苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体教学演示课件ppt

这是一份苏教版 (2019)选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体教学演示课件ppt，共60页。
分点突破（一）　共价晶体
晶体中所有原子通过 结合，形成 ⁠结 构，这样的晶体叫做共价晶体。
②由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单 个 ⁠。
①由于共价键的饱和性和方向性，使每个中心原子周围排列 的原子数目是固定的。
由于共价晶体中原子间以较 的共价键相结合，故共价 晶体：①熔、沸点 ，②硬度 ，③一般不导 电，④难溶于常见的溶剂。
（2）影响共价晶体熔、沸点和硬度的因素
对于结构相似的共价晶体，共价键的键长越长，键能就 ⁠ ，晶体的熔、沸点 ，硬度 ⁠。
3. 共价晶体的判断（1）共价晶体的构成微粒是原子，只存在共价键，不存在其他作 用力。（2）共价晶体的化学式表示其比例组成，晶体中不存在分子。（3）常见的共价晶体有：金刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、 碳化硅。（4）共价晶体一般具有熔点高、硬度大、不溶于常见的溶剂等 特点。
下表是金刚石、碳化硅和晶体硅的键能、键长、熔点和硬度的数据：
1. 金刚石具有很高的熔点和很大的硬度，为什么？
提示：金刚石晶体中碳原子之间通过共价键结合而形成空间网状结 构，由于C—C键的键长短，键能大，故金刚石的熔点很高，硬度 很大。
2. 氮化硼是一种超硬、耐磨、耐高温的新型材料，请判断氮化硼属于 哪种晶体？
3. 含共价键的晶体一定是共价晶体吗？
提示：不一定。共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一 定是共价晶体，如NaOH、NH4NO3中均含有共价键，但均为离 子晶体。
1. （2024·盐城高二检测）金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚 石的说法错误的是（　　）
解析： 　在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成三维骨架结 构，不存在分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键 键能很高，所以金刚石的硬度很大，A、B、C项正确；由于金刚石 是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2或CO，D项 错误。
2. 下列属于共价晶体的化合物的是（　　）
解析： 　A项，晶体硅是单质，错误；B项，H3PO4不是共价晶 体，错误；C项，金刚石是单质，错误；D项，SiO2是共价晶体， 且属于化合物，正确。
3. （2024·盐城高二检测）已知C3N4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C3N4晶体的说法错误的 是（　　）
解析：　C3N4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，只含极性共价键，不含非极性共价键，A错 误，C正确；C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，则C3N4晶体 为共价晶体，其C—N键比C—C键更牢固，则该晶体的熔点比 金刚石高，B、D正确。
分点突破（二）　常见共价晶体的结构
1. 典型的共价晶体（1）金刚石在晶体中，碳原子与周围4个原子以共价键相结合，C—C键 之间的夹角为109°28'。
（2）碳化硅晶体碳化硅晶体与金刚石晶体结构相似，其空间结构中碳原子和 硅原子交替排列，所以在整个晶体中，碳原子和硅原子的个 数之比为1∶1（如图）。
（3）晶体硅若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体 硅的结构，晶体硅中的硅原子与其他4个硅原子以共价键结 合。不同的是Si—Si键键长＞C—C键键长。
（4）二氧化硅晶体①结构图示
②在二氧化硅晶体里，硅原子和氧原子交替排列，1个硅原子 与4个氧原子形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子形成2 个共价键。
④在SiO2晶体中，最小的环为6个硅原子和6个氧原子组成的 十二元环。
⑤ n ml SiO2晶体中，Si—O键为4 n ml，即1 ml Si可以形成 4 ml Si—O键。
2. 晶体结构分析的方法（1）迁移应用法第一步，判断所给物质的晶体类型；第二步，找出类似于此 结构的相对应的已知晶体结构；第三步，根据已学过的已知 晶体结构进行对比分析。（2）均摊法和比例法当分析微粒间作用力和微粒数之间的关系时，常用均摊法和 比例法。
1. 金刚石晶体的结构如图所示。
金刚石晶体结构中，C—C键的键长为0.154 nm，键角为109°28'， 键能为348 kJ·ml－1。
（1）最小碳环由 　　个碳原子组成，且最小环上的碳原子不在同 一平面内，形成立体的六元环状结构。每个碳原子参与的六 元环数为12，则最小碳环实际占有的碳原子数为 　　。
（2）在金刚石晶体结构中，碳原子数与C—C键数之比是多少？
（3）在金刚石晶胞中含有几个碳原子？配位数是多少？
2. 氮化硼（BN）是一种新型无机非金属材料，具有多种结构，其中 一种氮化硼的硬度仅次于金刚石，它是一种共价晶体，其晶胞结构 如图所示。
（1）每个B原子周围有 　　个N原子，每个N原子周围有 　　个B 原子，每个N原子周围有 　　个N原子。
（2）在BN中有配位键，其中配位键 　　　　→ 　　。（填“B” 或“N”）
1. 二氧化硅晶体是空间网状结构，其结构如图所示。下列关于二氧化 硅晶体的说法不正确的是（　　）
解析：　由题图知，每个Si原子连有4个O原子，每个O原子连有2 个Si原子，Si原子、O原子个数比为1∶2；晶体中最小环上含有6个 Si原子和6个O原子，最小环上的原子总数为12；晶体中每个Si原子形成四对共用电子对，每个O原子形成两对共用电子对，二者都满足最外层8电子结构。
2. 碳化硅的晶体结构与晶体硅类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C键 的数目之比为（　　）
解析：　SiC属于共价晶体，晶体中每个Si原子连有4个Si—C键， 故Si和Si—C键数目之比为 1∶4。
3. 氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬 度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。氮化铝晶胞结构如 图所示。下列有关描述错误的是（　　）
晶体结构投影图（归纳与论证）
【典例】　铁氮化合物是磁性材料领域研究中的热点课题之一。晶体 中铁的堆积方式为面心立方堆积，氮原子位于体心，沿 z 轴投影如图 所示，已知阿伏加德罗常数的值为 NA，Fe（Ⅰ）、Fe（Ⅱ）原子最近距 离为 a pm。
（2）计算该晶体密度为 　　g·cm－3。
【规律方法】1. 晶胞投影用一组光线将晶胞投射到一个平面上去，在该平面上得到的图像就 是晶胞投影。2. 晶胞中原子投影的规律（1）投影在顶点，原子可能在立方晶胞的顶点，或立棱的棱心
（2）投影在边的中心，原子可能在立方晶胞的面心，或上下面的 棱心
（3）投影在平行四边形的中心，原子可能在上下面的面心或体心
（4）投影在正方形均分为四个小正方形的中心，原子在晶胞内部4 个或8个正四面体空隙
【迁移应用】1. （2024·连云港高二检测）CdTe的晶胞如图1所示，与一个Cd原子 等距且最近的Te原子有 　　个。请在图2中画出该晶胞沿 z 轴方向的 平面投影图。
答案：4　
解析：CdTe晶胞中，Te位于晶胞内部，Cd位于晶胞顶点和面心， 因此与一个Cd原子等距且最近的Te原子有4个。
2. （2024·泰州高二检测）AgN5的晶体结构与AgI相似。AgI的结构分 为α-AgI和γ-AgI，γ-AgI立方晶胞的示意图见图1，图2是晶胞正上方 的俯视投影图，图中黑球（实心球）表示I－。
（1）请在图2中用白球（空心球）表示出Ag＋的位置。
解析：根据γ-AgI立方晶胞的示意图，可以理解为有八 个小立方体，银离子在其中四个小立方体的体心位置，根据 从上方的俯视图得出银离子在每个小正方形的中心位置，即 用白球（空心球）表示出Ag＋的位置为 。
3. （2024·淮安高二检测）以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以 表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。磷化硼晶体晶胞的 示意图如图1，图2是晶胞沿着体对角线方向的投影图。
（2）图2中“N”球表示 原子（填元素符号）。
解析：根据晶胞结构分析，磷化硼晶体晶胞沿着体对角 线方向可以观察到六边形，中心B与P重合，六边形中形成倒 立的正三角，所以N球表示B原子。
1. （2024·常州高二检测）我国自主研发的“深地一号”为进军万米 深度提供核心装备。制造钻头用的金刚石为（　　）
解析：　制造钻头用的金刚石属于共价晶体。
2. 有关共价晶体的叙述，错误的是（　　）
解析：　由于共价键有方向性，共价晶体中原子不遵循紧密堆积 原理，A项正确；共价晶体中不存在独立的分子，C项正确；共价 晶体熔化时要破坏共价键，D项正确；金属钨的熔点为3 410 ℃， 而晶体硅的熔点为1 415 ℃，B项错误。
3. 根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是（　　）
解析：　共价晶体的特点是熔点高、硬度大、不导电、难溶于一 般溶剂。
5. 二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体模型如图所示。请认真观 察该晶体模型，回答以下问题：二氧化硅的晶胞结构
（1）二氧化硅晶体中最小环为 元环。
解析：如将金刚石晶体中的碳原子换成硅原子，则可得到晶体硅。与金刚石晶体相比，晶体硅中原子半径较大，Si—Si键的键长较长。如在每个Si—Si键中插入一个氧原子，则可得到SiO2晶体。二氧化硅晶体中的最小环应为十二元环（6个碳原子和6个硅原子交替成环）。
（2）每个硅原子为 个最小环共有。
解析：每个硅原子为12个最小环共有。
（3）每个最小环平均拥有 个硅原子、 个氧原子。
题组一　共价晶体1. （2024·连云港高二检测）晶体硅在信息技术产业中有重要应用。 下列关于晶体硅的说法不正确的是（　　）
解析： 　晶体硅是熔沸点高、硬度大的共价晶体，属于性能优良 的无机非金属材料，可用于制半导体芯片，但不能用于制光导纤 维，选B。
2. 下列有关叙述错误的是（　　）
3. （2024·扬州高二检测）碳化硅（SiC）晶体结构与金刚石相似，俗 称金刚砂。下列说法正确的是（　　）
解析： 　SiC晶体中，硅、碳元素的质量比为28∶12＝7∶3，A项 错误；SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，熔点较高，B 项正确，D项错误；SiC晶体属于共价晶体，硬度较大，C项错误。
4. 下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
分析表中的数据，下列叙述正确的是（　　）
解析：　共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价 键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关，原子 半径越小，键能越大，共价晶体的熔点越高，硬度越大。
题组二　常见共价晶体的结构5. 如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金刚石的说法正确的是 （　　）
6. （2024·无锡高二检测）晶体硼的结构如图所示，熔点2 573 K。已 知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边 三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。下列 有关说法不正确的是（　　）
7. “天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅增强铝基复合材 料。碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀 性等性能，结构如图所示，下列叙述不正确的是（　　）
解析： 　碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性，碳化硅为共 价晶体，A正确；碳化硅和金刚石都是共价晶体，Si原子半径大于 C原子，Si—C键的键长比C—C键的长，键能小，故碳化硅的熔点 比金刚石低，B正确；碳化硅中，1个C和4个Si形成4个Si—C键， 故1 ml碳化硅中含4 ml Si—C键，C错误；碳化硅中，碳原子和硅 原子都通过4个键与紧邻的原子形成四面体结构，D正确。
题组三　投影图8. 有一种氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。
氮化硼晶胞的俯视投影图是（　　）
9. InP晶体属于立方晶系，其晶胞结构如图1所示，晶胞参数为 a nm， 若沿 y 轴方向观察该晶胞，可得投影图如图2所示。已知 NA为阿伏 加德罗常数的值，下列说 法不正确的是（　　）
10. （2024·泰州高二检测）氮化硼（BN）是一种重要的功能陶瓷材 料。以天然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN， 如图1所示。下列叙述错误的是（　　）
11. 一种广谱性熏蒸杀虫剂，其晶体熔点约为2 000 ℃，晶胞结构如图 所示。已知该晶体的密度为ρ g·cm－3， NA表示阿伏加德罗常数的 值。下列有关该晶体的说法错误的是（　　）
12. 图1、图2、图3分别表示金刚石晶体结构、金刚石晶胞示意图和二氧化硅晶体结构，下列叙述正确的是（　　）
13. （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原子周围最近的C原 子数目为 ；若晶胞的边长为 a pm，则金刚砂的密度表达式 为 ⁠。
解析：金刚砂（SiC）的硬度为9.5，硬度大，属于共价晶体；在SiC中，每个碳原子周围最近的碳原子数目为12；
（2）硅的某种单质的晶胞如图乙所示。若该硅晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为 NA，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）。