3.2《分子晶体与共价晶体》（第2课时）课件(共31张PPT)
文档属性
| 名称 | 3.2《分子晶体与共价晶体》（第2课时）课件(共31张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-02-23 07:03:04 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
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》
选修二
原子结构与性质
核心素养
能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。
能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。
#0070C0
#00B0F0
新课导入
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
#0070C0
#00B0F0
思考与交流
比较CO2和金刚石的一些物理性质和结构，试判断金刚石晶体是否属于分子晶体？
熔点/℃ 状态（室温）
CO2 －56.2（在527KP下测得） 气态
金刚石 ＞3500 固态
#0070C0
#00B0F0
一、共价晶体的定义
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
原子
共价键
由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子，共价键键能越大，晶体的熔点越高。
1. 共价晶体的定义
2. 结构和性质特点
#0070C0
#00B0F0
一、共价晶体的定义
3.物理性质
(1)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 ，硬度 ， 溶于常见溶剂，一般 导电。
(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长 ，键能越大，晶体的熔点越高。
很高
很大
难
不
越短
#0070C0
#00B0F0
二、共价晶体的类别
思考讨论
除了金刚石，还有哪些物质属于共价晶体呢？让我们沿着元素周期表一起寻找。
(1)某些单质：以碳为中心，
同主族向下：
硅（Si）锗（Ge）和灰锡（Sn）等
同周期向左、向右：
硼（B）
(2)某些非金属化合物：
二氧化硅(SiO2)、金刚砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）等
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
109 28
共价键
金刚石的立体网状结构
探究一
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
组装金刚石的立体网状球棍模型，并思考在金刚石晶体中碳原子的成键方式，以及金刚石的结构和性质的关系。
学生活动
碳原子都采取sp3杂化，109 28 ，三维骨架
键能：
347.7 kJ/mol
（很大）
键长：154 pm（很短）
熔点很高：
大于 3500 0C
硬度最大：
摩氏 10 度
结构决定性质
影响共价晶体物理性质的
主要因素——共价键
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
金刚石晶体中，碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？1mol金刚石可以形成多少个C-C共价键？
1 ：2 2NA
109 28
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
金刚石晶体中，最小环上有多少个碳原子，是否在同一平面内？
6 不在同一平面
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
在金刚石晶胞中，每个晶胞均摊到的碳原子数？
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
探究二
探究金刚石的晶胞结构：计算金刚石的密度
质量除以体积为密度
晶胞的质量如何计算？
每个晶胞均摊到的原子数？
晶胞的体积如何计算？
密度计算思考流程
1个晶胞中的微粒数目（x）
微粒的相对分子质量（x）
晶胞的体积（V）
晶体的密度（p）
P=
m
V
P=
NA
V
XM
阿伏加德罗常数（NA）
晶胞中的微粒数目（x）
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。
上图硅晶胞中含有_____个硅原子，
硅原子采取_____杂化方式
8
sp3
思考讨论
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。
思考讨论
晶体硅与金刚石的晶胞结构有什么不同点吗
性质上的什么不同点吗？
原子半径：Si > C
硅晶体中共价键键长变长，键能变小
金刚石比硅晶体的熔点更高和硬度更大
共价晶体 金刚石 硅
熔点/℃ ＞3500 1410
硬度 10 6.5
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
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。
思考讨论
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。
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。
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比共价晶体和分子晶体
讨论总结
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
相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构
原子
共价键
很大
很大
分子间以分子间作用力结合
分子
分子间作用力
较小
较小
#0070C0
#00B0F0
资料卡片
自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃
有多种结构，最常见的是低温石英（α-SiO2）
海滩河岸边的黄沙、石英矿脉、花岗石中的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。
五、二氧化硅（SiO2)
应用广泛的高科技产品原料 --- 二氧化硅（SiO2)
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
知识迁移
正四面体结构
晶体硅中硅原子采取sp3杂化
二氧化硅晶体中硅原子采取sp3杂化
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
1mol二氧化硅晶体中含有的“Si-O”键数目为？
4NA
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
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
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
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
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
知识拓展
C和Si属于同一主族，为何二氧化硅晶体属于共价晶体，而干冰晶体属于分子晶体？
干冰晶胞结构
二氧化硅晶胞结构
C是第二周期元素，原子半径较小，周围容纳不下4个O原子，电子云易于重叠形成双键，所以当C与O结合时，形成了双键，CO2以单个小分子就可以稳定存在，属于分子晶体。
Si是第三周期元素，原子半径较大，周围可以容纳4个O原子，不易形成双键，因此SiO2中，Si以单键结合了4个O，形成了空间网状结构，属于共价晶体。
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
资料卡片
二氧化硅的用途
单晶硅 硅芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维
（以SiO2为原料制造的高科技产品）
#0070C0
#00B0F0
二氧化硅、碳化硅和氮化硼比较
二氧化硅晶胞结构
碳化硅晶胞结构
氮化硼晶胞结构
①每个Si周围有4个O
Si的杂化轨类型是sp3
“金刚砂”，它具有类似金刚石的结构和性质，其空间结构中碳原子和硅原子相间排列，化学式为 SiC。
①立方氮化硼晶体结构与金刚石相似
硬度大 熔点高
②六方氮化硼的晶体为平面六元并环的层状结构
B、N原子均采用sp2杂化方式
不属于共价晶体
②Si原子与Si-O键之比为1:4
③最小环为12元环。
#0070C0
#00B0F0
六、课堂小结
决定
结构
性质
用途
决定
反映
反映
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中
错误的是（ ）
A. 晶体中不存在独立的分子
B. 碳原子间以共价键相结合
C. 是自然界中硬度最大的物质
D. 化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
D
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
2. 根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是（ ）
A. 熔点为2700 ℃，导电性好，延展性强
B. 无色晶体，熔点为3500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
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
B
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
C
3. 下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是（ ）
A. 最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子
B. 最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2
C. 最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D. 存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角
解析 SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
选修二
课堂小结
CLASS SUMMARY
选修二
感谢您的观看
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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》
选修二
原子结构与性质
核心素养
能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。
能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。
#0070C0
#00B0F0
新课导入
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
#0070C0
#00B0F0
思考与交流
比较CO2和金刚石的一些物理性质和结构，试判断金刚石晶体是否属于分子晶体？
熔点/℃ 状态（室温）
CO2 －56.2（在527KP下测得） 气态
金刚石 ＞3500 固态
#0070C0
#00B0F0
一、共价晶体的定义
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
原子
共价键
由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子，共价键键能越大，晶体的熔点越高。
1. 共价晶体的定义
2. 结构和性质特点
#0070C0
#00B0F0
一、共价晶体的定义
3.物理性质
(1)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 ，硬度 ， 溶于常见溶剂，一般 导电。
(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长 ，键能越大，晶体的熔点越高。
很高
很大
难
不
越短
#0070C0
#00B0F0
二、共价晶体的类别
思考讨论
除了金刚石，还有哪些物质属于共价晶体呢？让我们沿着元素周期表一起寻找。
(1)某些单质：以碳为中心，
同主族向下：
硅（Si）锗（Ge）和灰锡（Sn）等
同周期向左、向右：
硼（B）
(2)某些非金属化合物：
二氧化硅(SiO2)、金刚砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）等
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
109 28
共价键
金刚石的立体网状结构
探究一
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
组装金刚石的立体网状球棍模型，并思考在金刚石晶体中碳原子的成键方式，以及金刚石的结构和性质的关系。
学生活动
碳原子都采取sp3杂化，109 28 ，三维骨架
键能：
347.7 kJ/mol
（很大）
键长：154 pm（很短）
熔点很高：
大于 3500 0C
硬度最大：
摩氏 10 度
结构决定性质
影响共价晶体物理性质的
主要因素——共价键
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
金刚石晶体中，碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？1mol金刚石可以形成多少个C-C共价键？
1 ：2 2NA
109 28
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
金刚石晶体中，最小环上有多少个碳原子，是否在同一平面内？
6 不在同一平面
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
思考讨论
在金刚石晶胞中，每个晶胞均摊到的碳原子数？
#0070C0
#00B0F0
三、共价晶体的结构：金刚石的晶体结构
探究二
探究金刚石的晶胞结构：计算金刚石的密度
质量除以体积为密度
晶胞的质量如何计算？
每个晶胞均摊到的原子数？
晶胞的体积如何计算？
密度计算思考流程
1个晶胞中的微粒数目（x）
微粒的相对分子质量（x）
晶胞的体积（V）
晶体的密度（p）
P=
m
V
P=
NA
V
XM
阿伏加德罗常数（NA）
晶胞中的微粒数目（x）
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。
上图硅晶胞中含有_____个硅原子，
硅原子采取_____杂化方式
8
sp3
思考讨论
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比硅晶体和金刚石的结构异同点，分析金刚石和硅晶体熔点。
思考讨论
晶体硅与金刚石的晶胞结构有什么不同点吗
性质上的什么不同点吗？
原子半径：Si > C
硅晶体中共价键键长变长，键能变小
金刚石比硅晶体的熔点更高和硬度更大
共价晶体 金刚石 硅
熔点/℃ ＞3500 1410
硬度 10 6.5
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
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。
思考讨论
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。
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。
#0070C0
#00B0F0
四、共价晶体的性质
对比共价晶体和分子晶体
讨论总结
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
相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构
原子
共价键
很大
很大
分子间以分子间作用力结合
分子
分子间作用力
较小
较小
#0070C0
#00B0F0
资料卡片
自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃
有多种结构，最常见的是低温石英（α-SiO2）
海滩河岸边的黄沙、石英矿脉、花岗石中的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。
五、二氧化硅（SiO2)
应用广泛的高科技产品原料 --- 二氧化硅（SiO2)
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
知识迁移
正四面体结构
晶体硅中硅原子采取sp3杂化
二氧化硅晶体中硅原子采取sp3杂化
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
1mol二氧化硅晶体中含有的“Si-O”键数目为？
4NA
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
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
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
思考讨论
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
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
知识拓展
C和Si属于同一主族，为何二氧化硅晶体属于共价晶体，而干冰晶体属于分子晶体？
干冰晶胞结构
二氧化硅晶胞结构
C是第二周期元素，原子半径较小，周围容纳不下4个O原子，电子云易于重叠形成双键，所以当C与O结合时，形成了双键，CO2以单个小分子就可以稳定存在，属于分子晶体。
Si是第三周期元素，原子半径较大，周围可以容纳4个O原子，不易形成双键，因此SiO2中，Si以单键结合了4个O，形成了空间网状结构，属于共价晶体。
#0070C0
#00B0F0
五、二氧化硅（SiO2)
资料卡片
二氧化硅的用途
单晶硅 硅芯片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维
（以SiO2为原料制造的高科技产品）
#0070C0
#00B0F0
二氧化硅、碳化硅和氮化硼比较
二氧化硅晶胞结构
碳化硅晶胞结构
氮化硼晶胞结构
①每个Si周围有4个O
Si的杂化轨类型是sp3
“金刚砂”，它具有类似金刚石的结构和性质，其空间结构中碳原子和硅原子相间排列，化学式为 SiC。
①立方氮化硼晶体结构与金刚石相似
硬度大 熔点高
②六方氮化硼的晶体为平面六元并环的层状结构
B、N原子均采用sp2杂化方式
不属于共价晶体
②Si原子与Si-O键之比为1:4
③最小环为12元环。
#0070C0
#00B0F0
六、课堂小结
决定
结构
性质
用途
决定
反映
反映
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中
错误的是（ ）
A. 晶体中不存在独立的分子
B. 碳原子间以共价键相结合
C. 是自然界中硬度最大的物质
D. 化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
D
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
2. 根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是（ ）
A. 熔点为2700 ℃，导电性好，延展性强
B. 无色晶体，熔点为3500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
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
B
#0070C0
#00B0F0
课堂练习
C
3. 下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是（ ）
A. 最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子
B. 最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2
C. 最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D. 存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角
解析 SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
选修二
课堂小结
CLASS SUMMARY
选修二
感谢您的观看
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