3.2.2共價(jià)晶體課件20242025年高二上學(xué)期人教版化學(xué)選擇性必修2

第二節(jié)

分子晶體與共價(jià)晶體第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)人教版選擇性必修2第2課時(shí)共價(jià)晶體

熔點(diǎn)/oC狀態(tài)（室溫）CO2-56.2氣態(tài)SiO21723固態(tài)干冰SiO2碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸點(diǎn)為什么差距那么大？問題情景1、知道共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)金剛石晶體中碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)，能借助共價(jià)晶體模型說明共價(jià)晶體中粒子間的相互作用。2、能結(jié)合具體實(shí)例，說出共價(jià)晶體的粒子間相互作用與其性質(zhì)（熔點(diǎn)、硬度等）的關(guān)系?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)之間的關(guān)系【重點(diǎn)難點(diǎn)】相鄰原子以共價(jià)鍵相結(jié)合形成三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體叫共價(jià)晶體。共價(jià)晶體構(gòu)成粒子原子粒子間的作用力共價(jià)鍵一、共價(jià)晶體1、概念2、構(gòu)成粒子及作用力金剛石晶體結(jié)構(gòu)模型注意：（1）不存在單個(gè)分子，無分子式?；瘜W(xué)式表示原子最簡整數(shù)比。

（2）氣化或熔化時(shí)破壞的作用力：共價(jià)鍵

思考1：具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體，這種說法對嗎？不對，大部分分子晶體中也含有共價(jià)鍵，如：干冰，冰思考2：只由原子形成的晶體一定是共價(jià)晶體嗎？不一定。如稀有氣體均由原子構(gòu)成，為分子晶體下列有關(guān)共價(jià)晶體的敘述錯(cuò)誤的是(

)A、共價(jià)晶體中，只存在共價(jià)鍵

B、共價(jià)晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C、共價(jià)晶體中不存在獨(dú)立的分子

D、共價(jià)晶體熔化時(shí)不破壞共價(jià)鍵D【課堂練習(xí)1】

①某些單質(zhì)：以碳為中心，硅（Si）、鍺（Ge）、灰錫（Sn）、硼（B）、高聚氮等②某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等③極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)Si3N4晶體結(jié)構(gòu)Si3N4材料的導(dǎo)彈天線罩制品3、類別

晶體鍵長/pm鍵能/(kJ·mol－1)熔點(diǎn)/℃硬度金剛石154348>350010碳化5晶體硅23422614106.5金剛石、碳化硅、晶體硅均具有相似的結(jié)構(gòu)，下表列出了它們的鍵長、鍵能、熔點(diǎn)和硬度的數(shù)據(jù)。思考：共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度等物理性質(zhì)與共價(jià)晶體中共價(jià)鍵的鍵長、鍵能之間存在什么關(guān)系？結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，其原子間形成共價(jià)鍵的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)就越高，硬度就越大。（1）熔點(diǎn)高（結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定，晶體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高。）

（2）硬度很大（3）一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體（4）難溶于一般溶劑4、物理性質(zhì)金剛石鉆石碳化硅（SiC）砂輪氮化硅（Si3N4）航天耐高溫材料歸納總結(jié)1晶體熔、沸點(diǎn)和硬度的比較方法——依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷判斷晶體的類型共價(jià)晶體分子晶體＞判斷鍵能的大小原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，熔點(diǎn)越高判斷分子間作用力的大小有氫鍵只有范德華力＞相對分子質(zhì)量越大，熔點(diǎn)越高；分子極性氫鍵越多，熔點(diǎn)越高晶體類型共價(jià)晶體分子晶體概念組成微粒

作用力熔沸點(diǎn)硬度溶解性導(dǎo)電性相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子間以分子間作用力結(jié)合原子分子共價(jià)鍵分子間作用力很大較小很大較小不溶于任何溶劑部分溶于水不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體固體和熔融態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電歸納總結(jié)2【課堂練習(xí)2】有下列物質(zhì)：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碳化硅?干冰?過氧化氫，根據(jù)要求填空（填序號）。（1）屬于共價(jià)晶體的是

。（2）不存在共價(jià)鍵的分子晶體是

。（3）由極性分子構(gòu)成的晶體是

，屬于分子晶體的單質(zhì)是

。（4）在一定條件下，能導(dǎo)電且不發(fā)生化學(xué)變化的是

，受熱熔化需克服共價(jià)鍵的是

。①⑧⑩⑤②?④⑤⑦①⑧⑩金剛石中，每個(gè)碳原子與多少個(gè)碳原子成鍵？1molC形成的共價(jià)鍵數(shù)目是多少？碳原子采取什么雜化方式？金剛石中，最小的碳環(huán)由幾個(gè)碳原子組成？它們是否都能在一個(gè)平面上？

已知每個(gè)碳被12個(gè)六元環(huán)共用，那么一個(gè)碳環(huán)占有幾個(gè)碳原子？一個(gè)金剛石晶胞中，有幾個(gè)碳原子？①在晶體中每個(gè)碳原子以

個(gè)共價(jià)單鍵與

相鄰的

個(gè)碳原子相結(jié)合，成為正四面體，C-C-C夾角為

，碳原子采取

雜化。

正四面體最小環(huán)為六元環(huán)②晶體中最小的碳環(huán)有

個(gè)碳原子，且不在同一平面，最多

個(gè)碳原子在同一平面。四4109°28'sp36412（1）金剛石③每個(gè)C形成4個(gè)C—C，每個(gè)C—C占有

個(gè)C，即C原子與C—C數(shù)目之比為

。1molC原子中含

molC-C共價(jià)鍵。25、典型的共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)分析④每個(gè)碳原子被

個(gè)六元環(huán)共用，1個(gè)碳環(huán)占有的碳原子為

個(gè)。

21：20.5拓展：金剛石晶胞中的均攤問題

金剛石結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)狀結(jié)構(gòu)為六元環(huán)，以標(biāo)記為O的碳原子為著眼點(diǎn)，通過該碳原子的bOc“V形”可以形成兩個(gè)六元環(huán)；而通過O碳原子的“V形”共有6個(gè)(aOb、aOc、aOd、bOd、cOd)。金剛石中六元環(huán)結(jié)構(gòu)與碳原子數(shù)目比為2:1因此通過O碳原子的六元環(huán)共6×2=12個(gè)，(即:一個(gè)O碳原子為12個(gè)六元環(huán)共用)一個(gè)六元環(huán)對環(huán)上任意一個(gè)碳原子的占有為1/12，一個(gè)六元環(huán)實(shí)際享有6×1/12═0.5個(gè)碳原子以標(biāo)記為aO的C－C為著眼點(diǎn)，通過該C－C的“V形”共有3個(gè)(aOb、aOc、aOd)。因此通過aOC－C鍵的六元環(huán)共3×2=6個(gè)，(即:一根aOC－C鍵為6個(gè)六元環(huán)共用)一個(gè)六元環(huán)對環(huán)上任意一根C－C鍵的占有為1/6，一個(gè)六元環(huán)實(shí)際享有6×1/6═1根C－C鍵金剛石中六元環(huán)結(jié)構(gòu)與C－C鍵數(shù)目比為1:1金剛石晶胞中：六元環(huán)結(jié)構(gòu):碳原子數(shù)目:C－C鍵數(shù)目=

2:1:2109o28′，三維骨架鍵能：347.7kJ/mol（很大）鍵長：154pm（很短）熔點(diǎn)很高：大于35000C

硬度最大：摩氏10度結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)金剛石的性質(zhì)已知：空間利用率=原子體積晶胞體積×100%（5）金剛石晶胞的空間利用率=？【課堂練習(xí)3】

金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問題。(1)一個(gè)金剛石晶胞中含有____個(gè)碳原子。(2)已知晶胞參數(shù)為apm，則金剛石的密度為______

_

g·cm－3。8(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關(guān)系？(3)晶體中兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為____pm。拓展：金剛石模型的演變——等電子體原理(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。金剛石晶體硅SiCGaAs

石英的左、右型晶體①在SiO2晶體中，每個(gè)Si原子采取sp3雜化與4個(gè)氧原子結(jié)合，形成4個(gè)共價(jià)鍵；每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子結(jié)合；SiO2晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為1∶2，無單個(gè)的SiO2分子存在。②在SiO2晶體中，最小環(huán)為12元環(huán)，由6個(gè)Si原子和6個(gè)O原子構(gòu)成。

二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)模型（2）二氧化硅③每個(gè)十二元環(huán)中平均含有硅原子

每個(gè)十二元環(huán)中平均含有Si-O鍵

④1molSiO2中含有NA個(gè)Si原子，

含有2NA個(gè)O原子，

含有4NA個(gè)Si-O鍵。Si原子個(gè)數(shù)與Si-O共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是

1：4

；O原子個(gè)數(shù)與Si-O共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是1：2

。二氧化硅的用途制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。光導(dǎo)纖維單晶硅制片硅太陽能電池單晶硅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(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α-SiO2)。二氧化硅的存在【課堂練習(xí)4】最近科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里成功地將CO2在高壓下轉(zhuǎn)化為類似SiO2的共價(jià)晶體。下列關(guān)于該CO2晶體的敘述中，不正確的是（）A、該晶體中C、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2B、該晶體中O—C—O的鍵角為180°C、該晶體的熔、沸點(diǎn)高，硬度大

D、該晶體中C、O原子最外層都滿足