人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体多媒体教学ppt课件

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第二节　分子晶体与共价晶体
 1．能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。2．能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。
1．共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念相邻原子间以____________相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。(2)构成微粒及微粒间作用力
一、共价晶体的概念及性质
(3)物理性质①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点_________，硬度_________，______溶于常见溶剂，一般______导电。②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长_________，键能越大，晶体的熔点越高。
2．常见共价晶体及物质类别(1)某些单质：如_____________、_________________、锗(Ge)、____________等。(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)极少数金属氧化物：如刚玉(Al2O3)等。
1.由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。(　 　)2．共价晶体在固态或熔化时均不导电。(　 　)3．共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应。(　 　)4．二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型。(　 　)
1.“具有共价键的晶体叫做共价晶体”。这种说法对吗？为什么？提示：此说法不对。“具有共价键”并不是判定共价晶体的唯一条件，大部分分子晶体中也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2中存在共价键。对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
2．碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？提示：CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合，每个CO2分子是由一个碳原子和两个氧原子构成的。SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。
3．金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。
(1)使共价晶体熔化，需要破坏的粒子间作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？提示：使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。
(2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？提示：结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。(3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。提示：能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：CC—Si>Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。
1.下列物质中，属于共价晶体的化合物是(　 　)A．无色水晶 B．晶体硅C．金刚石 D．干冰解析：A项，无色水晶是共价晶体，属于化合物，符合题意；B项，晶体硅是单质，不符合题意；C项，金刚石是单质，不符合题意；D项，干冰属于化合物，但它是分子晶体，不符合题意。
2．下列晶体性质的比较中不正确的是(　 　)A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B．沸点：NH3>PH3C．硬度：K>Na>LiD．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
解析：三种物质都是共价晶体，因为C的原子半径小于Si的，所以键长：C—C键C—Si键>Si—Si键，键能越大，共价晶体的熔点越高，A正确；NH3和PH3都是分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3的沸点较高，B正确；Li、Na、K位于同一主族，从上到下核电荷数递增、原子半径与离子半径递增，金属键的强度递减，则硬度：Li>Na>K，C错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，D正确。故选C。
晶体熔、沸点和硬度的比较方法(1)先判断晶体类型。主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点高于分子晶体，共价晶体的硬度大于分子晶体。(2)对于同一类型的晶体①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高。②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。
1．金刚石晶体(1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为________________________，即金刚石中的碳采取____________杂化轨道形成共价键三维骨架结构。
二、常见共价晶体结构分析
(2)晶体中最小的碳环由______个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有______个碳原子在同一平面。(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有______个C，即C原子与C—C之比为____________。(4)每个C原子被_________个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为____________个。
2．晶体硅把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构，不同的是 Si—Si键长______C—C键长。3．二氧化硅
(1)二氧化硅晶体①1个Si原子和______个O原子形成4个____________，每个O原子和______个Si原子相结合。
②1 ml SiO2中含______ ml Si—O。③最小环由______个Si原子和______个O原子组成。④每个Si原子被_________个12元环共用，每个O原子被______个12元环共用。(2)低温石英低温石英的结构中，顶角相连的__________________形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有_________。
1.金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内。(　 　)2．金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用。(　 　)3．1 ml金刚石晶体中含有4 ml碳碳键。(　 　)4．1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml硅氧键。(　 　)
1.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有___________________个碳原子。(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为____________g·cm－3。
(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为____________pm 。(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
2．依据金刚石的结构判断12 g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？提示：依据均摊法可知，金刚石中每个碳原子形成4条共价键，其中碳原子数与C—C共价键数之比是12，故12 g金刚石中含有的C—C数目是2NA。3．二氧化硅晶体中硅原子与和硅原子直接相连的氧原子构成的空间结构是什么？提示：二氧化硅晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。
4．二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键数目之比是多少？60 g SiO2晶体中含Si—O键的数目是多少？提示：SiO2晶体中Si原子与Si—O键数目之比为14；60 g SiO2晶体中含Si—O键的数目为4NA。
1.在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是(　 　)A．共价键具有饱和性和方向性B．共价键键能大C．二氧化硅是化合物D．二氧化硅是由非金属元素原子构成的解析：由于共价键具有方向性和饱和性导致SiO2中Si和O必须按照一定的方向和一定的数目比例进行结合，故导致在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，且不是所有化合物、所有非金属元素原子构成的物质都是原子未排列成紧密堆积结构。故选A。
2．下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是(　 　)A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连B．通常状况下，1 ml SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子D．1 ml金刚石中含有4NA个C—C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
3．碳有多种同分异构体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是(　 　)
A．在石墨烯晶体中，每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为32B．石墨烯中含碳碳双键C．金刚石晶体中，碳原子采用sp3杂化D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
1．下列关于金刚石的说法中，错误的是(　 　)A．晶体中不存在独立的分子B．碳原子间以共价键相结合C．是天然存在的硬度最大的物质D．化学性质稳定，在高温下也不与氧气发生反应解析：金刚石属于共价晶体，共价晶体由原子组成，故A正确；金刚石中碳原子以共价键的形式结合，故B正确；在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大，故C正确；在高温下金刚石可以与氧气反应生成二氧化碳，故D错误。故选D。
2．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是(　 　)A．金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子B．分子晶体中一定存在共价键C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HFD．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
解析：金刚石属于共价晶体，其中的碳采取sp3杂化轨道与周围的4个碳原子形成正四面体结构，以共价键形成空间网状结构，晶体中最小环上有6个碳原子，A项正确；分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体形成的晶体为分子晶体，稀有气体是单原子分子，原子间没有共价键，B项错误；HF分子间存在氢键，HI分子间不存在氢键，故HI的沸点低于HF，C项错误；SiO2属于共价晶体，在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D项错误。故选A。
3．下列关于晶体的说法正确的组合是(　 　)①所有分子晶体中都存在共价键②在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子③金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低④离子晶体中只有离子键⑤SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合⑥晶体中分子间作用力越大，分子越稳定⑦氯化钠熔化时离子键被破坏⑧含有共价键的晶体熔沸点都比较高，因为熔化时需要破坏共价键A．①②⑤ B．③⑤⑦C．⑤⑥⑧ D．④⑦⑧
解析：稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键，①不正确；金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，②不正确；金刚石、SiC形成共价晶体，NaF、NaCl形成离子晶体，H2O、H2S形成分子晶体，金刚石的熔点比SiC高，NaF的熔点比NaCl高，H2O分子间能形成氢键，熔点比H2S高，所以晶体的熔点依次降低，③正确；离子晶体中一定有离子键，可能有共价键，④不正确；Si的最外层电子数为4，能形成4个共价键，所以SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合，⑤正确；晶体中分子间作用力越大，熔沸点越高，但不影响分子的稳定性，⑥不正确；氯化钠熔化时，离子键被破坏，转化为自由移动的Na＋、Cl－，⑦正确；分子晶体熔化时不需要破坏共价键，所以含有共价键的晶体熔沸点不一定高，⑧不正确。故选B。
4．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是(　 　)
A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D．石墨与C60的晶体类型相同
解析：金刚石中每个碳原子形成4个C—C σ键，金刚石中碳原子采取sp3杂化，石墨烯中每个碳原子形成3个碳碳σ键，碳原子上没有孤电子对，石墨烯中碳原子采取sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，B项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同单质，四种物质完全燃烧后的产物都是CO2，C项正确；石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，石墨和C60的晶体类型不同，D项错误。故选D。