【高中化學(xué)】共價晶體【第二課時】2022-2023學(xué)年高二化學(xué)同步課件（人教版2019選擇性必修2）

課時2共價晶體第二節(jié)分子晶體與共價晶體單晶硅金剛石SiO2常見的共價晶體→有的晶體微觀空間里沒有分子，共價晶體就是其中之一。鉆石的原身——金剛石天然的金剛石經(jīng)常呈現(xiàn)規(guī)則多面體的外形，這是金剛石微觀原子有序排列的宏觀表現(xiàn)→金剛石的微觀結(jié)構(gòu)是怎樣的？金剛石的晶胞思考與討論：通過金剛石晶體的結(jié)構(gòu)認(rèn)識共價晶體結(jié)構(gòu)

→組成共價晶體的粒子和粒子間的作用力是什么？原子共價鍵構(gòu)成粒子共價晶體原子粒子間的作用力共價鍵所有原子都以共價鍵相互結(jié)合形成三維的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體二、共價晶體P811.定義：①某些單質(zhì)：硼(B)、金剛石(C)、硅(Si)、鍺(Ge)和灰錫(Sn)等二、共價晶體P812.常見的共價晶體P82②某些非金屬化合物：SiO2、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等③極少數(shù)金屬氧化物：如剛玉(ɑ-Al2O3)二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——金剛石圖3-21金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖②每個碳原子都采取____雜化;sp3③所有的C—C鍵長相等，鍵角相等，鍵角為_________.109°28'④晶體中最小的碳環(huán)由___個碳組成，且_____同一平面內(nèi)；6不在①在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有

個4二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——金剛石最小環(huán)為六元環(huán)109o28′二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——金剛石最小環(huán)為六元環(huán)109o28′⑥在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)____

88×1/8+6×1/2+4=8→12g金剛石含有___個C原子，含有____個C-C鍵NA2NA⑤晶體中每個C參與了

條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有

，故C原子與C—C鍵數(shù)之比為：

。1：(

)=1：2→即金剛石中，1molC平均擁有

mol

C—C鍵421/2鍵能：347.7kJ/mol（很大）鍵長：154pm（很短）熔點很高：>

35000C硬度最大：摩氏10度金剛石的性質(zhì)109o28′，三維骨架結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)金剛石的用途硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石極其相似，只是將碳原子換成了硅原子。請推測晶體硅中Si－Si鍵的鍵參數(shù)與金剛石中C－C鍵的鍵參數(shù)相比，有什么變化？原子半徑：Si

C鍵長變長，鍵能變小硅晶體結(jié)構(gòu)

思考與討論1：

>熔點、硬度比金剛石小→碳化硅(SiC)俗名“金剛砂”,是一種具有類似金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，其中C原子和Si原子的位置是交替的。金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個硅原子周圍結(jié)合___個碳原子，含有共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有___個硅原子。43

思考與討論2：

SiC的球棍模型功能陶瓷高級耐火材料磨料用途：→怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石(C)、碳化硅(SiC)、晶體硅(Si)的熔點和硬度依次下降？

思考與討論3：

∴金剛石(C)、碳化硅(SiC)、晶體硅(Si)的熔點和硬度依次下降。而鍵能:C—C＞C—Si＞Si—Si→鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越牢固，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵→鍵長：C—C<

C—Si<

Si—Si提示從C到Si，核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑增大1.金剛石是典型的共價晶體，下列關(guān)于金剛石的說法中錯誤的是A.晶體中不存在獨立的分子B.碳原子間以共價鍵相結(jié)合C.是自然界中硬度最大的物質(zhì)D.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應(yīng)D同步練習(xí)2.在金剛石的晶體中，含有由共價鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上所需碳原子數(shù)及每個碳原子上任意兩個C—C間的夾角是A.6個，120° B.5個，108°C.4個，109°28′

D.6個，109°28′D同步練習(xí)二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——-SiO2晶體-SiO2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)。低溫石英晶體的空間結(jié)構(gòu)模型其結(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)?！@一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性，被廣泛用作壓電材料，如石英手表。二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——-SiO2晶體-SiO2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)。其結(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)?！@一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性，被廣泛用作壓電材料，如石英手表。石英的左、右型晶體石英表二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——-SiO2晶體[SiO4]正四面體封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)SiO2晶體二、共價晶體P813.典型的共價晶體的結(jié)構(gòu)分析①每個Si原子都采取

雜化和

個O原子形成

個Si—O鍵.SP344②沒有單個SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例:

.1:2每個Si周圍結(jié)合

個O；每個O周圍結(jié)合

個Si42③最小的碳環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成的12元環(huán)。④1molSiO2中含

mol

Si—O鍵4——-SiO2晶體制造：水泥、玻璃、人造寶石、單晶硅、硅光電池、芯片、光導(dǎo)纖維的原材料二氧化硅的用途共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化就要克服共價鍵，需要很高的能量③一般不導(dǎo)電，但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體①較高的熔點②硬度很大④難溶于一般的溶劑4.共價晶體的物理性質(zhì)二、共價晶體P81

思考與討論4：

→碳和硅同主族，它們的氧化物CO2和SiO2，為什么物理性質(zhì)差異很大？干冰SiO2物質(zhì)熔點/℃沸點/℃CO2-56.2（在527kPa下測得）-78.5SiO217232230提示:

→CO2的晶體是分子晶體，晶體中CO2分子之間通過范德華力相結(jié)合?！鶶iO2是共價晶體，硅原子和氧原子之間通過共價鍵相互結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，晶體中不存在小分子。

思考與討論4：

→碳和硅同主族，它們的氧化物CO2和SiO2，為什么物理性質(zhì)差異很大？晶體類型共價晶體分子晶體組成微粒

作用力熔沸點硬度溶解性原子分子共價鍵分子間作用力很高較低很大較小難溶于一般的溶劑部分溶于水(相似相溶)不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體固體和熔化狀態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電總結(jié)1：共價晶體與分子晶體的比較導(dǎo)電性1.依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷→組成共價晶體的粒子是原子，粒子間的作用力是共價鍵；→組成分子晶體的粒子是分子或原子(稀有氣體)，粒子間的的作用力是分子間作用力。2.依據(jù)晶體的熔點判斷→共價晶體的熔沸點高，常在1000℃以上；→分子晶體的熔、沸點低，常在數(shù)百攝氏度以下。判斷共價晶體和分子晶體的方法3.依據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)判斷一般常溫常壓下，呈氣態(tài)或液態(tài)的單質(zhì)與化合物，在固態(tài)時屬于分子晶體?？偨Y(jié)2：4.依據(jù)晶體的硬度與機械性能判斷。判斷共價晶體和分子晶體的方法總結(jié)2：→分子晶體為非導(dǎo)體,但部分溶于水后能導(dǎo)電;→原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體,但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體。5.依據(jù)導(dǎo)電性判斷。共價晶體硬度大,分子晶體硬度小且較脆。1.不同類型的晶體熔、沸點：共價晶體>分子晶體分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較分子晶體:①看是否含有氫鍵有分子間氫鍵的熔沸點高都有分子間氫鍵，看氫鍵的個數(shù)，個數(shù)越多熔沸點越高②比較范德華力組成和結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，熔沸點越高③比較分子極性相對分子質(zhì)量相近，分子極性越大，熔沸點越高。④同分異構(gòu)體的支鏈越多，熔、沸點越低。2.同一類型的晶體熔、沸點：總結(jié)3：如比較金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點高低：共價晶體：①晶體的熔、沸點高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔、沸點越高。②若沒有告知鍵長或鍵能數(shù)據(jù)時，可比較原子半徑的大小。1.不同類型的晶體熔、沸點：共價晶體>分子晶體分子晶體、共價晶體的熔、沸點比較總結(jié)3：2.同一類型的晶體熔、沸點：一般原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高?！嗳埸c：金剛石>碳化硅>晶體硅。則鍵長：C-C<C-Si<Si-Si，原子半徑：C<Si，故鍵能：C-C<C-Si<Si-Si，粒子粒子間的作用力晶體的類型性質(zhì)特點結(jié)構(gòu)特點研究晶體的思路用途思維建模耐高溫強度高耐雨蝕透波性好材料研發(fā)導(dǎo)彈天線罩材料要求Si3N4晶體結(jié)構(gòu)Si3N4材料的導(dǎo)彈天線罩制品拓展延伸【拓展】石墨及其結(jié)構(gòu)一種結(jié)晶形碳,灰黑色，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。質(zhì)軟,具滑膩感，能導(dǎo)電?；瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，耐腐蝕，在空氣或氧氣中強熱可以燃燒生成CO2。石墨可用作潤滑劑，可用于制造坩堝、電極、鉛筆芯等。鉛筆石墨電極石墨坩堝【拓展】石墨及其結(jié)構(gòu)（混合型晶體）→石墨晶體為片層堆疊結(jié)構(gòu)?！就卣埂渴捌浣Y(jié)構(gòu)→石墨是共價晶體、金屬晶體和分子晶體的一種混合型晶體。③層與層間以范德華力結(jié)合力，各層可以滑動，所以石墨質(zhì)軟。②在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們互相重疊，形成離域π鍵，電子在晶格中能自由移動，所以石墨能導(dǎo)電。

①同層碳原子間以sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與另外3個碳原子相聯(lián)，形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結(jié)構(gòu)。38【思考】石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中:(1)石墨層內(nèi)C－C之間夾角為____。(2)每一個最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為____個。(3)1mol石墨(C)有____molC－C鍵。120o21.5【拓展】石墨及其結(jié)構(gòu)（混合型晶體）1．下列關(guān)于共價晶體的說法不正確的是(

)A．共價晶體中的成鍵微粒是原子B．共價晶體中原子之間全部以共價鍵結(jié)合C．共價晶體均是化合物D．共價晶體的熔、沸點都比較高C2．下列物質(zhì)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A3.晶體AB型共價化合物，若原子最外層電子數(shù)之和為8，常是具有半導(dǎo)體性質(zhì)的共價晶體。已知金剛石不導(dǎo)電、導(dǎo)熱，鋯石(ZrO2)不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱，卻硬似鉆石，近期用制耐熱器的碳化硅也制成假鉆石，則識別它們的可靠方法是A.能在玻璃上刻畫出痕跡的為金剛石B.很硬不導(dǎo)電而導(dǎo)熱的是金剛石C.既可導(dǎo)電又可導(dǎo)熱的是碳化硅D.不導(dǎo)電的為鋯石B4．下列晶體性質(zhì)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>SiCl4C5．一種新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高溫?zé)峤粨Q器。關(guān)于B4C的推斷正確的是(

)A．B4C分子是由4個硼原子和1個碳原子構(gòu)成的B．B4C是一種共價晶體C．B4C是一種分子晶體D．B4C晶體中存在離子鍵BB4C由非金屬元素組成，可用于制作切削工具和高溫?zé)峤粨Q器，說明熔點高，應(yīng)為共價晶體，不存在單個分子，構(gòu)成微粒為原子，碳、硼原子之間以共價鍵結(jié)合。6．如圖所示是某共價晶體A的空間結(jié)構(gòu)片段，A與某物質(zhì)B反應(yīng)生成C，其實質(zhì)是在每個A—A鍵中插入一個B原子，則C物質(zhì)的化學(xué)式為(

)A．ABB．A5B4C．AB2

D．A2B5C7．下列晶體熔、沸點由高到低的順序正確的是(

)①SiC

②Si

③HCl

④HBr

⑤HI

⑥CO

⑦N2

⑧H2A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①②⑤④③⑥⑦⑧C．①②⑤④③⑦⑥⑧ D．⑥⑤④③②①⑦⑧B8.我國的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，據(jù)報道，有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是A.碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短C.氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多D.碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑B9.2017年中外科學(xué)家團隊共同合成了T-碳。T-碳的結(jié)構(gòu)是將立方金剛石中的每個碳原子用一個由4個碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代，形成碳的一種新型三維立體晶體結(jié)構(gòu)，如圖所示(圖中的

表示碳形成的正四面體結(jié)構(gòu)

)。已知T-碳晶胞參數(shù)為apm，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是A.每個T-碳晶胞中含32個碳原子B.T-碳中C—C的最小夾角約為109°28′C.T-碳屬于共價晶體BD.T-碳的密度為g·cm－310.氮氧化鋁(AlON)屬于共價晶體，是一種高強度透明材料，下列敘述錯誤的是A.AlON和SiO2所含化學(xué)鍵的類型相同B.電解熔融AlON可得到AlC.AlON中N元素的化合價為－1D.AlON和SiO2的晶體類型不相同BDAlON和SiO2均屬于共價晶體，均只含有共價鍵AlON屬于共價晶體，熔融時不導(dǎo)電AlON中O為－2價，Al為＋3價，所以N為－111.金剛石是由碳原子所形成的正四面體結(jié)構(gòu)向空間無限延伸而得到的具有三維骨架結(jié)構(gòu)的共價晶體。在立方體中，若一碳原子位于立方體體心，則與它直接相鄰的四個碳原子位于該立方體互不相鄰的四個頂角上(如圖中的小立方體)。請問，圖中與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子數(shù)為多少，它們分別位于大立方體的什么位置A.12，大立方體的12條棱的中點B.8，大立方體的8個頂角C.6，大立方體的6個面的中心D.14，大立方體的8個頂角和6個面的中心A與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子分別位于大立方體的12條棱的中點，共12個。如圖所示：(1)金剛砂屬于______晶體。金剛砂熔點比金剛石熔點_____。12.金剛石和金剛砂(SiC)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，在金剛砂的三維骨架結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以單鍵相結(jié)合。試回答：共價低(2)在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，1個硅原子周圍結(jié)合__個碳原子,鍵角是

。4109°28′(3)金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有由共價鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有____個硅原子。3(1)氮化硅晶體屬于_____晶體。(2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子與Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出氮化硅的化學(xué)式：_______。13.氮化硅是一種高