3.2.2 共价晶体 课件-课件- 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 共价晶体 第2课时 1 观察下列晶体，它们有哪些共同特点？ 方石英 金刚石  -石英 BN SiC 2 1.概念 一、共价晶体的概念与性质 所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体叫共价晶体。 （1）构成晶体的微粒： （2）微粒间作用力： 原子 共价键 熔化时破坏的作用力为共价键 仅有共价键 3 2.常见的共价晶体 一、共价晶体的概念与性质 教材P82 （1）某些单质：如硼（B）、金刚石、晶体硅（Si）、 锗（Ge）、灰锡（Sn）等 （2）某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等 （3）极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3) 思考：结合熔点和硬度数据，分析共价晶体有哪些物理特性？为什么? 4 一、共价晶体的概念与性质 （1） 熔点很高。 共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，克服共价键需要很高的能量，故共价晶体的熔点很高，硬度很大。 思考：比较金刚石、硅和锗的熔点及硬度大小，并解释原因。 （3） 一般不导电，但晶体硅是半导体。 金刚石、硅和锗的熔点及硬度依次下降。原因：金刚石、硅和锗均是共价晶体，原子半径C＜Si＜Ge，键长C-C＜Si-Si＜Ge-Ge，键能减小，所以熔点及硬度依次下降。 （2） 硬度很大。 （4） 难溶于一般溶剂。 3.共价晶体的物理性质 金刚石 硅 锗 熔点(℃) >3500 1410 1211 摩氏硬度 10 6.5 6.0 5 一、共价晶体的概念与性质 3.共价晶体的物理性质 二、典型共价晶体的结构与性质 在晶体中每个碳原子以4个共价单键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。晶体中C一C一C夹角为 ，碳原子采取了 杂化。最小的环为 元环。每个最小的环实际拥有的C原子为 ，C-C键数为 。晶体中C原子个数与C-C键数之比为 。 109°28' sp3 6 6×1/12=1/2 6×1/6=1 1:2 每个碳原子被12个六元环共用 周围4个原子任取2个：6种 （1）金刚石的晶体结构分析 方石英 每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环为12元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为 ，氧原子数为 。1mol SiO2晶体中含Si-O键数目为 ，在SiO2晶体中Si原子均采取 杂化。 6×1/12=1/2 6×1/6=1 4NA sp3 二、典型共价晶体的结构与性质 （2）二氧化硅晶体结构分析 二、典型共价晶体的结构与性质  -石英 (低温石英) 花岗岩 石英矿脉 黄沙 共顶点连接 多姿多彩的二氧化硅 燧石 玉髓 无色透明的水晶 晶体 蛋白石 硅藻土 硅藻土的微观结构 非晶体 是天然的硬化的二氧化硅胶凝体，含5-10%的水分。 石英玻璃：石英加热至1873K时，熔化成粘稠状液体，内部结构变为无规则状态，冷却时由于粘度大不易再结晶，只是缓慢的硬化，成为玻璃状固体，其结构为无定形。 膨胀系数小 耐受高温剧变 石英比色皿 用于紫外和可见光的分析 石英玻璃纤维 （光导纤维） 多姿多彩的二氧化硅 科学·技术·社会——天然金刚石 金刚石 钻石 金伯利岩 金伯利岩，于1887年发现于南非的金伯利。它是由火山爆发所产生的，这种岩石是探勘钻石的指标岩，寻找钻石矿由寻找金伯利岩开始。除了金刚石以外，金伯利岩中还含有镁铝榴石、大颗粒形的橄榄石、斜方辉石、金云母大晶体等。全世界已发现金伯利岩体上万个，其中含金刚石的占20%～30%。 科学·技术·社会——人工合成金刚石 1.高温高压合成 在制备过程中会混入大量的空气中的氮，以及催化剂，所以颜色呈黄色。同样的，有掺杂硼的，颜色呈蓝色。总体来说，高温高压金刚石是不纯的，必然有很多杂质，但制备简单，可以用于很多需要用到金刚石机械性质的领域。 科学·技术·社会——人工合成金刚石 2.低压合成（CVD） 可与天然钻石媲美的CVD宝石级钻石，则是由烷经（如CH4)在微波炉里以等离子体分解出的碳通过气相沉积（Chemical Vaper Depositon，简称CVD)得到的。 化学气相沉积得到的CVD金刚石，简单说来就是从原子层面，让碳原子像积木一样一层一层的往上堆叠形成。这种方法制备得到的金刚石非常纯净，而且利于控制，缺点是做不大，生长速率慢，一般说来，一小时20μm，即50h才能有1mm。 4.共价晶体的用途 金刚钻 SiC 硅太阳能电池 芯片 单晶硅 总结归纳 判断共价晶体和分子晶体的方法 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。（熔点高的不一定是共价晶体，如MgO） 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。 （特例：离子液体） 4.依据物质的挥发性判断： 一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。 总结归纳 分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较 不同类型的晶体熔、沸点：共价晶体>分子晶体。 同一类型的晶体熔、沸点： 分子晶体—— ①含有氢键的分子晶体，熔、沸点比同族元素的氢化物反常得高。如H2O>H2Te>H2Se> H2S。 ②无氢键的分子晶体，组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，沸点越高。 ③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CH3OCH3>CH3CH2CH3。 ④烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，沸点升高。 ⑤同分异构体的支链越少，沸点越高。（熔点还要考虑对称性） 总结归纳 分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较 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。结构相似的共价晶体，键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 ② 物质的熔、沸点高低答题角度：没有告知键长或键能数据时，从结构原子半径的大小开始表达。原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。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。 $$