3.2.2 共价晶体 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 3.2.2 共价晶体 亮亮图文旗舰店 https://liangliangtuwen.tmall.com 知识导航 一 共价晶体及其性质 三 二 典型共价晶体的结构特征 碳和硅元素同为第四主族的元素，从其形成的化合物外形来看，均为晶体，而两种晶体的熔沸点却相差很大，这是为什么呢？ 干冰 熔点： -56.2 ℃ 沸点： -78.5 ℃ 二氧化硅 熔点： 1723 ℃ 沸点： 2230 ℃ 分子晶体 分子间作用力 熔沸点低 微观空间里没有分子 共价晶体 引入 一 共价晶体及其性质 一、共价晶体及其性质 相邻原子以共价键相结合形成三维骨架结构的晶体叫共价晶体。 共价晶体 构成粒子 原子 粒子间的作用力 共价键 1、概念: 2、构成粒子及作用力 金刚石晶体结构模型 [注意] ①共价晶体无分子式，用化学式（即原子最简整数比）表示。 ②原子晶体中唯一的作用力是共价键，即影响化学性质稳定性，又影响物理性质熔沸点、硬度的大小。 思考二：“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。大部分分子晶体中也含有共价键，如：干冰，冰 思考三：什么元素能构成共价晶体呢？常见的共价晶体有哪些？ 不一定。如稀有气体均由原子构成，为分子晶体。 思考一：只由原子形成的晶体一定是共价晶体吗？ 【想一想】 3、常见的共价晶体 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 以碳为中心 ③ 极少数金属氧化物。 刚玉(Al2O3)、Mn2O7、Cr2O3等 Si3N4材料的导弹天线罩制品 近年以Si3N4为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N而获得结构多样化的陶瓷，用于制作LED发光材料。 教材P82 思考1：对比分子晶体和共价晶体的数据，共价晶体有何物理特性？为什么？ 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 分子晶体 氧气 氮气 水 硫化氢 甲烷 乙酸 熔点/℃ -218.3 -210.1 0 -85.6 -182 16.6 和分子晶体相比，共价晶体熔沸点高、硬度大。 【再想一想】 【再想一想】 思考2：从原子结构的角度分析，为什么金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ 共价晶体 金刚石 硅 锗 熔点/℃ ＞3 500 1 410 1 211 硬度* 10 6.5 6.0 原因：金刚石、硅、锗均为共价晶体。C、Si、Ge原子半径依次增大， C-C、Si-Si、Ge-Ge键长依次增大，键能依次减小，熔点和硬度依次减小。 熔点和硬度的比较规律: 结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大， 晶体的熔、沸点就越高，硬度就越大。 4、共价晶体的物理性质 （1）熔点高（结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。） （2）硬度很大（金刚石：天然最硬） （3）一般不导电，但硅、锗是半导体 （4）难溶于一般溶剂 金刚石钻石 碳化硅（SiC） 砂轮 氮化硅（Si3N4） 航天耐高温材料 一、共价晶体及其性质 归纳总结 比较物质的熔点的方法 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 【课堂练习】 1、有下列物质：①水晶 ②冰醋酸 ③氧化钙 ④白磷 ⑤晶体氩 ⑥氢氧化钠 ⑦铝 ⑧金刚石 ⑨过氧化钠 ⑩碳化硅⑪干冰 ⑫过氧化氢，根据要求填空（填序号）。 （1）属于共价晶体的是 。 （2）不存在共价键的分子晶体是 。 （3）由极性分子构成的晶体是 ，属于分子晶体的单质是 。 （4）在一定条件下，能导电且不发生化学变化的是 ，受热熔化需克服共价键的是 。 ①⑧⑩ ⑤ ② ⑫ ④⑤ ⑦ ①⑧⑩ 二 典型共价晶体的结构特征 1、金刚石 ②每个碳原子都采取____杂化; sp3 ③C—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， 最多有___个碳原子在平面内； 6 不在 ①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有 个 4 最小环为六元环 109º28´ 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：_________ 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 二、典型共价晶体的结构特征 1、金刚石 在金刚石晶胞中占有的碳原子数____　 8 8×1/8+6×1/2+4=8 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高：> 3500 0C 硬度最大：摩氏10度 109º 28´，三维骨架，共价键（很多） 结构决定性质 二、典型共价晶体的结构特征 【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 2、二氧化硅 金刚石晶体结构模型 ① Si原子采取____杂化，正四面体内O—Si—O键角为________。 ② 每个Si原子与____个O原子形成____个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点。每个O原子和____个Si原子形成____个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为________。 ③ 最小环上有____个原子，包括____个O原子和____个Si原子。 sp3 109°28′ 4 4 2 2 1∶2 12 6 6 二、典型共价晶体的结构特征 2、二氧化硅 Si原子个数与Si-O 共价键个数之是 ； O原子个数与Si-O 共价键个数之比是 。 1：4 1：2 ⑤60 g 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 ④1 mol SiO2中含 mol Si-O键 4 二、典型共价晶体的结构特征 2、二氧化硅 (2)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)。 (1)二氧化硅的存在 二、典型共价晶体的结构特征 【课堂练习】 2、最近科学家在实验室里成功地将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是（ ）。 A、该晶体中C、O原子个数比为1∶2 B、该晶体中O—C—O的键角为180° C、该晶体的熔、沸点高，硬度大 D、该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构 B 3、氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是（ ）。 A、AlN是共价晶体 B、Al的配位数为4 C、AlN属于离子化合物 D、与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个 C 【课堂练习】 课堂小结 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 $