3.2 分子晶体与共价晶体 第2课时（教学课件）化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦共价晶体的概念、性质及判断方法，通过CO₂与SiO₂熔沸点对比的问题及数据表格导入，衔接分子晶体知识，构建“分子晶体-共价晶体”的学习支架。 其亮点是以“结构决定性质”化学观念为核心，通过金刚石、SiO₂等典型晶体的结构分析和键参数比较，培养科学思维中的证据推理能力，习题结合实例对比两类晶体，助力学生深化理解，教师可直接用于教学提升效率。

第2课时 共价晶体 人教版选择性必修2 3.2　 分子晶体与共价晶体 第3章 晶体的结构与性质 共价晶体的性质 2 共价晶体的概念 1 知识导航 知识导航 明·学习目标 1.了解共价晶体的概念。 2.记忆常见的共价晶体。 3.掌握共价晶体的性质和判断共价晶体的方法。 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? 学完本节课，同学们就能回答这个问题了。 引·新课导入 01 共价晶体的概念 共价晶体的概念 共价晶体的概念 1.定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 2.构成微粒：原子。 3.微粒之间的作用：共价键。 4.气化或熔化时破坏的作用：共价键。 探·知识奥秘 共价晶体的概念 常见的共价晶体 1.某些单质：如金刚石（C）硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）等。 2.某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3) 探·知识奥秘 1.下列说法中，正确的是（ ） A. 分子晶体一定存在分子间作用力和共价键 B. 分子晶体的熔点一般比共价晶体的熔点高 C. 稀有气体形成的晶体属于分子晶体 D. CO2 晶体是分子晶体，可推测 SiO2 晶体也是分子晶体 C 析·典型范例 8 2.以下晶体是共价晶体还是分子晶体？ 金刚石 干冰 冰 可燃冰 硫磺 C60 碘 石英 白磷（P4） 苯甲酸 金刚砂（SiC） 稀有气体的晶体 氧气的晶体 氮气的晶体 分子晶体 干冰、冰、可燃冰、硫磺、C60、碘 、 白磷（P4）、苯甲酸 、稀有气体的晶体 、氧气的晶体、氮气的晶体 共价晶体 金刚石、石英、金刚砂（SiC） 析·典型范例 9 02 共价晶体 的性质 共价晶体的性质 探·知识奥秘 共价晶体的性质 科学研究表明，30 亿年前，在地壳下 200 km 左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶ 熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢? 金刚石磨头 金刚石钻石 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—金刚石 109º28´ 共价键 金刚石的立体网状结构 探·知识奥秘 共价晶体的性质 碳原子都采取sp3杂化，109º 28´，三维骨架 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高 硬度最大 结构决定性质 影响共价晶体物理性质的 主要因素——共价键 典型共价晶体的分析—金刚石 探·知识奥秘 共价晶体的性质 金刚石晶体中，碳原子个数与C-C共价键个数之比为 ； 1mol金刚石可以形成 个C-C共价键。 2NA 109º28´ 1 ：2 典型共价晶体的分析—金刚石 探·知识奥秘 共价晶体的性质 正四面体 最小环为六元环 典型共价晶体的分析 —金刚石 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—金刚石 2.每个碳原子都采取_______ 。 sp3杂化 3.所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________。 109°28' 4.晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内。 6 不在 5.晶体中每个C参与了4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： 1 ：（ ）= 1：2 1.在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个。 4 探·知识奥秘 共价晶体的性质 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_______　 ６ 12 8 8×1/8+6×1/2+4=8 8.12g 金刚石含有_____个C原子 含有_____ 个C-C键 NA 2NA 典型共价晶体的分析—金刚石 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—二氧化硅 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)。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 SiO2用途：制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—二氧化硅 SiO2晶体骨架结构与晶体硅相似，根据SiO2中Si元素和O元素的比例，在晶体硅的骨架结构基础上将O原子填充进去可形成SiO2 骨架结构。 SiO2 Si 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—二氧化硅 晶体硅结构中最小的环为6元环 二氧化硅晶体结构中最小的环为12元环 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—二氧化硅 3. 在SiO2 晶体中，最小环为 元环。 2 1：2 4 4 2 12 1.在SiO2晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合；每个氧原子与 个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 。 2.在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—二氧化硅 1：4 1：2 6×1/12=1/2 4.每个十二元环中平均含有硅原子 ； 每个十二元环中平均含有Si－O键 ； 硅原子个数与Si－O 共价键个数之是 ； 氧原子个数与Si－O 共价键个数之比是 。 12×1/6=2 5.60g 二氧化硅含有_____个Si原子； 含有_____个O原子； 含有_____ 个Si-O键。 NA 2NA 4NA 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—碳化硅 碳化硅（SiC）俗称“金刚砂”，类似于金刚石的构造。已知SiC晶体中只存在“Si-C”共价键，根据SiC中Si元素和C元素的比例，请在金刚石晶体的结构基础上将C原子和Si原子标示出来。 Si C 或 金刚石晶体 SiC晶胞结构 SiC晶胞结构 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—碳化硅 原子半径： C ＜ Si “C-C” 键长＜“Si-C”键长＜“Si-Si”键长 硬度、熔点：金刚石晶体＞碳化硅晶体＞晶体硅 “C-C” 键能＞“Si-C”键能＞“Si-Si”键能 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—碳化硅 原子半径： C ＜ Si “C-C” 键长＜“Si-C”键长＜“Si-Si”键长 硬度、熔点：金刚石晶体＞碳化硅晶体＞晶体硅 “C-C” 键能＞“Si-C”键能＞“Si-Si”键能 探·知识奥秘 共价晶体的性质 典型共价晶体的分析—氮化硼 立方氮化硼晶体结构与金刚石相似，已知BN晶体中只存在“B-N”共价键，根据BN中B元素和N元素的比例，请在金刚石晶胞的结构基础上画出BN的晶胞结构示意图。 金刚石晶胞结构 BN晶胞结构 探·知识奥秘 共价晶体的性质 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? CO2是分子晶体，这类晶体熔沸点低；SiO2为共价晶体，这类晶体熔沸点高、硬度大。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 金刚石、硅和锗都是共价晶体，为什么熔点和硬度依次下降？ 金刚石、硅和锗都是共价晶体，C、Si、Ge的原子半径逐渐增大,原子间的共价键键长逐渐增大，共价键键能逐渐减小,因此金刚石、硅、锗的熔点和硬度逐渐降低。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 查资料得，晶体硅的熔点为1415℃，二氧化硅晶体的熔点为1713℃。怎么理解二氧化硅晶体的熔点比晶体硅的熔点高？ 熔点：二氧化硅晶体＞晶体硅 “Si-O”键能＞“Si-Si”键能 “Si-O”键长＜“Si-Si”键长 原子半径：Si > O 探·知识奥秘 共价晶体的性质 2.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。 对比分子晶体和共价晶体的数据，总结共价晶体的物理特性。 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 熔点/℃ －218.3 －210.1 44.2 0 分子晶体 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ －85.6 －182.5 16.7 132.7 共价晶体 金刚石 碳化硅 石英 硅 熔点/℃ ＞3500 2700 1710 1410 硬度 10 9.5 7 6.5 1.与分子晶体相比，共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高，硬度大。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 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。 判断分子晶体与共价晶体的方法 探·知识奥秘 共价晶体的性质 判断分子晶体与共价晶体的方法 3.依据导电性判断 共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。 4.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。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 判断分子晶体与共价晶体的方法 5.依据硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。 6.依据物质的分类判断 常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等； 大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 分子晶体与共价晶体熔沸点的比较 1.不同类型的晶体 熔、沸点：原子晶体>分子晶体。 2.同一类型的晶体 分子晶体 ①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢 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组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 如SnH4>GeH4> SiH4> CH4。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 分子晶体与共价晶体熔沸点的比较 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CO>N2，CH3OH>CH3CH3。 ④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。如 ⑤ 烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔、沸点升高。如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 分子晶体与共价晶体熔沸点的比较 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。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。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。 探·知识奥秘 共价晶体的性质 分子晶体与共价晶体的对比 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 固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电 探·知识奥秘 B 1.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(　　) A.熔点为2 700 ℃,导电性好,延展性强 B.无色晶体,熔点为3 550 ℃,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 析·典型范例 38 D 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 析·典型范例 39 B 3.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 析·典型范例 40 3.2 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 的概念 共价晶体 的性质 共价晶体的概念 常见的共价晶体 典型共价晶体分析 共价晶体熔 沸点比较 分子晶体与共价晶体的比较 理·核心要点 1.已知氮化碳晶体是新发现的高硬度材料,且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于该晶体的说法错误的是(　　) A.氮化碳属于共价晶体,比金刚石的硬度更大 B.该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连,每个氮原子与3个碳原子相连,氮化碳的化学式为C3N4 C.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构 D.该晶体与金刚石相似,都是原子间以非极性键形成空间网状结构 D 练·技能实战 D 2.钻石的魅力在于它经过大自然千百万年的孕育,再经打磨,能放射出闪烁的光芒,钻石就是经过打磨的金刚石。已知金刚石的网状结构如图所示,由此可看出在含有共价键形成的碳原子环中,其中形成最小的环所需碳原子数及任意两个C—C键间的夹角是(　　)   A.6个　120° B.5个　108° C.4个　109°28' D.6个　109°28' 练·技能实战 AD 3.下列物质的沸点变化顺序正确的是( 　　) A.CH4<SiH4<GeH4<SnH4 B.NH3<PH3<AsH3<SbH3 C.H2O>H2S>H2Se>H2Te D.HF>HI>HBr>HCl 练·技能实战 sp3 4.C元素和Si元素在化学中占有极其重要的地位。 (1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为　　　　,微粒间存在的作用力是　　　　　　　　,SiC和晶体Si的熔点高低顺序是　　　　 。  (2)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不能形成π键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成π键,而Si、O原子间不能形成π键:　　 。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 共价键 SiC>Si Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,p轨道肩并肩重叠程度较小,故不能形成稳定的π键 练·技能实战 共价 (3)SiO2属于　　　　晶体,CO2属于　　　　晶体,所以熔点CO2 　　　　　　SiO2(填“<”“=”或“>”)。  (4)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是　　　　　　　　　　　　　　　 ,熔化时克服的微粒间的作用力分别是　　　　　　　　　　　　 。  分子 ＜ 原子、原子、原子、分子　 共价键、共价键、共价键、分子间作用力 练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 人教版选择性必修2 EVCapture5.0.7软件录制 Lavf58.46.101 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn $