3.2.2共价晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第二节 分子晶体与共价晶体 第三章 晶体结构与性质 人教版选择性必修2 第2课时 共价晶体 1、知道共价晶体的结构特点，认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构，能借助共价晶体模型说明共价晶体中粒子间的相互作用 。 2、能结合具体实例，说出共价晶体的粒子间相互作用与其性质（熔点、硬度等）的关系。 【学习目标】 共价晶体的结构特点与性质之间的关系 【重点难点】 熔点/oC 状态（室温） CO2 -56.2 气态 SiO2 1723 固态 干冰 SiO2 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸点为什么差距那么大？ 问题情景 1.定义：相邻原子间以共价键结合而形成的三维骨架结构的晶体 原子 共价晶体 构成粒子 粒子间的作用力 共价键 二：共价晶体 【思考与讨论】“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？ 不对，分子晶体或离子晶体可能含有共价键； 关键从构成晶体的微粒和微粒间的作用力去辨别。 2、典型的共价晶体 金刚石(C) 、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等 石英(SiO2) 、碳化硅(SiC，俗称金刚砂) 、氮化硅(Si3N4) 、氮化硼(BN) 、C3N4等 (3)极少数金属氧化物 (1)某些单质 (2)某些非金属氧化物 氮化铝(AlN) 、刚玉(ɑ-Al2O3) 哪些晶体属于共价晶体？常见的共价晶体有哪些？ 熔点很高；硬度很大；一般不导电(晶体硅半导体)；难溶于一般溶剂 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 某些共价晶体的熔点和硬度 3、共价晶体物理性质： 熔化破坏共价键，需要很高的能量。 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。 思考：为什么共价晶体熔点都很高？ ①每个C周围有 个C，围成空间 形，晶体中C-C-C夹角为109°28'，C的杂化轨道类型是 。 ②C原子与碳碳键之比为（ ） ③最小碳环为（ ）元环且不共面 4 正四面体 sp3杂化 1 ：2 六 （1）金刚石的晶体结构特征 4、常见的共价晶体 ①每个C周围有 个C，围成空间 形，晶体中C-C-C夹角为109°28'，C的杂化轨道类型是 。 ②C原子与碳碳键之比为（ ） ③最小碳环为（ ）元环且不共面 4 正四面体 sp3杂化 1 ：2 六 （1）金刚石的晶体结构特征 5、常见的共价晶体 ④一个C原子被 个环共用，每个环平均有 个C原子 12 1/2 ⑤一个C-C键被 个环共用，每个环平均有 个C-C键 6 1 9 金刚石中，一个碳原子属于12个六元环共有 我们考查四面体中心的那个碳原子： 它与相邻的4个碳原子形成a、b、c、d 4条共价键，每两条键都会是六元环的两条边， 这样可以形成ab、ac、ad、 bc、bd、cd的6种组合。 我们看cd这个组合： 形成了一个六元环， 形成了第二个六元环， 这样，每一种组合可以形成两个六元环，6种组合就一共可以形成12个六元环。 a b c d ⑥金刚石是 晶胞，一个晶胞中平均含有 个C原子数 8 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 面心立方 金刚石晶胞的晶胞参数： C到顶点距离=体对角线的1/4 C到顶点距离=2r 金刚石晶体原子间全部通过共价键相结合； 金刚石晶体为三维骨架结构； 晶体中没有单个分子存在，是一个“巨分子”。 化学式表示原子个数比。 没有分子式 （1）金刚石的晶体结构特征 4、常见的共价晶体 （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 5、常见的共价晶体 109º28´ Si O 共价键 ①硅原子都采取sp3杂化，每个Si周围有 个O，每个O周围有 个Si，硅氧构成空间 形 （注意：以“O”为中心的“Si-O”键的夹角不是180度） （2）二氧化硅的晶体结构特征 4 2 正四面体 ②1mol SiO2中共价键为 mol 4 拓展：二氧化硅晶体 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（共用两个氧） 硅氧四面体为结构单元构成二维结构。（共用三个氧） 拓展：二氧化硅晶体 方英石（SiO2）结构和金刚石相似，其结构单元如图。 硅氧四面体为结构单元构成三维结构。（共用四个氧） 二氧化硅的用途 制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 光导纤维 单晶硅制片 硅太阳能电池 单晶硅 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)。 二氧化硅的存在 【思考与讨论】P82 怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降? 在金刚石、硅和锗中，每个原子均以sp3杂化轨道与相邻的4个原子形成键，整体上形成三维骨架结构，同属于共价晶体，熔点和硬度都较高。但金刚石硅和锗的结构差别在于 C、Si、Ge原子半径依次递增，C-C、Si-Si、Ge-Ge的键长依次递增，键长越大，键能越小。所以熔点和硬度依次降低。 ①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。 键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 ②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。 共价晶体的熔沸点比较 一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 19 粒子 粒子间的作用力 晶体的类型 性质特点 结构特点 研究晶体的思路 用途 课堂小结 1.依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的的作用力是分子间作用力。 2.依据晶体的熔点判断 共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。 判断共价晶体和分子晶体的方法 3.依据物质的状态判断 一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。 4.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。 【小结】 1.不同类型的晶体熔、沸点： 共价晶体>分子晶体 分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较 分子晶体: ①看是否含有氢键 有分子间氢键的熔沸点高 都有分子间氢键，看氢键的个数，个数越多熔沸点越高 ②比较范德华力 无氢键，组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高 ③比较分子极性 相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高。 ④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。 2.同一类型的晶体熔、沸点： 【小结】 如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：原子半径：C<Si，则键长：C-C < C-Si < Si-Si，故键能：C-C<C-Si<Si-Si，熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。 共价晶体： ①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。 一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 ②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较 【小结】 1.不同类型的晶体熔、沸点： 共价晶体>分子晶体 2.同一类型的晶体熔、沸点： 巩固练习： 3.2.2共价晶体 $$