3.2 分子晶体与共价晶体 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

分子晶体、共价晶体 册 别：选择性必修2 学 科：化学（人教版） 学习目标 1、知道共价晶体的结构特点，认识金刚石晶体和二氧化硅晶体的结构。 2、能借助共价晶体模型说明共价晶体中粒子间的相互作用与性质（如熔点、硬度等）的关系。 CO2晶体（干冰） SiO2晶体 问题：碳元素和硅元素均位于元素周期表中ⅣA族，干冰的熔点很低且易升华，SiO2晶体的熔点却很高，这是为什么？ 干冰属于分子晶体，分子间作用力只是范德华力，破坏范德华力所需能量低。 3 单晶硅 金刚石 SiO2 常见的共价晶体 4 任务1：通过金刚石晶体的结构与性质认识共价晶体的结构与性质的关系。 每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻4个碳原子结合，键角为109°28＇，即：碳采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构。 C—C共价键 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，金刚石晶体的结构中 5 C原子半径小，C—C键长（154 pm）很短，键能（347.7 kJ/mol）很大，破坏共价键需要很高的能量。 在所有已知晶体中，金刚石的硬度最大，熔点很高（>3500 ℃）。从结构上说明原因。 逆向分析： 共价键强度 键能 键长 （原子半径） 正向梳理： 6 共价晶体 1．构成粒子： 由原子直接构成 2．粒子间作用力： 共价键 3．空间结构： 三维骨架结构 4．物理特性： 熔点高、硬度大 相邻原子间以共价键结合成三维骨架结构，破坏共价键需要较高的能量，所以共价晶体具有高熔点、高硬度。 7 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （1）最小的碳环由___个C原子组成，每个环中最多有___个C原子在同一平面。 （2）每个C形成___个C—C，每个C—C占有___个C，即C原子与C—C之比为_____。即1 mol金刚石含C—C数为____。 （3）每个C原子被___个六元环共用，1个碳环占有的C原子为____个。 6 4 4 2 1:2 2NA 12 0.5 bhf、bhg、bgf、ghf 每个面上有3个六元环 8 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （4）每个晶胞中含有____个 C原子。 （5）设晶胞边长为a pm，晶体密度为____g/cm3。 （6）晶胞中两个最近C原子之间的距离为____pm。 （7）设C原子半径为r pm，则 a与r的关系为____。 （8）晶胞的空间利用率为___%。 9 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （4）每个晶胞中含有____个C原子。 8 8个顶角、6个面心、4个体内 均摊法： 8× +6× +4=8 10 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （5）设晶胞边长为a pm，晶体密度为____g/cm3。 = = 注意：1 pm=10－10cm 11 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （6）设晶胞边长为a pm，晶胞中两个最近C原子之间的距离为______pm。 AB是大正方体体对角线，O是大正方体体心， C是小正方体体心， AB=2AO=4AC 两个最近C原子之间的距离为AC，即：大正方体体对角线的1/4！ 12 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （7）设C原子半径为r pm，则 a与r的关系为____。 两个最近C原子之间的距离， 就是两个碳原子半径2r，即 （6）设晶胞边长为a pm，晶胞中两个最近C原子之间的距离为______pm。 2r = 13 任务2：进一步认识金刚石晶体的结构。 （8）晶胞的空间利用率为___%。 2r = 晶胞的空间利用率×100% V球r3 V晶胞3 = ×100% = ×100% = ×100%=33.4% 14 迁移应用：认识碳化硅。 碳化硅俗称金刚砂，结构类似金刚石，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达1600℃，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。 （1）碳化硅的化学式为____。 SiC 晶体硅的结构也类似金刚石。 15 （2）怎样从原子结构的角度理解金刚石、碳化硅、硅的熔点和硬度依次下降？ 半径：C<Si， 键长：C—C<C—Si<Si—Si， 键能：C—C>C—Si>Si—Si， 破坏共价键所需能量依次减小。 共价晶体 金刚石 碳化硅 硅 熔点/℃ >3500 2700 1410 硬度 10 9.5 6.5 16 任务3：认识SiO2晶体的结构和性质。 SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃，有多种结构，最常见的是低温石英（α-SiO2）。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗岩里的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。 如图是低温石英的结构，其中有硅氧四面体相连构成的螺旋链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性（左、右型），被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 17 SiO2的用途： 用作压电材料，如制作石英手表； 用于制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 18 （1）低温石英的结构中有顶角相连的_________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_____。 （2）1个Si原子和_____个O原子形成_____个共价键，1个O原子和_____个Si原子相结合。故1个硅氧四面体中有___个Si和__个O，化学式为_______。 （3）1 mol SiO2中含Si—O键数为___。 任务3：认识SiO2晶体的结构。 硅氧四面体 手性 4 4 2 1 2 SiO2 4NA 19 小结：共价晶体 共价 晶体 原子 熔点高 硬度大 键角 键长 键能 方向性 饱和性 三维骨架结构 结构 性质 用途 共价键 通过本节课所学内容，同学们可以解释，为什么二氧化硅的熔点比二氧化碳高的多？ 因为两者晶体类型不同，二氧化硅是共价晶体，干冰是分子晶体，破坏共价键所需能量比范德华力多得多。 关于分子晶体和共价晶体的性质比较，下节内容继续学习。 20 同学们，再见 $$