3.2.2 共价晶体 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第2课时 共价晶体 第二节 分子晶体与共价晶体 学习目标 1.能识别常见的共价晶体，分析共价晶体中各构成微粒之间的作用 2.能用共价晶体的通性，推断常见的共价晶体，利用均摊法对晶胞进行分析。 新课引入: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 熔点/℃ -56.2 (527 kPa) 沸点/℃ -78.5 二氧化硅 熔点/℃ 1 723 沸点/℃ 2 230 组成粒子 组成粒子 粒子间作用力 粒子间作用力 熔点 熔点 范德华力 熔点低 原子 共价键 分子 熔点高 分子晶体 共价晶体 1.概念：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，也称原子晶体。 一、共价晶体 共价键 碳原子 金刚石 构成粒子 原子 粒子间的作用力 共价键 2.形成 立体结构：整块晶体是一个三维骨架结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。 3、常见共价晶体 ③极少数金属氧化物，如刚玉(a-Al2O3)、氮化铝（AlN) ①某些单质： 金刚石（C)、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（Sn）等 、高聚氮 一、共价晶体 ②某些非金属化合物： 如碳化硅(SiC，金刚砂)、石英(SiO2)及氮化硅(Si3N4)、氮化硼（BN）等 SiO2 常见的共价晶体 有的晶体微观空间里没有分子，共价晶体就是其中之一。 一、共价晶体 金刚石 晶体硅 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 Si3N4晶体结构 7 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。 一、共价晶体 8 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， 结论：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。 一、共价晶体 5.共价晶体的熔、沸点的比较 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 【课堂练习】 10 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 归纳总结 (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区别 归纳总结 12 1.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？ 二、常见的共价晶体 金刚石的晶体结构 金刚石晶胞属于立方晶胞。该晶胞中含有几个C原子？ 二、常见的共价晶体 1.金刚石的晶体结构和性质 1.金刚石的晶体结构和性质 正四面体 最小环为六元环 二、常见的共价晶体 ①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有4个形成为正四面体。每个碳原子都采取sp3杂化，杂化轨道形成共价键三维骨架结构； ②所有的C-C键长相等，键角相等，C—C—C键角为109°28'； ③晶体中最小的碳环由6个碳构成，最多4个碳在同一平面内； 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形成4个C-C键的形成，每个C—C占有2个C，即C原子与C—C个数之比为1：2 1 ：（ ）= 1：2 二、常见的共价晶体 1.金刚石的晶体结构和性质 ⑥在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部4个，该晶胞中实际含有的碳原子数为8。 17 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 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 【思考】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？ ①每个Si原子都采取SP3杂化和4个O原子形成 4个Si—O键.每个Si周围结合4个O；每个O周围结合2个Si，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。 ②没有单个SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例:1:2 ③最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。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1。 ④1mol SiO2中含4mol Si—O键 ⑤ 每个硅原子被12个12元环共用 2.二氧化硅晶体结构分析： 每个氧原子被6个12元环共用 正四面体内O—Si—O键角为109°28′。 SiO2晶胞相当于将硅晶胞中每一个Si－Si键之间填充了一个氧原子。 SiO2晶胞中硅的个数仍为8，氧原子全部处于晶胞内部，因此个数为16，数量比与化学式中原子个数比一致。 2.二氧化硅晶体结构分析： 【思考谈论】根据晶体硅与SiO2的结构，试分析二者熔点高低的原因？ 熔点(℃) Si 1415℃ SiO2 1713℃ 二者均由共价键形成三维骨架结构，高硬度、高熔点。因Si原子半径大于O原子半径，键长：Si-O＜Si-Si，键能：Si-O＞Si-Si，故SiO2熔点更高。 3.硅和二氧化硅的用途： 二氧化硅 硅 水泥 玻璃 二氧化硅 光导纤维 单晶硅制的芯片 硅太阳能 电池 半导体材料 ②SiCl4和SiF4：__________________________________________________ _______________________________________________________________________________________。 ①SiO2和SiCl4：__________________________________________________ ___________________________________________________________。 1.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 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 【课堂练习】 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 2.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述正确的是（ ） A、最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子 B、最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2 C、最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子 D、存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角 C 【课堂练习】 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 3、下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 ①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 ②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 ③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大 ④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大 A、①② B、③④ C、①③ D、②④ D 【课堂练习】 小杨老师 15521324728 版权归属于微信公众号：杨sir化学 侵权必究 $$