3.2.3共价晶体 课件 2024-2025学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

碳和硅元素同为第四主族的元素，从其形成的化合物外形来看，均为晶体，而两种晶体的熔沸点却相差很大，这是为什么呢？ 干冰 SiO2 物质 熔点/℃ 沸点/℃ CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5 SiO2 1 723 2 230 新课导入 第2节 几种简单的晶体结构模型 第3课时 共价晶体 第3章不同凝聚状态的物质与性质 制作教师：李亚泉 2 2 1 本节重、难点 了解组成共价晶体的微粒、作用力及其性质 明确影响共价晶体性质的因素 知识导航 共价晶体 通过金刚石晶体的结构认识共价晶体结构组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？ 探究一 组成的粒子：_______ 粒子间的作用力： _______ 金刚石的多面体外形 晶体结构 晶胞示意图 晶胞示意图 原子 共价键 新课讲授 概念 共价晶体的结构特点及物理性质 构成微粒及微粒间作用 所有原子都以共价键相互结合形成三维骨架结构（即立体网状结 构）的晶体。 (也称为原子晶体) 共价晶体 构成粒子 原子 粒子间的作用力 共价键 共价键 新课讲授 硼 刚玉 碳化硅 其他： 硅(Si)、金刚石(C) 、锗(Ge)等 其他： 七氧化二锰(Mn2O7) 、三氧化二铬(Cr2O3) 等 常见的共价晶体 某些单质 极少数金属氧化物 某些非金属化合物 其他： 二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等 新课讲授 共价晶体 认识金刚石的晶体结构和性质：一个金刚石晶胞中，含有几个碳原子？ 探究二 体内：4 顶点：8× ＝1 8 1 面心：6× ＝3 2 1 共计：1＋3＋4＝8 新课讲授 共价晶体 金刚石中，每个碳原子与多少个碳原子成键？碳原子采取什么杂化方式？ 探究三 每个碳原子与4个碳原子成键 109°28´ 碳原子采取sp3杂化方式 新课讲授 共价晶体 金刚石中，1 mol C 形成的共价键数目是多少？ 探究四 1 mol C 形成的共价键为2个碳原子共用，故共价键数目为___ mol 2 每个碳原子连接4个碳碳键，形成一个碳碳键需要2个碳原子，每个碳原子分摊的数目为0.5mol 新课讲授 (1)在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有____个; (2)每个碳原子都采取_________; (3)所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________； (4)晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内； (5)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一半，故C原子与C—C键数之比为 ； sp3杂化 109°28' 6 不在 4 4 1 : 2 金刚石晶体 新课讲授 (6)每个碳原子可形成　　个六元环,每个C-C键可以形成　 个六元环； (7)在金刚石晶胞中占有的碳原子数_____; (8)12 g 金刚石含有_____个C原子，含有______个C-C键。　 8 NA 6 12 2NA 金刚石键长很短，熔点高，硬度最大 金刚石晶体 新课讲授 sp3 二氧化硅晶体 二氧化硅晶体中，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，形成三维骨架结构，晶体中，硅、氧原子个数比为_________ 晶体结构中最小的环上有_____个硅原子和______个氧原子，硅、氧原子个数比为_________ 。 共价键 4 2 6 6 1∶2 Si O 1∶1 新课讲授 金刚石、碳化硅和晶体硅都是原子晶体，其熔点和硬度主要由共价键的强弱决定。在这些材料中，共价键的键长依次是C−C键最短，C−Si 键次之，Si−Si 键最长。键长越短，共价键越牢固，键能越大，共价晶体的熔点和硬度越大。 共价晶体 金刚石 碳化硅 晶体硅 熔点/℃ ＞3 500 2830 1412 硬度* 10 9 7 根据所学内容，思考并回答：怎样从原子结构的角度理解金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点和硬度依次下降？ 新课讲授 题型一 共价晶体 【典例1】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 【解析】A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，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；C项，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；D项，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 典例精讲 共价晶体的结构特征 (1)构成共价晶体的基本微粒：原子。晶体中不存在单个分子，共价晶体的化学式仅仅表示物质中的原子个数关系，不是分子式。 (2)形成共价晶体的作用力：共价键。在共价晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。 (3)共价晶体中的原子以共价键相结合，共价键有方向性和饱和性，因此在共价晶体中，每个原子周围的其他原子的数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。原子的堆积不遵循紧密堆积原则。 拓展延伸 【变式1-1】根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是(　　) A．熔点2700 ℃，导电性强，延展性强 B．无色晶体，熔点3550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂 C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电 D．熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电 【解析】共价晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；共价晶体难溶于水，C项错误；共价晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。 B 典例精讲 【变式1-2】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 (　　) A．124g P4含有的P—P键的个数为6NA B．28g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA C．12g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA D．60g SiO2中含Si—O键的个数为2NA 【解析】白磷是正四面体结构，1个白磷分子中含有6个P—P键，124 g白磷的物质的量是124 g÷124 g/mol=1 mol，124 g P4中含P—P键的数目为6NA，A正确；28 g晶体硅中n(Si)=1 mol，每个Si原子形成4条Si—Si键，每个Si—Si键由2个Si原子共用，则28 g晶体硅中含Si—Si键的数目为2NA，B不正确；12 g金刚石中n(C)=1 mol，金刚石中n(C)∶n(C—C键)=1∶2，12 g金刚石中含有的C—C键的个数为2NA，C不正确；60 g SiO2的物质的量为1 mol，二氧化硅中平均每个硅原子形成的Si—O键的个数为4，则60 g SiO2中含Si—O键的个数为4NA，D不正确。 A 典例精讲 【变式1-3】据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是 (　　) A．该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足 8电子稳定结构 B．氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价 C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原 子和三个碳原子相连 D．氮化碳的分子式为C3N4 D 典例精讲 【解析】根据题图结构可知，每个碳原子周围有四个共价键，每个氮原子周围有三个共价键，碳原子最外层有4个电子，形成四个共价键后成8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成三个共价键后也是8电子稳定结构，A正确；由于元素的非金属性N>C，所以形成共价键时，共用电子对偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价，B正确；根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连，C正确；由于氮化碳是共价晶体，不存在分子，因此没有分子式，D错误。 典例精讲 题型二 典型的共价晶体 【典例2】我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si-Si键之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图，下列说法不正确的是(　　) A．石英晶体中每个Si原子通过Si-O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子也通过Si-O极性键与2个Si原子作用 C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2， 可用“Si-O”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2 D 典例精讲 金刚石和二氧化硅结构 拓展延伸 【变式2-1】下列关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是(　　) A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶点 B．最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环 C．最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为 1∶1 D．最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环 D 【解析】二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶点，故A项错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，每个环实际占有的硅原子数为6×＝，氧原子数为6×＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，故B、C项错误，D项正确。 典例精讲 【变式2-2】已知SiC的熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。已知Si-28、C-12，下列说法错误的是(　　) A．SiC 晶体中碳原子和硅原子均采用sp3杂化 B．硅单质的熔点高于2700℃ C．距离硅原子最近的硅原子数为12 D．若晶胞参数为 a pm,则该晶体的密度为 B 典例精讲 谢谢！ 典例精讲 金刚石 (1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均为109.5° (3)最小碳环由6个C组成且六个原子不在同一平面内 (4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键个数之比为1∶2 (5)每个晶胞含8个C SiO2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构 (2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2 (3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si $$