化学人教版（2019）选择性必修2 3.2.2共价晶体（共21张ppt）

(共21张PPT)
第二节
分子晶体与共价晶体
碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2的一些物理性质却相差很大，这是为什么？
CO2晶体(干冰)属于分子晶体
干冰
SiO2晶体属于共价晶体。
SiO2
一、共价晶体
相邻原子之间以共价键相结合形成的具有三维骨架结构的晶体。
① 组成的粒子：
原子
②粒子间的作用力：
共价键
二、典型的共价晶体
③极少数金属氧化物：
①某些单质：
②某些非金属化合物：
硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石(C)和灰锡(Sn)等
碳化硅(SiC)，二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、
氮化铝(AlN)及氮化硅(Si3N4)等
如刚玉(ɑ-Al2O3)
近年来Si3N4以为基础，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，用于制作LED发光材料。
三、共价晶体的物理性质
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/0C ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
①熔点很高：
②硬度很大。
③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。
④难溶于一般溶剂。
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。
Si3N4用作航天耐高温材料，SiC用作耐磨砂轮。
四、 共价晶体的结构特征
1.金刚石晶体
天然金刚石呈现多面体外形
金刚石的结构
金刚石的晶胞
(1)金刚石晶体的结构特点
②每个碳原子都采取____杂化;
sp3
③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________.
109°28'
④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内；
6
不在
①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个
4
最小环为六元环
109 28
(1)金刚石晶体的结构特点
⑤晶体中每个碳原子被 _____环所共有；
12
109 28
⑦在金刚石晶胞中占有的碳原子数____　
8
8×1/8+6×1/2+4=8
→12g金刚石含有_____个C原子，含有_____个C-C键
NA
2NA
⑥晶体中每个C参与了 条C—C键的形成，
而在每条键中的贡献只有 ，
故C原子与C—C键数之比为： 。
1：( )= 1：2
→即金刚石中，1molC平均拥有 mol C—C键
4
2
1/2
(1)金刚石晶体的结构特点
键能：
347.7 kJ/mol
（很大）
键长：154 pm（很短）
熔点很高：> 3500 0C
硬度最大：摩氏10度
②金刚石的性质
109 28 ，三维骨架
结构决定性质
③金刚石模型的演变
(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) BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。
金刚石
晶体硅
SiC
GaAs
(1)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？
(2)“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
【思考与讨论】P82
不对，分子晶体中通常也含有共价键。如干冰，只有分子内部才通过共价键结合，而分子间通过范德华力结合成分子晶体；此外，某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl。
金刚石、硅、锗都是共价晶体，原子半径：C则键长：C-C < C-Si < Si-Si，故键能：C-C＞Si-Si＞Ge-Ge，
熔点和硬度：金刚石 > 硅 > 锗。
小结：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，
晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
2.二氧化硅晶体
SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔点1713 ℃，有多种结构 ，最常见的是低温石英。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
(1)SiO2在自然界分布：
(2)低温石英的结构
其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，如石英手表。
石英晶体中
硅氧四面体相连构成的螺旋链
石英的
左、右型晶体
SiO2用途：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
晶体硅的晶胞中，在Si－Si键之间插入O原子，即得到方石英的晶胞
(最常见的SiO2晶胞)。
(3)二氧化硅晶胞
晶体硅的结构
二氧化硅的结构
(3)二氧化硅晶胞
①每个Si原子都采取 杂化和 个O原子形成 个Si—O键.
sp3
4
4
②没有单个SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例: .
1:2
每个Si周围结合 个O；
每个O周围结合 个Si
4
2
③最小的环是由 个Si原子和 个O原子组成的 元环。
④1mol SiO2中含 mol Si—O键
4
6
6
12
小结：常见共价晶体的结构
物质 金刚石 二氧化硅
晶体 结构
结构 特点 ①碳原子采取sp3杂化，每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构。 ②晶体中C—C—C夹角为109°28′。 ③最小环上有6个碳原子。 ④1mol晶体中有2molC—C键。 ⑤1个晶胞中有8个碳原子。 ①每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。
②硅、氧原子个数比为1∶2。
③最小的环上有6个硅原子和6个氧原子。
④1molSiO2中有4molSi—O键。
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
原子
分子
共价键
分子间作用力
很高
较低
很大
较小
难溶于一般的溶剂
部分溶于水(相似相溶)
不导电，个别为半导体
固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电
总结2：共价晶体与分子晶体的比较
导电性
1.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
2.美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A.该共价晶体中含有极性键
B.该共价晶体易气化，可用作制冷材料
C.该共价晶体有很高的熔、沸点
D.该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料
B
3.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( )
A. 28 g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NA
B. 124 g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NA
C. 12 g金刚石中含有C—C的个数为4NA
D. SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)
A