3.2.2 共价晶体（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

晶体结构与性质 第三章 第二节　分子晶体与共价晶体 第2课时　共价晶体 返回目录 化学 选择性必修2 　 课前·教材预案 课堂·深度拓展 课末·随堂演练 课时作业(十四) 课前·教材预案 知识点1　共价晶体的结构和性质 原子 共价键 返回目录 化学 选择性必修2 　 单质 非金属化合物 硬度 熔点 返回目录 化学 选择性必修2 　 知识点2　两种典型的共价晶体 返回目录 化学 选择性必修2 　 109°28′ 共价单键 4 sp3 返回目录 化学 选择性必修2 　 硅 氧 109°28′ 共价键单键 4 2 sp3 返回目录 化学 选择性必修2 　 × × × × √ × 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课堂·深度拓展 探究点1　分子晶体与共价晶体比较 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 探究点2　典型共价晶体的结构 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 课末·随堂演练 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 返回目录 化学 选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.借助共价晶体模型认识晶体的结构特点。 2．能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。 1．共价晶体的结构特点 共价晶体eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(构成粒子：　　　　,粒子间作用力：　　　　　　)) 2．共价晶体与物质的类别 物质种类 实例 某些________ 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些________________ 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等 3.共价晶体的特性 高________、高________是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。 物质 金刚石 二氧化硅 模型 物质 金刚石 结构 特点 (1)C—C—C夹角为__________________。 (2)每个碳原子以四个____________对称地与相邻的______个碳原子相结合。 (3)碳采取__________杂化轨道形成共价键三维骨架结构 物质 二氧化硅 结构 特点 二氧化硅晶体结构相当于将金刚石中的碳原子全都换成了______原子，同时在每两个硅原子之间增添一个______原子。 (1)O—Si—O夹角为__________________。 (2)每个硅原子均以4个______________对称地与相邻的______个氧原子相结合，每个氧原子与______个硅原子相结合，向空间扩展，形成空间网状结构。 (3)硅原子采取__________杂化轨道形成共价键 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。(　 　) (2)具有共价键的晶体叫作共价晶体。(　 　) (3)共价晶体在固态或熔化时都不导电。(　 　) (4)SO2与SiO2的化学键类型相同，晶体类型也相同。(　 　) (5)60 g SiO2晶体中含4 mol Si—O键。(　 　) (6)化学式CO2和SiO2表示的物质组成意义相同。(　 　) 名师提醒 (1)共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。 (2)共价晶体在固态和熔化时都不导电，但个别为半导体。 (3)1 mol SiO2 中含4 mol Si—O键。 (4)共价晶体中不存在单个的分子。如共价晶体SiO2表示在晶胞中硅原子和氧原子的物质的量之比为1∶2。CO2表示一分子的二氧化碳由一个碳原子和两个氧原子组成。 1．干冰(二氧化碳晶体)和水晶(二氧化硅晶体)受热熔化时克服的作用力是否相同？ 2．干冰易升华，水晶具有耐磨性，性质的差异原因是什么？ 不同。干冰克服的是分子间作用力，水晶克服的是共价键。 干冰是由分子组成的，组成微粒是分子，微粒间(分子间)作用力是分子间作用力。水晶是由原子组成的，微粒间作用力是共价键。 1．分子晶体、共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 组成粒子 分子 原子 粒子间的 作用力 范德华力 (某些含氢键) 共价键(极性键、 非极性键) 熔化时需克 服的作用力 较弱的分子间作用力 很强的共价键 晶体类型 分子晶体 共价晶体 物理性质 熔、沸点 较低 很高 硬度 较小 很大 导电性 固态和熔化时都不导电，但某些分子晶体溶于水导电，如HCl 固态和熔化时都不导电，但个别为半导体 溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂 决定熔、沸点高低的因素 分子间作用力的大小 结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高 2.分子晶体和共价晶体的判断方法 (1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断 构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子或原子，微粒间的作用力是分子间作用力。 (2)依据晶体的熔点判断 共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至温度更低。 (3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断 共价晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。 (4)依据导电性判断 分子晶体为非导体，但部分溶于水后能导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。 【例题1】 C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。 (1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是______________。SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是______________。 (2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：_________________________________________，SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。 (3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是__________________________，熔化时克服的微粒间的作用力分别是________________________________。 思维导引：从分子晶体和共价晶体的结构差异以及共价晶体间共价键的强弱(键长角度)分析共价晶体性质的差异性。 解析　(1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si的键长，所以熔沸点碳化硅＞晶体硅。(2)SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，构成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，CO2分子间以分子间作用力结合。 答案　(1)sp3　共价键　SiC＞Si (2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p－p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键　共价　分子　＜ (3)原子、原子、原子、分子　共价键、共价键、共价键、分子间作用力 【变式1】 现有两组物质的熔点数据如表所示。根据表中数据回答下列问题。 A组 B组 金刚石：3 550 ℃ HF：－83 ℃ 晶体硅：1 410 ℃ HCl：－115 ℃ 晶体硼：2 300 ℃ HBr：－89 ℃ 二氧化硅：1 710 ℃ HI：－51 ℃ (1)A组属于____________晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是____________。 (2)B组中HF熔点反常是由于______________________。 (3)B组晶体不可能具有的性质是________(填序号)。 ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电 ④液体状态能导电 解析　(1)A组物质熔点很高，应是共价晶体，共价晶体熔化时破坏的是共价键。(2)B组物质是分子晶体，且结构相似，相对分子质量越大，熔点越高；HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高，出现反常的原因是HF分子间存在氢键，HF熔化时除了破坏范德华力，还要破坏氢键，所需能量更高，因而熔点更高。(3)分子晶体在固态和熔化状态时都不导电。 答案　(1)共价　共价键　(2)HF分子间能形成氢键，熔化时需要消耗的能量更多　(3)③④ 3．分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环有多少个原子？1 mol SiO2中含有多少摩尔Si—O键？ SiO2晶体中最小环上有12个原子。1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。 金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞 1．金刚石(晶体硅) (1)金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。 (2)其结构模型中最小的环上有6个C(Si)原子，晶体中C(Si)原子个数与C—C(Si—Si)键数之比为1∶2。 2．碳化硅晶胞 (1)碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′。 (2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。 (3)最小环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。 (4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。 3．二氧化硅晶胞 (1)SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入1个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。 (2)其结构模型中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。 【例题2】 碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。请回答下列问题： (1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为____________(用含a、b的式子表示)。 (2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 思维导引：共价晶体是通过共价键形成的立体网状结构。金刚石中碳原子以四条单键(饱和碳原子)成键，结合题给晶胞结构进行判断与计算。 解析　(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×＋8×＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝，故NA＝ mol－1。(2)立 方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×＋8×＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。 答案　(1)sp3　4　 mol－1 (2)4　4　sp3　 【变式2】 金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答： (1)金刚砂属于________晶体。金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。 (2)金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，其中键角是________。 (3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。 (4)碳、硅原子均采取________杂化。 解析　由于金刚砂是网状结构，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合，故金刚砂是共价晶体；硅原子半径比碳原子大，故金刚砂熔点低；硅和碳电子层结构、成键方式相同，均采取sp3杂化，硅原子周围有4个碳原子，键角为109°28′；组成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。 答案　(1)共价　低　(2)4　109°28′　(3)3　(4)sp3 1．(共价晶体与分子晶体的判断)下列晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是(　　) A．SO2与SiO2 B.CO2与H2O C．金刚石与HCl D.CCl4与SiC 答案　B 解析　选项中属于分子晶体的是SO2、CO2、H2O、HCl、CCl4，属于共价晶体的是SiO2、金刚石、SiC，B项正确。 2．(共价晶体的结构)下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中，只存在共价键 B．共价晶体具有空间网状结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 答案　D 解析　共价晶体中原子之间通过共价键相连，只存在共价键，A项正确；共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构，B项正确；共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子，C项正确；共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键，D项错误。 3．(共价晶体的物理性质)如表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　) 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 A.构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 B．构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高 C．构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大 D．构成共价晶体的原子的相对分子质量越大，晶体的硬度越大 答案　B 解析　共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大，B项正确。 4．(综合应用)下列晶体性质的比较中不正确的是(　　) A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NH3>PH3 C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4 答案　C 解析　三种物质都是共价晶体，原子半径r(C)<r(Si)，所以键长：C—C<C—Si<Si—Si，故键能：C—C>C—Si>Si—Si，键能越大，共价晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。 5．(综合应用)有下列物质：①水晶　②冰醋酸　③氧化钙　④白磷　⑤晶体氩　⑥氢氧化钠　⑦铝　⑧金刚石　⑨过氧化钠　⑩碳化钙　⑪碳化硅　⑫干冰　⑬过氧化氢。 根据要求填空： (1)属于共价晶体的化合物是________(填序号，下同)。 (2)直接由原子构成的晶体是____________。 (3)直接由原子构成的分子晶体是________。 (4)由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。 解析　属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)。 答案　(1)①⑪　(2)①⑤⑧⑪　(3)⑤ (4)②⑬　④⑤ $$