【化學(xué)】共價(jià)晶體課件 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期人教版(2019)選擇性必修2

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)共價(jià)晶體目錄共價(jià)晶體的有關(guān)概念常見共價(jià)晶體共價(jià)晶體的物理特性共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)當(dāng)堂小結(jié)CONTENTS新知導(dǎo)入通過比較判斷：SiO2是分子晶體嗎？為什么熔點(diǎn)SiO2遠(yuǎn)高于CO2？

熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃狀態(tài)(室溫)CO2-56.2-78.4氣態(tài)SiO217322230固態(tài)共價(jià)晶體180o109o28′SiO共價(jià)晶體的有關(guān)概念構(gòu)成粒子：原子粒子間的作用力：共價(jià)鍵概念：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體空間結(jié)構(gòu)：三維骨架結(jié)構(gòu)常見共價(jià)晶體常見的共價(jià)晶體某些非金屬單質(zhì)某些非金屬化合物某些氧化物晶體硼、金剛石、晶體硅、晶體鍺、灰錫等碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等二氧化硅(SiO2)等思考探究共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0分子晶體氧氣氮?dú)獍琢姿埸c(diǎn)/℃－218.3－210.144.20分子晶體硫化氫甲烷乙酸尿素熔點(diǎn)/℃－85.6－18216.6132.7對比數(shù)據(jù)說明共價(jià)晶體有何物理特性？為什么？共價(jià)晶體的物理特性(1)高熔點(diǎn)(2)高硬度(3)一般不導(dǎo)電(4)難溶于一般的溶劑結(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，鍵越穩(wěn)定，共價(jià)晶體的熔點(diǎn)越高，硬度越大共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)決定了共價(jià)晶體的高熔點(diǎn)、高硬度晶體硅、鍺是半導(dǎo)體思考探究怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？原子晶體金剛石硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350014101211硬度106.56.0原子半徑：C

<

Si

<Ge鍵長：C—C

<

Si—Si

<Ge—Ge鍵能：C—C

<

Si—Si

<

Ge—Ge熔點(diǎn)：金剛石>晶體硅>

晶體鍺原子晶體金剛石碳化硅硅熔點(diǎn)/℃＞350027001410硬度109.56.5原子半徑：C

<

Si鍵長：C—C

<

C—Si

<

Si—Si鍵能：C—C

<

C—Si

<

Si—Si熔點(diǎn)：金剛石>

碳化硅>

晶體硅共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)109o28′1.55×10－10m金剛石的結(jié)構(gòu)碳原子采取sp3雜化，C—C—C夾角為109°28′最小碳環(huán)由6個(gè)碳原子組成，且最小環(huán)上有4個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)；每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用在金剛石晶體中碳原子個(gè)數(shù)與C—C共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是1:2

在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)：8×1/8＋6×1/2＋4＝8每個(gè)碳原子與周圍緊鄰的4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)碳原子換成硅原子晶體硅的結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)金剛石晶體結(jié)構(gòu)模型二氧化硅的結(jié)構(gòu)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)Si原子采取sp3雜化，Si原子位于正四面體的中心，O原子位于正四面體的頂點(diǎn)，O—Si—O鍵角為109°28′每個(gè)Si原子與4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)O原子與2個(gè)Si原子形成2個(gè)共價(jià)鍵，Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為1∶21molSiO2中含4molSi—O鍵最小環(huán)上有12個(gè)原子，包括6個(gè)O原子和6個(gè)Si原子共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)最常見的SiO2晶體是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英包括遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的水晶。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性，被廣泛用作壓電材料，如制作石英手表。共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)思考探究思考為什么干冰采取密堆積，而金剛石和冰采取非密堆積呢？干冰晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶胞冰晶體結(jié)構(gòu)思考探究干冰晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶胞冰晶體結(jié)構(gòu)晶體類型微粒間作用力微粒間作用力特點(diǎn)堆積方式例子分子晶體范德華力沒有方向性和飽和性密堆積干冰分子晶體氫鍵有方向性和飽和性非密堆積冰共價(jià)晶體共價(jià)鍵有方向性和飽和性非密堆積金剛石方法技巧晶體類型的判斷晶體類型的判斷1．依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷構(gòu)成共價(jià)晶體的粒子是原子，原子間的作用力是共價(jià)鍵；構(gòu)成分子晶體的粒子是分子，分子間的作用力是分子間作用力。2．依據(jù)物質(zhì)的分類判斷(1)常見的共價(jià)晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼、晶體鍺等單質(zhì)和二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等化合物。(2)所有非金屬氫化物、部分非金屬單質(zhì)(金剛石、石墨、晶體硅等除外)、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物都是分子晶體。方法技巧晶體類型的判斷晶體類型的判斷3．根據(jù)物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)高低判斷4．根據(jù)溶解性判斷共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)很高，熔點(diǎn)一般在1000℃以上；分子晶體的熔、沸點(diǎn)較低共價(jià)晶體一般不溶于任何溶劑；分子晶體的溶解性遵循“相似相溶”規(guī)律5．依據(jù)揮發(fā)性判斷一般易揮發(fā)的物質(zhì)呈固態(tài)時(shí)都屬于分子晶體6．依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷共價(jià)晶體的硬度大，分子晶體的硬度小分子與共價(jià)晶體的比較晶體類型分子晶體共價(jià)晶體定義

相鄰分子通過分子間作用力

結(jié)合形成的晶體

相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的

三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)成微粒

分子或原子(稀有氣體)

原子微粒間的作用力分子間作用力(氫鍵、范德華力)

共價(jià)鍵(極性鍵、非極性鍵)物理性質(zhì)熔點(diǎn)

較低

很高硬度

較小

很大導(dǎo)電性

固態(tài)和熔融時(shí)都不導(dǎo)電

固態(tài)和熔融時(shí)一般都不導(dǎo)電溶解性

相似相溶原理

難溶于一般溶劑影響的因素

分子間作用力的強(qiáng)弱

共價(jià)鍵的強(qiáng)弱Si、Ge為半導(dǎo)體晶體類型分子晶體共價(jià)晶體典型實(shí)例

除共價(jià)晶體外的絕大多數(shù)非金屬單

質(zhì)、非金屬氫化物、部分非金屬氧

化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有

機(jī)物

①某些單質(zhì):金剛石、晶體硅、硼、

鍺、灰錫等。

②某些非金屬化合物:SiO2、SiC、BN、Si3N4等分子與共價(jià)晶體的比較當(dāng)堂小結(jié)結(jié)構(gòu)性質(zhì)應(yīng)用共價(jià)晶體構(gòu)成微粒微粒間的作用力物理特性典型晶體結(jié)構(gòu)特征對點(diǎn)練習(xí)1．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空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的共價(jià)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(gè)碳原子位于該立方體互不相鄰的四個(gè)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(gè)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(diǎn)B．8，大立方體的8個(gè)頂角C．6，大立方體的6個(gè)面的中心D．14，大立方體的8個(gè)頂角和6個(gè)面的中心A對點(diǎn)練習(xí)【解析】與小立方體頂角的四個(gè)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(diǎn)，共12個(gè)。2．氮化碳結(jié)構(gòu)如圖，其中β--氮化碳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)氮化碳的說法不正確的是(

)

A．氮化碳屬于共價(jià)晶體B．氮化碳中碳顯－4價(jià)，氮顯＋3價(jià)C．氮化碳的化學(xué)式為C3N4D．每個(gè)碳原子與四個(gè)氮原子相連，每個(gè)氮原子與三個(gè)碳原子相連對點(diǎn)練習(xí)【解析】根據(jù)β--氮化碳硬度超過金剛石晶體判斷，氮化碳屬于共價(jià)晶體，A正確；氮的非金屬性大于碳的非金屬性，氮化碳中碳顯＋4價(jià)，氮顯－3價(jià)，B錯(cuò)誤；氮化碳的化學(xué)式為C3N4，每個(gè)碳原子與四個(gè)氮原子相連，每個(gè)氮原子與三個(gè)碳原子相連，C、D正確。B對點(diǎn)練習(xí)碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為

，每個(gè)硅原子周圍與其距離最近的碳原子有

個(gè)；設(shè)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)。

sp343．碳化硅和結(jié)構(gòu)與金剛石類似，硬度僅次于金剛石，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。對點(diǎn)練習(xí)

對點(diǎn)練習(xí)立方氮化硼晶胞中有

個(gè)硼原子，

個(gè)氮原子，硼原子的雜化