《共價晶體》參考課件

第三章晶體結構與性質第二節(jié)分子晶體與共價晶體第2課時共價晶體發(fā)

展

目

標體

系

構

建1.借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。2.能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。一、共價晶體的結構和性質1．共價晶體的結構特點(1)構成粒子及作用力原子、共價鍵(2)空間結構：整塊晶體是一個三維的共價鍵

結構，不存在_______單個的小分子，是一個_____“巨分子”。原子網(wǎng)狀共價鍵基礎知識填充非金屬化合物非金屬單質氧化物物質種類實例某些____________晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等某些____________碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等

某些_________二氧化硅(SiO2)等2．共價晶體與物質的類別小很高高大短3.共價晶體的熔、沸點(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必需破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以共價晶體具有

的熔點。(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越

，鍵長越

，鍵能越

，晶體的熔點越

。微點撥：含有共價鍵的晶體都是共價晶體嗎？提示：共價晶體中都有共價鍵，但含有共價鍵的不一定是共價晶體。如CO2、H2O等分子晶體中也含有共價鍵。二、典型的共價晶體1．金剛石109°28′正四面體sp346(1)碳原子采取

雜化，C—C—C夾角為

。(2)每個碳原子與周圍緊鄰的

個碳原子以共價鍵結合成

結構，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結構。(3)最小碳環(huán)由

個碳原子組成，且最小環(huán)上有4個碳原子在同一平面內；每個碳原子被12個六元環(huán)共用。硅氧四面體2．二氧化硅晶體(1)二氧化硅的結構二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結構，最常見的是低溫石英(α--SiO2)。低溫石英的結構中有頂角相連的

形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結構，這一結構決定了它具有手性。二氧化硅晶體模型1∶2109°28′12sp344SiO22266①Si原子采取

雜化，正四面體內O—Si—O鍵角為

。②每個Si原子與

個O原子形成

個共價鍵，

原子位于正四面體的中心，

原子位于正四面體的頂點，同時每個O原子被

個硅氧正四面體共用；每個O原子和

個Si原子形成

___個共價鍵，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為

。③最小環(huán)上有

個原子，包括

個O原子和

個Si原子。(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、硅電池、芯片和光導纖維的原料。微點撥：SiO2是二氧化硅的分子式嗎？提示：二氧化硅為共價晶體，晶體中不存在單個分子，其化學式為Si與O的最簡個數(shù)比，而不是分子式?！痢獭痢?．判斷正誤(對的在括號內打“√”，錯的在括號內打“×”。)(1)凡是由原子構成的晶體都是共價晶體 ()(2)CO2和SiO2中化學鍵類型相同，晶體類型也相同 ()(3)1molSiO2晶體中含4molSi—O鍵 ()(4)由于共價鍵的鍵能遠大于分子間作用力，故共價晶體的熔點比分子晶體高

()預習效果驗收2．下列有關共價晶體的敘述錯誤的是(

)A．共價晶體中，只存在共價鍵B．共價晶體具有空間網(wǎng)狀結構C．共價晶體中不存在獨立的分子D．共價晶體熔化時不破壞共價鍵D解析

[A項，共價晶體中原子之間通過共價鍵相連；B項，共價晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結合而成的空間網(wǎng)狀結構；C項，共價晶體是由原子以共價鍵相結合形成的，不存在獨立的分子；D項，共價晶體中原子是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵。]3．有下列物質：①水晶②冰醋酸③氧化鈣④白磷⑤晶體氬⑥氫氧化鈉⑦鋁⑧金剛石⑨過氧化鈉⑩碳化鈣?碳化硅?干冰?過氧化氫。根據(jù)要求填空：(1)屬于共價晶體的化合物是________(填序號，下同）。(2)直接由原子構成的晶體是___________。(3)直接由原子構成的分子晶體是________。(4)由極性分子構成的晶體是________，屬于分子晶體的單質是________。①?①⑤⑧?⑤②?④⑤[解析]

屬于共價晶體的是金剛石、碳化硅和水晶；屬于分子晶體的有晶體氬(無化學鍵)、白磷(非極性分子)、干冰(由極性鍵構成的非極性分子)、過氧化氫和冰醋酸(由極性鍵和非極性鍵構成的極性分子)。科學研究揭示，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構的金剛石?；鹕奖l(fā)時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，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：熔點高(3350℃)，不導電，硬度極高。而干冰容易氣化，碘晶體容易升華。重難點1共價晶體與分子晶體的比較(1)分子晶體和共價晶體的構成粒子相同嗎？提示：不同。分子晶體為分子，共價晶體為原子。(2)分子晶體和共價晶體受熱熔化時克服粒子間作用力相同嗎？提示：不同，前者為分子間作用力，后者為共價鍵。1．共價晶體與分子晶體的結構特征(1)共價晶體的結構特征在共價晶體中，各原子均以共價鍵結合，因為共價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)分子晶體的結構特征①分子間不存在氫鍵的分子晶體，由于范德華力沒有方向性和飽和性，所以分子盡可能采取密堆積方式。②分子間存在氫鍵的分子晶體，由于氫鍵具有方向性和飽和性，所以分子不能采取密堆積方式。2．共價晶體與分子晶體熔、沸點高低的比較(1)晶體類型不同：共價晶體＞分子晶體理由：共價晶體的熔、沸點與共價鍵有關，分子晶體的熔、沸點與分子間作用力有關。共價鍵的作用力遠大于分子間作用力。(2)晶體類型相同①共價晶體一般來說，對結構相似的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶體硅。②分子晶體a．若分子間有氫鍵，則分子間作用力比結構相似的同類晶體大，故熔、沸點較高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。b．組成和結構相似的分子晶體，一般相對分子質量越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。c．組成和結構不相似的物質(相對分子質量接近)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如CO＞N2。d．同類別的同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。如正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.01．下表是某些共價晶體的熔點和硬度，分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是(

)D對點訓練①構成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高②構成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點越高③構成共價晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構成共價晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大A．①②

B．③④

C．①③

D．②④解析

[共價晶體的熔、沸點和硬度等物理性質取決于晶體內的共價鍵，構成共價晶體的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，對應共價晶體的熔、沸點越高，硬度越大。]2．下列晶體性質的比較中不正確的是(

)A．熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅B．沸點：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔點：SiI4>SiBr4>SiCl4C解析

[A項中三種物質都是共價晶體，因原子半徑r(C)<r(Si)，所以鍵長：C—C<C—Si<Si—Si，故鍵能：C—C>C—Si>Si—Si。鍵能越大，共價晶體的熔點越高，A項正確；因為NH3分子間存在氫鍵，所以NH3的沸點大于PH3的沸點，B項正確；二氧化硅是共價晶體，硬度很大，白磷和冰都是分子晶體，硬度較小，C項錯誤；四鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結構相似，分子間不存在氫鍵，故相對分子質量越大，熔點越高，D項正確。]比較共價晶體和分子晶體熔點高低的基本思路認識典型共價晶體的結構(1)分析金剛石、二氧化硅的晶體結構模型，判斷共價晶體的化學式是否可以代表其分子式？提示：不能。因為共價晶體是一個三維的網(wǎng)狀結構，無小分子存在。(2)以金剛石為例，說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同？提示：①構成粒子不同，共價晶體中只存在原子，沒有小分子。②相互作用不同，共價晶體中存在的是共價鍵。(3)分析二氧化硅晶體結構模型，判斷晶體中最小的環(huán)有多少個原子？1molSiO2中含有多少摩爾Si—O鍵？提示：SiO2晶體中最小環(huán)上有12個原子。1molSiO2中含有4molSi—O。金剛石(晶體硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞金剛石晶胞碳化硅晶胞二氧化硅晶胞1．金剛石(晶體硅)金剛石(晶體硅)晶胞的每個頂點和面心均有1個C(Si)原子，晶胞內部有4個C(Si)原子，每個金剛石(晶體硅)晶胞中含有8個C(Si)原子。2．碳化硅晶胞(1)碳、硅原子都采取sp3雜化，C—Si鍵角為109°28′。(2)每個硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個碳(硅)原子以共價鍵結合成正四面體結構，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結構。(3)最小碳環(huán)由6個原子組成且不在同一平面內，其中包括3個C原子和3個Si原子。(4)每個SiC晶胞中含有4個C原子和4個Si原子。3．二氧化硅晶胞SiO2晶體結構相當于在晶體硅結構中每2個Si原子中間插入一個O原子，參照金剛石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8個Si原子位于立方晶胞的頂點，有6個Si原子位于立方晶胞的面心，還有4個Si原子與16個O原子在晶胞內構成4個硅氧四面體，均勻排列于晶胞內。每個SiO2晶胞中含有8個Si原子和16個O原子。3．我們可以將SiO2的晶體結構想象為：在晶體硅的Si—Si鍵之間插入O原子。根據(jù)SiO2晶體結構圖，下列說法不正確的是(

)DA．石英晶體中每個Si原子通過Si—O極性鍵與4個O原子作用B．每個O原子也通過Si—O極性鍵與2個Si原子作用C．石英晶體中Si原子與O原子的原子個數(shù)比為1∶2，可用“SiO2”來表示石英的組成D．在晶體中存在石英分子，故能叫分子式解析

[晶體硅的結構是五個硅原子形成正四面體結構，其中有一個位于正四面體的中心，另外四個位于四面體的頂點，故SiO2的結構為每個硅原子周圍有四個氧原子，而每個氧原子周圍有兩個硅原子，在晶體中Si原子與O原子的原子個數(shù)比為1∶2，“SiO2”僅表示石英的組成，故沒有單個的SiO2分子。]4．碳化硅和立方氮化硼的結構與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當，其晶胞結構如圖所示。請回答下列問題：(1)碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為________，每個硅原子周圍與其距離最近的碳原子有________個；設晶胞邊長為acm，密度為bg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為________(用含a、b的式子表示)。(2)立方氮化硼晶胞中有________個硼原子，________個氮原子，硼原子的雜化類型為________，若晶胞的邊長為acm，則立方氮化硼的密度表達式為________g·cm－3(設NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。[解析]

(1)SiC晶體中，每個Si原子與4個C原子形成4個σ鍵，故Si采取sp3雜化，每個Si原子距最近的C原子有4個。SiC晶胞中，碳原子數(shù)為6×1/2＋8×1/8＝4個，硅原子位于晶胞內，SiC晶胞中硅原子數(shù)為4個，1個晶胞的質量為

g，體積為a3cm3，因此晶體密度：bg·cm－3＝，故NA＝

mol－1。(2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子數(shù)為6×＋8×＝4個，B原子位于晶胞內，立方氮化硼晶胞中含硼原子4個。每個硼原子與4個氮原子形成4個σ鍵，故硼原子采取sp3雜化，每個立方氮化硼晶胞的質量為

g，體積為a3cm3，故密度為

g·cm－3。[答案]

(1)sp3

4

mol－1

(2)4

4

sp3

1．下列物質中，屬于共價晶體的化合物是(

)A．無色水晶B．晶體硅C．金剛石D．干冰解析

[A項，無色水晶是共價晶體，屬于化合物；B項，晶體硅是單質；C項，金剛石是單質；D項，干冰屬于化合物，但它是分子晶體。]A隨堂演練2．氮化硼是一種新合成的結構材料，它是超硬、耐磨、耐高溫的物質，下列各組物質熔化時所克服的粒子間的作用力與氮化硼熔化時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)該化合物的性質可知其為共價晶體，粒子間作用力為共價鍵。C60和金剛石熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵，A項錯誤；冰和干冰熔化時均克服的是分子間作用力，C項錯誤；碘和金剛砂熔化時分別克服的是分子間作用力和共價鍵，D項錯誤。]3．金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所示，下列判斷正確的是(

)CA．金剛石中C—C的鍵角均為109°28′，所以金剛石和CH4的晶體類型相同B．金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關C．金剛石中碳原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2D．金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻解析

[選項A，金剛石是共價晶體，CH4是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項B，金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C的鍵能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔點很高；選項C，金剛石中每個C都參與了4個C—C的形成，而每個C對每條鍵的貢獻只有一半，故碳原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為(4×)∶4＝1∶2；選項D，金剛石的熔點高，但在打孔過程中會產生很高的溫度，如不澆水冷卻鉆頭，會導致鉆頭熔化。]4．最近科學家成功研制成了一種新型的碳氧化物，該化合物晶體與SiO2的晶體的結構相似，晶體中每個碳原子均以4個共價單鍵與氧原子結合，形成一種無限伸展的空間網(wǎng)狀結構。下列對該晶體的敘述錯誤的是(

)A．該晶體是共價晶體B．該晶體中碳原子和氧原子的個數(shù)比為1∶2C．該晶體中碳原子數(shù)與C—O鍵數(shù)之比為1∶