高中化学新鲁科版选择性必修2 第3章第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性学案Word文件下载.docx

高中化学新鲁科版选择性必修2 第3章第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性学案Word文件下载.docx

《高中化学新鲁科版选择性必修2 第3章第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性学案Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学新鲁科版选择性必修2 第3章第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性学案Word文件下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（1）金刚石的晶体结构

在晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键相结合，C—C键间的夹角为109°

28′。

因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的，所以这种比较松散的排列与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积排列有很大的不同。

（2）SiC晶体的结构

SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，所以在整个晶体中硅原子与碳原子个数比为1∶1。

（3）SiO2晶体的结构

水晶是由Si和O构成的空间立体网状的二氧化硅晶体，一个硅原子与四个氧原子形成四个共价键，每个氧原子与两个硅原子形成两个共价键，从而形成以硅氧四面体为骨架的结构，且只存在Si—O键。

二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为1∶2，不存在单个分子，可以把整个晶体看成巨型分子。

二、分子晶体

1．分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。

非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。

2．性质

（1）分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。

因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。

（2）对组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。

（3）一般来说，分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，但是，分子的形状、分子的极性以及分子之间是否存在氢键等，都会影响分子的堆积方式。

3．几种常见的分子晶体

（1）碘晶体

碘晶体的晶胞是一个长方体，碘分子除了占据长方体的每个顶点外，在每个面上还有一个碘分子。

（2）干冰

干冰晶胞呈立方体型，其中二氧化碳分子因分子之间的相互作用，在晶胞中呈现有规律的排列（如图所示）。

干冰的结构模型（晶胞）

（3）冰晶体

冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。

由于氢键具有一定的方向性，中央的水分子与周围四个水分子结合，边缘的四个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合，每个氧原子周围都有四个氢原子。

这种排列类似于蜂巢结构，比较松散。

因此水由液态变成固态时，密度变小。

三、晶体结构的复杂性

1．石墨晶体

石墨晶体具有层状结构，同一层中的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。

大π键具有金属键的性质。

石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，所以称为混合型晶体。

（1）石墨晶体为什么具有导电性？

石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿层平行方向导电。

（2）稀有气体由单原子构成，它属于共价晶体吗？

不是，它属于分子晶体。

2．Na2SiO3晶体

在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiO

，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。

硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO

}∞单元（如图所示），带负电的链状硅酸盐{SiO

}∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。

3．过渡晶体

原子之间形成的化学键往往是介于典型模型（金属键、离子键、共价键、配位键）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，形成过渡晶体。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（1）金刚石的晶胞构型为正四面体。

（×

）

（2）二氧化硅的分子式是SiO2。

（3）通常情况下，分子晶体的熔、沸点比较低，原子晶体的熔、沸点比较高。

（√）

（4）水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。

（×

2．下列说法中正确的是（　　）

A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂

B．共价晶体中，共价键越强，共价晶体的熔点越高

C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高

D．稀有气体形成的晶体属于共价晶体

B　[冰属于分子晶体，冰晶体中存在分子间作用力，所以冰融化时克服分子间作用力，共价键不变，A错误；

共价晶体中共价键的强弱决定其熔点的高低，所以共价晶体中共价键越强，共价晶体的熔点越高，B正确；

分子晶体的熔点和沸点与分子间作用力有关，与分子内的共价键的键能强弱无太大关系，C错误；

稀有气体分子是单原子分子，形成的晶体为分子晶体，D错误。

]

3．分子晶体具有的本质特征是（　　）

A．组成晶体的基本构成微粒是分子

B．熔融时不导电

C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合，这种作用很弱

D．熔点一般比共价晶体低

C　[分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微弱的。

共价晶体的结构特点及常见共价晶体的结构

（素养养成——宏观辨识与微观探析）

水晶是一种古老的宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形，它的成分是二氧化硅。

水晶的结构可以看成是硅晶体中每个Si—Si键中“插入”一个氧原子形成的。

1．在水晶中“Si—O—Si”键是否是直线型？

不是，“Si—O—Si”键呈V形。

2．在SiO2晶体中，1molSiO2含几摩尔“Si—O”键？

4mol。

1．共价晶体的结构特征

（1）构成共价晶体的基本微粒：

原子。

晶体中不存在单个分子，共价晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。

（2）形成共价晶体的作用力：

共价键。

在共价晶体中只存在共价键（极性键或非极性键），没有分子间作用力和其他相互作用。

（3）共价晶体中的原子以共价键相结合，共价键有方向性和饱和性，因此在共价晶体中，每个原子周围的其他原子的数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。

原子的堆积不遵循紧密堆积原则。

2．金刚石和二氧化硅结构

金刚石

（1）每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构

（2）键角均为109°

28′

（3）最小碳环由6个C组成且六个原子不在同一平面内

（4）每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键个数之比为1∶2

（5）每个晶胞含8个C

SiO2

（1）每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构

（2）每个正四面体占有1个Si,4个“

O”，n（Si）∶n（O）＝1∶2

（3）最小环上有12个原子，即6个O,6个Si

微点拨：

（1）若把金刚石中的碳原子换成硅原子，便可得到晶体硅的结构，跟金刚石不同的是，硅晶体中Si—Si键的键长大于金刚石晶体中C—C键的键长。

（2）碳化硅晶体的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，每个碳原子结合4个硅原子，同时每个硅原子结合4个碳原子，所以在整个晶体中硅与碳的原子个数比是1∶1，碳化硅的化学式是SiC。

碳化硅晶体中的Si—C键的键长小于硅晶体中Si—Si键的键长，大于金刚石晶体中C—C键的键长。

（3）SiO2晶体结构相当于将金刚石中的C原子全都改换为Si原子，同时在每两个Si原子中心连线的中间增添一个O原子，在晶体中只存在Si—O键，不存在Si—Si键和O—O键。

【例1】　我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。

根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是（　　）

A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用

B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用

C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成

D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2

D　[由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连，而每个氧原子与两个硅原子相连，在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，不存在单个的SiO2分子，故D错误。

1．根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是（　　）

A．熔点2700℃，导电性强，延展性强

B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂

C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电

D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电

B　[共价晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；

共价晶体难溶于水，C项错误；

共价晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。

2.二氧化硅是立体的网状结构，其晶体模型如图所示，请认真观察该晶体模型后回答以下问题：

（1）二氧化硅晶体中最小环为________元环。

（2）每个硅原子为________个最小环共有；

每个最小环中有________个硅原子，________个氧原子。

（3）每个最小环平均拥有________个硅原子，________个氧原子。

（4）1molSiO2中含有________molSi—O键。

[解析]　

（1）SiO2晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。

在金刚石晶体中，每个最小环上有6个碳原子，因此SiO2晶体中每个最小环上有6个Si原子，另外六边形的每条边上都插入了1个氧原子，所以最小环为12元环。

（2）据图可知，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被6个环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，因此还要除以2以剔除重复。

所以最终计算式为

＝12。

（3）由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的

，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为6×

＝

。

又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1∶2的比例所组成，因此氧原子的数目为

×

2＝1。

（4）据图可知，1个Si原子周围有4条Si—O键，无共用，所以1molSiO2中有4molSi—O键。

[答案]　

（1）12　

（2）12　6　6　（3）

　1　（4）4

四种晶体比较

（素养养成——证据推理与模型认知）

　　类型

项目　　

离子晶体

共价晶体

分子晶体

金属晶体

构成晶体

的微粒

阴、阳

离子

原子

分子

金属阳离子

和自由电子

微粒间

的作用

离子键

共价键

分子间作用

力（范德华

力或氢键）

金属键

作用力强

弱（一般地）

较强

很强

弱

一般较强，

有的较弱

确定作用

力强弱的

一般判断

方法

离子电

荷、