3.2.2 共价晶体 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修2(人教版2019) 第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 1 物质 熔点/℃ 沸点/℃ CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5 SiO2 1 723 2 230 二氧化硅的熔沸点远高于二氧化碳的熔沸点，说明什么？ 说明形成二氧化硅晶体的作用力是远强于分子间作用力的力。 学习 目标 第2课时 共价晶体 PART 01 PART 02 PART 02 借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点 学会比较晶体的熔、沸点。 能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性 纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。地壳中含有极少量的金刚石，它是天然存在的最硬的物质。经过仔细的打磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品—钻石。 4 金刚石的晶胞 （1）组成的粒子：原子 （2）粒子间的作用力：共价键 活动1 通过金刚石晶体的结构，认识组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？ 5 [任务一]认识共价晶体 1.概念 相邻原子以共价键相结合形成三维骨架结构的晶体（立体网状结构）叫共价晶体。 2.构成共价晶体的微粒 构成粒子 原子 粒子间的作用力 共价键 注意：气化或熔化时破坏的作用力： 共价键 3、常见共价晶体 ②某些非金属化合物： 如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等 ③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3) ①某些单质：以碳为中心， 硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（Sn）等 、 硼（B）、高聚氮 Si3N4晶体结构 Si3N4材料的导弹天线罩制品 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 *硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是划痕硬度，即摩氏硬度，以固体互相刻画时出现刻痕的固体的硬度较低。 某些共价晶体的熔点和硬度 活动2 根据表中数据，归纳共价晶体的性质特点，并从结构角度解释原因。 8 熔点高（通常＞1000 ℃），硬度大 碳化硅（SiC）砂轮 氮化硅（Si3N4）航天耐高温材料 性质 共价晶体特点 原子通过共价键形成空间网状结构 结构 9 4、共价晶体的物理性质： ①较高的熔点： 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。 ②硬度很大 ③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。 ④难溶于一般的溶剂。 10 109º 28´，三维骨架 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高： 大于 3500 0C 硬度最大： 摩氏 10 度 结构决定性质 5.共价晶体的熔、沸点的比较 比较金刚石、碳化硅、晶体硅都是共价晶体，为什么熔点高低如下：金刚石>碳化硅>晶体硅？ 原子半径：C<Si， 则键长：C-C < C-Si < Si-Si， 故键能：C-C>C-Si>Si-Si， 结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。 共价晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。 1.比较SiO2、CO2、H2O的熔点，并总结比较物质的熔点的方法。 熔点：SiO2 ＞ H2O ＞ CO2 判断晶体的类型 共价晶体 分子晶体 有氢键 只有范德华力 ＞ ＞ 判断键能的大小 键能越大，熔点越高 判断分子间的作用力 相对分子质量大小 氢键的数目多少 13 2.有下列几种晶体: A.干冰 B.冰 C.水晶 D.金刚石 (1) 属于共价晶体的是　　　　　（填序号，下同）。 (2) 属于分子晶体的是　　　　　。  (3) 含化学键且受热熔化时化学键不发生变化的晶体是　　　，受热熔化时需克服共价键的晶体是　　　　。   (4) 晶体中存在氢键的是　　　　。  A、B C、D A、B C、D B 14 晶体类型 原子晶体 分子晶体 概念 组成微粒 作用力 熔沸点 硬度 溶解性 导电性 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较小 很大 较小 不溶于任何溶剂 部分溶于水 不导电，个别为半导体 固体和熔融态都不导电，部分溶于水导电 总结感悟 (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(稀有气体)，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1000 ℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。 (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；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。 分子晶体与共价晶体的判断方法 16 金刚石——钻石的原身 天然的金刚石经常呈现规则多面体的外形，这是金刚石微观原子有序排列的宏观表现 金刚石的微观结构是怎样的？ [任务2]典型共价晶体结构分析 (1)金刚石 活动3 认识金刚石的晶体结构和性质 正四面体 最小环为六元环 ①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有4个；每个碳原子都采取sp3杂化； ②所有的C-C键长相等，键角相等，键角为109°28'； ③晶体中最小的碳环由6个碳构成，且不在同一平面内； 正四面体 最小环为六元环 ④每个碳原子可以形成12个六元环， 每个碳碳键可形成6个六元环。 ⑤晶体中每个C参与了4条C-C键的形成，而每条键中的贡献只有一半。 故C原子与C-C键数之比为： 1 ：（ ）= 1：2 19 金刚石晶胞属于立方晶胞。该晶胞中含有几个C原子？ 将1个金刚石晶胞分成8个小立方体，4个C原子交错排列在小立方体的体心。 从不同方向观察，4个C原子的位置是不同的，上述2图可以绕中心轴旋转90度重合。 (2)二氧化硅晶体 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。 石英的左、右型晶体 二氧化硅晶体结构与金刚石晶体结构有什么相同点和不同点？ 活动4 认识二氧化硅的晶体结构 109º28´ Si O 共价键 1.相同点： ①键角109.28° ②形成四面体结构 2.不同点： ①共价键键能不同 ②金刚石是向空间伸展形成空间网状结构，而二氧化硅形成螺旋上升的长链 ③原子之间以共价键结合 ③最小环不同 1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。 最小环是由6个Si原子和6个O原子组成，有12个原子。每个最小的环实际拥有的硅原子为6×1/12=1/2，氧原子数为6×1/6=1。 1mol SiO2中含4mol Si—O键，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。 正四面体内O—Si—O键角为109°28′。 25 1、金刚石是典型的共价晶体。下列关于金刚石的说法中错误的是 ( ) A. 晶体中不存在独立的“分子” B. 碳原子间以共价键相结合 C. 是硬度最大的物质之一 D. 化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 D 2、下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是(　 ) A. 共价晶体硬度通常比分子晶体大 B. 共价晶体的熔、沸点较高 C. 分子晶体都不溶于水 D. 金刚石、水晶属于共价晶体 C 3、有下列三种晶体：①金刚石　②晶体硅　③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是( ) A. ①③② B. ②③① C. ③①② D. ②①③ A 4、硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据下表中三种物质(晶体)的熔点，简要解释熔点产生差异的原因： 物质 SiO2 SiCl4 SiF4 熔点/℃ 1 710 －70 －90.2 (1)SiO2和SiCl4：_______________________________________________ _____________________________________________________________。 (2)SiCl4和SiF4：_______________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，分子间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4。 SiCl4和SiF4均为分子晶体，分子间作用力均为范德华力，根据分子结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，可知SiCl4熔点高于SiF4。 $$