共價(jià)晶體課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修22

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)分子晶體與共價(jià)晶體課時(shí)二

共價(jià)晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)01.借助共價(jià)晶體模型認(rèn)識(shí)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，發(fā)展“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的科學(xué)素養(yǎng)02.能夠從化學(xué)鍵的特征分析理解共價(jià)晶體的物理特性，發(fā)展“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的學(xué)科核心素養(yǎng)共價(jià)晶體01共價(jià)晶體干冰熔點(diǎn)/℃-56.2(527kPa)沸點(diǎn)/℃-78.5二氧化硅熔點(diǎn)/℃1723沸點(diǎn)/℃2230碳和硅元素同為第四主族的元素，從其形成的化合物外形來(lái)看，均為晶體，而兩種晶體的熔沸點(diǎn)卻相差很大，這是為什么呢？01共價(jià)晶體組成的粒子：原子粒子間的作用力：共價(jià)鍵性質(zhì)：熔點(diǎn)高共價(jià)晶體組成的粒子：分子粒子間的作用力：范德華力性質(zhì)：熔點(diǎn)低分子晶體01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

【思考】：由原子構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體嗎？構(gòu)成粒子及作用力金剛石晶體結(jié)構(gòu)模型相鄰原子間以共價(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

共價(jià)晶體共價(jià)鍵碳原子01共價(jià)晶體1、由原子構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體嗎？思考討論

2、含有共價(jià)鍵的晶體一定是共價(jià)晶體嗎？

3、如何判斷是否為共價(jià)晶體嗎？

不一定，金屬晶體也是由原子構(gòu)成的（下一節(jié)學(xué)習(xí)）

不一定，共價(jià)晶體中含有共價(jià)鍵，但分子晶體中也含有共價(jià)鍵，如CO201共價(jià)晶體Si3N4晶體結(jié)構(gòu)

共價(jià)晶體的判斷方法一：根據(jù)物質(zhì)類別1、某些單質(zhì)金剛石(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、灰錫（Sn）、硼（B）、等2、某些非金屬化合物二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、金剛砂（SiC）、等01共價(jià)晶體方法二：根據(jù)晶體的物理性質(zhì)1、共價(jià)晶體的熔點(diǎn)很高（一般情況下，大于1000℃）硬度很大（如金剛石是天然礦物中最硬的物質(zhì)），多數(shù)非導(dǎo)體（晶體硅和鍺為半導(dǎo)體）某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.001共價(jià)晶體思考討論1、對(duì)比分子晶體，為什么共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度很高？分子晶體熔化或氣化時(shí)斷裂的是分子間作用力，而共價(jià)晶體熔化或氣化時(shí)斷裂是共價(jià)鍵，共價(jià)鍵的強(qiáng)度比分子間作用力的強(qiáng)度大的多2、都是原子晶體，為什么熔點(diǎn)：金剛石>碳化硅>硅？由于原子半徑：Si>C，鍵長(zhǎng):C-C<C-Si<Si-Si，鍵能:C-C>C-Si>Si-Si,鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定，熔沸點(diǎn)越高【總結(jié)】結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)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。01共價(jià)晶體

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?；鹕奖l(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?金剛石磨頭金剛石鉆石01共價(jià)晶體

典型的共價(jià)晶體一、金剛石01共價(jià)晶體一、金剛石01共價(jià)晶體一、金剛石01共價(jià)晶體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。②晶體中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)③最小環(huán)上有

個(gè)碳原子，最多

個(gè)碳原子在同一平面。④每個(gè)碳原子被

個(gè)六元環(huán)共用。

四4109°28'sp36412一、金剛石01共價(jià)晶體⑥在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)____

88×1/8+6×1/2+4=812g金剛石含有___個(gè)C原子，含有____個(gè)C-C鍵NA2NA⑤晶體中每個(gè)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

molC—C鍵421/2一、金剛石01共價(jià)晶體思考討論一個(gè)金剛石晶胞中含有___個(gè)碳原子，若碳原子半徑為r，金剛石晶胞邊長(zhǎng)為a，根據(jù)硬球接觸模型，

則r=

a；已知：空間利用率=原子體積晶胞體積×100%金剛石晶胞的空間利用率=？88

01共價(jià)晶體

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點(diǎn)1713℃，有多種結(jié)構(gòu)。二氧化硅晶體中，每個(gè)硅原子均以4個(gè)__________對(duì)稱地與相鄰的___個(gè)氧原子相結(jié)合，每個(gè)氧原子與___個(gè)硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)（封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)）。最小的環(huán)上有__個(gè)硅原子和__個(gè)氧原子，硅、氧原子個(gè)數(shù)比為_________。共價(jià)鍵42661﹕2

二氧化硅01共價(jià)晶體低溫石英(α-SiO2)是最常見的一種結(jié)構(gòu)。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、透明的水晶都是低溫石英。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(zhǎng)鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性石英的左、右型晶體01共價(jià)晶體

用途水泥單晶硅玻璃單晶硅制的芯片硅太陽(yáng)能電池二氧化硅光導(dǎo)纖維01共價(jià)晶體思考討論硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石極其相似，只是將碳原子換成了硅原子。那么1mol單晶硅中含有多少個(gè)Si-Si鍵？

1molSiO2

中含有多少Si-O鍵?單晶硅結(jié)構(gòu)模型1molSiO2中含

molSi—O鍵1molSi中含

mol

Si-Si鍵4201共價(jià)晶體某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度共價(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*硬度是衡量固體軟硬程度的指標(biāo)。硬度有不同的標(biāo)度，最普通的硬度標(biāo)度是劃痕硬度，即摩氏硬度，以固體互相刻畫時(shí)出現(xiàn)刻痕的固體的硬度較低。01共價(jià)晶體金剛石剛玉黃玉石英正長(zhǎng)石磷灰石螢石方解石石膏滑石10987654321金剛石不能被任何天然礦物畫出刻痕，因而是最硬的，以金剛石的硬度為10，以另外幾種天然礦物為代表可將摩氏硬度分為十度，即：硬度大的物質(zhì)不一定經(jīng)得起錘擊，如金剛石硬度最大，很容易經(jīng)錘擊而破碎。物質(zhì)經(jīng)受錘擊的性質(zhì)屬于延展性。由于共價(jià)晶體中的共價(jià)鍵具有方向性，當(dāng)受到大的外力作用時(shí)會(huì)發(fā)生原子錯(cuò)位而斷裂。01共價(jià)晶體晶體的類型分子晶體共價(jià)晶體概念以分子間作用力結(jié)合相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合組成的粒子分子原子作用力分子間作用力共價(jià)鍵熔點(diǎn)較低較高硬度小大分子晶體和共價(jià)晶體對(duì)比01共價(jià)晶體三種物質(zhì)中，每個(gè)原子均以sp3雜化形式與相鄰的四個(gè)原子形成σ鍵，整體上形成三維骨架結(jié)構(gòu)，同屬于共價(jià)晶體，熔點(diǎn)都比較高。熔點(diǎn)的相對(duì)高低與共價(jià)鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。金剛石、硅和鍺的結(jié)構(gòu)差別在于碳、硅、鍺原子半徑依次遞增。C-C鍵、Si-Si鍵、Ge-Ge鍵的鍵長(zhǎng)依次遞增，鍵長(zhǎng)越長(zhǎng)，鍵能越小，所以熔點(diǎn)和硬度依次下降。共價(jià)晶體金剛石硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350014101211硬度*106.56.0根據(jù)所學(xué)內(nèi)容，思考并回答：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？01共價(jià)晶體比較物質(zhì)的熔點(diǎn)的方法共價(jià)晶體分子晶體有氫鍵只有范德華力方法依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷依據(jù)性質(zhì)判斷判斷晶體的類型鍵能越大熔點(diǎn)越高氫鍵的數(shù)目多少相對(duì)分子質(zhì)量大小判斷鍵能的大小判斷分子間的作用力01共價(jià)晶體鍺Ge硅Si主要應(yīng)用：低壓、低頻、中功率晶體管、光電探測(cè)器，取代了笨重的電子管，導(dǎo)致了集成電路的可能性砷化鎵GaAs磷化銦InP主要應(yīng)用：毫米波器件、發(fā)光器件、衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊、光通訊、GPS導(dǎo)航等，較好的電子遷移率、帶隙等材料特性，資源稀缺，有毒性，污染環(huán)境碳化硅Sic、氮化鋁AlN、氮化鎵GaN、氧化鋅ZnO、金剛石C主要應(yīng)用：高溫、高頻、抗輻射、大功率器件；藍(lán)、綠、紫光二極管、半導(dǎo)體激光器，更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性第一代半導(dǎo)體第二代半導(dǎo)體第三代半導(dǎo)體第三代半導(dǎo)體：中國(guó)半導(dǎo)體的希望！課堂總結(jié)02課堂總結(jié)概念金剛石二氧化硅性質(zhì)共價(jià)晶體中的粒子及粒子間的相互作用共價(jià)晶體共價(jià)晶體常見共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)分析課堂練習(xí)03課堂練習(xí)1．下面關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述正確的是A．最小的環(huán)上，有3個(gè)Si原子和3個(gè)O原子B．最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1﹕2C．最小的環(huán)上，有6個(gè)Si原子和6個(gè)O原子D．存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O處于中心，Si處于4個(gè)頂角03課堂練習(xí)【答案】C【詳解】根據(jù)SiO2的晶體空間結(jié)構(gòu)模型可判斷每個(gè)硅原子與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)合形成2個(gè)共價(jià)鍵，其空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在四面體結(jié)構(gòu)單元，硅原子位于四面體的中心，氧原子位于四面體的4個(gè)頂角；金剛石的最小環(huán)上有6個(gè)碳原子，SiO2的晶體結(jié)構(gòu)可將金剛石晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子用硅原子代替，每個(gè)Si—Si鍵中“插入”一個(gè)氧原子，所以其最小環(huán)上有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子，Si、O原子個(gè)數(shù)比為1∶1，因此選項(xiàng)ABD均是錯(cuò)誤的，C正確；答案選C。03課堂練習(xí)2．金剛石和石墨的物理性質(zhì)存在著較大差異，原因是()A．它們是由不同種元素構(gòu)成的 B．他們各自的原子排列方式不同C．它們具有不同的幾何外形 D．石墨能導(dǎo)電而金剛石不能【答案】B【詳解】物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)，金剛石和石墨均由C元素構(gòu)成，但由于結(jié)構(gòu)中碳原子的排列方式不同，所以物理性質(zhì)存在較大差異，故答案為B。03課堂練習(xí)3．美國(guó)《科學(xué)》雜志曾報(bào)道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K，人們成功制得了共價(jià)晶體CO2，下列對(duì)該物質(zhì)的推斷一定不正確的是A．該共價(jià)晶體中含有極性鍵B．該共價(jià)晶體易汽化，可用作制冷材料C．該共價(jià)晶體有很高的熔沸點(diǎn)D．該共價(jià)晶體的硬度大，可用作耐磨材料03課堂練習(xí)【答案】B【詳解】A、CO2固態(tài)時(shí)由分子晶體變?yōu)楣矁r(jià)晶體，其成鍵情況也發(fā)生了變化，由原來(lái)的C=O變?yōu)镃-O，但化學(xué)鍵依然為極性共價(jià)鍵，A項(xiàng)正確;B、CO2由分子晶體變成共價(jià)晶體，熔沸點(diǎn)高，不易汽化，不適合作制冷材料，B不正確;C、CO2由分子晶體變成共價(jià)晶體，共價(jià)晶體有很高的熔沸點(diǎn)，故C正確;D、CO2由分子晶體變成共價(jià)晶體，共價(jià)晶體具有硬度大耐磨等特點(diǎn)，D項(xiàng)正確;答案選Ｂ。03課堂練習(xí)4．下面關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述正確的是A．1molSiO2晶體中Si-O鍵為2molB．二氧化硅晶體的分子式是SiO2C．晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結(jié)構(gòu)D．最小的環(huán)上，有3個(gè)Si原子和3個(gè)O原子03課堂練習(xí)【答案】C【詳解】A．每個(gè)Si原子形成四個(gè)共價(jià)鍵，則1molSiO2晶體中含4molSi-O鍵，故A錯(cuò)誤；B．由二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)圖可知，每個(gè)硅原子周圍連有四個(gè)氧原子，每個(gè)氧原子周圍連有2個(gè)硅原子，則Si、O原子個(gè)數(shù)比為1：2，不存在分子，故B錯(cuò)誤；C．在晶體中硅原子周圍有4對(duì)共用電子對(duì)，氧原子有2對(duì)共用電子對(duì)，而氧原子最外層就是6個(gè)電子，這樣兩種原子都滿足8電子結(jié)構(gòu)，故C正確；D．由二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)圖可知，晶體中最小環(huán)上含有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子，故D錯(cuò)誤。故選：C。03課堂練習(xí)5．最近科學(xué)家成功制成了一種新型的碳氧化合物，該化合物晶體中每個(gè)碳原子均以四個(gè)共價(jià)單鍵與氧原子結(jié)合為一種空間網(wǎng)狀的無(wú)限伸展結(jié)構(gòu)，下列對(duì)該晶體敘述錯(cuò)誤的是A．該晶體類型是原子晶體

B．晶體中碳原子數(shù)與C-O化學(xué)鍵數(shù)之比為1∶2C．該化合物中碳原子采取sp3雜化

D．該晶體中碳原子和氧原子的個(gè)數(shù)比為1∶203課堂練習(xí)【答案】B【詳解】A．該晶體中，每個(gè)碳原子均以四個(gè)共價(jià)單鍵與氧原子結(jié)合為一種空間網(wǎng)狀的無(wú)限伸展結(jié)構(gòu)，則此晶體類型是原子晶體，A正確；B．晶體中，每個(gè)碳原子與周圍的4個(gè)氧原子以共價(jià)單鍵相連，則碳原子數(shù)與C-O化學(xué)鍵數(shù)之比為1∶4，B錯(cuò)誤；C．該化合物中每個(gè)碳原子與4