3.2晶体结构与性质 共价晶体-低温石英 课件(共29张PPT)2023-2024学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.2晶体结构与性质 共价晶体-低温石英 课件(共29张PPT)2023-2024学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 82.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-25 17:19:01 | ||
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文档简介
(共29张PPT)
共价晶体——低温石英
年 级：高 二
学 科：化学（人教版）
DESIGN FOR WPS
工具级
热学级
光学级
电子级
超精密加工、宇航、钻探、超高压物理领域
熔点高硬度大，耐磨
卫星热沉材料、芯片散热基材
超高的导热率和绝缘性
高功率激光、微波装备、大通量光源理想窗口材料
从紫外到远红外到微波的超宽透过波段
航空航天、人工智能、5G等尖端科技领域
被誉为“终极半导体”材料
【复习回顾】金刚石
·
杂化：
· 配位数：
结构稳定
高度对称
4
sp3
结构
· 键长：154pm
· 键能：347.7KJ/mol
· 键角：109 28
晶体类型 杂化方式 键长/pm 键能/KJ.mol-1 键角
金刚石
单晶硅
【活动一】认识单晶硅
235
226
熔点高
硬度大
109 28
109 28
sp3
sp3
共价晶体
共价晶体
154
347.7
思考1：若在单晶硅Si-Si 键中插入氧原子，晶体结构会是什么样子呢？
请画出晶体结构示意图。
理想化
思考2：氧原子杂化吗？
？
-O-Si=180
-O-Si=
立方对称性
对称性很低
= 144°
= 138°
ΙΙ. 常见低温石英
金刚石类似的方石英
【活动二】认识二氧化硅
晶胞：8个“SiO2”
最小环：6个Si+6个O
螺旋链状
没有封闭的环状结构
Si、大部分O：sp3杂化
Si、O均sp3杂化
【活动三】认识低温石英
[SiO4]四面体
晶体
螺旋上升
解读教材文本
（有手性）
压电性
【探究】
1. [SiO4]四面体
2. 螺旋上升
3. 手性
4. 压电性
N(Si )：N(O )=________
N(Si) : N(Si-O)=________
1 : 4
1 : 2
1. [SiO4]四面体
【活动三】认识低温石英
Si、O均为 sp3 杂化
思考3：[SiO4]四面体有手性吗？
无手性
Si
O
O
O
O
109
【活动三】认识低温石英
2. 螺旋上升
如图：请将手工制作的[SiO4]四面体通过氧原子顶点相连，螺旋上升。
【注意】
② [SiO4]绕轴 120° 螺旋上升
①左旋或右旋
120°
（2）有对称因素的分子（无手性）
3.什么是手性？
（1）无对称因素的分子（有手性）
【结论】无对称因素的分子、 晶体、物质均有手性。
【结论】具有螺旋上升结构的分子、晶体、宏观物质均有手性。
昆明鸡血藤
常绿油麻藤
为什么螺旋上升的物质有手性？
【演绎】
①风车的旋转
②螺旋风车的旋转
（无手性）
（有手性）
（一）结构特点
镜像复制
右旋体
左旋体
【结论】[SiO4]无手性
左旋
右旋
晶体
有手性
（二）性质特点
旋光片
1. 旋光性
2. 压电性
+
-
-
-
-
低温石英的压电性
（一）机械能转化为电能
（二）电能转化为机械能
石英振动
石英晶体
交变电压
振动频率
计时
32768次/秒
1次/秒
电信号
小结
金刚石与低温石英比较
杂化方式 孤电子对 键角 结构特点 手性
金刚石
低温石英
sp3
C : 0
Si：0
O：2
144
109 28
109 28
有封闭的环
螺旋链状
无封闭的环
有
无
sp3
小结
共价晶体的共性与特性
金刚石 低温石英
共性 原因 共价键强 特点 熔点高、硬度大 特性 原因 结构稳定、高度对称 对称性很低（手性）
特点 超硬、耐高温、超高的热导率、极高的载流子迁移率、大禁带宽度、超宽的透过波段 压电性、旋光性
课堂练习
（一）判断正误。
1.共价晶体中，共价键越强，熔点越高。
2.CO2是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体。
3.低温石英中，硅氧四面体通过氧原子顶角相连形成螺旋上升的
长链，具有手性。
（ ）
（ ）
（ ）
√
ㄨ
√
（三）视听题。
越来越多的智能家电走进人们的生活。请看视频，小度智能屏能人机对话，请问实现这一功能用到的材料是什么？
（二）硅酸盐和硅石是地壳岩石的主要成分，如(SiO3)612-（六元环） [SiO2]n 请判断下列结构有无手性。
无
有
作业设计
选择题（每小题只有1个选项符合题意）
1. 下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是（ ）
①Al2O3是两性氧化物；②硬度很大；③它的熔点为2045℃；④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石。
A. ①② B. ②③ C. ①④ D. ③④
2. 下列有关晶体的叙述中，不正确的是（ ）
A. 金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子且最多有4个碳原子共面。
B. 在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1：2。
C. 60g的二氧化硅晶体中，Si-O键的数目是2NA。
D. 在硅氧四面体和金刚石晶体中，Si和C原子均为sp3杂化。
3. 下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2O
C. BN和HCl D. CCl4和KCl
4. 碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶体中①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（ ）
A. ①③② B. ②③① C. ③①② D. ②①③
5. X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X元素原子的核外电子数比Y的少6个。下列说法中，错误的是（ ）
A. X的单质固态时为分子晶体 B. Y的单质为共价晶体
C. X与Y形成的化合物固态时为分子晶体 D. X与碳形成的化合物为分子晶体
6．某种硫的氧化物冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构片段如图所示。
下列有关该物质的说法中正确的是
A．固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP2杂化
B．该物质的化学式为SO3
C．从该结构片段分析可知所有的O原子和S原子在同一平面上
D．该结构片段中S-O键之间的夹角约为120
（二）非选择题
7. 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
属于共价晶体的是____________________________________________________________；
属于分子晶体的是_____________________________________________________________。
8．（2021秋·山东淄博·高二统考期末）I.氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中，含有硼原子_______个，氮原子_______个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离是___cm，DE原子之间的距离是____cm。
(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数：A为(0，0，0)、B为(0，1，1)、C为(1，1，0)；则E原子为________。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是_______。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值，则氮化硼晶体的密度为_______g/cm3(用代数式表示)。
II.在硅酸盐中，SiO44-四面体（如图为俯视投影图）通过共用顶角氧原子可形成链状、环状等多种结构。
(6)图甲为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为_______，化学式为_______。
答 案
学习资源
一、视频《透视新科技》金刚石合成新方法。网址：https://b23.tv/XdybpND
二、《无机化学》
三、《结构化学基础》
四、《基础有机化学》（第4版）上册 P86-108
五、方石英与α-石英的结构
https://mp.weixin./s/QEuDBgrr1HVnGmj23zrPJg
六、α-石英的手性结构
https://mp.weixin./s/5iLn9W0y2wcT3gk3xadr9A
七、《什么是压电效应？压电电机有哪3种类型？压电如何应用于镜头调焦，人体检测，机械能收集？》
https://mp.weixin./s/G1l0cMXdAN4GZi0UtSMevw
八、《个人随笔 | 漫谈物质的聚集状态及研究物质的不同尺度》
https://mp.weixin./s/k8Q2TaoZ3Nj8SHmwB2msvQ
共价晶体——低温石英
年 级：高 二
学 科：化学（人教版）
DESIGN FOR WPS
工具级
热学级
光学级
电子级
超精密加工、宇航、钻探、超高压物理领域
熔点高硬度大，耐磨
卫星热沉材料、芯片散热基材
超高的导热率和绝缘性
高功率激光、微波装备、大通量光源理想窗口材料
从紫外到远红外到微波的超宽透过波段
航空航天、人工智能、5G等尖端科技领域
被誉为“终极半导体”材料
【复习回顾】金刚石
·
杂化：
· 配位数：
结构稳定
高度对称
4
sp3
结构
· 键长：154pm
· 键能：347.7KJ/mol
· 键角：109 28
晶体类型 杂化方式 键长/pm 键能/KJ.mol-1 键角
金刚石
单晶硅
【活动一】认识单晶硅
235
226
熔点高
硬度大
109 28
109 28
sp3
sp3
共价晶体
共价晶体
154
347.7
思考1：若在单晶硅Si-Si 键中插入氧原子，晶体结构会是什么样子呢？
请画出晶体结构示意图。
理想化
思考2：氧原子杂化吗？
？
-O-Si=180
-O-Si=
立方对称性
对称性很低
= 144°
= 138°
ΙΙ. 常见低温石英
金刚石类似的方石英
【活动二】认识二氧化硅
晶胞：8个“SiO2”
最小环：6个Si+6个O
螺旋链状
没有封闭的环状结构
Si、大部分O：sp3杂化
Si、O均sp3杂化
【活动三】认识低温石英
[SiO4]四面体
晶体
螺旋上升
解读教材文本
（有手性）
压电性
【探究】
1. [SiO4]四面体
2. 螺旋上升
3. 手性
4. 压电性
N(Si )：N(O )=________
N(Si) : N(Si-O)=________
1 : 4
1 : 2
1. [SiO4]四面体
【活动三】认识低温石英
Si、O均为 sp3 杂化
思考3：[SiO4]四面体有手性吗？
无手性
Si
O
O
O
O
109
【活动三】认识低温石英
2. 螺旋上升
如图：请将手工制作的[SiO4]四面体通过氧原子顶点相连，螺旋上升。
【注意】
② [SiO4]绕轴 120° 螺旋上升
①左旋或右旋
120°
（2）有对称因素的分子（无手性）
3.什么是手性？
（1）无对称因素的分子（有手性）
【结论】无对称因素的分子、 晶体、物质均有手性。
【结论】具有螺旋上升结构的分子、晶体、宏观物质均有手性。
昆明鸡血藤
常绿油麻藤
为什么螺旋上升的物质有手性？
【演绎】
①风车的旋转
②螺旋风车的旋转
（无手性）
（有手性）
（一）结构特点
镜像复制
右旋体
左旋体
【结论】[SiO4]无手性
左旋
右旋
晶体
有手性
（二）性质特点
旋光片
1. 旋光性
2. 压电性
+
-
-
-
-
低温石英的压电性
（一）机械能转化为电能
（二）电能转化为机械能
石英振动
石英晶体
交变电压
振动频率
计时
32768次/秒
1次/秒
电信号
小结
金刚石与低温石英比较
杂化方式 孤电子对 键角 结构特点 手性
金刚石
低温石英
sp3
C : 0
Si：0
O：2
144
109 28
109 28
有封闭的环
螺旋链状
无封闭的环
有
无
sp3
小结
共价晶体的共性与特性
金刚石 低温石英
共性 原因 共价键强 特点 熔点高、硬度大 特性 原因 结构稳定、高度对称 对称性很低（手性）
特点 超硬、耐高温、超高的热导率、极高的载流子迁移率、大禁带宽度、超宽的透过波段 压电性、旋光性
课堂练习
（一）判断正误。
1.共价晶体中，共价键越强，熔点越高。
2.CO2是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体。
3.低温石英中，硅氧四面体通过氧原子顶角相连形成螺旋上升的
长链，具有手性。
（ ）
（ ）
（ ）
√
ㄨ
√
（三）视听题。
越来越多的智能家电走进人们的生活。请看视频，小度智能屏能人机对话，请问实现这一功能用到的材料是什么？
（二）硅酸盐和硅石是地壳岩石的主要成分，如(SiO3)612-（六元环） [SiO2]n 请判断下列结构有无手性。
无
有
作业设计
选择题（每小题只有1个选项符合题意）
1. 下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是（ ）
①Al2O3是两性氧化物；②硬度很大；③它的熔点为2045℃；④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石。
A. ①② B. ②③ C. ①④ D. ③④
2. 下列有关晶体的叙述中，不正确的是（ ）
A. 金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子且最多有4个碳原子共面。
B. 在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键的个数比为1：2。
C. 60g的二氧化硅晶体中，Si-O键的数目是2NA。
D. 在硅氧四面体和金刚石晶体中，Si和C原子均为sp3杂化。
3. 下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2O
C. BN和HCl D. CCl4和KCl
4. 碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶体中①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（ ）
A. ①③② B. ②③① C. ③①② D. ②①③
5. X和Y两种元素的核电荷数之和为22，X元素原子的核外电子数比Y的少6个。下列说法中，错误的是（ ）
A. X的单质固态时为分子晶体 B. Y的单质为共价晶体
C. X与Y形成的化合物固态时为分子晶体 D. X与碳形成的化合物为分子晶体
6．某种硫的氧化物冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构片段如图所示。
下列有关该物质的说法中正确的是
A．固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP2杂化
B．该物质的化学式为SO3
C．从该结构片段分析可知所有的O原子和S原子在同一平面上
D．该结构片段中S-O键之间的夹角约为120
（二）非选择题
7. 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
属于共价晶体的是____________________________________________________________；
属于分子晶体的是_____________________________________________________________。
8．（2021秋·山东淄博·高二统考期末）I.氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中，含有硼原子_______个，氮原子_______个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离是___cm，DE原子之间的距离是____cm。
(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数：A为(0，0，0)、B为(0，1，1)、C为(1，1，0)；则E原子为________。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是_______。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值，则氮化硼晶体的密度为_______g/cm3(用代数式表示)。
II.在硅酸盐中，SiO44-四面体（如图为俯视投影图）通过共用顶角氧原子可形成链状、环状等多种结构。
(6)图甲为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为_______，化学式为_______。
答 案
学习资源
一、视频《透视新科技》金刚石合成新方法。网址：https://b23.tv/XdybpND
二、《无机化学》
三、《结构化学基础》
四、《基础有机化学》（第4版）上册 P86-108
五、方石英与α-石英的结构
https://mp.weixin./s/QEuDBgrr1HVnGmj23zrPJg
六、α-石英的手性结构
https://mp.weixin./s/5iLn9W0y2wcT3gk3xadr9A
七、《什么是压电效应？压电电机有哪3种类型？压电如何应用于镜头调焦，人体检测，机械能收集？》
https://mp.weixin./s/G1l0cMXdAN4GZi0UtSMevw
八、《个人随笔 | 漫谈物质的聚集状态及研究物质的不同尺度》
https://mp.weixin./s/k8Q2TaoZ3Nj8SHmwB2msvQ