3.2.2共價(jià)晶體課件高二化學(xué)人教版選擇性必修2

第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體第2課時

共價(jià)晶體第三章

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.能辨識常見的共價(jià)晶體，并能從微觀角度分析共價(jià)晶體中各構(gòu)成

微粒之間的作用和對共價(jià)晶體物理性質(zhì)的影響(重點(diǎn))。2.能利用共價(jià)晶體的通性推斷常見的共價(jià)晶體，并能利用均攤法對

晶胞進(jìn)行分析(重、難點(diǎn))。知識回顧什么是分子晶體？分子晶體通常具有的物理性質(zhì)？只含有分子的晶體；硬度小，熔、沸點(diǎn)低，不導(dǎo)電。下圖為金剛石的結(jié)構(gòu)，猜測是否為分子晶體？硬度大，構(gòu)成微粒為原子。否，為共價(jià)晶體。一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)1.概念相鄰原子間都以共價(jià)鍵結(jié)合，整個晶體是一個空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.粒子及粒子間的相互作用構(gòu)成微粒：原子存在的作用力：共價(jià)鍵BC熔化時破壞的作用力：共價(jià)鍵一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)【思考】①能否說有共價(jià)鍵的晶體就是共價(jià)晶體？②能否說構(gòu)成微粒為原子的都是共價(jià)晶體？③共價(jià)晶體中是否存在單個的小分子？共價(jià)晶體中只有共價(jià)鍵，但含有共價(jià)鍵的晶體不一定是原子晶體，還有可能是分子晶體并非所有的由原子構(gòu)成的晶體都是共價(jià)晶體，如稀有氣體。否，共價(jià)晶體中沒有分子一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)3.常見的共價(jià)晶體與物質(zhì)類別(1)某些非金屬單質(zhì)：晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物：剛玉(α-Al2O3)、氮化鋁(AlN)等。金剛石、晶體硅、晶體鍺碳化硅氮化硅近年來Si3N4以為基礎(chǔ)，用Al取代部分Si，用O取代部分N而獲得結(jié)構(gòu)多樣化的陶瓷，用于制作LED發(fā)光材料。4.共價(jià)晶體的物理性質(zhì)——熔、沸點(diǎn)很高(1)由于原子間以較強(qiáng)共價(jià)鍵相結(jié)合，熔化時破壞共價(jià)鍵需要很高的溫度，所以熔點(diǎn)高。(2)結(jié)構(gòu)相似，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。試分析原因？r與熔點(diǎn)關(guān)系？一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)4.共價(jià)晶體的物理性質(zhì)——硬度很大一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)③一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體。④難溶于一般溶劑?！舅伎寂c討論】怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石，硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？金剛石、碳化硅、晶體硅都是共價(jià)晶體，原子半徑：C<Si，則鍵長：C-C<C-Si<Si-Si，故鍵能：C-C＞C-Si＞Si-Si，熔點(diǎn)和硬度：金剛石>碳化硅>晶體硅。*硬度是衡量固體軟硬程度的指標(biāo)。硬度有不同的標(biāo)度，最普通的硬度標(biāo)度是畫痕硬度，即摩氏硬度，以固體互相刻畫時出現(xiàn)刻痕的固體的硬度較低。金剛石不能被任何天然礦物刻畫出刻痕，因而是最硬的。以金剛石的硬度為10，以另9種天然礦物為代表，可將摩氏硬度分為十度，即:硬度的代表物質(zhì)金剛石剛玉黃玉石英正長石磷灰石螢石方解石石膏滑石摩氏硬度10987654321應(yīng)當(dāng)指出，硬度大的物質(zhì)不一定經(jīng)得起錘擊，如金剛石硬度最大，卻很容易經(jīng)錘擊而破碎。物質(zhì)經(jīng)受錘擊的性質(zhì)屬于延展性。由于共價(jià)晶體中的共價(jià)鍵具有方向性，當(dāng)受到大的外力作用會發(fā)生原子錯位而斷裂。你要是有粒鉆石，切不要用錘子砸喲!資料卡片晶體熔、沸點(diǎn)和硬度的比較方法(1)先判斷晶體類型。主要依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒及其微粒間的作用力。

一般來說熔、沸點(diǎn)和硬度，共價(jià)晶體高于分子晶體。(2)對于同一類型的晶體①共價(jià)晶體的熔沸點(diǎn)、硬度取決于共價(jià)鍵的強(qiáng)弱：r原子越小，鍵長越短，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M有關(guān)，

同時還要考慮分子極性及是否存在氫鍵。歸納總結(jié)一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)二、常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析1.金剛石晶體每個C以共價(jià)單鍵對稱地與相鄰的4個C結(jié)合C—C—C夾角為109°28′①每個碳與相鄰___個碳以______鍵結(jié)合，形成__________結(jié)構(gòu)。鍵角為________.每個C原子都采取_______。sp3雜化③每個C被___個六元環(huán)共用，每個環(huán)平均擁有____個C原子。每個C—C鍵被___個最小環(huán)共用，每個環(huán)平均擁有___個C—C。109°28'②晶體中最小的碳環(huán)由___個C原子組成，且_____同一平面內(nèi)，最多___個C在同一平面內(nèi)。644正四面體共價(jià)正四面體金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不在121/261金剛石晶胞中：

碳原子數(shù)目:C－C鍵數(shù)目=

1:2在一個金剛石晶胞中，碳原子位于立方體的8個頂點(diǎn)、6個面心以及晶胞內(nèi)部4個。①金剛石晶胞中C原子配位數(shù)為___4

②金剛石晶胞中含有的C原子數(shù)為___88×1/8+

6×1/2+4=8金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))③金剛石晶體的密度為___金剛石晶體硅SiCGaAs

(1)與碳同族單質(zhì)(如Si、Ge)都具有與金剛石相似的結(jié)構(gòu)；(2)第ⅣA族相鄰元素間也可形成相似結(jié)構(gòu)的晶體(如SiC)(3)與第ⅣA族同周期的元素間根據(jù)等電子體原理，如BN、GaAs等也可形成與金剛石結(jié)構(gòu)相似的晶體。金剛石模型的演變——等電子體原理2.二氧化硅二、常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔點(diǎn)1713

℃，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英。遍布河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的水晶都低溫石英。

低溫水晶結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性，被廣泛用作壓電材料，如石英手表。石英晶體中硅氧四面體相連構(gòu)成的螺旋鏈?zhǔn)⒌淖蟆⒂倚途w把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,每兩個硅原子之間增加一個氧原子,即形成SiO2的晶體結(jié)構(gòu)。二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)分析晶體硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)①每個Si原子都采取

雜化和

個O原子形成

個共價(jià)鍵；同時每個O原子跟

個Si原子相結(jié)合，形成

個共價(jià)鍵。②SiO2晶體是由Si原子和O原子按

比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。③最小環(huán)由

個Si和

個O構(gòu)成，最小環(huán)為

元環(huán)。④每個Si被

個12元環(huán)共用，每個O被

個12元環(huán)共用。⑤每個十二元環(huán)中平均含有硅原子_________

每個十二元環(huán)中平均含有Si－O鍵_________

硅原子個數(shù)與Si－O共價(jià)鍵個數(shù)之是

；

氧原子個數(shù)與Si－O共價(jià)鍵個數(shù)之比是

。412466二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)分析1：41：212×1/6=2

6×1/12=1/2

sp3221：2126【思考】60g二氧化硅含有_____個Si原子

含有_____個O原子

含有_____個Si-O鍵NA2NA4NA二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)分析

二氧化硅晶胞中含有的Si原子數(shù)為___，O原子數(shù)為___。816二氧化硅晶胞的結(jié)構(gòu)分析小結(jié)：常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)物質(zhì)金剛石二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①碳原子采取sp3雜化，每個碳原子以4個共價(jià)單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)。②晶體中C—C—C夾角為109°28′。③最小環(huán)上有6個碳原子。④1mol晶體中有2molC—C鍵。⑤1個晶胞中有8個碳原子。①每個硅原子均以4個共價(jià)鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結(jié)合，每個氧原子與2個硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)。②硅、氧原子個數(shù)比為1∶2。③最小的環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子。④1molSiO2中有4molSi—O鍵。1.正誤判斷(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型√×××應(yīng)用體驗(yàn)一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)應(yīng)用體驗(yàn)2.下列有關(guān)共價(jià)晶體的敘述錯誤的是A.共價(jià)晶體中只存在共價(jià)鍵B.共價(jià)晶體具有三維骨架結(jié)構(gòu)C.共價(jià)晶體中不存在獨(dú)立的分子D.共價(jià)晶體熔化時不破壞共價(jià)鍵√一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)應(yīng)用體驗(yàn)3.下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度，分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是①構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類越多，晶體的熔點(diǎn)越高②構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵的鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大A.①② B.③④ C.①③ D.②④共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0√一、共價(jià)晶體的概念及性質(zhì)應(yīng)用體驗(yàn)4.正誤判斷(1)金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個碳原子在同一平面內(nèi)(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環(huán)所共有，每個C—C被6個六元環(huán)共用(3)1mol金剛石晶體中含有4mol碳碳鍵(4)1mol二氧化硅晶體中含有4mol硅氧鍵√××√二、常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用體驗(yàn)5.下列關(guān)于SiO2晶體空間結(jié)構(gòu)的敘述正確的是A.最小的環(huán)上，有3個硅原子和3個氧原子B.最小的環(huán)上，硅原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為1∶2C.最小的環(huán)上，有6個硅原子和6個氧原子D.存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角√二、常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用體驗(yàn)6.金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問題。(1)一個金剛石晶胞中含有_____個碳原子。(2)已知晶胞參數(shù)為apm，則金剛石的密度為____________g·cm－3。(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為______pm。(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關(guān)系？8二、常見共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析晶體類型共價(jià)晶體分子晶體概念相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價(jià)鍵分子間作用力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子密堆積或非密堆積物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于常見的溶劑，不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體熔、沸點(diǎn)較低，硬度較小，部分溶于水，不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電熔化時破壞的作用力破壞共價(jià)鍵一定破壞范德華力，有時還破壞氫鍵，如：冰熔化熔、沸點(diǎn)比較共價(jià)晶體＞分子晶體，共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)與共價(jià)鍵有關(guān)，分子晶體的熔、沸點(diǎn)與分子間作用力有關(guān)。共價(jià)鍵的作用力遠(yuǎn)大于分子間作用力實(shí)例金剛石、二氧化硅等冰、干冰等(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷。構(gòu)成共價(jià)晶體的微粒是原子，微粒間的作用力是共價(jià)鍵；構(gòu)成分子晶體的微粒是分子或原子(稀有氣體)，微粒間作用力是分子間作用力。(2)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷。共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高，常在1000℃以上；而分子晶體熔點(diǎn)低，常在數(shù)百攝氏度以下甚至更低。(3)還可以依據(jù)晶體的硬度與機(jī)械性能判斷。共價(jià)晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。分子晶體和共價(jià)晶體的判斷方法(4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷。分子晶體為非導(dǎo)體，但部分溶于水后能導(dǎo)電；原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體。(5)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價(jià)晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)都是分子晶體。(6)依據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)判斷一般常溫常壓下，呈氣態(tài)或液態(tài)的單質(zhì)與化合物，在固態(tài)時屬于分子晶體。課后作業(yè)1、下列物質(zhì)的晶體直接由原子構(gòu)成的一組是(

)①CO2

②SiO2

③晶體Si

④白磷⑤氨基乙酸⑥固態(tài)HeA．①②③④⑤⑥B．②③④⑥C．②③⑥ D．①②⑤⑥2、下列有關(guān)共價(jià)晶體的敘述錯誤的是(

)A．共價(jià)晶體中，只存在共價(jià)鍵

B．共價(jià)晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C．共價(jià)晶體中不存在獨(dú)立的分子

D．共價(jià)晶體熔化時不破壞共價(jià)鍵CD課后作業(yè)3、下列說法正確的是(

)A．冰融化時，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂B．共價(jià)晶體中，共價(jià)鍵的鍵長越短，通常熔點(diǎn)就越高C．分子晶體中，共價(jià)鍵的鍵能越大，該晶體的熔、沸點(diǎn)就越高D．分子晶體中，分子間作用力越大，則分子越穩(wěn)定B課后作業(yè)4、金剛石具有硬度大、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結(jié)構(gòu)如圖所示，下列判斷正確的是(

)A．金剛石中C—C鍵的鍵角均為109°28′，所以金剛石和CH4的晶體類型相同B．金剛石的熔點(diǎn)高與C—C鍵的鍵能無關(guān)C．金剛石中碳原子個數(shù)與C—C鍵鍵數(shù)之比為

1∶2D．金剛石的熔點(diǎn)高，所以在打孔過程中不需要進(jìn)行澆水冷卻C課后作業(yè)5、碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng)，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。請回答下列問題：(1)碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為________，每個硅原子周圍與其距離最近的碳原子有________個；設(shè)晶胞邊長為acm，密度為bg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為________(用含a、b的式子表示)(2)立方氮化硼晶胞中有________個硼原子，________個氮原子，硼原子的雜化類型為________，若晶胞的邊長為acm，則立方氮化硼的密度表達(dá)式為________g·cm－3(設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)sp3

4

44sp36、下列各組晶體物質(zhì)中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是(

)①SiO2和SO3

②晶體硼和HCl

③CO2和SO2

④晶體硅和金剛石⑤晶體氖和晶體氮⑥硫黃和碘A．①②③B．④⑤⑥C．③④⑥ D．①③⑤7、下列事實(shí)能說明剛玉(Al2O3)是一種共價(jià)晶體的是(

)①Al2O3是兩性氧化物②硬度很大③它的熔點(diǎn)為2045℃

④幾乎不溶于水⑤自然界中的剛玉有紅寶石和藍(lán)寶石A．①②③B．②③④C．④⑤D．②⑤課后作業(yè)√√課后作業(yè)8、根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于共價(jià)晶體的物質(zhì)是(

)A．熔點(diǎn)2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng)B．無色晶體，熔點(diǎn)3550℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點(diǎn)為800℃，熔化時能導(dǎo)電D．熔點(diǎn)－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導(dǎo)電√課后作業(yè)9、氮化碳結(jié)構(gòu)如圖，其中β-氮化碳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)氮化碳的說法不正確的是(

)A．氮化碳屬于共價(jià)晶體

B．氮化碳中碳顯－4價(jià)，氮顯＋3價(jià)C．氮化碳的化學(xué)式為C3N4D．每個碳原子與四個氮原子相連，每個氮原子與三個碳原子相連√課后作業(yè)10.根據(jù)下表中三種物質(zhì)(晶體)的熔點(diǎn)，簡要解釋熔點(diǎn)