第三章 第二节 第2课时 共价晶体 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第2课时 共价晶体 第二节 分子晶体与共价晶体 化学 1.认识金刚石晶体的三维骨架结构,能运用模型解释物质的性质,进而认识二氧化硅、碳化硅晶体的性质,培养“证据推理与模型认知”的化学核心素养。 2.借助实物模型、图片等多种直观手段,认识共价晶体的结构特点,能利用共价晶体的结构特点解释其性质特点。 学习目标 3.认识共价晶体在生活中的应用,了解化学对生产、生活的重要作用,拓展科学视野。 学习重难点 重点 共价晶体的结构特点与性质间的关系。 难点 依据共价晶体的微观结构,描述或预测共价晶体的性质。 知识回顾 分子晶体是只含分子的晶体。构成分子晶体的分子之间存在分子间作用力(范德华力、氢键),分子内部主要存在的作用力是共价键(稀有气体除外)。 1.什么是分子晶体?分子晶体中存在哪些相互作用力? 2.已知CO2的熔点是-56.2 ℃,沸点是-78.4 ℃,SiO2的熔点是1713 ℃,沸点是2 230 ℃,碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族,为什么CO2晶体的熔、沸点很低,而SiO2晶体的熔、沸点很高? 因为CO2和SiO2的晶体类型不同,CO2晶体属于分子晶体,决定熔、沸点的是分子间作用力,熔、沸点低;SiO2晶体不属于分子晶体,是其他类型的晶体。 引入新课 纯净的金刚石是无色透明、呈规则多面体外形的固体。地壳中含有极少量的金刚石,它是天然存在的最硬的物质。经过仔细打磨后,可以成为璀璨夺目的装饰品——钻石。 全球钻石拍卖纪录——“粉色之星”取自132.50克拉的毛坯钻,2017年4月在香港苏富比拍卖会上由香港珠宝巨头周大福以7 120万美元成交。 图2 图1 在象征最高权利的英王权杖上,镶嵌着一颗钻石,无瑕中透着淡蓝,形似水滴,重 530.2克拉。 引入新课 钻石切割流程:先在钻坯上沿钻石的天然纹理方向画线,再沿线劈割或锯切。“天然纹理”是金刚石微观原子有序排列的宏观表现。在金刚石的晶体中,每个碳原子都是采取sp2杂化与相邻4个碳原子形成4个共价键,并不断延伸形成三维骨架结构。 [思考与讨论] 在金刚石晶体中最小环由多少个碳原子构成?每个碳原子被几个环共用?在金刚石晶体中相邻C—C 之间的夹角为多少?在金刚石晶体中每个碳原子的共价键数是多少? 提示：6个;12个;109°28';4。 一、共价晶体 讲授新课 一、共价晶体 1.定义:相邻原子间以共价键结合而形成三维骨架结构的晶体,叫做共价晶体。 2.构成粒子:原子。 3.粒子间作用:共价键。 4.空间结构:三维骨架结构。 5.物理性质:一般熔点高、硬度大、不导电等。 讲授新课 讲授新课 一、共价晶体 [情境设问] 1.金刚石晶胞中,碳原子分别位于哪些相对位置?一个金刚石晶胞平均占有几个碳原子? 在金刚石晶胞中,碳原子分别位于顶角、面心和体内。一个金刚石晶胞平均占有8个碳原子(顶角占8×=1个;面心占6×=3个;体内为4个)。 讲授新课 一、共价晶体 物质 键长/pm 键角 熔点/℃ 摩氏硬度 金刚石 154 347.7 109°28' >3500 10 讲授新课 一、共价晶体 [情境设问] 2.为什么金刚石的熔点高、硬度大? 共价晶体中,各原子均以共价键结合,形成的是三维骨架结构,使其结构更加牢固,所以共价晶体的硬度大。在熔化时必须破坏其中的共价键,而其共价键的键能相对较大,破坏它们需要很大的能量,因此需要很高的温度,所以共价晶体的熔点高。 讲授新课 一、共价晶体 [情境设问] 3.结构相似的共价晶体的性质有怎样的递变规律? 结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,共价晶体的熔点越高,硬度越大。 金刚石是由同种原子构成的共价晶体,不同原子之间可以通过共价键形成共价晶体吗?如果将碳原子换成硅原子,并在硅原子间插入氧原子,结构会是什么样子呢? 二氧化硅也是一种典型的共价晶体,根据课前“知识回顾”我们知道,它的熔、沸点很高。 讲授新课 二、认识二氧化硅晶体 [情境展示] 制造水泥 玻璃 单晶硅 芯片 讲授新课 二、认识二氧化硅晶体 1.二氧化硅的结构:硅原子位于正四面体的中心，而氧原子位于正四面体的顶点。 2.二氧化硅的构成粒子:原子。 3.二氧化硅的粒子间作用:共价键。 4.二氧化硅的空间结构:三维骨架结构。 5.二氧化硅的物理性质:一般熔点高、硬度大、不导电等。 讲授新课 讲授新课 二、认识二氧化硅晶体 [课堂拓展] 二氧化硅的晶体结构有三种类型： SiO4四面体和O-Si-O链构成的三维网状结构。 六方最密堆积结构，也被称为ABAB型堆积方式。 等比立方晶系、正交晶系和六角晶系。 讲授新课 二、认识二氧化硅晶体 [情境设问] 【问题1】二氧化硅晶体中,硅原子与氧原子的个数比是多少? 1∶2。 【问题2】结合金刚石和二氧化硅晶体的性质,请同学们总结一下共价晶体有哪些共同的物理性质? (1)熔点高;(2)硬度大;(3)一般不导电;(4)难溶于一些常见的溶剂。 讲授新课 二、认识二氧化硅晶体 [情境设问] 【问题4】在二氧化硅晶体中原子又是怎样排列的呢? 它的结构由硅原子和氧原子交替排列组成。 【问题3】根据硅原子和氧原子的结构,并结合硅元素和氧元素的化合价,预测硅原子和氧原子是怎样成键的? 硅原子形成硅氧键是因为硅和氧元素之间的电负性差异和它们的原子结构。 讲授新课 [情境设问] SiO2晶体为什么是共价晶体，而不是分子晶体？ 二氧化硅晶体中，一个硅原子周围四个氧原子形成正四面体，硅在正四面体的中心，与此同时，一个氧原子与两个硅原子形成共价键，形成空间网状结构，不存在二氧化硅分子。所以二氧化硅是共价晶体。 讲授新课 相邻原子之间只通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫做共价晶体。 在原子晶体这类晶体中，晶格上的质点是原子，而原子间是通过共价键结合在一起，这种晶体称为共价晶体。如金刚石晶体、单质硅、二氧化硅等均为共价晶体。 讲授新课 三、对比分子晶体与共价晶体 [情境设问] 具有共价键的晶体就是共价晶体吗?为什么? 不一定是。像O2、H2O等分子内都有共价键,它们的晶体是分子晶体。 讲授新课 [总结]分子晶体和共价晶体的比较 晶体类型 分子晶体 共价晶体 定义 只含分子的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成三维骨架结构的晶体 构成粒子 分子 原子 粒子间相互作用 分子间作用力 共价键 是否存在分子 是 否 熔点 较低 很高 硬度 较小 很大 熔化时破坏的作用力 分子间作用力 共价键 讲授新课 [注意] 1.分子晶体由分子构成，分子间通过较弱的分子间作用力相互结合；共价晶体则是由原子通过共价键直接结合形成空间网状结构，具有较高的硬度和熔点。 2.分子晶体和原子晶体均属于晶体范畴，具有晶体的一般性质，如长短有序、各向异性等；此外，某些物质在特定条件下可以发生晶体类型的转变，如某些分子晶体在高压下可转变为共价晶体。 3.分子晶体的物理性质受分子间作用力大小、分子极性和分子形状等因素影响；而共价晶体的性质则主要取决于共价键的类型、键能和晶体结构等因素。两者在性质上存在一定差异，但又是相互关联、相互影响的。 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.共价晶体的熔点较高 C.有些分子晶体的水溶液能导电 D.金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体 课堂练习 【练习1】 D 解析:由于共价晶体中粒子间以共价键结合,而分子晶体中分子间以分子间作用力结合,故共价晶体比分子晶体的熔点高、硬度大;有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电,如H2SO4、HCl;D选项中的干冰(固态CO2)是分子晶体,D项错误。 下列晶体中,其中任何一个原子都被相邻四个原子包围,以共价键形成正四面体,并向空间伸展成网状结构的是(　　) A.C60 B.冰 C.金刚石 D.水晶 课堂练习 【练习2】 C 解析:C60和冰都是分子晶体,A、B两项均不符合题意;金刚石和水晶都是共价晶体,在金刚石中,每个碳原子周围都有四个等距离的碳原子与之形成正四面体结构,C项符合题意;在水晶中,每个硅原子与四个氧原子以共价键相连形成正四面体结构,但是每个氧原子只与两个硅原子直接相连,D项不符合题意。 我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图,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“SiO2”来表示石英的组成 D.在晶体中存在石英分子,故“SiO2”可以叫做分子式 课堂练习 【练习3】 D 解析: “SiO2”仅表示石英中Si、O原子个数比,没有单个的SiO2分子。 根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(　　) A.熔点为2700 ℃,导电性好,延展性强 B.无色晶体,熔点为3550 ℃,不导电,质硬,难溶于水和无机溶剂 C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为800 ℃,熔化时能导电 D.熔点为-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电 课堂练习 【练习4】 B 解析:因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合,共价键的作用比较强,使共价晶体质硬而脆,B项符合共价晶体的特征。 下列各组物质的熔点按由高到低的次序排列,其中熔点高低均与键能大小有关的是 (　　) A.钠、干冰 B.金刚石、晶体硅 C.碘化氢、溴化氢 D.二氧化硅、二氧化碳 课堂练习 【练习5】 B 解析:干冰为分子晶体,熔点较低,是由于分子间作用力弱,而不是因为键能小,A不符合题意;晶体硅、金刚石都为共价晶体,原子半径:C<Si,原子半径越小,共价键键能越大,则熔点越高,B符合题意;HI、HBr为同主族元素与氢元素所形成的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,晶体的熔点越高,故熔点:HI>HBr,C不符合题意;二氧化碳形成的是分子晶体,其熔点低是由于分子间作用力小,熔点低不是由键能引起的,D不符合题意。 碳元素的单质有多种,下图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图: 课堂练习 【练习6】 回答下列问题: (1)金刚石、石墨和C60都是碳元素的单质,它们互为 。 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为 、 。 (3)C60属于 晶体,金刚石属于 晶体。 同素异形体 sp3 sp2 分子 共价 课堂小结 一、共价晶体 1.定义:相邻原子间以共价键结合而形成三维骨架结构的晶体。 2.构成粒子:原子。 3.粒子间作用:共价键。 4.空间结构:三维骨架结构。 5.物理性质:一般熔点高、硬度大、不导电等。 二、认识二氧化硅晶体 三、对比分子晶体与共价晶体 布置作业 完成学案中的【素养专练】。 谢谢大家 $$