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

第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 学习目标 1.借助共价晶体等模型认识晶体的结构特点。 2.能应用共价晶体的相关知识解释一些实验现象或某些化学事实及其研究的应用价值。 3.学会比较晶体的熔、沸点。 核心素养 1.结合常见的共价分子的实例,认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 2.借助分子晶体、共价晶体等模型认识晶体的结构特点,培养证据推理与模型认知的核心素养。 物质 熔点/℃ 沸点/℃ CO2 -56.2（在527 kPa下测得） -78.5 SiO2 1 723 2 230 思考与讨论：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？  ①CO2晶体类型：分子晶体； ②构成微粒：分子； ③作用力：分子间作用力； ④熔化时，破坏分子间作用力，故熔沸点较低。 特点：一个分子周围最近紧挨12个分子，一个晶胞中含有4个CO2分子。 二氧化硅晶体结构示意图 微观空间里没有二氧化硅分子，原子之间通过共价键结合在一起。 构成微粒：原子； 作用力：共价键； 熔化时，破坏共价键，故熔沸点较高。 一、共价晶体 1、概念：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网状结构的晶体。 共价晶体 构成粒子 原子 粒子间的作用力 共价键 2、结构特征：晶体中只存在共价键，无单个分子存在，晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”。 化学式表示原子个数比 3、物理性质： 1.熔点很高(通常＞1000 ℃): 熔化破坏共价键，需要很高的能量； 2.硬度很大； 3.一般不导电(晶体硅半导体)； 4.难溶于一般溶剂 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 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 某些共价晶体的熔点和硬度 原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔沸点越高。 1.比较SiO2、CO2、H2O的熔点，并总结比较物质的熔点的方法。 熔点：SiO2 ＞ H2O ＞ CO2 判断晶体的类型 共价晶体 分子晶体 有氢键 只有范德华力 ＞ ＞ 判断键能的大小 半径越小，键能越大，熔点越高 判断分子间的作用力 相对分子质量、极性、支链数目 氢键的数目、强弱、位置 思考与讨论 7 4、常见的共价晶体 金刚石(C) 、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等 石英(SiO2) 、碳化硅(SiC，俗称金刚砂) 、氮化硅(Si3N4) 、氮化硼(BN) 、C3N4等 3）极少数金属氧化物： 1）某些单质： 2）某些非金属氧化物： 氮化铝(AlN) 、刚玉(ɑ-Al2O3) 结构特点： ①晶体中，每个硅原子与4个O原子以共价键结合，形成正四面体结构； ②每个正四面体中，含有1个Si原子和2个O原子，故二氧化硅晶体中硅氧原子个数比为1:2，其化学式表示原子个数比例； ③每摩尔的硅原子形成4mol共价键。 5、几个典型的共价晶体的结构 1）二氧化硅 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 12g 金刚石含有_____个C原子， 含有_____ 个C-C键。 (1)晶体中每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合形成正四面体结构。每个碳原子都采取sp3杂化，键角为109°28'。 (2)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：(4*1/2)=1：2 NA 2NA 2）金刚石 10 (3)金刚石是面心立方晶胞，一个晶胞中平均含有8个C原子。 (4)金刚石晶胞中C原子配位数为 。 8×1/8+6×1/2+4=8 4 配位数：一个C原子周围最邻近(等距最近)的C原子数 2）金刚石 8个顶点 个体心 个面心 4 6 (5)最小环上有 个碳原子，最多 个碳原子在同一平面； (6)一个C原子被12个六元环共用(每个碳原子可形成12个六元环)，每个环平均有 个C原子； (7)一个C-C键被6个六元环共用(每个C-C键可以形成6个六元环)，每个环平均有 个C-C键。 6*1/12=1/2 6*1/6=1 6 4 11 对比金刚石，总结晶体硅、碳化硅结构特征： 晶体硅晶胞　　 碳化硅晶胞 (1)晶体硅晶胞的每个顶点和面心均有1个Si原子，晶胞内部有4个Si原子， 每个晶体硅晶胞中含有8个Si原子。 金刚石、晶体硅结构 (2)用途：单晶硅、 芯片、 硅光电池 3）硅 12 (1)碳化硅晶胞是一种具有类似金刚石结构的晶体，其中C原子和Si原子的位置是交替的。金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合___个碳原子。 4 SiC 的球棍模型 功能陶瓷、高级耐火材料、磨料 (2)用途： ①碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′。 ② 每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。 ③最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。 ④每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。 SiC俗名：金刚砂 4）碳化硅 晶体类型 分子晶体 共价晶体 组成微粒 作用力 熔沸点 影响熔沸点因素 硬度 溶解性 导电性 原子 分子或原子 共价键 分子间作用力（范德华力、氢键） 较高 较低 很大 较小 不溶于任何溶剂 相似相溶、氢键 一般不导电，但个别为半导体 固体和熔融状态都不导电，部分溶于水导电 分子晶体和共价晶体的比较 共价键的强弱 分子间作用力的强弱 14 (1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体( ) (2)具有共价键的晶体叫做原子晶体（ ） (3)原子晶体由于硬度及熔沸点都较高，故常温时不与其他物质反应（ ） (4)60g二氧化硅晶体中含有4mol Si-O键，12g金刚石中含有2mol C-C键（ ） (5)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同（ ） (6)由于共价键的键能远大于分子间作用力，故原子晶体的熔点比分子晶体高 ( ) × × × √ × √ 对点训练 正误判断 (7)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内( ) (8)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用( ) (9)1 mol金刚石晶体中含有4 mol碳碳键( ) (10)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol硅氧键( ) (11)金刚石和二氧化硅晶体中C、Si都是sp3杂化，键角109º28´( ) (12)金刚石中C与C—C键和二氧化硅晶体中Si与Si—O键的比值都是1:2 ( ) × √ × √ √ × 对点训练 正误判断 2、四种物质的一些性质如下表： 晶体类型：单质硫是___ ___晶体；单质硼是______晶体；氯化铝是______晶体；苛性钾是______晶体。 物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他性质 单质硫 120.5 271.5 - 单质硼 2300 2550 硬度大 氯化铝 190 182.7 177.8℃升华 苛性钾 300 1320 晶体不导电，熔融态导电 分子 原子 分子 离子 3、根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是（ ） A. SiCl4是分子晶体 B. 晶体硼是共价晶体 C. AlCl3是分子晶体，加热能升华 D. 金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si-Si键弱 物质 AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 -68 2360 ＞3550 1410 沸点/℃ 178 57 2550 4827 2355 D 4、现有几组物质的熔点数据如下表： 据此回答下列问题： (1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是 。 (2)B组中HF熔点反常是由于 。 (3)B组晶体不可能具有的性质是________(填序号)。 ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电　④熔融状态能导电 A组 B组 金刚石：3550 ℃ HF: -83℃ 晶体硅：1410 ℃ HCl: -115℃ 晶体硼：2300 ℃ HBr: -89℃ 二氧化硅：1710 ℃ HI: -51℃ 共价 共价键 HF分子间存在氢键 ③④ 5、（2017高考真题）苯胺（ ）的晶体类型是 。苯胺与甲苯（ ）的相对分子质量相近，但苯胺的熔点（-5.9 ℃）、沸点（184.4℃）分别高于甲苯的熔点（-95.0 ℃）、沸点（110.6℃），原因是 。 分子晶体 苯胺分子间存在分子间氢键，所以苯胺的熔沸点更高。 原因解释类题回答模板：作用力→结论 作用力强弱对比： ①分子晶体：氢键和范德华力比较 ②共价晶体：共价键强弱比较，比较键长，进而比较键能 例：金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点依次下降。 从碳到硅，半径增大，故C-C键、C-Si键、Si-Si键的键长依次增大，故键能顺序依次降低，而在熔化时破坏的是共价键，故熔点依次下降。 小结 21 巩固练习： 3.2.2共价晶体 $