3.2.2 共价晶体 课件 2023-2024学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子晶体与共价晶体 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2的一些物理性质却相差很大，这是为什么？ CO2晶体(干冰)属于分子晶体 干冰 SiO2晶体属于共价晶体。 SiO2 一、共价晶体 相邻原子之间以共价键相结合形成的具有三维骨架结构的晶体。 ① 组成的粒子： 原子 ②粒子间的作用力： 共价键 二、典型的共价晶体 ③极少数金属氧化物： ①某些单质： ②某些非金属化合物： 硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石(C)和灰锡(Sn)等 碳化硅(SiC)，二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、 氮化铝(AlN)及氮化硅(Si3N4)等 如刚玉(ɑ-Al2O3) 近年来Si3N4以为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N而获得结构多样化的陶瓷，用于制作LED发光材料。 三、共价晶体的物理性质 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/0C ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211 硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 ①熔点很高： ②硬度很大。 ③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。 ④难溶于一般溶剂。 共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合， 要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。 Si3N4用作航天耐高温材料，SiC用作耐磨砂轮。 四、 共价晶体的结构特征 1.金刚石晶体 天然金刚石呈现多面体外形 金刚石的结构 金刚石的晶胞 (1)金刚石晶体的结构特点 ②每个碳原子都采取____杂化; sp3 ③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________. 109°28' ④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内； 6 不在 ①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个 4 最小环为六元环 109º28´ (1)金刚石晶体的结构特点 ⑤晶体中每个碳原子被 _____环所共有； 12 109º28´ ⑦在金刚石晶胞中占有的碳原子数____　 8 8×1/8+6×1/2+4=8 →12g金刚石含有_____个C原子，含有_____个C-C键 NA 2NA ⑥晶体中每个C参与了 条C—C键的形成， 而在每条键中的贡献只有 ， 故C原子与C—C键数之比为： 。 1：( )= 1：2 →即金刚石中，1molC平均拥有 mol C—C键 4 2 1/2 (1)金刚石晶体的结构特点 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高：> 3500 0C 硬度最大：摩氏10度 ②金刚石的性质 109º 28´，三维骨架 结构决定性质 ③金刚石模型的演变 (1)与碳同族单质(如Si、Ge)都具有与金刚石相似的结构； (2)第ⅣA族相邻元素间也可形成相似结构的晶体(如SiC) (3) BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。 金刚石 晶体硅 SiC GaAs (1)怎样从原子结构的角度理解金刚石，硅和锗的熔点和硬度依次下降？ (2)“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？ 【思考与讨论】P82 不对，分子晶体中通常也含有共价键。如干冰，只有分子内部才通过共价键结合，而分子间通过范德华力结合成分子晶体；此外，某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl。 金刚石、硅、锗都是共价晶体，原子半径：C<Si < Ge， 则键长：C-C < C-Si < Si-Si，故键能：C-C＞Si-Si＞Ge-Ge， 熔点和硬度：金刚石 > 硅 > 锗。 小结：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定， 晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 2.二氧化硅晶体 SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔点1713 ℃，有多种结构 ，最常见的是低温石英。遍布河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都低温石英。 黄沙 花岗岩 石英矿 水晶 (1)SiO2在自然界分布： (2)低温石英的结构 其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如石英手表。 石英晶体中 硅氧四面体相连构成的螺旋链 石英的 左、右型晶体 SiO2用途：制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料 晶体硅的晶胞中，在Si－Si键之间插入O原子，即得到方石英的晶胞