第2課時共價晶體分子晶體晶體結構的復雜性(基礎課)第3章不同聚集狀態(tài)的物質與性質第2節(jié)幾種簡單的晶體結構模型素養(yǎng)目標1．通過金剛石、晶體硅、SiO2晶體的結構模型認識共價晶體的結構特點，能解釋共價晶體的性質。2．通過認識干冰、冰、碘晶體的結構模型，認識分子之間通過范德華力和氫鍵結合形成分子晶體的結構特點的不同，能解釋分子晶體的性質。3．通過認識石墨晶體的特殊結構，知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。舊知回顧1．金剛石是自然界中硬度最大的物質；晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點高。2．二氧化硅熔、沸點高，不溶于水；二氧化碳常溫下是無色氣體。3．石墨是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細磷片狀固體。石墨很軟，有滑膩感。此外，石墨還具有優(yōu)良的導電性能。4．由金剛石、石墨和C60的結構可知，C60分子是由60個原子構成的分子，而金剛石、石墨中不存在單個分子。必備知識自主預習一、共價晶體1．共價晶體及結構特點定義相鄰____間以______結合而形成的具有____________結構的晶體構成微粒____原子共價鍵空間立體網狀原子結構特點(1)共價鍵具有____性與____性，故每個中心原子周圍排列的原子數(shù)目有限(2)所有原子間均以共價鍵相結合成網狀結構，故晶體中不存在單個的____常見共價晶體(1)單質：金剛石(C)、晶體硅(Si)、晶體硼(B)、晶體鍺(Ge)(2)化合物：二氧化硅晶體(SiO2)、碳化硅晶體(SiC)、氮化硼晶體(BN)、氮化硅晶體(Si3N4)、氮化鋁晶體(AlN)、砷化鎵晶體(GaAs)、α型氧化鋁晶體(α-Al2O3)飽和方向分子2．幾種共價晶體的結構(1)金剛石(C)①碳原子采取_____雜化，C—C鍵鍵角為_________。②每個碳原子與周圍緊鄰的_個碳原子以共價鍵結合成________結構，向空間伸展形成空間立體網狀結構。③最小碳環(huán)由_個碳原子組成，且最小環(huán)上所有碳原子不在同一平面內。sp3109°28′4正四面體6(2)碳化硅(SiC)晶體把金剛石中的C原子換成Si與C原子相互交替，就得到碳化硅的結構。晶體中Si與C原子個數(shù)比為____。(3)二氧化硅晶體(SiO2)①Si原子采取_____雜化，正四面體內O—Si—O鍵的鍵角為_________。1∶1sp3109°28′②每個Si原子與_個O原子形成_個共價鍵，____原子位于正四面體的中心，__原子位于正四面體的頂點，同時每個O原子被_個硅氧正四面體共用；每個O原子和_個Si原子形成_個共價鍵，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為____。③最小環(huán)上有__個原子，包括_個O原子和_個Si原子。44SiO2221∶212663．共價晶體的物理性質晶體鍵能/(kJ·mol-1)熔點/℃硬度金剛石(C—C)347大于350010碳化硅(C—Si)30128309晶體硅(Si—Si)22614127(1)鍵能：C—C__C—Si__Si—Si；熔點：金剛石__碳化硅__晶體硅；硬度：金剛石__碳化硅__晶體硅(填“>”或“<”)。(2)規(guī)律：共價晶體具有____的熔點，____的硬度；對結構相似的共價晶體來說，原子半徑____，鍵長____，鍵能____，晶體的熔點就越高。>

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很高很大越小越短越大判一判

(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)含有共價鍵的晶體都是共價晶體。 (

)(2)“SiO2”是二氧化硅的分子式。 (

)(3)凡是由原子構成的晶體均為共價晶體。 (

)×××二、分子晶體1．分子晶體定義分子之間通過____________結合形成的晶體稱為分子晶體構成微粒分子或原子微粒間作用力分子間作用力分子間作用力典型分子晶體(1)多數(shù)非金屬單質：X2(鹵素單質)、O2、H2、P4、單質硫、C60、稀有氣體、紅磷等(2)非金屬氫化物：H2O、H2S、NH3、PH3、HX(鹵化氫)等(3)多數(shù)非金屬氧化物：CO2、SO2、SO3、NO2、P4O6等(4)含氧酸：H2CO3、HNO3、H2SO4、H2SO3等(5)大多數(shù)有機物分子：烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴、醇、醛、羧酸、酯、氨基酸、蛋白質、糖類等

碘晶體干冰冰晶胞或結構模型

2．典型分子晶體的結構

碘晶體干冰冰微粒間作用力________________________和____晶胞微粒數(shù)__—配位數(shù)—___范德華力范德華力范德華力氫鍵441243．分子晶體的物理性質(1)分子晶體以比較弱的____________相結合，因此一般熔點____，硬度____。(2)對組成和結構____，晶體中又不含氫鍵的分子晶體來說，隨著相對分子質量的增大，范德華力____，熔、沸點____。分子間作用力較低較小相似增大升高判一判

(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素的氧化物，但屬于不同的晶體類型。

(

)(2)水是一種非常穩(wěn)定的化合物，這是由于水中存在氫鍵。 (

)√×晶體模型

三、晶體結構的復雜性1．石墨晶體結構特點(1)石墨晶體具有層狀結構，在每一層內，每個碳原子用_____雜化軌道與鄰近的3個碳原子以共價鍵相結合，形成無限的______平面網狀結構。每個碳原子還有1個與碳環(huán)平面垂直的未參與雜化的2p軌道，并含有1個未成對電子，能形成遍及整個平面的大π鍵(2)C原子采取_____雜化，C—C鍵之間的夾角為120°(3)層與層之間以范德華力結合晶體類型石墨晶體既存在共價鍵又存在范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，因此石墨晶體屬于____型晶體物理性質熔點高、質軟、易導電sp2六邊形sp2混合

3．晶體的復雜性(1)物質組成的復雜性導致晶體中存在多種不同微粒以及不同的微粒間作用。例如，BaTiO3含有一種陰離子和多種陽離子，Ca5(PO4)3OH含有一種陽離子和多種陰離子。(2)金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學鍵的典型模型，但是，原子之間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)。由于微粒間的作用存在鍵型過渡，即使組成簡單的晶體，也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體之間的過渡狀態(tài)，形成過渡晶體。(3)金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等模型都是典型的晶體結構模型，大多數(shù)實際晶體結構復雜得多，都是過渡晶體或混合型晶體。想一想

(1)石墨晶體為什么具有導電性？提示：石墨晶體中每個C原子未參與雜化的軌道中含有1個未成對電子，能形成遍及整個平面的大π鍵，由于電子可以在整個六邊形網狀平面上運動，因此石墨沿層的平行方向導電。(2)稀有氣體由單原子構成，它屬于共價晶體嗎？提示：不屬于，它屬于分子晶體。關鍵能力情境探究[情境探究]水晶是一種寶石，晶體完好時呈六棱柱鉆頭形，它的主要成分是二氧化硅。水晶的結構可以看成是硅晶體中每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子形成的。共價晶體的結構與性質1．在水晶中Si—O—Si鍵是否是直線形？提示：不是，Si—O—Si鍵呈角形。2．在SiO2晶體中，1molSiO2含Si—O鍵的物質的量是多少？提示：4mol。[歸納總結]1．共價晶體的結構特征(1)在共價晶體中，各原子均以共價鍵結合，原子不采取密堆積方式。(2)共價晶體的組成微粒是原子，不存在單個分子，其化學式僅代表原子的個數(shù)比。(3)空間結構：空間立體網狀結構。2．共價晶體熔點和硬度的比較共價晶體具有不同的結構類型，對于結構相似的共價晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的穩(wěn)定性越高，熔、沸點越高，硬度越大。3．判斷晶體是否是共價晶體的思路(1)根據共價晶體的構成微粒和微粒間作用力判斷。(2)根據共價晶體的物理性質判斷。(3)常見的共價晶體。

金剛石碳化硅二氧化硅晶胞

中心原子雜化類型sp3sp3sp3

金剛石碳化硅二氧化硅鍵角109°28′109°28′109°28′晶胞中微粒數(shù)目8個CC：4個Si：4個Si：8個O：16個1mol

物質中化學鍵數(shù)目2molC—C4molC—Si4molSi—O[能力達成]1．根據下列物質的性質，判斷其屬于共價晶體的是(

)A．熔點2700℃，導電性強，延展性強B．無色晶體，熔點3550℃，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑C．無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800℃，熔化時能導電D．熔點－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電B

[共價晶體一般不導電，沒有延展性，A項錯誤；共價晶體難溶于水，C項錯誤；共價晶體一般熔點很高，硬度很大，D項錯誤。]√2．(雙選)我國科學家合成了富集11B的非碳導熱材料立方氮化硼晶體，晶胞結構如圖。下列說法正確的是(

)A．11BN和10BN的化學性質幾乎無差異B．該晶體具有良好的導電性C．該晶胞中含有14個B原子，4個N原子D．B原子周圍等距且最近的B原子數(shù)為12√√3．二氧化硅晶體是立體的網狀結構，其晶體模型如圖所示，請認真觀察該晶體模型后回答以下問題：(1)二氧化硅晶體中最小環(huán)為_______元環(huán)。(2)每個硅原子為________個最小環(huán)共有；每個最小環(huán)中有________個硅原子，________個氧原子。(3)每個最小環(huán)平均擁有________個硅原子，_______個氧原子。(4)1molSiO2中含有________molSi—O鍵。121266

14[解析]

(1)SiO2晶體中Si原子的排列方式和金剛石晶體中碳原子的排列方式是相同的。在金剛石晶體中，每個最小環(huán)上有6個碳原子，因此SiO2晶體中每個最小環(huán)上有6個Si原子，另外六邊形的每條邊上都插入了1個氧原子，所以最小環(huán)為12元環(huán)。

[情境探究]C60分子又稱為足球烯，它是一個由60個碳原子結合形成的穩(wěn)定分子，英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托勾畫出的C60的分子結構，富勒的啟示起了關鍵性作用，因此他們一致建議，將其命名為富勒烯?？蒲腥藛T應用電子計算機模擬出來類似C60的物質N60。分子晶體的結構與性質1．固態(tài)N60的晶體類型是什么？N60晶體與N2晶體的熔點誰的更高？提示：固態(tài)N60是分子晶體，由于分子晶體相對分子質量越大，熔、沸點越高，所以N60晶體的熔點高于N2晶體。2．為什么液態(tài)水變?yōu)楸鶗r，體積膨脹，密度減?。刻崾荆罕w主要是水分子之間依靠氫鍵結合形成的，因氫鍵具有一定的方向性，使水分子間的間距比較大，有很大空隙，比較松散。所以水結成冰后，體積膨脹，密度減小。3．干冰和碘晶體易升華的原因是什么？乙醇與甲醚的相對分子質量相等，為什么乙醇的沸點高于甲醚？提示：碘晶體和干冰的分子間以較弱的范德華力結合；乙醇分子間存在氫鍵，分子間作用力強，甲醚分子間不存在氫鍵，分子間作用力弱，所以乙醇的沸點高于甲醚。[歸納總結]1．分子晶體的結構特點若分子間不存在氫鍵，則分子晶體的微粒排列時盡可能采用緊密堆積方式；若分子間存在氫鍵，由于氫鍵具有方向性和飽和性，則晶體不能采用緊密堆積方式。2．分子晶體的性質(1)分子晶體一般具有較低的熔點和沸點、較小的硬度、較強的揮發(fā)性。(2)分子晶體在固態(tài)、熔融時均不導電。(3)不同的分子晶體在溶解度上存在較大差別，并且同一分子晶體在不同的溶劑中溶解度也有較大差別。[注意]

a.稀有氣體固態(tài)時形成分子晶體，微粒之間只存在分子間作用力，分子內不存在化學鍵。b.分子晶體氣化或熔融時，克服分子間作用力，不破壞化學鍵。[能力達成]1．(雙選)下列性質中，符合分子晶體性質的是(

)A．熔點為1070℃，易溶于水，水溶液能導電B．熔點為10.31℃，液態(tài)不導電，水溶液能導電C．易溶于CS2，熔點為112.8℃，沸點為444.6℃D．熔點為97.81℃，質軟，導電，密度為0.97g·cm-3√√BC

[熔點為1070℃，熔點高，易溶于水，水溶液導電，屬于離子晶體的特點，A不符合題意；熔點為10.31℃，熔點低，符合分子晶體的特點，液態(tài)不導電，是由于液態(tài)時，只存在分子，沒有離子，水溶液能導電，溶于水后，分子在水分子的作用下，電離出自由移動的離子，B符合題意；CS2為非極性分子，易溶于CS2的一般為分子晶體，熔點112.8℃，沸點444.6℃，熔、沸點低，符合分子晶體的性質，C符合題意；熔點為97.81℃，質軟，導電，密度為0.97g·cm-3，這是金屬Na的物理性質，符合金屬晶體的特點，D不符合題意。]2．(雙選)晶胞是晶體結構中可重復出現(xiàn)的基本的結構單元，C60晶胞結構如圖所示，下列說法正確的是(

)A．C60分子的摩爾質量是720B．C60與苯互為同素異形體C．一個C60晶胞中有4個C60分子D．每個C60分子周圍與它距離最近且相等的C60分子有12個√√

√學習效果隨堂評估1．SiCl4的分子結構與CCl4的相似，下列對SiCl4的推測不正確的是(

)A．SiCl4晶體是分子晶體B．常溫、常壓下SiCl4是氣體C．SiCl4分子是由極性鍵形成的非極性分子D．SiCl4為正四面體結構243題號15√B

[由于SiCl4的分子結構與CCl4的相似，所以SiCl4晶體屬于分子晶體；CCl4是正四面體結構，SiCl4與其結構相似，因此也是正四面體結構，是含極性鍵的非極性分子。]243題號152．下列關于共價晶體、分子晶體的敘述中，正確的是(

)A．金剛石為共價鍵三維骨架結構，晶體中的最小環(huán)上有6個碳原子B．分子晶體中一定存在共價鍵C．HI的相對分子質量大于HF，所以HI的沸點高于HFD．在SiO2晶體中，1個硅原子和2個氧原子形成2個共價鍵23題號145√A

[金剛石屬于共價晶體，其中的碳原子采取sp3雜化，每個碳原子與周圍的4個碳原子形成正四面體結構，通過共價鍵形成空間立體網狀結構，晶體中最小環(huán)上有6個碳原子，A項正確；分子晶體中不一定存在共價鍵，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，原子間沒有共價鍵，B項錯誤；HF分子間存在氫鍵，HI分子間不存在氫鍵，故HI的沸點低于HF，C項錯誤；SiO2屬于共價晶體，在SiO2晶體中1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，D項錯誤。]23題號1453．下列關于SiO2晶體網狀結構(如圖)的敘述正確的是(

)A．存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角B．最小環(huán)上有3個Si和3個OC．最小環(huán)上Si和O原子數(shù)之比為1∶2D．最小環(huán)上有6個Si和6個O23題號415√D

[二氧化硅晶體中存在四面體結構單元，每個硅原子能形成四個共價鍵，每個氧原子能形成2個共價鍵，Si處于四面體中心，O處于四面體4個頂角，故A錯誤；最小的環(huán)上，有6個Si和6個O，所以最小的環(huán)上硅、氧原子數(shù)之比為1∶1，故B、C錯誤，D正確。]23題號4154．(雙選)氮化硼(BN)晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示，下列關于這兩種晶體的說法正確的是(

)243題號15A．六方相氮化硼與石墨一樣可以導電B．