3.2.3 共價(jià)晶體 分子晶體-高二化學(xué)同步課堂（魯科版2019選擇性必修2）

魯科版選擇性必修2

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)同學(xué)們好歡迎來(lái)到化學(xué)課堂meiyangyang8602meiyangyang8602你知道嗎？

金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?科學(xué)研究表明，30億年前，在地殼下200km左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結(jié)構(gòu)的金剛石。火山爆發(fā)時(shí)，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時(shí)冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質(zhì)∶熔點(diǎn)高，不導(dǎo)電，硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的。那么，金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?

第三章

不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第2節(jié)

幾種簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)模型課時(shí)3共價(jià)晶體

分子晶體教材分析

本節(jié)在學(xué)習(xí)了金屬晶體和離子晶體的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹了共價(jià)晶體和分子晶體，最后以石墨等為例介紹了混合型晶體，使學(xué)生了解由干微粒間的作用存在鍵型過(guò)渡，即使組成簡(jiǎn)單的晶體也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價(jià)晶體和分子晶體之間的過(guò)渡狀態(tài)，形成過(guò)渡晶體，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到人多數(shù)實(shí)際晶體要復(fù)雜得多。meiyangyang8602常見(jiàn)金屬晶體的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

常見(jiàn)的離子晶體meiyangyang8602請(qǐng)你思考！

觀察金剛石的結(jié)構(gòu)模型，思考下列問(wèn)題：聯(lián)想·質(zhì)疑1、金剛石晶體中碳原子軌道雜化方式？碳原子結(jié)合方式？2、從結(jié)構(gòu)上分析金剛石熔點(diǎn)高、硬度大的原因？3、共價(jià)晶體和金屬晶體、離子晶體中微粒排列方式的區(qū)別？為什么？

4、常見(jiàn)的共價(jià)晶體有哪些？01

共價(jià)晶體

meiyangyang8602金剛石結(jié)構(gòu)碳原子雜化方式：SP3347KJ·mol-1鍵角：鍵長(zhǎng)：鍵能：0.154nm109°28′共價(jià)鍵結(jié)合在一起的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于共價(jià)鍵鍵具有方向性和飽和性，晶體中，在一個(gè)原子周?chē)钠渌拥臄?shù)目是有限的，原子的堆積方向也是確定的，因此，共價(jià)晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。meiyangyang8602meiyangyang8602晶體結(jié)構(gòu)晶胞示意圖meiyangyang8602

金剛石晶胞金剛石的晶體就是由碳原子通過(guò)共價(jià)鍵的作用形成的共價(jià)晶體，組成金剛石的碳原子通過(guò)共價(jià)鍵形成了正四面體的構(gòu)型。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602共價(jià)晶體⑴

定義：相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體⑶微粒間的作用：原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合。共價(jià)鍵具有方向性和飽和性。共價(jià)晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。⑵構(gòu)成微粒：構(gòu)成共價(jià)晶體的微粒是原子。⑷常見(jiàn)的共價(jià)晶體：某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶體等某些單質(zhì)：金剛石(C)、晶體硅(Si)、晶體硼(B)、晶體鍺(Ge)等某些非金屬化合物：碳化硅(SiC)晶體、氮化硼(BN)晶體等meiyangyang8602請(qǐng)你預(yù)測(cè)！

猜想在所形成的共價(jià)晶體中原子的排布具有怎樣的規(guī)律？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?chē)Y(jié)合的其他原子是有限的，因此比較松散。共價(jià)晶體中的微粒堆積不服從緊密堆積原理。晶體結(jié)構(gòu)晶胞示意圖02幾種共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體在金剛石的晶胞中，碳原子分別位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)、6個(gè)面心、按面心立方堆積方式排列，4個(gè)碳原子填入一半的碳原子所成的四面體空隙，填隙率50%。meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)體對(duì)角線(xiàn)的1/4meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體②晶胞的碳原子數(shù)：8×1/8＋6×1/2＋4＝8每個(gè)晶胞的碳碳共價(jià)鍵數(shù)：4×4＝16晶胞中的原子數(shù)：8個(gè)配位數(shù)：4

在晶體中每個(gè)碳以共價(jià)鍵鍵與相鄰4個(gè)碳結(jié)合,無(wú)限延伸形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。碳原子以sp3雜化軌道與周?chē)?個(gè)碳原子以共價(jià)鍵相結(jié)合,C—C鍵間的夾角為109028＇。每個(gè)最小的碳原子環(huán)上有6個(gè)碳原子。③金剛石的晶體中的原子成鍵情況：meiyangyang8602拓展視野meiyangyang8602

金剛石晶體思考：在金剛石晶體中每個(gè)碳原子被幾個(gè)六元環(huán)共用？abcd

每個(gè)碳原子成4個(gè)碳碳鍵a、b、c、d，四個(gè)碳碳鍵中任選2個(gè)，有六種情況：ab、ac、ad、bc、bd、cd。

每?jī)蓚€(gè)碳碳鍵被兩個(gè)六元環(huán)公用，所以四個(gè)碳碳鍵被12個(gè)六元環(huán)共用。所以個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用。meiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石晶體A、B、C、D、E、④晶體中微粒的關(guān)系：金剛石晶胞的參數(shù)(邊長(zhǎng))為a，C半徑為r。a4r8r4r立方體體對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度就是C—C鍵的鍵長(zhǎng)2r的4倍。所以2r＝，r＝⑤晶體中C的空間坐標(biāo)(以晶胞參數(shù)(棱長(zhǎng))a為單位長(zhǎng)度)(0,0,0)(0.5,0.5,0)(0,0.5,0.5)(0.5,0,0.5)(0.25,0.25,0.25)meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)

觀察·思考

碳化硅(SiC)晶體SiC晶胞中，硅原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心位置，碳原子位于由大立方體分割成的8個(gè)小立方體中的4個(gè)的體心處。每個(gè)碳原子與周?chē)?個(gè)硅原子成鍵。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)

碳化硅(SiC)晶體②晶胞的原子數(shù)：Si原子數(shù)：8×1/8＋6×1/2＝4每個(gè)晶胞的碳硅共價(jià)鍵數(shù)：4×4＝16C原子數(shù)：4③碳化硅的化學(xué)式：SiCmeiyangyang8602meiyangyang8602

金剛石模型的演變——等電子體原理拓展視野(1)與碳同族單質(zhì)(如Si、Ge)都具有與金剛石相似的結(jié)構(gòu)；(2)第ⅣA族相鄰元素間也可形成相似結(jié)構(gòu)的晶體(如SiC)(3)與第ⅣA族同周期的元素間根據(jù)等電子體原理，如BN、GaAs等也可形成與金剛石結(jié)構(gòu)相似的晶體。碳原子和硅原子交替排列，只存在Si-C極性鍵。原子個(gè)數(shù)之比為1∶1。meiyangyang8602請(qǐng)你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價(jià)晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點(diǎn)和硬度有較大差異，請(qǐng)討論產(chǎn)生這種差異的原因。meiyangyang8602請(qǐng)你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價(jià)晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點(diǎn)和硬度有較大差異，請(qǐng)討論產(chǎn)生這種差異的原因。meiyangyang8602請(qǐng)你思考！

從表3-2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價(jià)晶體且它們的結(jié)構(gòu)相似，但是它們的熔點(diǎn)和硬度有較大差異，請(qǐng)討論產(chǎn)生這種差異的原因。在共價(jià)晶體中，各原子均以共價(jià)鍵相結(jié)合，只要共價(jià)鍵不被破壞，原子就不能自由移動(dòng)。由于共價(jià)晶體熔化或被粉碎時(shí)必須破壞其中的共價(jià)鍵，對(duì)結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來(lái)說(shuō)，共價(jià)鍵的鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高、硬度就越大。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)

SiO2晶體

向晶體硅結(jié)構(gòu)中每個(gè)Si—Si鍵中間“插入”一個(gè)O原子，便得到以硅氧四面體為骨架的SiO2晶體結(jié)構(gòu)。晶體硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅的結(jié)構(gòu)meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)

SiO2晶體①.晶體中1個(gè)Si與__個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合，形成________結(jié)構(gòu)；1個(gè)O與__個(gè)Si結(jié)合，故SiO2晶體中Si與O之比為_(kāi)_____。在SiO2晶體中，

單個(gè)的SiO2分子存在。沒(méi)有4正四面體1:22③.最小環(huán)上有_____個(gè)原子(____個(gè)Si和____個(gè)O)。②.1molSiO2晶體中含_____molSi-O鍵。41266meiyangyang8602

三種常見(jiàn)的共價(jià)晶體

金剛石碳化硅二氧化硅晶胞

中心原子雜化類(lèi)型鍵角晶胞中微粒數(shù)目1mol物質(zhì)中化學(xué)鍵物質(zhì)的量sp3sp3sp3109°28'109°28'(O-Si-O)109028'(Si-O-Si)?≠18008個(gè)C2molC—C鍵4molC—Si鍵C:4個(gè)Si:4個(gè)4molSi—O鍵Si:8個(gè)O:16個(gè)練習(xí)1.在二氧化硅晶體中原子未排列成緊密堆積結(jié)構(gòu)，其原因是（

）

A．共價(jià)鍵具有飽和性 B．共價(jià)鍵具有方向性

C．二氧化硅是化合物 D．二氧化硅是由非金屬元素原子構(gòu)成的AB2、下列關(guān)于SiO2和金剛石的敘述正確的是（

）A．SiO2的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)Si原子與2個(gè)O原子直接相連B．通常狀況下，1molSiO2晶體中含有的分子數(shù)為NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C．金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價(jià)鍵形成的最小環(huán)上有6個(gè)碳原子D．1mol金剛石中含有4NA個(gè)C-C鍵(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C練習(xí)3、下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度，下列敘述正確的是（

）共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃390030002700171014101211莫氏硬度109.59.576.56①構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類(lèi)越多，晶體的熔點(diǎn)越高②構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵的鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大④構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越大，共價(jià)鍵的鍵能越大

A．①② B．③④ C．②③ D．②④Cmeiyangyang8602meiyangyang8602請(qǐng)你思考！雪花、食鹽以及金剛石都是晶體；這些晶體有什么不同呢？雪花食鹽鉆石meiyangyang8602meiyangyang8602請(qǐng)你思考！雪花、食鹽以及金剛石都是晶體；這些晶體有什么不同呢？雪花食鹽鉆石分子間作用力分子晶體靜電作用力共價(jià)鍵離子晶體水分子鈉離子、氯離子碳原子共價(jià)晶體03

分子晶體meiyangyang8602

分子晶體

在金屬晶體、離子晶體和共價(jià)晶體中，原子或離子之間都是通過(guò)化學(xué)鍵相互結(jié)合的，相應(yīng)化學(xué)鍵的特點(diǎn)對(duì)晶體中微粒的空間排布方式會(huì)產(chǎn)生影響。那么，像碘、干冰、等這些以分子為基本構(gòu)成微粒的晶體中，分子會(huì)如何排列呢?碘晶體干冰晶體meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶體1.定義：分子之間通過(guò)分子間作用力結(jié)合形成的晶體meiyangyang8602

常見(jiàn)的分子晶體(1)部分非金屬單質(zhì)：鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有氣體(2)所有非金屬氫化物：水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷(3)部分非金屬氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2(4)所有的酸(而強(qiáng)堿和多數(shù)鹽則是離子晶體)(5)絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體

meiyangyang8602

分子晶體分子晶體分子分子間作用力

共價(jià)鍵范德華力(一定)氫鍵(可能)(除稀有氣體)干冰(CO2)碘(I2)冰(H2O)只有范德華力主要是氫鍵無(wú)方向性、飽和性有方向性、飽和性meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)碘晶體結(jié)構(gòu)晶胞為長(zhǎng)方體，每個(gè)頂點(diǎn)和面心各有一個(gè)分子。①平均每個(gè)晶胞中有

個(gè)碘分子，②微粒間的作用力是。

4范德華力meiyangyang8602

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)干冰(CO2)12①每個(gè)晶胞中有____個(gè)分子。②每個(gè)CO2分子周?chē)染嗑o鄰的CO2分子有_____。4meiyangyang8602

分子晶體冰H2O水分子之間的主要作用力是氫鍵(當(dāng)然也存在范德華力)，盡管氫鍵比共價(jià)鍵弱得多，不屬于化學(xué)鍵，卻跟共價(jià)鍵一樣具有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引。meiyangyang8602meiyangyang8602交流·研討

搭建模型認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)冰H2O①水分子之間的作用力是_______、__________。②冰中1個(gè)水分子周?chē)衉_個(gè)水分子形成_________。③1mol冰中有___mol“氫鍵”。氫鍵范德華力42四面體

分子晶體的結(jié)構(gòu)特征(1)分子密堆積——只有范德華力，無(wú)分子間氫鍵（每個(gè)分子周?chē)?2個(gè)緊鄰的分子，如：C60、干冰、I2、O2等）(2)分子非密堆積

——范德華力還有分子間氫鍵（如：HF、冰、NH3

）meiyangyang8602meiyangyang8602請(qǐng)你思考！

表3-2-5列出了一些分子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。請(qǐng)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)猜想;影響不同分子晶體熔點(diǎn)、沸點(diǎn)的原因可能有哪些?分子量越大、熔點(diǎn)越高04

分子晶體的性質(zhì)meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶體的性質(zhì)分子晶體物理性質(zhì)：熔沸點(diǎn)低、硬度小影響分子