5.3无机非金属材料——石墨烯 课件 2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

无机非金属材料 ——石墨烯 1 2 04 01 02 03 石墨烯 结构决定性质 石墨烯的优越性能 强导电、导热性 强度高 透光性强 比表面积大 3 【问题1-1】根据基态原子核外电子排布规律，画出轨道表示式（电子排布图），可以从哪些角度描述基态碳原子核外电子的运动状态？ 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 能量最低 泡利原理 洪特规则 能层、能级、轨道、自旋 4 【问题1-2】结合碳的原子结构特点分析碳原子的成键情况？ 共价键 共用电子对数： 共用电子对偏移： 轨道重叠方式： 单、双、三键 非极性键、极性（电负性） σ、π键 【思考】1、C、Si、Ge是同族元素，Si原子之间可以形成双键、三键， 为什么Si、Ge原子之间都难以形成双键或三键？ 2、C原子中只有2个未成对电子，为什么却可以形成4条σ键？ 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 Si、Ge原子半径大，原子之间形成的σ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 5 判断杂化方式的思维模型 σ键电子对数=成键原子数 孤电子对数=(价电子-成键电子)/2 价层电子对数 2 3 4 ... = 容纳σ键和孤电子对 杂化轨道数 2 3 4 ... 杂化类型 sp sp2 sp3 ... 直线 平面三角 四面体... 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 6 【迁移应用】太阳能电池板主要材料为晶体硅： （1）Si的价电子中自旋方向相反的电子数之比为____________,价电子占据的轨道有_______种伸展方向； （2）SiCl4是生产高纯硅的前驱体，SiCl4可发生水解反应，机理如下： 含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________（填标号）。 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 3:1(或1:3) 3 ② 【方法】杂化轨道数=价层电子对数 7 【问题1-3】结合碳原子结构和成键情况分析哪些方面会影响共价键的强度？ 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 A（代表C\N\O） CH3-CH3 H2N-NH2 HO-OH A-A键能/kJ·mol-1 346 247 207 【思考】结合下表数据，分析A-A键能逐渐降低的原因？ 键 能 键 长 反比 原子半径(正比) 成键数目(反比) 一般规律 特殊性：成键原子的孤电子对间的斥力(反比) 8 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 【迁移应用】（1）一氯乙烯（C2H3Cl）分子中，C的一个_______杂化轨道与Cl的3px轨道形成C-Cl_______键，并且Cl的3pZ轨道与C的2pZ轨道形成3中心4电子的大π键（π34）。 （2）一氯乙烷（C2H5Cl）、一氯乙烯（C2H3Cl）、一氯乙炔（C2HCl）分子中，C-Cl键长的顺序是___________________________。 sp2 σ 一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔 信息利用 9 平面三角形 sp2杂化 未杂化p轨道形成大π键 【思考】结合组装过程，总结应该从哪些方面着手才能迅速准确组装石墨烯的球棍模型。 【问题1-4】石墨烯中存在哪些化学键？ 【小组活动】基于石墨烯的平面结构，试组装石墨烯的球棍模型。 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 中心原子(点)—σ键数(线)—键长、键角—空间结构(面) 10 空间结构 VSEPR模型 价层电子对数 空间结构 去孤电子对 键角比较 孤电子对数(反比) 成键电子对间斥力(正比) 理论模型 杂化类型：sp＞sp2＞sp3 结构稳定 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 中心原子 11 【迁移应用】LiCH3、LiC(CH3)3在合成化学上应用广泛: （1） H3C-的空间结构为____________； （2）(CH3)3C-、H3C-、F3C-的稳定性随中心C原子上电子云密度增大而减小，其中稳定性最强的是____，键角最大的是________。 三角锥形 (CH3)3C- 【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯 F3C- 模型认知证据推理 12 【任务二】基于微粒空间排布认识石墨烯 【问题2】结合晶胞在晶体中排列特点，试在图中画出石墨烯的二维晶胞(平行四边形)，每个晶胞占有几个C原子？碳碳键长为apm，则石墨烯的密度是多少g/cm2？ apm 13 【任务二】基于微粒空间排布认识石墨烯 晶胞:晶体结构的基本单元——无隙并置 【问题2】结合晶胞在晶体中排列特点，试在图中画出石墨烯的二维晶胞(平行四边形)，每个晶胞占有2个C原子，碳碳键长为1