知道共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能辨識(shí)常見的共價(jià)晶體。
認(rèn)識(shí)金剛石晶體中碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)，能借助共價(jià)晶體的晶體結(jié)構(gòu)模型說明共價(jià)晶體中粒子間的相互作用，促進(jìn)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。
重點(diǎn)：共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)。
難點(diǎn)：共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)。
共價(jià)晶體
(1)相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合形成 結(jié)構(gòu)的晶體，不存在單個(gè)的小分子。
(2)
(3)物理性質(zhì)
共價(jià)晶體由于原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，熔化時(shí)必需破壞共價(jià)鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以一般熔點(diǎn) ，硬度 。
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
(1)金剛石是典型的 ，天然的金剛石經(jīng)常呈現(xiàn)規(guī)則多面體的外形。C—C—C夾角為 ，即金剛石中的碳以 雜化軌道形成共價(jià)鍵。
(2)金剛石里的C—C共價(jià)鍵的鍵長 ，鍵能很大，這一結(jié)構(gòu)使金剛石在所有已知晶體中硬度 ，而且熔點(diǎn)也 。
SiO2的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
(1)SiO2是另一種典型的共價(jià)晶體，熔點(diǎn)為1713 ℃，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是 ，其結(jié)構(gòu)中有頂角相連的 形成螺旋上升的長鏈，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有 ，被廣泛用作壓電材料。
(2)SiO2具有許多重要用途，是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。
其他常見的共價(jià)晶體
(1)某些單質(zhì)，如硼、 、鍺和灰錫等。
(2)某些非金屬化合物，如 (俗稱金剛砂)、氮化硼(BN)等。
1．判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”。
(1)共價(jià)晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。( )
(2)共價(jià)晶體可能含有離子鍵。( )
(3)共價(jià)晶體的原子間只存在共價(jià)鍵，而分子晶體內(nèi)只存在范德華力。( )
(4)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。( )
(5)通常狀況下，60 g 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)。( )
(6)由原子直接構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體。( )
2．根據(jù)下表中給出的有關(guān)數(shù)據(jù)，判斷下列說法中錯(cuò)誤的是( )
A.SiCl4是分子晶體
B．晶體硼是共價(jià)晶體
C．AlCl3是分子晶體，加熱能升華
D．金剛石中的C—C鍵比晶體硅中的Si—Si鍵弱
3．有下列幾種晶體：A.無色水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金剛石，E.晶體氬，F(xiàn).干冰。
(1)屬于分子晶體的是________(填字母，下同)。
(2)屬于共價(jià)晶體的化合物是________。
(3)受熱熔化時(shí)化學(xué)鍵不發(fā)生變化的晶體是________，受熱熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵的晶體是________。
(4)晶體中存在氫鍵的是________。
(5)晶體中不存在化學(xué)鍵的是________。
考點(diǎn)1分子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和物理性質(zhì)
典型共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)模型
注意：(1)二氧化硅晶體中，沒有獨(dú)立存在的SiO2分子，所以SiO2僅是代表二氧化硅晶體的元素組成的化學(xué)式，而不是二氧化硅晶體的分子式。
(2)金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等共價(jià)晶體中的成鍵數(shù)目：①金剛石(或晶體硅)中，1 ml C(或Si)形成2 ml C—C(或Si—Si)鍵；②碳化硅晶體中，1 ml碳或1 ml硅均形成4 ml C—Si鍵；③SiO2晶體中，1 ml SiO2晶體中有4 ml Si—O鍵。
共價(jià)晶體的物理特性及熔點(diǎn)比較
(1)共價(jià)晶體的物理性質(zhì)
①一般熔點(diǎn)都很高、硬度都很大。
②一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體。
③難溶于常見的溶劑。
(2)共價(jià)晶體熔點(diǎn)比較
對結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。如金剛石、碳化硅、晶體硅的物理性質(zhì)見下表：
由于金剛石、碳化硅、晶體硅的結(jié)構(gòu)相似，C原子半徑小于Si原子半徑，鍵能：C—C鍵>C—Si鍵>Si—Si鍵，所以三者的熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>晶體硅。
氮化碳部分結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中β-氮化碳的硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料。下列有關(guān)氮化碳的說法錯(cuò)誤的是( )
A．β-氮化碳屬于共價(jià)晶體，其化學(xué)鍵比金剛石的更穩(wěn)定
B．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
C．β-氮化碳的化學(xué)式為C3N4，其中氮顯－3價(jià)，碳顯＋4價(jià)
D．該晶體與金剛石結(jié)構(gòu)相似，都是原子間以非極性鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
下列關(guān)于C、Si及其化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的論述錯(cuò)誤的是
A．鍵能 C-C＞Si-Si、C-H＞Si-H ，因此C2H6穩(wěn)定性大于Si2H6
B．立方型SiC是與金剛石成鍵、結(jié)構(gòu)均相似的共價(jià)晶體，因此具有很高的硬度和熔點(diǎn)
C．常溫下C、Si的最高價(jià)氧化物晶體類型相同，性質(zhì)相同。
D．Si原子間難形成雙鍵而C原子間可以，是因?yàn)镾i的原子半徑大于C，難形成 鍵
一、選擇題(每小題只有1個(gè)選項(xiàng)符合題意)
1．下列物質(zhì)屬于共價(jià)晶體的是( )
①干冰 ②SiO2 ③晶體硅 ④白磷 ⑤氨基乙酸 ⑥固態(tài)He
A．①③④⑤⑥ B．②③④⑥
C．②③ D．①②⑤⑥
2．下列關(guān)于共價(jià)晶體和分子晶體的說法不正確的是( )
A．共價(jià)晶體硬度通常比分子晶體大
B．共價(jià)晶體的熔點(diǎn)較高
C．分子晶體中有的水溶液能導(dǎo)電
D．金剛石、水晶和干冰都屬于共價(jià)晶體
3．為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是
A．1 ml 被CO還原成Fe，轉(zhuǎn)移個(gè)電子
B．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L H2O含有的共價(jià)鍵總數(shù)為
C．常溫下，將0.5 ml Fe投入濃硫酸中，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為
D．2 ml 中含個(gè)分子
4．下列說法正確的是
A．相同條件下，PH3 比 NH3易溶于水、易液化
B．NCl3的空間結(jié)構(gòu)和 VSEPR 模型都為四面體形
C．基態(tài)氣態(tài)25Mn2+再失去1個(gè)電子比基態(tài)氣態(tài)26Fe2+再失去1個(gè)電子難
D．AlN 和 GaN的成鍵結(jié)構(gòu)與金剛石相似，為共價(jià)晶體，GaN 的熔點(diǎn)高于AlN
5．氮氧化鋁(AlON)屬于共價(jià)晶體，是一種高強(qiáng)度透明材料，下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A．AlON和SiO2所含化學(xué)鍵的類型相同
B．電解熔融AlON可得到Al
C．AlON中N元素的化合價(jià)為－1
D．AlON和SiO2的晶體類型相同
6．下列晶體性質(zhì)的比較中錯(cuò)誤的是( )
A．熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>晶體硅
B．沸點(diǎn)：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔點(diǎn)：SiI4>SiBr4>SiCl4
7．下列說法正確的是(NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值)( )
A．在含2 ml Si—O鍵的二氧化硅晶體中，氧原子的數(shù)目為4NA
B．30 g二氧化硅晶體中含有0.5NA個(gè)二氧化硅分子
C．金剛石的熔點(diǎn)高與C—C鍵的鍵能有關(guān)
D．晶體硅、晶體氖均是由相應(yīng)原子直接構(gòu)成的共價(jià)晶體
8．將SiCl4與過量的液氨反應(yīng)可生成化合物Si(NH2)4。將該化合物在無氧條件下高溫灼燒，可得到氮化硅(Si3N4)固體，氮化硅是一種新型耐高溫、耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。下列推斷可能正確的是( )
A．SiCl4、Si3N4的晶體類型相同
B．Si3N4晶體是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
C．C3N4的熔點(diǎn)比Si3N4的低
D．SiCl4晶體在熔化過程中化學(xué)鍵斷裂
9．已知C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合，下列關(guān)于晶體說法正確的是
A．C3N4晶體中每個(gè)C原子連接4個(gè)N原子，而每個(gè)N原子連接3個(gè)C原子
B．C3N4晶體中，C—N鍵的鍵長比金剛石中C—C鍵的鍵長要長
C．C3N4晶體是分子晶體
D．C3N4晶體中微粒間通過離子鍵結(jié)合
10．中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同合成了T-碳。T-碳是將金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由4個(gè)碳原子形成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代形成的碳的一種新型三維立方晶體，結(jié)構(gòu)如圖1所示。下列說法錯(cuò)誤的是( )
A．每個(gè)T-碳晶胞中含32個(gè)碳原子
B．T-碳結(jié)構(gòu)中的最小夾角為109°28′
C．T-碳屬于共價(jià)晶體
D．如圖2是T-碳晶胞的俯視圖
11.已知SiC晶體具有較大的硬度，且原子間均以單鍵結(jié)合，下列關(guān)于SiC晶體的說法正確的是（ ）
A.SiC晶體是分子晶體
B.SiC晶體中C—Si鍵的鍵長比金剛石中C—C鍵的鍵長要短
C.SiC晶體中粒子間通過離子鍵結(jié)合
D.SiC晶體中每個(gè)C原子連接4個(gè)Si原子，而每個(gè)Si原子連接4個(gè)C原子
12．單質(zhì)硼有無定型和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)，回答下列問題：
(1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)已知晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，如圖。其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)上各有一個(gè)硼原子。通過觀察及推算，此基本結(jié)構(gòu)單元由________個(gè)硼原子構(gòu)成，其中B—B鍵的鍵角為________，B—B鍵的鍵數(shù)為________。
13．請回答下列問題：
(1)31Ga基態(tài)原子的核外電子排布式是________________。某種半導(dǎo)體材料由Ga和As兩種元素組成，該半導(dǎo)體材料的化學(xué)式是________，其晶體結(jié)構(gòu)類型可能為________。
(2)如圖是氮化鎵的晶胞結(jié)構(gòu)：
氮化鎵中鎵原子的雜化方式為________，每個(gè)氮原子共與________個(gè)鎵原子相結(jié)合。
(3)立方氮化硼結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長為a cm，立方氮化硼晶胞中含有________個(gè)氮原子、________個(gè)硼原子。
14．(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，則金剛砂晶體類型為________；在SiC中，每個(gè)C原子周圍最近的C原子數(shù)目為________；若晶胞的邊長為a pm，則金剛砂的密度表達(dá)式為______________。
(2)硅的某種單質(zhì)的晶胞如圖乙所示。GaN晶體與該硅晶體相似。則GaN晶體中，每個(gè)Ga原子與________個(gè)N原子相連，與同一個(gè)Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為______________。若該硅晶體的密度為ρ g·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶體中最近的兩個(gè)硅原子之間的距離為________cm(用代數(shù)式表示即可)。AlCl3
SiCl4
晶體硼
金剛石
晶體硅
熔點(diǎn)/℃
190
－60
2300
3550
1410
沸點(diǎn)/℃
183
57
2550
4827
2355
物質(zhì)
晶體結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
金剛石
a.在晶體中每個(gè)碳原子以4個(gè)共價(jià)單鍵對稱地與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)
b．晶體中C—C—C夾角為
109°28′，碳原子采取sp3雜化
c．最小環(huán)上有6個(gè)碳原子且六個(gè)碳原子不在同一平面內(nèi)
d．晶體中C原子個(gè)數(shù)與C—C鍵個(gè)數(shù)之比為1∶eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(4×\f(1,2)))＝1∶2
二氧化硅
a.每個(gè)Si與4個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)
b．每個(gè)正四面體占有1個(gè)Si，4個(gè)“eq \f(1,2)O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2
c．最小環(huán)上有12個(gè)原子，即6個(gè)O，6個(gè)Si
晶體
鍵能/(kJ·ml－1)
熔點(diǎn)/℃
硬度
金剛石
(C—C)347
3350
10
碳化硅
(C—Si)301
2600
9
晶體硅
(Si—Si)226
1415
7
物質(zhì)
金剛石
晶體硅
晶體硼
熔點(diǎn)/K
大于3 828
1 683
2 573
沸點(diǎn)/K
5 100
2 628
2 823
硬度/Mb
10
7.0
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第二節(jié) 分子晶體與共價(jià)晶體

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