3.2.2共价晶体 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

创设情境 组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？ 原子 共价键 第三章　晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 长岭县第二中学 王佳凤 高中化学选择性必修第二册 第2课时 共价晶体 探·共价晶体的概念 2、构成微粒：原子 3、粒子间作用力：共价键 三维骨架结构， 4、空间结构：不服从紧密堆积原理 共价晶体 1、概念：原子之间以共价键结合形成共价键三维骨架结构。 气化或熔化时破坏的是共价键 C原子可以被谁替代形成的是什么晶体？ 如果Si原子间插入O原子呢？ 探·典型的共价晶体 替换 碳化硅 硅 金刚石 问题思考 1、这些元素的单质。 2、这些元素组成的化合物。 金刚石、硼(B)、高聚氮、硅(Si)、锗(Ge) 和灰锡(Sn)等。 碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等 3、极少数金属氧化物。 刚玉(Al2O3)、Mn2O7、Cr2O3等 探·共价晶体的结构特征 1、金刚石 金刚石是典型的共价晶体，天然的金刚石经常呈现规则多面体的外形 金刚石外形 金刚石 空间立体网状结构 金刚石晶胞 探·共价晶体的结构特征 1、金刚石 ①金刚石晶体中每个碳原子与它直接相邻的＿＿＿个碳原子形成＿＿＿＿ 结构，其碳原子的杂化类型为＿＿＿，C-C-C的夹角为＿＿＿ 最小环为六元环 4 正四面体 sp3 109°28' ②晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内，最多有___个碳原子在平面内 6 不在 4 ③金刚石晶体中平均每个碳原子形成＿＿个C-C键，每条键被两个C共用，所以金刚石中碳原子数与C-C键数之比为＿＿＿， 4 1：2 →12g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键 NA 2NA →即金刚石中，1molC平均拥有 mol C—C键 2 探·共价晶体的结构特征 1、金刚石 ④每个C参与＿＿个六元环的形成，故每个六元环上平均拥有＿＿个C原子，＿＿＿C-C键数 a b c d 12 0.5 1 探·共价晶体的结构特征 1、金刚石 体对角线的1/4 ⑤在金刚石的晶胞中，碳原子分别位于立方体的8个顶点、6个面心、按面心立方堆积方式排列，4个碳原子填入一半的碳原子所成的四面体空隙，填隙率50%。 ⑥在金刚石晶胞中占有的碳原子数____ 配位数 ____ 每个晶胞的碳碳共价键数 ____ 8 4 16 探·共价晶体的结构特征 2、单晶硅 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构，不同的是硅晶体中的Si-Si键的键长比金刚石中的C-C键长。 每个晶胞的硅硅共价键数：4× 4 ＝16 晶胞中的原子数：8个 配位数：4 半导体 探·共价晶体的结构特征 3、碳化硅 ①SiC晶胞中，硅原子位于立方体的8个顶点和6个面心位置，碳原子位于由大立方体分割成的8个小立方体中的4个的体心处。每个碳原子与周围的4个硅原子成键。 ②晶胞的原子数：Si原子数：4 C原子数：4 配位数：4 每个晶胞的碳硅共价键数：4× 4 ＝16 ③碳化硅的化学式：SiC 碳化硅又称金钢砂或耐火砂，化学式 SiC。 纯碳化硅是无色透明的晶体。 思考与讨论 硅晶体结构与金刚石极其相似，只是将碳原子换成了硅原子。请推测晶体硅中 Si－Si 键的键参数与金刚石中 C－C 键的键参数相比，有什么变化？ 原子半径：Si C 键长变长，键能变小 硅晶体结构 > 熔点、硬度比金刚石小 探·共价晶体的结构特征 4、二氧化硅 向晶体硅结构中每个Si—Si键中间“插入”一个O原子，便得到以硅氧四面体为骨架的SiO2晶体结构。 探·共价晶体的结构特征 4、二氧化硅 ①.晶体中1个Si与__个O以共价键结合，形成________结构；1个O与__个Si结合，故SiO2晶体中Si与O之比为______。在SiO2晶体中， 单个的SiO2分子存在。 没有 4 正四面体 1 : 2 2 ③.最小环上有_____个原子(____个Si和____个O)。 ②.1molSiO2晶体中含_____molSi-O键。 4 12 6 6 探·共价晶体的结构特征 4、二氧化硅 SiO2有多种结构，最常见的是低温石英。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。在低温石英的结构中，顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链（如图3-22），这一结构决定了它具有手性（左、右型）（如图3-23），被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 石英手表 探·共价晶体的结构特征 4、二氧化硅 二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 制作水泥 制作玻璃 光导纤维 单晶硅 电池板 作芯片 探·共价晶体的性质 共价晶体的 结构特点 非密堆积 原子通过共价键形成空间网状结构 共价晶体的 性质特点 熔点高 (＞1000 ℃) 硬度大 一般不导电 难溶于一般溶剂 表3-3 某些共价晶体的熔点和硬度 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 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 思考与讨论 思考与讨论 （1）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？ （2）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？？ 原子的半径越小，共价键的键长越短键能越大，晶体的熔点就越高、硬度就越大。 思考与讨论 思考与讨论 （1）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？ （2）“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。分子晶体中的CO2、H2O等大多数分子也有共价键，很多离子晶体，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在阴离子或阳离子内部也含有共价键。 共价晶体：具有共价键，构成粒子——原子 只由原子形成的晶体一定是共价晶体吗？ 不一定。晶体He Ne Ar Kr等是分子晶体。 探·物质熔点的比较方法 依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断依据性质判断。 共价 晶体 分子 晶体 有氢键 只有 范德华力 判断 晶体的类型 键能越大 熔点越高 氢键的数 目多少 相对分子质量大小 判断 键能的大小 判断 分子间的作用力 探·知识奥秘 天然金刚石 人类把天然金刚石当作宝石珍藏已有三千余年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石，透光度高。纯净的金刚石无色透明，含杂质则呈蓝、黄、棕、绿、黑等色。 天然金刚石是火山爆发带到地表来的。 探·知识奥秘 人工合成金刚石 （1）高压合成：高压合成金刚石的原料是廉价的石墨。用高压釜施加高温高压并加入金属镍等金属催化剂，石墨可转化为金刚石（如图3-26）。 探·知识奥秘 人工合成金刚石 （2）低压合成：甲烷等简单的碳氢化合物跟大量氢气混合，在微波炉里形成低温低压的等离子体在硅等基质上沉积，能得到颗粒微小的金刚石的薄膜。 金刚石的用途 分子晶体与共价晶体的比较 晶体类型 共价晶体 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 很高 较低 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 课堂总结 结构 性质 应用 共价晶体 构 成 微 粒 微粒间的作用力 结 构 特 征 物 理 特 性 典 型 晶 体 原子 共价键 熔点高、硬度大、一般不导电、难溶于一般的溶剂 金刚石、SiO2晶体 三维骨架结构(空间立体网状) 饰品 磨具 钻头等 制造水泥、玻璃、 人造红宝石、 光导纤维 $