3.2.2 共价晶体与分子晶体学案

skybamboo · 发表于 5 小时前

第三章不同聚集状态的物质与性质
第2节　共价晶体与分子晶体

1．了解共价晶体、分子晶体的结构特点及性质。
2．能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
3．知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。

共价晶体、分子晶体的结构和性质、金刚石晶体的结构分析

1．金属晶体是指。
2．离子晶体是指   。
典型离子晶体结构类型：型、  型、型和型。
3．晶格能是指将  。
4．离子间距越，离子所带电荷越，晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越。

【联想质疑】30亿年前，地壳下处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石形成了含有少量金刚石的原生矿床。金刚石熔点高、不导电、硬度极高。金刚石的结构是怎样的？

在金刚石晶体中，碳原子采用杂化，以共价键形成一种空间网状结构，每个碳原子和与它紧邻的四个碳原子构成一个结构单元，碳原子数与C—C键键数之比为。
【观察思考】1.在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？
2.在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？
3.在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？

共价晶体

1.定义：相邻原子间以结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。

2.结构特点：由于共价键的性与性，使每个中心原子周围排列的原子数目是；由于所有原子间均以相结合，所以晶体中不存在。

3.常见的共价晶体有。

碳化硅（SiC）晶体：

碳化硅晶体也叫作，结构类似于金刚石晶体的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，在整个晶体中硅与碳的原子个数比为。

二氧化硅（SiO2）晶体：

硅原子和氧原子交替排列，1个硅原子与个氧原子形成4个共价键，每个氧原子与个硅原子形成2个共价键。每个硅原子与相邻的氧原子以共价键相结合构成结构，硅原子 ,4氧原子在，则每个占有个完整的硅原子、个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为，化学式为。

4.共价晶体的物理性质：熔点、硬度很、性质。

【交流研讨】根据下表中有关数据分析，并填写表下面的空白。

晶体	键能/(kJ·mol－1)	熔点/℃	硬度*
金刚石	(C—C)347	大于3 500	10
碳化硅	(C—Si)301	2 830	9
晶体硅	(Si—Si)226	1 412	7

(1)键能：C—CC—SiSi—Si；熔点：金刚石碳化硅晶体硅；硬度：金刚石碳化硅晶体硅(用“＞”或“＜”填空)。
(2)规律：对结构相似的共价晶体来说，原子半径，键长，键能，晶体的熔点就越高。
四.分子晶体
1.定义：之间通过结合形成的晶体。
2.常见的分子晶体：、、、。
【交流研讨】请根据表中所列数据猜想;影响不同分子晶体熔点、沸点的原因可能有哪些?

3.分子晶体的物理性质：熔沸点，硬度。影响分子晶体的主要因素是。
组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，相对分子量越大，分子间作用力，熔沸点。
【自主探究】阅读教材，探究碘晶体、二氧化碳晶体、冰晶体的结构特点，完成下表

	碘晶体	干冰	冰
晶胞或结构模型
微粒间作用力
晶胞微粒数			—

4.分子晶体的结构
分子间只存在范德华力的分子晶体，服从排列原理；分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有性、性，故不服从排列原理。
五．晶体结构的复杂性
1.石墨晶体的结构特点
(1)C原子采取杂化，C—C键之间的夹角为。
(2)石墨晶体是结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的形平面网状结构。每个C原子有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的
键。层与层之间以结合
(4)石墨中既含有，又有，同时还有的特性，因此石墨属于晶体
2.晶体结构的复杂性
(1)一方面，物质组成的导致晶体中存在多种微粒以及不同的微粒间，这也使这类晶体具有重要应用。
(2)另一方面，键、键、键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成晶体。
【归纳总结】四种晶体类型的比较

类型项目	金属晶体	共价晶体	分子晶体	离子晶体
构成晶体的微粒
离子微粒间作用
作用力强弱
确定作用力强弱的一般判断方法
电荷、半径熔、沸点
硬度
导热和导电性
溶解性(水)
组成微粒堆积方式

【课堂小结】

1．下列说法正确的是(　　)
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
B．AlCl3晶体属于共价晶体
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
2．下表是某些共价晶体的熔点和硬度。

共价晶体	金刚石	氮化硼	碳化硅	石英	晶体硅	晶体锗
熔点/ ℃	大于3 500	3 000	2 830	1 710	1 412	1 211
硬度	10	9.5	9	7	7	6.0

分析表中的数据，下列叙述正确的是(　　)
A．构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
B．构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越低
C．构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大
D．构成共价晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大
3．下列有关分子晶体的说法，正确的是(　　)
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．分子晶体中，共价键越强，键能越大，熔点越高
C．冰融化时水分子间的共价键发生断裂
D．在冰的晶体结构中由于氢键的存在，其熔点较高
4．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是(　　)
A．H2O、O3、CCl4　　       B．CCl4、(NH4)2S、H2O2
C．SO2、SiO2、CS2       D．P2O5、CO2、H3PO4
5．在硼酸[B(OH)3]分子中，硼原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中硼原子杂化轨道的类型及分子间的主要作用力分别是(　　)
A．sp　范德华力       B．sp2　范德华力
C．sp2　氢键       D．sp3　氢键
6．下列物质的熔点高低顺序，正确的是(　　)
A．金刚石＞晶体硅＞碳化硅
B．K＞Na＞Li
C．NaF＜NaCl＜NaBr
D．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4
7．下列关于物质熔点的排列顺序，不正确的是(　　)
A．HI>HBr>HCl>HF
B．I2>Br2>Cl2>F2
C．NaCl>NaBr>KBr
D．MgO>NaCl>CBr4>CF4
8．某化学兴趣小组，在学习了分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：

氯化物	NaCl	MgCl2	AlCl3	SiCl4	CaCl2
熔点/℃	801	712	190	－68	782
沸点/℃	1 465	1 418	178	57	1 600

根据表中数据分析，属于分子晶体的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2       B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2       D．全部
9．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是(　　)
A．共价晶体的硬度通常比分子晶体的大
B．共价晶体的熔、沸点较高
C．分子晶体都不溶于水
D．金刚石、水晶属于共价晶体
10．下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是(　　)
A．O2、I2、Hg       B．CO2、KCl、SiO2
C．Al、Mg、Na       D．NaCl、KCl、RbCl
11．下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A．共价晶体中可能存在非极性共价键
B．共价晶体的硬度一般比分子晶体的高
C．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
D．金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体

12.石墨的片层结构如图所示，试回答：
(1)片层中平均每个正六边形含有________个碳原子。
(2)在片层结构中，碳原子数、C—C键、六元环数之比为________。
(3)n g碳原子可构成________个正六边形。
检测反馈答案

【答案】A

【答案】D

【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。即原子半径越小，键能越大，熔点越高，硬度越大。

【答案】D

【解析】分子间作用力的大小决定分子的物理性质，而分子的稳定性取决于化学键的强弱，故A、B项错误；冰融化时克服范德华力和氢键，水分子内的共价键没有断裂，故C项错误；在冰的晶体结构中存在分子间氢键，使其熔点较高，故D项正确。

【答案】D

【解析】解析：选　A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为共价晶体。

【答案】C

【解析】因为B(OH)3分子中，硼原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构，由此可判断在B(OH)3分子中硼原子的杂化类型与石墨中碳原子的杂化类型相同，为sp2杂化；B(OH)3分子中羟基氧原子电负性很强，易与其他B(OH)3分子中的氢原子形成氢键，硼酸分子之间还存在范德华力，但氢键比范德华力强，故硼酸分子之间主要的作用力是氢键，C项正确。

【答案】D

【解析】A项，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，故熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅；B项，金属键：Li＞Na＞K，故熔点：Li＞Na＞K；C项，晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr，故熔点：NaF＞NaCl＞NaBr；D项，相对分子质量：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4，故熔点：CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4。

【答案】A

【解析】A中为分子晶体，但由于HF分子间存在氢键，故HF的熔点出现反常，不正确；B中为分子晶体，按相对分子质量由大到小排列，正确；C中为离子晶体，阴离子半径：r(Cl－)<r(Br－)，故熔点：NaCl>NaBr，阳离子半径：r(Na＋)<r(K＋)，故熔点：NaBr>KBr，正确；D中MgO、NaCl为离子晶体，由半径大小及所带电荷数知熔点：MgO>NaCl，CBr4、CF4为分子晶体，相对分子质量：CBr4>CF4，故熔点：CBr4>CF4离子晶体熔点高于分子晶体，正确。

【答案】B

【解析】分子晶体中，分子与分子之间以分子间作用力相结合，而分子间作用力较弱，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低。表中NaCl、MgCl2、CaCl2的熔、沸点较高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低，为分子晶体，所以B项正确，A、C、D项错误。

【答案】C

【解析】分子晶体有的能溶于水，如H2SO4等。

【答案】B

【解析】解析：选　A项，熔点：固体＞液体＞气体，故熔点：I2＞Hg＞O2；B项，熔点：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，故熔点：SiO2＞KCl＞CO2；C项，金属键：Al＞Mg＞Na，故熔点：Al＞Mg＞Na；D项，晶格能：NaCl＞KCl＞RbCl，故熔点：NaCl＞KCl＞RbCl。

【答案】C

【解析】同种元素的原子构成的共价晶体中存在非极性键，如金刚石，A项正确；共价晶体的硬度一般比分子晶体的高，B项正确；SiO2晶体中1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，C项错误；金刚砂晶体是由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体，即共价晶体，D项正确。

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[鲁科版] 3.2.2 共价晶体与分子晶体 学案

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