【化學(xué)】2023-2024學(xué)年魯科版選擇性必修二 共價(jià)晶體 課件

第2課時(shí)共價(jià)晶體課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解共價(jià)晶體的特征，能描述金剛石、二氧化硅等共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。2．能根據(jù)共價(jià)晶體的晶胞確定晶體的組成并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

學(xué)法指導(dǎo)1.通過學(xué)習(xí)教材金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)共價(jià)晶體的構(gòu)成微粒和相互作用。2．根據(jù)典型共價(jià)晶體原子間的鍵能推斷熔、沸點(diǎn)高低。知識(shí)點(diǎn)一

共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)微粒及相互作用1.概念相鄰原子間以________結(jié)合而形成的具有空間________結(jié)構(gòu)的晶體。2．結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵立體網(wǎng)狀原子共價(jià)鍵空間立體網(wǎng)狀3．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)由于共價(jià)鍵的________性和________性，使每個(gè)中心原子周圍排列的原子數(shù)目是________的。(2)由于所有原子間均以________相結(jié)合，所以晶體中不存在單個(gè)________。4．常見共價(jià)晶體(1)單質(zhì)：晶體____、晶體____、晶體____、金剛石等。(2)化合物：碳化硅、________、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。飽和方向固定共價(jià)鍵分子硅鍺硼二氧化硅5．典型共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析(1)金剛石①碳原子采取________雜化，C—C鍵的鍵長為0.154nm，C—C鍵鍵角為____________，鍵能為347kJ·mol－1。②每個(gè)碳原子與周圍緊鄰的________個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成________結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③最小碳環(huán)由____個(gè)碳原子組成，且最小環(huán)上碳原子不在同一平面內(nèi)，形成立體的六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)碳原子參與的六元環(huán)數(shù)為12。sp3109°28′4正四面體6(2)碳化硅(SiC)①晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把金剛石中的C原子換成Si與C原子相互交替，就得到碳化硅的結(jié)構(gòu)。晶體中Si與C原子個(gè)數(shù)比為________。②碳化硅俗稱________，硬度大，具有耐熱性、________、耐腐蝕性，可用作磨料、耐火材料、電熱元件等。1∶1金剛砂耐氧化性(3)二氧化硅晶體(SiO2)①Si原子采取________雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為________。②每個(gè)Si原子與____個(gè)O原子形成____個(gè)共價(jià)鍵，____原子位于正四面體的中心，____原子位于正四面體的頂點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)O原子被____個(gè)硅氧正四面體共用；每個(gè)O原子和_____個(gè)Si原子形成____個(gè)共價(jià)鍵，晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為________。③最小環(huán)上有________個(gè)原子，包括________個(gè)O原子和________個(gè)Si原子。sp3109°28′44SiO2221∶2126

6

學(xué)思用1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)含有共價(jià)鍵的晶體都是共價(jià)晶體。(

)(2)“SiO2”是二氧化硅的分子式。(

)(3)金剛石中碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合。(

)(4)在二氧化硅晶體中，1mol硅原子可形成2molSi—O鍵。(

)(5)立方氮化硼屬于共價(jià)晶體、硼原子和氮原子之間存在配位鍵。(

)(6)鍺元素為金屬元素，所以該晶體為金屬晶體。(

)××√×√×2．金剛石晶胞如圖，屬于一個(gè)金剛石晶胞的碳原子數(shù)為(

)A．18

B．16C．10

D．8答案：D解析：從晶胞上看8個(gè)頂點(diǎn)各有1個(gè)C原子，屬于該晶胞的部分相當(dāng)于只有1個(gè)，6個(gè)面上相當(dāng)于有3個(gè)，晶胞內(nèi)部還有4個(gè)，故屬于該晶胞的碳原子數(shù)為8個(gè)。知識(shí)點(diǎn)二

共價(jià)晶體的物理性質(zhì)根據(jù)表中有關(guān)數(shù)據(jù)分析，并填寫表下面的空白。(1)鍵能：C—C________C—Si________Si—Si；熔點(diǎn)：金剛石________碳化硅________晶體硅；硬度：金剛石________碳化硅________晶體硅(用“>”或“<”填空)。(2)規(guī)律：共價(jià)晶體具有________的熔點(diǎn)，________的硬度；對結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來說，原子半徑________，鍵長________，鍵能________，晶體的熔點(diǎn)就越高。晶體鍵能/(kJ·mol－1)熔點(diǎn)/℃硬度金剛石(C—C)347大于350010碳化硅(C—Si)30128309晶體硅(Si—Si)22614127>>>>>>很高很大越小越短越大學(xué)思用1．判斷下列說法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)一定高于金屬晶體和離子晶體的熔，沸點(diǎn)。(

)(2)平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體不屬于共價(jià)晶體。(

)(3)共價(jià)晶體中不僅存在共價(jià)鍵，還存在范德華力。(

)(4)稀有氣體原子構(gòu)成的單質(zhì)晶體屬于共價(jià)晶體。(

)(5)晶體的熔、沸點(diǎn)越高，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)也越穩(wěn)定。(

)×√×××2．下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度。分析表中的數(shù)據(jù)，下列敘述正確的是(

)A．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類越多，晶體的熔點(diǎn)越高B．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越低C．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大D．構(gòu)成共價(jià)晶體的原子的半徑越小，晶體的硬度越大共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英晶體硅晶體鍺熔點(diǎn)/℃大于350030002830171014121211硬度109.59776.0答案：D解析：共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度與構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵鍵能有關(guān)，而原子間的共價(jià)鍵鍵能與原子半徑的大小有關(guān)。即原子半徑越小，鍵能越大，熔點(diǎn)越高，硬度越大。關(guān)鍵能力·課堂探究提升點(diǎn)

共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)在共價(jià)晶體中，各原子均以共價(jià)鍵結(jié)合，因?yàn)楣矁r(jià)鍵有方向性和飽和性，所以中心原子周圍的原子數(shù)目是有限的，原子不采取密堆積方式。(2)共價(jià)晶體的組成微粒是原子，不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式僅代表原子的個(gè)數(shù)比。(3)空間構(gòu)型：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2．共價(jià)晶體熔點(diǎn)和硬度的比較共價(jià)晶體具有不同的結(jié)構(gòu)類型，對于結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的穩(wěn)定性越高，熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。3．判斷晶體是否是共價(jià)晶體的思路(1)根據(jù)共價(jià)晶體的構(gòu)成微粒和微粒間作用力判斷。(2)根據(jù)共價(jià)晶體的物理性質(zhì)判斷。(3)記住常見的共價(jià)晶體。

金剛石(晶體硅)碳化硅二氧化硅晶胞中心原子雜化類型sp3sp3sp3鍵角109°28′109°28′109°28′晶胞中微粒數(shù)目8個(gè)CC：4個(gè)Si：4個(gè)Si：8個(gè)O：16個(gè)1mol物質(zhì)中化學(xué)鍵數(shù)目2molC—C2molC—Si4molSi—O互動(dòng)探究問題1

含有共價(jià)鍵的晶體都是共價(jià)晶體嗎？

提示：不是。共價(jià)晶體中都有共價(jià)鍵，但含有共價(jià)鍵的不一定是共價(jià)晶體。如CO2、H2O中也含有共價(jià)鍵，但是分子晶體。問題2

第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導(dǎo)體材料，其晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似。①在GaN晶體中，每個(gè)Ga原子與幾個(gè)N原子相連？②與同一個(gè)Ga原子相連的N原子共同構(gòu)成的是怎樣的空間構(gòu)型？提示：①4。GaN與單晶硅結(jié)構(gòu)相似，所以每個(gè)Ga原子與4個(gè)N原子形成共價(jià)鍵，每個(gè)N原子與4個(gè)Ga原子形成共價(jià)鍵。②正四面體。類比晶體硅的空間構(gòu)型即可得出答案。問題3

為什么共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)比金屬晶體和離子晶體結(jié)構(gòu)松散，但卻比金屬晶體和離子晶體有更強(qiáng)的穩(wěn)定性？

提示：共價(jià)鍵具有方向性和飽和性，使共價(jià)晶體中某個(gè)原子周圍結(jié)合的其他原子是有限的，因此比較松散。但由于整個(gè)晶體中各原子都以強(qiáng)作用力的共價(jià)鍵相互結(jié)合，且構(gòu)成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以共價(jià)晶體更穩(wěn)定。問題4

根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，你能分析其硬度大的原因是什么嗎？提示：在金剛石晶體內(nèi)部，每個(gè)碳原子都與周圍的4個(gè)碳原子緊密結(jié)合，形成一種致密的三維結(jié)構(gòu)，破壞這種三維結(jié)構(gòu)中的C—C共價(jià)鍵需要很高的能量，所以金剛石的硬度很大。

答案：B

素養(yǎng)訓(xùn)練[訓(xùn)練]

β-氮化碳部分結(jié)構(gòu)如圖所示，其中β-氮化碳的硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料。下列有關(guān)β-氮化碳的說法錯(cuò)誤的是(

)A．β-氮化碳屬于共價(jià)晶體，其化學(xué)鍵比金剛石的更穩(wěn)定B．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)C．β-氮化碳的化學(xué)式為C3N4，其中氮顯－3價(jià)，碳顯＋4價(jià)D．該晶體與金剛石結(jié)構(gòu)相似，都是原子間以非極性鍵結(jié)合形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)答案：D

課

堂

總

結(jié)[知識(shí)導(dǎo)圖][誤區(qū)警示]1．共價(jià)晶體的構(gòu)成微粒是原子，只存在共價(jià)鍵，不存在其他作用力。2．共價(jià)晶體的化學(xué)式表示其比例組成，晶體中不存在分子。3．常見的共價(jià)晶體有金剛石、晶體硅、晶體鍺、晶體硼、二氧化硅、碳化硅等。4．共價(jià)晶體一般具有熔點(diǎn)高、硬度大、不溶于溶劑等特點(diǎn)。隨堂檢測·強(qiáng)化落實(shí)1．在金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中含有由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上的碳原子數(shù)及每個(gè)碳原子上任意兩個(gè)C—C鍵間的夾角分別是(

)A．6、120°

B．5、108°C．4、109°28′D．6、109°28′答案：D解析：金剛石中最小的碳環(huán)含有6個(gè)碳原子，兩個(gè)C—C鍵間的夾角是109°28′。2．下面關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述正確的是(

)A．存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O處于中心，Si處于4個(gè)頂角B．最小的環(huán)上，有3個(gè)Si原子和3個(gè)O原子C．最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1∶2D．最小的環(huán)上，有6個(gè)Si原子和6個(gè)O原子答案：D解析：SiO2晶體結(jié)構(gòu)為“一硅四氧、一氧兩硅”，即1個(gè)Si原子連接4個(gè)O原子，1個(gè)O原子連接2個(gè)Si原子。A項(xiàng)，在四面體結(jié)構(gòu)單元中，Si處于中心，O處于4個(gè)頂角；B、D項(xiàng)，最小環(huán)上有6個(gè)Si原子和6個(gè)O原子；C項(xiàng)，最小環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1∶1。3．(雙選)金剛石結(jié)構(gòu)如圖所示，晶體Si、立方SiC具有類似金剛石結(jié)構(gòu)。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．熔點(diǎn)：金剛石<晶體SiB．晶體Si晶胞中含有8個(gè)SiC．金剛石的晶體中碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2D．立方SiC晶胞頂點(diǎn)從1號位分別平移至2號位和3號位，所得晶胞中Si位置相同答案：AD解析：碳碳鍵鍵長比硅硅鍵鍵長短，鍵能大，故A錯(cuò)誤；利用均攤法，可得金剛石晶胞中有8個(gè)C原子，所以晶體硅晶胞中含有8個(gè)Si，故B正確；金剛石中每個(gè)碳原子均與另外4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，且每兩個(gè)碳原子形成一個(gè)C—C鍵，則1mol碳原子構(gòu)成的金剛石中共有2molC—C鍵，故C正確；1號，2號位置原子相同，但1號與3號不同，故D錯(cuò)誤。4．氮化硼是一種新合成的結(jié)構(gòu)材料，它是超硬、耐磨、耐高溫的物質(zhì)，下列各組物質(zhì)熔化時(shí)所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時(shí)所克服的粒子間作用力相同的是(

)A．C60和金剛石B．晶體硅和水晶C．冰和干冰

D．碘和金剛砂答案：B解析：氮化硼是由兩種非金屬元素形成的化合物，根據(jù)該化合物的性質(zhì)可知其為共價(jià)晶體，微粒間作用力為共價(jià)鍵。C60和金剛石熔化時(shí)分別克服的是分子間作用力和共價(jià)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；冰和干冰熔化時(shí)均克服的是分子間作用力，C項(xiàng)錯(cuò)誤；碘和金剛砂熔化時(shí)分別克服的是分子間作用力和共價(jià)鍵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．砷化鎵為第三代半導(dǎo)體，以其為材料制造的燈泡壽命長、耗能少。