近且等距离的C原子数目为_________；若晶胞的边长为，阿伏加德罗常数为，则金刚砂的密度表达式为_________。
（2）硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体结构相似，则GaN晶体中，每个Ga原子与________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为________。若该硅晶体的密度为，阿伏加德罗常数的值为，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm（用代数式表示即可）。
答案以及解析
1.答案：B
解析：冰属于分子晶体，构成冰晶体的微粒间存在分子间作用力，所以冰融化时克服的是分子间作用力，A错误；共价晶体中共价键的强弱决定其熔点的高低，所以共价晶体中共价键越强，其熔点越高，B正确；晶体中Si、O原子间形成极性键，C错误；稀有气体分子是单原子分子，形成的晶体为分子晶体，D错误。
2.答案：D
解析：晶体的硬度比金刚石还大，且构成该晶体的微粒间只以单键结合，说明该晶体属于共价晶体。由于碳原子半径大于氮原子半径，则C—N键键长小于C—C键键长，则该晶体中C—N键比金刚石中的C—C键更牢固，A正确；碳原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，构成该晶体的微粒间只以单键结合，故每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构，B、C正确；金刚石中只存在C—C键，属于非极性共价键，晶体中C、N原子间以极性共价键结合形成三维骨架结构，D错误。
3.答案：C
解析：金刚石是共价晶体，是分子晶体，二者的晶体类型不同，故A错误；金刚石熔化过程中C—C键断裂，因为C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，金刚石的熔点很高，故B错误；金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C—C键为两个C原子所共用，碳原子个数与C—C键个数之比为，故C正确；金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化，故D错误。
4.答案：AC
解析：二氧化硅晶体最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，共12个原子，故A正确；二氧化硅晶体和金刚石晶体的结构类似，每个硅原子为12个最小环共有，故B错误；1个Si可以与4个O形成Si—O键，则1 ml拥有4 ml Si—O键，故C正确；晶体中只含极性共价键，不含非极性共价键，故D错误。
5.答案：C
解析：干冰和所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化或升华时破坏分子间作用力；为共价晶体，熔化或升华时破坏共价键，所以和的熔、沸点差别很大，C正确。
6.答案：（1）共价晶体；12；
（2）4；正四面体形；
解析：（1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，硬度很大，属于共价晶体；以顶点碳原子为研究对象，与其距离最近的碳原子位于该顶点相邻的面心上，所以每个碳原子周围最近且等距离的碳原子数目为12；该晶胞中C原子个数为，Si原子个数为4，晶胞边长为，体积，故密度。
（2）根据图乙所示的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体形。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是，则根据晶体的密度可知，晶胞的边长，在晶胞中2个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即。
晶体类型
共价晶体
分子晶体
定义
相邻原 子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体
分子间以分子间作用力相结合的晶体
组成粒子
原子
分子
粒子间作用力
共价键
分子间作用力
熔、沸点
很高
较低
硬度
很大
较小