3.2.2共价晶体课件 (共40张PPT)人教版（2019）选择性必修2

(共40张PPT)
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。
【复习回顾】
1、影响分子晶体熔沸点的因素是什么？
2、碳和硅元素位于元素周期表中同一主族，且二氧化碳和二氧化硅晶体均含有共价键，为什么熔沸点差异那么大？
CO2面心立方
二氧化硅中的Si采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架结构
共价晶体
1、概念：相邻原子之间以共价键相结合形成的具
有空间网状结构的晶体。
构成粒子
共价晶体
原子
粒子间的作用力
共价键
注意：①并非所有的由原子构成的晶体都是共价晶体，如稀有气体
②共价晶体熔化时破坏共价键，所以熔沸点很高，硬度很大
③整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小
分子，是一个“巨分子”。化学式表示原子个数比。
金刚石结构示意图
典型共价晶体的结构分析------金刚石
正四面体
最小环为六元环
①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个以共价键结合形成 。
②每个碳原子都采取____杂化
③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________.
④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内；
sp3
109°28'
6
不在
4
正四面体
典型共价晶体的结构分析------金刚石
⑥晶体中C原子与C—C键数之比为： 。
1：2
⑤每个碳原子可形成12个六元环,每个
C-C键可以形成6个六元环。
⑦在金刚石晶胞中占有的碳原子数_______　
8
8×1/8+6×1/2+4=8
⑧12g 金刚石含有_____个C原子
含有_____ 个C-C键
NA
2NA
金刚石晶胞的结构特点
金刚石 晶体硅 SiC GaAs
金刚石模型的演变 —— 等电子体原理
(1)与碳同族单质(如Si、Ge)都具有与金刚石相似的结构；
(2)第ⅣA族相邻元素间也可形成相似结构的晶体(如SiC)
(3)与第ⅣA族同周期的元素间根据等电子体原理，
如BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。
109 28 ，三维骨架
键能：347.7 kJ/mol
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
金刚石的用途
板书
共价晶体
定义：相邻原子间以共价键结合形成的具有空间网状
结构的晶体。
金刚石
最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内
每个C紧邻的C有4个，成正四面体
sp3杂化，109°28′
晶体中碳原子数与C-C键数之比为1：2
每个碳原子为12个环所共用，每条C-C键为6个环所共用
二氧化硅晶体
二氧化硅是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)。遍布河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都低温石英。
黄沙
花岗岩
石英矿
水晶
二氧化硅晶体
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，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，如石英手表。
石英的左、右型晶体
石英晶体中硅氧四面体相连构成的螺旋链
典型共价晶体的结构分析------二氧化硅
109 28
Si
O
共价键
2
4
① 在SiO2晶体中，每个硅原子与 个氧原子结合；每个氧原子与 个硅原子结合；每个正四面体占有___个Si，__个O。故SiO2晶体中Si与O之为______。
典型共价晶体的结构分析------二氧化硅
1 : 2
109 28
1
2
②最小环上有____个原子(____个Si和____个O)。
每个Si被___个最小环共用，每个Si—O—Si键被___个最小环共用，每个最小的环实际拥有的硅原子为___________，氧原子数为_____________。
12
6
6
6×1/12=1/2
12
6
6×1/6=1
典型共价晶体的结构分析------二氧化硅
1：4
1：2
③硅原子个数与Si－O 共价键个数之是 ；
氧原子个数与Si－O 共价键个数之比是 。
④1mol SiO2中含 mol Si-O键。
4
109 28
板书
共价晶体
定义：相邻原子之间以共价键相结合形成的具有空间
网状结构的晶体。
金刚石
SiO2晶体
最小环由6个Si、6个O组成的12元环
硅原子sp3，109°28′
Si与Si-O键数之比为1：4，O与Si-O之比为1：2
一个Si连4个O，一个O连2个Si
Si和O按1：2比例组成立体网状结构
1mol SiO2含4mol Si-O键
1、SiO2最小的环有（　　）原子组成
2、Si周围紧邻的O（　）个
３、O周围紧邻的Si（　）个
４、SiO2中Si、O个数比为（　　）个
５、１mol SiO2含有（　　）mol Si－O　　
Si
O
4
12
4
1:2
2
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）
二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
典型的共价晶体：
金刚石(C) 、硅（Si）、锗（Ge）、硼（B）和灰锡（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、某些非金属化合物
氮化铝(AlN) 、刚玉(ɑ-Al2O3)
以碳为中心
近年来以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，用于制造LED发光材料。
板书
共价晶体
定义：相邻原子之间以共价键相结合形成的具有空间
网状结构的晶体。
金刚石
SiO2晶体
常见共价晶体
某些单质：C、Si、锗（Ge）、B和灰锡（Sn）等
极少数金属氧化物：AlN、刚玉(ɑ-Al2O3)
某些非金属化合物：石英(SiO2) 、SiC 、Si3N4、
BN、C3N4等
【思考与讨论】
1、SiO2是二氧化硅的分子式吗？
二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。
2、“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。
如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、晶体Si、SiC、SiO2中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。
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
物理性质：
①熔点很高：
②硬度很大：
共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。
硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是画痕硬度，即摩氏硬度。
③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体
④难溶于一般溶剂
板书
共价晶体
定义：相邻原子之间以共价键相结合形成的具有空间
网状结构的晶体。
金刚石
SiO2晶体
常见共价晶体
某些单质：C、Si、锗（Ge）、B和灰锡（Sn）等
极少数金属氧化物：AlN、刚玉(ɑ-Al2O3)
某些非金属氧化物：石英(SiO2) 、SiC 、Si3N4、
BN、C3N4等
物性
熔点很高、硬度很大，难溶于一般溶剂
一般不导电，但晶体硅、锗是半导体
【思考与讨论】
结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，硬度越大，金刚石 ＞晶体硅＞晶体锗
3、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
小结：共价晶体熔沸点大小的比较
①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。
键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。
②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
分子晶体和共价晶体的判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。
构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键;
构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断。
共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。
(3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。
共价晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。
(4)依据导电性判断。
分子晶体为非导体，但部分溶于水后能导电;
原子晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。
(5)依据物质的分类判断
常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；
大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。
分子晶体和共价晶体熔、沸点比较
1、不同类型的晶体熔、沸点：共价晶体>分子晶体
理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的
熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力
远大于分子间作用力。
2、晶体类型相同
（1）共价晶体
一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。
（2）分子晶体：分子间作用力、氢键
【思考与讨论】
4、比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔沸点。
金刚石>碳化硅>晶体硅
同为共价晶体，原子半径越小、键长越短、键能越大，
晶体的熔沸点越高。
课堂小结
晶体类型 共价晶体 分子晶体
组成微粒
作用力
熔沸点
硬度
溶解性
导电性
原子
分子
共价键
分子间作用力
很大
较小
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
固体和熔融状态都不导电，部分溶于水导电
科学 技术 社会——金刚石
1、天然金刚石
2、人工合成金刚石
以石墨为原料高压合成金刚石
以甲烷、氢气为原料低温低压合成金刚石
天然金刚石形成条件：高温高压
(1).分子晶体中一定存在共价键。 (　　)
(2).干冰升华的过程中破坏了共价键。(　　)
(3).二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物,但属于不同的晶体类型。(　　)
(4).分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。(　　)
(5).含有共价键的晶体都是共价晶体。(　　)
(6).SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)
1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√ 　　
√ 　　
×
×
×
×
2、正误判断
(1)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( )
(2)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( )
(3)1 mol金刚石晶体中含有4 mol碳碳键( )
(4)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol硅氧键( )
×
√
×
√
(5)金刚石和二氧化硅晶体中C、Si都是sp3杂化，键角109 28 ( )
(6)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 ( )
√
×
3、下列关于SiO2晶体空间结构的叙述正确的是（ ）
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
C
4、我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si-Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是（ ）
A.SiO2晶体中每个Si原子通过Si-O极性键与4个O原子作用
B.每个O原子通过Si-O极性键与2个Si原子作用
C.SiO2晶体中Si原子与O原子的原子个数之比为1：2，可用“SiO2”
来表示石英的组成
D.在晶体中存在石英分子，故SiO2能叫分子式
D
5、下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
C
6、下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )
①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
C
7、下列事实能说明刚玉(Al2O3)是共价晶体的是（ ）
① Al2O3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
B
8、根据表中数据，下列说法中不正确的是(　　)
晶体 SiO2 SiCl4 AlCl3 晶体B
熔点/℃ 2 852 －70 180 2300
A. SiO2晶体和晶体B属于原子晶体
B. SiCl4和AlCl3晶体都是分子晶体
C. SiCl4和AlCl3分子的中心原子均采取sp3杂化方式
D. SiCl4和AlCl3均是极性键形成的非极性分子
C
9、以下晶体是共价晶体还是分子晶体
①金刚石 ②干冰 ③可燃冰 ④硫黄 ⑤C60 ⑥碘 ⑦石英
⑧白磷(P4) ⑨苯甲酸 ⑩ 金刚砂(SiC) 稀有气体的晶体
氧气的晶体 氮气的晶体
共价晶体 _________________________
分子晶体 _________________________
②③④ ⑤ ⑥ ⑧ ⑨
①⑦⑩