第二節(jié)　分子晶體與共價(jià)晶體
?1．能辨識(shí)常見(jiàn)的共價(jià)晶體，并能從微觀角度分析共價(jià)晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用對(duì)共價(jià)晶體物理性質(zhì)的影響。2．能利用共價(jià)晶體的通性推斷常見(jiàn)的共價(jià)晶體，并能利用均攤法對(duì)晶胞進(jìn)行分析。
1．共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)(1)概念相鄰原子間以____________相結(jié)合形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。(2)構(gòu)成微粒及微粒間作用力
一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)
(3)物理性質(zhì)①共價(jià)晶體中，由于各原子均以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，因此一般熔點(diǎn)_________，硬度_________，______溶于常見(jiàn)溶劑，一般______導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)_________，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。
2．常見(jiàn)共價(jià)晶體及物質(zhì)類(lèi)別(1)某些單質(zhì)：如_____________、_________________、鍺(Ge)、____________等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物：如剛玉(Al2O3)等。
1.由原子直接構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體。(　 　)2．共價(jià)晶體在固態(tài)或熔化時(shí)均不導(dǎo)電。(　 　)3．共價(jià)晶體由于硬度及熔、沸點(diǎn)都較高，故常溫時(shí)不與其他物質(zhì)反應(yīng)。(　 　)4．二氧化硅和干冰雖然是同一主族的氧化物，但屬于不同的晶體類(lèi)型。(　 　)
1.“具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體”。這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？提示：此說(shuō)法不對(duì)?！熬哂泄矁r(jià)鍵”并不是判定共價(jià)晶體的唯一條件，大部分分子晶體中也有共價(jià)鍵，如冰和干冰晶體都是分子晶體，但H2O和CO2中存在共價(jià)鍵。對(duì)共價(jià)晶體的認(rèn)識(shí)除了要求“具有共價(jià)鍵”外，還要求形成晶體的粒子是原子。
2．碳和硅同主族，它們的氧化物CO2和SiO2，為什么物理性質(zhì)差異很大？提示：CO2的晶體是分子晶體，晶體中CO2分子之間通過(guò)范德華力相結(jié)合，每個(gè)CO2分子是由一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成的。SiO2是共價(jià)晶體，硅原子和氧原子之間通過(guò)共價(jià)鍵相互結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶體中不存在小分子。
3．金剛石、碳化硅、晶體硅均具有相似的結(jié)構(gòu)，下表列出了它們的鍵長(zhǎng)、鍵能、熔點(diǎn)和硬度的數(shù)據(jù)。
(1)使共價(jià)晶體熔化，需要破壞的粒子間作用力是什么？使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的這種具體的作用力又是什么？提示：使共價(jià)晶體熔化，需要破壞共價(jià)鍵。使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的是C—C、C—Si、Si—Si。
(2)共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度等物理性質(zhì)與共價(jià)晶體中共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)、鍵能之間存在什么關(guān)系？提示：結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，其原子間形成共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高，硬度就越大。(3)如果不提供上述表格中的數(shù)據(jù)，根據(jù)元素周期表，你能判斷金剛石、碳化硅、晶體硅的鍵長(zhǎng)、鍵能、熔點(diǎn)和硬度的相對(duì)大小嗎？說(shuō)出你的判斷方法。提示：能。根據(jù)元素周期表，碳和硅為同一主族元素，原子半徑：C碳化硅>晶體硅。
1.下列物質(zhì)中，屬于共價(jià)晶體的化合物是(　 　)A．無(wú)色水晶 B．晶體硅C．金剛石 D．干冰解析：A項(xiàng)，無(wú)色水晶是共價(jià)晶體，屬于化合物，符合題意；B項(xiàng)，晶體硅是單質(zhì)，不符合題意；C項(xiàng)，金剛石是單質(zhì)，不符合題意；D項(xiàng)，干冰屬于化合物，但它是分子晶體，不符合題意。
2．下列晶體性質(zhì)的比較中不正確的是(　 　)A．熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>晶體硅B．沸點(diǎn)：NH3>PH3C．硬度：K>Na>LiD．熔點(diǎn)：SiI4>SiBr4>SiCl4
解析：三種物質(zhì)都是共價(jià)晶體，因?yàn)镃的原子半徑小于Si的，所以鍵長(zhǎng)：C—C鍵Si—Si鍵，鍵能越大，共價(jià)晶體的熔點(diǎn)越高，A正確；NH3和PH3都是分子晶體，但NH3分子間存在氫鍵，故NH3的沸點(diǎn)較高，B正確；Li、Na、K位于同一主族，從上到下核電荷數(shù)遞增、原子半徑與離子半徑遞增，金屬鍵的強(qiáng)度遞減，則硬度：Li>Na>K，C錯(cuò)誤；鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結(jié)構(gòu)相似，分子間不存在氫鍵，故相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，熔點(diǎn)越高，D正確。故選C。
晶體熔、沸點(diǎn)和硬度的比較方法(1)先判斷晶體類(lèi)型。主要依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒及其微粒間的作用力。對(duì)于不同類(lèi)型的晶體，一般來(lái)說(shuō)，共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)高于分子晶體，共價(jià)晶體的硬度大于分子晶體。(2)對(duì)于同一類(lèi)型的晶體①共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高低、硬度大小取決于共價(jià)鍵的強(qiáng)弱。原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。②分子晶體的熔、沸點(diǎn)高低取決于分子間作用力，分子間作用力與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，同時(shí)還要考慮分子極性及是否存在氫鍵。
1．金剛石晶體(1)在金剛石晶體中，每個(gè)碳原子以四個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的4個(gè)碳原子結(jié)合，C—C—C夾角為_(kāi)_______________________，即金剛石中的碳采取____________雜化軌道形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)。
二、常見(jiàn)共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)分析
(2)晶體中最小的碳環(huán)由______個(gè)碳原子組成，且不在同一平面內(nèi)，最多有______個(gè)碳原子在同一平面。(3)每個(gè)C形成4個(gè)C—C，每個(gè)C—C占有______個(gè)C，即C原子與C—C之比為_(kāi)___________。(4)每個(gè)C原子被_________個(gè)六元環(huán)共用，1個(gè)碳環(huán)占有的碳原子為_(kāi)___________個(gè)。
2．晶體硅把金剛石中的C原子換成Si原子，得到晶體硅的結(jié)構(gòu)，不同的是 Si—Si鍵長(zhǎng)______C—C鍵長(zhǎng)。3．二氧化硅
(1)二氧化硅晶體①1個(gè)Si原子和______個(gè)O原子形成4個(gè)____________，每個(gè)O原子和______個(gè)Si原子相結(jié)合。
②1 ml SiO2中含______ ml Si—O。③最小環(huán)由______個(gè)Si原子和______個(gè)O原子組成。④每個(gè)Si原子被_________個(gè)12元環(huán)共用，每個(gè)O原子被______個(gè)12元環(huán)共用。(2)低溫石英低溫石英的結(jié)構(gòu)中，頂角相連的__________________形成螺旋上升的長(zhǎng)鏈，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有_________。
1.金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)。(　 　)2．金剛石晶體中每個(gè)碳原子被12個(gè)碳原子環(huán)所共有，每個(gè)C—C被6個(gè)六元環(huán)共用。(　 　)3．1 ml金剛石晶體中含有4 ml碳碳鍵。(　 　)4．1 ml二氧化硅晶體中含有4 ml硅氧鍵。(　 　)
1.金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問(wèn)題。
(1)一個(gè)金剛石晶胞中含有___________________個(gè)碳原子。(2)已知晶胞參數(shù)為a pm，則金剛石的密度為_(kāi)___________g·cm－3。
(3)晶體中兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為_(kāi)___________pm 。(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關(guān)系？
2．依據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)判斷12 g金剛石晶體中含C—C共價(jià)鍵的數(shù)目是多少？提示：依據(jù)均攤法可知，金剛石中每個(gè)碳原子形成4條共價(jià)鍵，其中碳原子數(shù)與C—C共價(jià)鍵數(shù)之比是12，故12 g金剛石中含有的C—C數(shù)目是2NA。3．二氧化硅晶體中硅原子與和硅原子直接相連的氧原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)是什么？提示：二氧化硅晶體中Si原子與其周?chē)噙B的4個(gè)氧原子形成正四面體結(jié)構(gòu)。
4．二氧化硅晶體中Si原子與Si—O鍵數(shù)目之比是多少？60 g SiO2晶體中含Si—O鍵的數(shù)目是多少？提示：SiO2晶體中Si原子與Si—O鍵數(shù)目之比為14；60 g SiO2晶體中含Si—O鍵的數(shù)目為4NA。
1.在二氧化硅晶體中原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)，其原因是(　 　)A．共價(jià)鍵具有飽和性和方向性B．共價(jià)鍵鍵能大C．二氧化硅是化合物D．二氧化硅是由非金屬元素原子構(gòu)成的解析：由于共價(jià)鍵具有方向性和飽和性導(dǎo)致SiO2中Si和O必須按照一定的方向和一定的數(shù)目比例進(jìn)行結(jié)合，故導(dǎo)致在二氧化硅晶體中原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)，且不是所有化合物、所有非金屬元素原子構(gòu)成的物質(zhì)都是原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)。故選A。
2．下列關(guān)于SiO2和金剛石的敘述正確的是(　 　)A．SiO2的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)Si原子與2個(gè)O原子直接相連B．通常狀況下，1 ml SiO2晶體中含有的分子數(shù)為NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C．金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價(jià)鍵形成的最小環(huán)上有6個(gè)碳原子D．1 ml金剛石中含有4NA個(gè)C—C鍵(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)
3．碳有多種同分異構(gòu)體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說(shuō)法不正確的是(　 　)
A．在石墨烯晶體中，每個(gè)正六元環(huán)擁有的共價(jià)鍵和碳原子數(shù)之比為32B．石墨烯中含碳碳雙鍵C．金剛石晶體中，碳原子采用sp3雜化D．金剛石晶體中最小的碳環(huán)上有6個(gè)碳原子
1．下列關(guān)于金剛石的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是(　 　)A．晶體中不存在獨(dú)立的分子B．碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合C．是天然存在的硬度最大的物質(zhì)D．化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫下也不與氧氣發(fā)生反應(yīng)解析：金剛石屬于共價(jià)晶體，共價(jià)晶體由原子組成，故A正確；金剛石中碳原子以共價(jià)鍵的形式結(jié)合，故B正確；在天然存在的物質(zhì)中，金剛石的硬度最大，故C正確；在高溫下金剛石可以與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，故D錯(cuò)誤。故選D。
2．下列關(guān)于共價(jià)晶體、分子晶體的敘述中，正確的是(　 　)A．金剛石為共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)，晶體中的最小環(huán)上有6個(gè)碳原子B．分子晶體中一定存在共價(jià)鍵C．HI的相對(duì)分子質(zhì)量大于HF，所以HI的沸點(diǎn)高于HFD．在SiO2晶體中，1個(gè)硅原子和2個(gè)氧原子形成2個(gè)共價(jià)鍵
解析：金剛石屬于共價(jià)晶體，其中的碳采取sp3雜化軌道與周?chē)?個(gè)碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，以共價(jià)鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶體中最小環(huán)上有6個(gè)碳原子，A項(xiàng)正確；分子晶體中不一定存在共價(jià)鍵，如稀有氣體形成的晶體為分子晶體，稀有氣體是單原子分子，原子間沒(méi)有共價(jià)鍵，B項(xiàng)錯(cuò)誤；HF分子間存在氫鍵，HI分子間不存在氫鍵，故HI的沸點(diǎn)低于HF，C項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2屬于共價(jià)晶體，在SiO2晶體中1個(gè)Si原子和4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。故選A。
3．下列關(guān)于晶體的說(shuō)法正確的組合是(　 　)①所有分子晶體中都存在共價(jià)鍵②在晶體中只要有陽(yáng)離子就一定有陰離子③金剛石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶體的熔點(diǎn)依次降低④離子晶體中只有離子鍵⑤SiO2晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合⑥晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定⑦氯化鈉熔化時(shí)離子鍵被破壞⑧含有共價(jià)鍵的晶體熔沸點(diǎn)都比較高，因?yàn)槿刍瘯r(shí)需要破壞共價(jià)鍵A．①②⑤ B．③⑤⑦C．⑤⑥⑧ D．④⑦⑧
解析：稀有氣體形成的分子晶體中不存在共價(jià)鍵，①不正確；金屬晶體中有陽(yáng)離子，但沒(méi)有陰離子，②不正確；金剛石、SiC形成共價(jià)晶體，NaF、NaCl形成離子晶體，H2O、H2S形成分子晶體，金剛石的熔點(diǎn)比SiC高，NaF的熔點(diǎn)比NaCl高，H2O分子間能形成氫鍵，熔點(diǎn)比H2S高，所以晶體的熔點(diǎn)依次降低，③正確；離子晶體中一定有離子鍵，可能有共價(jià)鍵，④不正確；Si的最外層電子數(shù)為4，能形成4個(gè)共價(jià)鍵，所以SiO2晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合，⑤正確；晶體中分子間作用力越大，熔沸點(diǎn)越高，但不影響分子的穩(wěn)定性，⑥不正確；氯化鈉熔化時(shí)，離子鍵被破壞，轉(zhuǎn)化為自由移動(dòng)的Na＋、Cl－，⑦正確；分子晶體熔化時(shí)不需要破壞共價(jià)鍵，所以含有共價(jià)鍵的晶體熔沸點(diǎn)不一定高，⑧不正確。故選B。
4．金剛石、石墨、C60和石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖所示，下列說(shuō)法不正確的是(　 　)
A．金剛石和石墨烯中碳原子的雜化方式不同B．金剛石、石墨、C60和石墨烯的關(guān)系：互為同素異形體C．這四種物質(zhì)完全燃燒后的產(chǎn)物都是CO2D．石墨與C60的晶體類(lèi)型相同
解析：金剛石中每個(gè)碳原子形成4個(gè)C—C σ鍵，金剛石中碳原子采取sp3雜化，石墨烯中每個(gè)碳原子形成3個(gè)碳碳σ鍵，碳原子上沒(méi)有孤電子對(duì)，石墨烯中碳原子采取sp2雜化，A項(xiàng)正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質(zhì)，互為同素異形體，B項(xiàng)正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質(zhì)，四種物質(zhì)完全燃燒后的產(chǎn)物都是CO2，C項(xiàng)正確；石墨屬于混合型晶體，C60屬于分子晶體，石墨和C60的晶體類(lèi)型不同，D項(xiàng)錯(cuò)誤。故選D。

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第二節(jié) 分子晶體與共價(jià)晶體

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