3.2.2 共价晶体课件(共30张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.2.2 共价晶体课件(共30张PPT)2023-2024学年高二化学人教版(2019)选择性必修2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-11-02 13:45:31 | ||
图片预览
文档简介
(共30张PPT)
晶体结构与性质
共价晶体
GONGJIAJINGTI
目录
共价晶体的有关概念
常见共价晶体
共价晶体的物理特性
共价晶体的结构
当堂小结
CONTENTS
新知导入
通过比较判断：SiO2是分子晶体吗？为什么熔点SiO2远高于CO2 ？
熔点/℃ 沸点/℃ 状态(室温)
CO2 -56.2 -78.4 气态
SiO2 1732 2230 固态
共价晶体
180
109 28
Si
O
共价晶体的有关概念
构成粒子：原子
粒子间的作用力：共价键
概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体
空间结构：
三维骨架结构
常见共价晶体
常见的共价晶体
某些非金属单质
某些非金属化合物
某些氧化物
晶体硼、金刚石、晶体硅、晶体锗、灰锡等
碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
二氧化硅(SiO2)等
思考探究
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 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 16.6 132.7
对比数据说明共价晶体有何物理特性？为什么？
共价晶体的物理特性
(1) 高熔点
(2) 高硬度
(3) 一般不导电
(4) 难溶于一般的溶剂
结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，键越稳定，共价晶体的熔点越高，硬度越大
共价键三维骨架结构决定了共价晶体的高熔点、高硬度
晶体硅、锗是半导体
思考探究
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？
原子晶体 金刚石 硅 锗
熔点/℃ ＞3500 1410 1211
硬度 10 6.5 6.0
原子半径：C < Si < Ge
键长：C—C < Si—Si < Ge—Ge
键能：C—C < Si—Si < Ge—Ge
熔点：金刚石 >晶体硅 > 晶体锗
原子晶体 金刚石 碳化硅 硅
熔点/℃ ＞3500 2700 1410
硬度 10 9.5 6.5
原子半径：C < Si
键长：C—C < C—Si < Si—Si
键能：C—C < C—Si < Si—Si
熔点：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅
共价晶体的结构
109 28
1.55×10－10 m
金刚石的结构
碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′
最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用
在金刚石晶体中碳原子个数与C—C共价键个数之比是1 : 2
在金刚石晶胞中占有的碳原子数：8×1/8＋6×1/2＋4＝8
每个碳原子与周围紧邻的4个碳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
共价晶体的结构
碳原子换成硅原子
晶体硅的结构
共价晶体的结构
金刚石晶体结构模型
二氧化硅的结构
共价晶体的结构
Si原子采取sp3杂化，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，O—Si—O键角为109°28′
每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，每个O原子与2个Si原子形成2个共价键，Si原子与O原子个数比为1∶2
1 mol SiO2中含4 mol Si—O键
最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子
共价晶体的结构
最常见的SiO2晶体是低温石英(α-SiO2)。低温石英包括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。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。
共价晶体的结构
思考探究
思考为什么干冰采取密堆积，而金刚石和冰采取非密堆积呢？
干冰晶体结构
金刚石晶胞
冰晶体结构
思考探究
干冰晶体结构
金刚石晶胞
冰晶体结构
晶体类型 微粒间作用力 微粒间作用力特点 堆积方式 例子
分子晶体 范德华力 没有方向性和饱和性 密堆积 干冰
分子晶体 氢键 有方向性和饱和性 非密堆积 冰
共价晶体 共价键 有方向性和饱和性 非密堆积 金刚石
方 法 技 巧
晶体类型的判断
晶体类型的判断
1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
构成共价晶体的粒子是原子，原子间的作用力是共价键；
构成分子晶体的粒子是分子，分子间的作用力是分子间作用力。
2．依据物质的分类判断
(1)常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等单质和二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等化合物。
(2)所有非金属氢化物、部分非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
方 法 技 巧
晶体类型的判断
晶体类型的判断
3．根据物质的熔、沸点高低判断
4．根据溶解性判断
共价晶体的熔、沸点很高，熔点一般在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点较低
共价晶体一般不溶于任何溶剂；分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律
5．依据挥发性判断
一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体
6．依据硬度和机械性能判断
共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小
分子与共价晶体的比较
晶体类型 分子晶体 共价晶体
定 义 相邻分子通过分子间作用力 结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的
三维网状结构的晶体
构成微粒 分子或原子(稀有气体) 原子
微粒间的 作用力 分子间作用力(氢键、范德华力) 共价键(极性键、非极性键)
物理性质 熔点 较低 很高
硬度 较小 很大
导电性 固态和熔融时都不导电 固态和熔融时一般都不导电
溶解性 相似相溶原理 难溶于一般溶剂
影响的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱
Si、Ge为半导体
晶体类型 分子晶体 共价晶体
典型实例 除共价晶体外的绝大多数非金属单 质、非金属氢化物、部分非金属氧 化物、几乎所有的酸、绝大多数有 机物 ①某些单质:金刚石、晶体硅、硼、
锗、灰锡等。
②某些非金属化合物:SiO2、SiC、
BN、Si3N4等
分子与共价晶体的比较
当堂小结
结构
性质
应用
共价晶体
构 成 微 粒
微粒间的作用力
物 理 特 性
典 型 晶 体
结 构 特 征
对点练习
1．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置( )
A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
A
对点练习
【解析】与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。
2．氮化碳结构如图，其中β- 氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳属于共价晶体
B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
对点练习
【解析】根据β- 氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于共价晶体，A正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B错误；氮化碳的化学式为C3N4，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，C、D正确。
B
对点练习
碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为 ，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有 个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常
数可表示为 (用含a、b的式子表示)。
mol－1
sp3
4
3．碳化硅和结构与金刚石类似，硬度仅次于金刚石，其晶胞结构如图所示。
对点练习
【解析】SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×＋8×＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝，故NA＝mol－1。
对点练习
立方氮化硼晶胞中有 个硼原子， 个氮原子，硼原子的杂化类型为 ，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为 g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
4
4
sp3
4．立方氮化硼的结构与金刚石类似，硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
对点练习
【解析】立方氮化硼晶胞中含有N原子数为6×＋8×＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶体中含B原子4个。每个B原子与4个N原子形成4个σ键，故B原子采取sp3杂化， 每个立方氮化硼晶胞的质量为g，体积为a3 cm3，因此密度为 g·cm－3。
— B — N — B — N —
— N — B — N — B —
— B — N — B — N —
本节内容结束
晶体结构与性质
共价晶体
GONGJIAJINGTI
目录
共价晶体的有关概念
常见共价晶体
共价晶体的物理特性
共价晶体的结构
当堂小结
CONTENTS
新知导入
通过比较判断：SiO2是分子晶体吗？为什么熔点SiO2远高于CO2 ？
熔点/℃ 沸点/℃ 状态(室温)
CO2 -56.2 -78.4 气态
SiO2 1732 2230 固态
共价晶体
180
109 28
Si
O
共价晶体的有关概念
构成粒子：原子
粒子间的作用力：共价键
概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体
空间结构：
三维骨架结构
常见共价晶体
常见的共价晶体
某些非金属单质
某些非金属化合物
某些氧化物
晶体硼、金刚石、晶体硅、晶体锗、灰锡等
碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
二氧化硅(SiO2)等
思考探究
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 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 16.6 132.7
对比数据说明共价晶体有何物理特性？为什么？
共价晶体的物理特性
(1) 高熔点
(2) 高硬度
(3) 一般不导电
(4) 难溶于一般的溶剂
结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，键越稳定，共价晶体的熔点越高，硬度越大
共价键三维骨架结构决定了共价晶体的高熔点、高硬度
晶体硅、锗是半导体
思考探究
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？
原子晶体 金刚石 硅 锗
熔点/℃ ＞3500 1410 1211
硬度 10 6.5 6.0
原子半径：C < Si < Ge
键长：C—C < Si—Si < Ge—Ge
键能：C—C < Si—Si < Ge—Ge
熔点：金刚石 >晶体硅 > 晶体锗
原子晶体 金刚石 碳化硅 硅
熔点/℃ ＞3500 2700 1410
硬度 10 9.5 6.5
原子半径：C < Si
键长：C—C < C—Si < Si—Si
键能：C—C < C—Si < Si—Si
熔点：金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅
共价晶体的结构
109 28
1.55×10－10 m
金刚石的结构
碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′
最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用
在金刚石晶体中碳原子个数与C—C共价键个数之比是1 : 2
在金刚石晶胞中占有的碳原子数：8×1/8＋6×1/2＋4＝8
每个碳原子与周围紧邻的4个碳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
共价晶体的结构
碳原子换成硅原子
晶体硅的结构
共价晶体的结构
金刚石晶体结构模型
二氧化硅的结构
共价晶体的结构
Si原子采取sp3杂化，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，O—Si—O键角为109°28′
每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，每个O原子与2个Si原子形成2个共价键，Si原子与O原子个数比为1∶2
1 mol SiO2中含4 mol Si—O键
最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子
共价晶体的结构
最常见的SiO2晶体是低温石英(α-SiO2)。低温石英包括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。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。
共价晶体的结构
思考探究
思考为什么干冰采取密堆积，而金刚石和冰采取非密堆积呢？
干冰晶体结构
金刚石晶胞
冰晶体结构
思考探究
干冰晶体结构
金刚石晶胞
冰晶体结构
晶体类型 微粒间作用力 微粒间作用力特点 堆积方式 例子
分子晶体 范德华力 没有方向性和饱和性 密堆积 干冰
分子晶体 氢键 有方向性和饱和性 非密堆积 冰
共价晶体 共价键 有方向性和饱和性 非密堆积 金刚石
方 法 技 巧
晶体类型的判断
晶体类型的判断
1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
构成共价晶体的粒子是原子，原子间的作用力是共价键；
构成分子晶体的粒子是分子，分子间的作用力是分子间作用力。
2．依据物质的分类判断
(1)常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等单质和二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等化合物。
(2)所有非金属氢化物、部分非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
方 法 技 巧
晶体类型的判断
晶体类型的判断
3．根据物质的熔、沸点高低判断
4．根据溶解性判断
共价晶体的熔、沸点很高，熔点一般在1000℃以上；分子晶体的熔、沸点较低
共价晶体一般不溶于任何溶剂；分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律
5．依据挥发性判断
一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体
6．依据硬度和机械性能判断
共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小
分子与共价晶体的比较
晶体类型 分子晶体 共价晶体
定 义 相邻分子通过分子间作用力 结合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合而形成的
三维网状结构的晶体
构成微粒 分子或原子(稀有气体) 原子
微粒间的 作用力 分子间作用力(氢键、范德华力) 共价键(极性键、非极性键)
物理性质 熔点 较低 很高
硬度 较小 很大
导电性 固态和熔融时都不导电 固态和熔融时一般都不导电
溶解性 相似相溶原理 难溶于一般溶剂
影响的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱
Si、Ge为半导体
晶体类型 分子晶体 共价晶体
典型实例 除共价晶体外的绝大多数非金属单 质、非金属氢化物、部分非金属氧 化物、几乎所有的酸、绝大多数有 机物 ①某些单质:金刚石、晶体硅、硼、
锗、灰锡等。
②某些非金属化合物:SiO2、SiC、
BN、Si3N4等
分子与共价晶体的比较
当堂小结
结构
性质
应用
共价晶体
构 成 微 粒
微粒间的作用力
物 理 特 性
典 型 晶 体
结 构 特 征
对点练习
1．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置( )
A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
A
对点练习
【解析】与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。
2．氮化碳结构如图，其中β- 氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳属于共价晶体
B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
对点练习
【解析】根据β- 氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于共价晶体，A正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B错误；氮化碳的化学式为C3N4，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，C、D正确。
B
对点练习
碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为 ，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有 个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常
数可表示为 (用含a、b的式子表示)。
mol－1
sp3
4
3．碳化硅和结构与金刚石类似，硬度仅次于金刚石，其晶胞结构如图所示。
对点练习
【解析】SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×＋8×＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝，故NA＝mol－1。
对点练习
立方氮化硼晶胞中有 个硼原子， 个氮原子，硼原子的杂化类型为 ，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为 g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
4
4
sp3
4．立方氮化硼的结构与金刚石类似，硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
对点练习
【解析】立方氮化硼晶胞中含有N原子数为6×＋8×＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶体中含B原子4个。每个B原子与4个N原子形成4个σ键，故B原子采取sp3杂化， 每个立方氮化硼晶胞的质量为g，体积为a3 cm3，因此密度为 g·cm－3。
— B — N — B — N —
— N — B — N — B —
— B — N — B — N —
本节内容结束