高中化學(xué)選擇性必修二 3.2.2 共價(jià)晶體教學(xué)設(shè)計(jì)下學(xué)期

1、第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié) 分子晶體與共價(jià)晶體第二課時(shí) 共價(jià)晶體在介紹原子晶體時(shí)，從生活中比較熟悉的金剛石入手，從原子間的相互連接方式認(rèn)識原子晶體和原子晶體的特性。在教學(xué)時(shí)要注意歸納對比，在學(xué)習(xí)完分子晶體和原子晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)的一般特點(diǎn)后，讓學(xué)生理解分子晶體和原子晶體的晶體類型與性質(zhì)之間的關(guān)系,注意區(qū)別二者的差別。課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)1.借助共價(jià)晶體模型認(rèn)識共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2.能夠從化學(xué)鍵的特征，分析理解共價(jià)晶體的物理特性。宏觀辨識與微觀探析：結(jié)合常見的共價(jià)晶體的實(shí)例，認(rèn)識物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系。證據(jù)推理與模型認(rèn)知：借助共價(jià)晶體等模型認(rèn)識晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 教學(xué)重

2、點(diǎn)：共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)之間的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)：共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)之間的關(guān)系多媒體調(diào)試、講義分發(fā)【導(dǎo)入新課】純凈的金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體。地殼中含有極少量的金剛石，它是天然存在的最硬的物質(zhì)。經(jīng)過仔細(xì)的打磨后，可以成為璀璨奪目的裝飾品鉆石?！局v解】【典例剖析】金剛石晶體在晶體中每個(gè)碳原子以四個(gè)共價(jià)單鍵與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，成為正四面體。向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。晶體中C-C-C夾角為10928，碳原子采取了sp3雜化。最小環(huán)上有6個(gè)碳原子。每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用。晶體中碳原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為1:(41/2)=1:2。在一個(gè)晶胞中，碳原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)、

3、6個(gè)面心以及晶胞內(nèi)部4個(gè)，由“均攤法”可求出該晶胞中實(shí)際含有的碳原子數(shù)為8(1/8)+6(1/2)+4=8。二氧化硅晶體(1)二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點(diǎn)1713，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。石英晶體中的硅氧四面體 石英的左、右型晶體 相連構(gòu)成的螺旋鏈每個(gè)硅原子與相鄰的4個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相結(jié)合構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，硅原子在正四面體的中心，4個(gè)氧原子在正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)。同時(shí)每個(gè)O原子被2個(gè)硅氧正四面體共用；每個(gè)O原子和2個(gè)Si原子形成2個(gè)共價(jià)鍵，晶

4、體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為12。每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子成鍵，每個(gè)O原子與2個(gè)Si原子成鍵，最小的環(huán)是12元環(huán)。每個(gè)最小的環(huán)實(shí)際擁有的硅原子為61/12=1/2，氧原子數(shù)為61/6=1。1 mol SiO2晶體中含SiO鍵數(shù)目為4NA，在SiO2晶體中Si、O原子均采取sp3雜化。正四面體內(nèi)OSiO鍵角為10928。(2)二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅電電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料?！具^渡】SiO2是二氧化硅的分子式嗎？【講解】共價(jià)晶體共價(jià)晶體：所有原子都以共價(jià)鍵相互結(jié)合形成三維的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。組成微粒：原子微粒間的作用力：共價(jià)鍵，氣化或熔化時(shí)破壞的作用力

5、為共價(jià)鍵。分類：某些單質(zhì)：如硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）等某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(-Al2O3)共價(jià)晶體的通性 熔點(diǎn)很高。共價(jià)晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化就要克服共價(jià)鍵，需要很高的能量。硬度很大。一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體。難溶于一般溶劑。【回答】提示：二氧化硅為共價(jià)晶體，晶體中不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式為Si與O的最簡個(gè)數(shù)比，而不是分子式?！舅伎加懻摗?1)觀察對比金剛石(晶體硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞，并總結(jié)結(jié)構(gòu)特征。金剛石晶胞碳化硅晶胞二氧化硅晶胞(2)“具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體”這種

6、說法對嗎？為什么？(3)怎么從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅 、鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？【回答】(1)金剛石(晶體硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞的結(jié)構(gòu)特征金剛石(晶體硅)金剛石(晶體硅)晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)和面心均有1個(gè)C(Si)原子，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C(Si)原子，每個(gè)金剛石(晶體硅)晶胞中含有8個(gè)C(Si)原子。碳化硅晶胞碳、硅原子都采取sp3雜化，CSi鍵角為10928。每個(gè)硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳(硅)原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。最小碳環(huán)由6個(gè)原子組成且不在同一平面內(nèi)，其中包括3個(gè)C原子和3個(gè)Si原子。每個(gè)SiC晶胞中含有4個(gè)C原子和4個(gè)Si原子。二氧化硅晶胞

7、SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在晶體硅結(jié)構(gòu)中每2個(gè)Si原子中間插入一個(gè)O原子，參照金剛石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8個(gè)Si原子位于立方晶胞的頂點(diǎn)，有6個(gè)Si原子位于立方晶胞的面心，還有4個(gè)Si原子與16個(gè)O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個(gè)硅氧四面體，均勻排列于晶胞內(nèi)。每個(gè)SiO2晶胞中含有8個(gè)Si原子和16個(gè)O原子。(2)不對。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價(jià)鍵，而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價(jià)鍵，它們都是原子晶體；只有相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體才是原子晶體。(3)金剛石、硅 、鍺的鍵長依次增大，鍵能依次減小，熔點(diǎn)和硬度依次下降?！緦W(xué)

8、生活動】晶體熔沸點(diǎn)高低的比較方法【講解】4.共價(jià)晶體與分子晶體熔、沸點(diǎn)高低的比較(1)晶體類型不同：共價(jià)晶體分子晶體理由：共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)與共價(jià)鍵有關(guān)，分子晶體的熔、沸點(diǎn)與分子間作用力有關(guān)。共價(jià)鍵的作用力遠(yuǎn)大于分子間作用力。(2)晶體類型相同共價(jià)晶體一般來說，對結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點(diǎn)越高。例如：金剛石二氧化硅碳化硅晶體硅。分子晶體a若分子間有氫鍵，則分子間作用力比結(jié)構(gòu)相似的同類晶體大，故熔、沸點(diǎn)較高。如HFHI；NH3PH3；H2OH2Te。b組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，一般相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高。如I2Br2Cl2F2；SnH4GeH

9、4SiH4CH4。c組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點(diǎn)越高。如CON2。d同類別的同分異構(gòu)體，支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低。如正戊烷異戊烷新戊烷。(3) 共價(jià)晶體和分子晶體熔點(diǎn)高低的基本思路【課堂小結(jié)】1.共價(jià)晶體2.共價(jià)晶體與分子晶體的比較晶體類型共價(jià)晶體分子晶體定義相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體組成粒子原子分子粒子間作用力共價(jià)鍵分子間作用力熔、沸點(diǎn)很高較低硬度很大較小溶解性不溶于任何溶劑有一部分溶于水，一部分溶于有機(jī)溶劑導(dǎo)電性不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電熔化時(shí)破壞的作用力共價(jià)鍵分子間作

10、用力實(shí)例金剛石干冰3.判斷共價(jià)晶體和分子晶體的方法(1)依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的相互作用判斷組成共價(jià)晶體的微粒是原子，微粒間的相互作用是共價(jià)鍵；組成分子晶體的微粒是分子，微粒間的相互作用是分子間作用力。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷常見的共價(jià)晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價(jià)晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物(除有機(jī)鹽外)都是分子晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷共價(jià)晶體的熔點(diǎn)更高，常在1 000 至幾千攝氏度；分子晶體的熔點(diǎn)低，常在數(shù)百攝氏

11、度以下甚至更低溫度。(4)依據(jù)導(dǎo)電性判斷共價(jià)晶體一般為非導(dǎo)體；分子晶體為非導(dǎo)體，分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和非金屬氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動的離子也能導(dǎo)電。(5)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷共價(jià)晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆。下列說法正確的是A. 晶體中存在共價(jià)鍵B. 溶于水能電離出和，所以硫酸是離子化合物C. 屬于原子晶體，熔化破壞共價(jià)鍵和分子間作用力D. 是分子晶體，加熱升華過程中只需克服分子間作用力【答案】D【解析】A.晶體中存在離子鍵，故A錯誤；B.溶于水能電離出和，而硫酸是共價(jià)化合物，二者無因果關(guān)系，故B錯誤；C.屬于原子晶體，熔化只破壞共價(jià)鍵，故C錯誤；D.是分

12、子晶體，加熱升華過程中，狀態(tài)發(fā)生變化，分子不變，只需克服分子間作用力，故D正確；故選D圖分別代表NaCl、金剛石、干冰、石墨結(jié)構(gòu)的一部分下列說法正確的是A. 如圖，NaCl晶體只有在熔融狀態(tài)下離子鍵被完全破壞，才能形成自由移動的離子B. 如圖，金剛石中存在的化學(xué)鍵只有共價(jià)鍵，不能導(dǎo)電C. 如圖，干冰中的化學(xué)鍵只需吸收很少的熱量就可以破壞，所以干冰容易升華D. 如圖，石墨中碳原子的最外層電子都參與了共價(jià)鍵的形成，故熔點(diǎn)很高、硬度很大【答案】B【解析】A.氯化鈉為離子晶體，熔融狀態(tài)下離子鍵被削弱，而不是離子鍵被完全破壞，氯化鈉溶于水離子鍵也能被破壞，故A錯誤；B.金剛石是原子晶體，原子間通過共價(jià)鍵

13、結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無自由電子，所以不能導(dǎo)電，故B正確；C.干冰是分子晶體，干冰升華克服的是分子間作用力而不是化學(xué)鍵，故C錯誤；D.石墨中碳原子的最外層電子只有三個(gè)電子參與形成共價(jià)鍵，層與層之間滑動，很軟，故D錯誤。故選B。以下關(guān)于晶體性質(zhì)說法不正確的是 A. 熔點(diǎn)：金剛石碳化硅晶體硅B. 沸點(diǎn)：C. 冰和干冰都是分子晶體，每個(gè)分子周圍都有12個(gè)緊鄰的分子D. 區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是射線衍射實(shí)驗(yàn)【答案】C【解析】A.原子晶體中共價(jià)鍵的鍵長越短，共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，由鍵長，則熔點(diǎn)：金剛石碳化硅晶體硅，故A正確；B.根據(jù)分子晶體中分子的相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大，熔沸點(diǎn)越高，則沸點(diǎn)

14、：，故B正確；C.冰和干冰都是分子晶體，冰的晶體中每個(gè)分子周圍有4個(gè)緊鄰的水分子，故C錯誤；D.區(qū)分晶體和非晶體最可靠的方法是射線衍射實(shí)驗(yàn)，故D正確。氮化硼晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。關(guān)于這兩種晶體的說法正確的是A. 六方相氮化硼與石墨一樣可以導(dǎo)電B. 立方相氮化硼含有鍵和鍵，所以硬度大C. 兩種晶體均為分子晶體D. 六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成平面三角形【答案】D【解析】A晶體中存在可以自由移動的電子才能夠?qū)щ?，六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動的

15、電子，所以不導(dǎo)電，故A錯誤；B由晶體結(jié)構(gòu)可知，立方相氮化硼為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與金剛石的結(jié)構(gòu)類似，屬于原子晶體，所以硬度大，而立方相氮化硼中只含有鍵，沒有鍵，故B錯誤；C六方相氮化硼中存在共價(jià)鍵和分子間作用力，與石墨一樣屬于混合晶體，立方相氮化硼與金剛石的晶體類型一樣，是原子晶體，故C錯誤；D由圖可知六方相氮化硼晶體層內(nèi)有一個(gè)硼原子與相鄰的氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型是平面三角型，故D正確；下列晶體性質(zhì)的比較中，錯誤的是A. 熔點(diǎn)：金剛石碳化硅晶體硅B. 沸點(diǎn)：C. 硬度：白磷冰二氧化硅D. 熔點(diǎn)：【答案】C【解析】A.因原子半徑，則鍵長，共價(jià)鍵鍵長越長，鍵能越小，則熔點(diǎn)越低，應(yīng)為金剛石碳化硅晶體硅，故A正確；B.分子間含有氫鍵，沸點(diǎn)較高，則沸點(diǎn)：，故B正確；C.二氧化硅為原子晶體