3.2.3 共價晶體 分子晶體-高二化學同步課堂（魯科版2019選擇性必修2）

魯科版選擇性必修2

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)同學們好歡迎來到化學課堂meiyangyang8602meiyangyang8602你知道嗎？

金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?科學研究表明，30億年前，在地殼下200km左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結(jié)構(gòu)的金剛石。火山爆發(fā)時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質(zhì)∶熔點高，不導電，硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的。那么，金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?

第三章

不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第2節(jié)

幾種簡單的晶體結(jié)構(gòu)模型課時3共價晶體

分子晶體教材分析

本節(jié)在學習了金屬晶體和離子晶體的基礎(chǔ)上，進一步介紹了共價晶體和分子晶體，最后以石墨等為例介紹了混合型晶體，使學生了解由干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、共價晶體和分子晶體之間的過渡狀態(tài)，形成過渡晶體，從而進一步認識到人多數(shù)實際晶體要復(fù)雜得多。meiyangyang8602常見金屬晶體的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

常見的離子晶體meiyangyang8602請你思考！

觀察金剛石的結(jié)構(gòu)模型，思考下列問題：聯(lián)想·質(zhì)疑1、金剛石晶體中碳原子軌道雜化方式？碳原子結(jié)合方式？2、從結(jié)構(gòu)上分析金剛石熔點高、硬度大的原因？3、共價晶體和金屬晶體、離子晶體中微粒排列方式的區(qū)別？為什么？

4、常見的共價晶體有哪些？01

共價晶體

meiyangyang8602金剛石結(jié)構(gòu)碳原子雜化方式：SP3347KJ·mol-1鍵角：鍵長：鍵能：0.154nm109°28′共價鍵結(jié)合在一起的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于共價鍵鍵具有方向性和飽和性，晶體中，在一個原子周圍的其它原子的數(shù)目是有限的，原子的堆積方向也是確定的，因此，共價晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。meiyangyang8602meiyangyang8602晶體結(jié)構(gòu)晶胞示意圖meiyangyang8602

金剛石晶胞金剛石的晶體就是由碳原子通過共價鍵的作用形成的共價晶體，組成金剛石的碳原子通過共價鍵形成了正四面體的構(gòu)型。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602共價晶體⑴

定義：相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體⑶微粒間的作用：原子間以較強的共價鍵相結(jié)合。共價鍵具有方向性和飽和性。共價晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。⑵構(gòu)成微粒：構(gòu)成共價晶體的微粒是原子。⑷常見的共價晶體：某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶體等某些單質(zhì)：金剛石(C)、晶體硅(Si)、晶體硼(B)、晶體鍺(Ge)等某些非金屬化合物：碳化硅(SiC)晶體、氮化硼(BN)晶體等meiyangyang8602請你預(yù)測！

猜想在所形成的共價晶體中原子的排布具有怎樣的規(guī)律？共價鍵具有方向性和飽和性。使共價晶體中某個原子周圍結(jié)合的其他原子是有限的，因此比較松散。共價晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。晶體結(jié)構(gòu)晶胞示意圖02幾種共價晶體的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體在金剛石的晶胞中，碳原子分別位于立方體的8個頂點、6個面心、按面心立方堆積方式排列，4個碳原子填入一半的碳原子所成的四面體空隙，填隙率50%。meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)體對角線的1/4meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體②晶胞的碳原子數(shù)：8×1/8＋6×1/2＋4＝8每個晶胞的碳碳共價鍵數(shù)：4×4＝16晶胞中的原子數(shù)：8個配位數(shù)：4

在晶體中每個碳以共價鍵鍵與相鄰4個碳結(jié)合,無限延伸形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。碳原子以sp3雜化軌道與周圍4個碳原子以共價鍵相結(jié)合,C—C鍵間的夾角為109028＇。每個最小的碳原子環(huán)上有6個碳原子。③金剛石的晶體中的原子成鍵情況：meiyangyang8602拓展視野meiyangyang8602

金剛石晶體思考：在金剛石晶體中每個碳原子被幾個六元環(huán)共用？abcd

每個碳原子成4個碳碳鍵a、b、c、d，四個碳碳鍵中任選2個，有六種情況：ab、ac、ad、bc、bd、cd。

每兩個碳碳鍵被兩個六元環(huán)公用，所以四個碳碳鍵被12個六元環(huán)共用。所以個碳原子被12個六元環(huán)共用。meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體A、B、C、D、E、④晶體中微粒的關(guān)系：金剛石晶胞的參數(shù)(邊長)為a，C半徑為r。a4r8r4r立方體體對角線長度就是C—C鍵的鍵長2r的4倍。所以2r＝，r＝⑤晶體中C的空間坐標(以晶胞參數(shù)(棱長)a為單位長度)(0,0,0)(0.5,0.5,0)(0,0.5,0.5)(0.5,0,0.5)(0.25,0.25,0.25)meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)

觀察·思考

碳化硅(SiC)晶體SiC晶胞中，硅原子位于立方體的8個頂點和6個面心位置，碳原子位于由大立方體分割成的8個小立方體中的4個的體心處。每個碳原子與周圍的4個硅原子成鍵。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)

碳化硅(SiC)晶體②晶胞的原子數(shù)：Si原子數(shù)：8×1/8＋6×1/2＝4每個晶胞的碳硅共價鍵數(shù)：4×4＝16C原子數(shù)：4③碳化硅的化學式：SiCmeiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石模型的演變——等電子體原理拓展視野(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。碳原子和硅原子交替排列，只存在Si-C極性鍵。原子個數(shù)之比為1∶1。meiyangyang8602請你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點和硬度有較大差異，請討論產(chǎn)生這種差異的原因。meiyangyang8602請你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點和硬度有較大差異，請討論產(chǎn)生這種差異的原因。meiyangyang8602請你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點和硬度有較大差異，請討論產(chǎn)生這種差異的原因。在共價晶體中，各原子均以共價鍵相結(jié)合，只要共價鍵不被破壞，原子就不能自由移動。由于共價晶體熔化或被粉碎時必須破壞其中的共價鍵，對結(jié)構(gòu)相似的共價晶體來說，共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點就越高、硬度就越大。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)

SiO2晶體

向晶體硅結(jié)構(gòu)中每個Si—Si鍵中間“插入”一個O原子，便得到以硅氧四面體為骨架的SiO2晶體結(jié)構(gòu)。晶體硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)

SiO2晶體①.晶體中1個Si與__個O以共價鍵結(jié)合，形成________結(jié)構(gòu)；1個O與__個Si結(jié)合，故SiO2晶體中Si與O之比為______。在SiO2晶體中，

單個的SiO2分子存在。沒有4正四面體1:22③.最小環(huán)上有_____個原子(____個Si和____個O)。②.1molSiO2晶體中含_____molSi-O鍵。41266meiyangyang8602

三種常見的共價晶體

金剛石碳化硅二氧化硅晶胞

中心原子雜化類型鍵角晶胞中微粒數(shù)目1mol物質(zhì)中化學鍵物質(zhì)的量sp3sp3sp3109°28'109°28'(O-Si-O)109028'(Si-O-Si)?≠18008個C2molC—C鍵4molC—Si鍵C:4個Si:4個4molSi—O鍵Si:8個O:16個練習1.在二氧化硅晶體中原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)，其原因是（

）

A．共價鍵具有飽和性 B．共價鍵具有方向性

C．二氧化硅是化合物 D．二氧化硅是由非金屬元素原子構(gòu)成的AB2、下列關(guān)于SiO2和金剛石的敘述正確的是（

）A．SiO2的晶體結(jié)構(gòu)中，每個Si原子與2個O原子直接相連B．通常狀況下，1molSiO2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)C．金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價鍵形成的最小環(huán)上有6個碳原子D．1mol金剛石中含有4NA個C-C鍵(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C練習3、下表是某些共價晶體的熔點和硬度，下列敘述正確的是（

）共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃390030002700171014101211莫氏硬度109.59.576.56①構(gòu)成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高②構(gòu)成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點越高③構(gòu)成共價晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大④構(gòu)成共價晶體的原子半徑越大，共價鍵的鍵能越大

A．①② B．③④ C．②③ D．②④Cmeiyangyang8602meiyangyang8602請你思考！雪花、食鹽以及金剛石都是晶體；這些晶體有什么不同呢？雪花食鹽鉆石meiyangyang8602meiyangyang8602請你思考！雪花、食鹽以及金剛石都是晶體；這些晶體有什么不同呢？雪花食鹽鉆石分子間作用力分子晶體靜電作用力共價鍵離子晶體水分子鈉離子、氯離子碳原子共價晶體03

分子晶體meiyangyang8602

分子晶體

在金屬晶體、離子晶體和共價晶體中，原子或離子之間都是通過化學鍵相互結(jié)合的，相應(yīng)化學鍵的特點對晶體中微粒的空間排布方式會產(chǎn)生影響。那么，像碘、干冰、等這些以分子為基本構(gòu)成微粒的晶體中，分子會如何排列呢?碘晶體干冰晶體meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶體1.定義：分子之間通過分子間作用力結(jié)合形成的晶體meiyangyang8602

常見的分子晶體(1)部分非金屬單質(zhì)：鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有氣體(2)所有非金屬氫化物：水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷(3)部分非金屬氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2(4)所有的酸(而強堿和多數(shù)鹽則是離子晶體)(5)絕大多數(shù)有機物的晶體

meiyangyang8602

分子晶體分子晶體分子分子間作用力

共價鍵范德華力(一定)氫鍵(可能)(除稀有氣體)干冰(CO2)碘(I2)冰(H2O)只有范德華力主要是氫鍵無方向性、飽和性有方向性、飽和性meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)碘晶體結(jié)構(gòu)晶胞為長方體，每個頂點和面心各有一個分子。①平均每個晶胞中有

個碘分子，②微粒間的作用力是。

4范德華力meiyangyang8602

搭建模型認識結(jié)構(gòu)干冰(CO2)12①每個晶胞中有____個分子。②每個CO2分子周圍等距緊鄰的CO2分子有_____。4meiyangyang8602

分子晶體冰H2O水分子之間的主要作用力是氫鍵(當然也存在范德華力)，盡管氫鍵比共價鍵弱得多，不屬于化學鍵，卻跟共價鍵一樣具有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。meiyangyang8602meiyangyang8602交流·研討

搭建模型認識結(jié)構(gòu)冰H2O①水分子之間的作用力是_______、__________。②冰中1個水分子周圍有__個水分子形成_________。③1mol冰中有___mol“氫鍵”。氫鍵范德華力42四面體

分子晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)分子密堆積——只有范德華力，無分子間氫鍵（每個分子周圍有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰、I2、O2等）(2)分子非密堆積

——范德華力還有分子間氫鍵（如：HF、冰、NH3

）meiyangyang8602meiyangyang8602請你思考！

表3-2-5列出了一些分子晶體的熔點和沸點。請根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)猜想;影響不同分子晶體熔點、沸點的原因可能有哪些?分子量越大、熔點越高04

分子晶體的性質(zhì)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶體的性質(zhì)分子晶體物理性質(zhì)：熔沸點低、硬度小影響分子