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分子晶體、共價(jià)晶體冊別:選擇性必修2學(xué)科:化學(xué)(人教版)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、知道共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),認(rèn)識金剛石晶體和二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)。2、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與性質(zhì)(如熔點(diǎn)、硬度等)的關(guān)系。CO2晶體(干冰)SiO2晶體問題:碳元素和硅元素均位于元素周期表中ⅣA族,干冰的熔點(diǎn)很低且易升華,SiO2晶體的熔點(diǎn)卻很高,這是為什么?干冰屬于分子晶體,分子間作用力只是范德華力,破壞范德華力所需能量低。單晶硅金剛石SiO2常見的共價(jià)晶體任務(wù)1:通過金剛石晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)認(rèn)識共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。每個碳原子以四個共價(jià)單鍵對稱地與相鄰4個碳原子結(jié)合,鍵角為109°28',即:碳采取sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)。C—C共價(jià)鍵C原子半徑小,C—C鍵長(154pm)很短,鍵能(347.7kJ/mol)很大,破壞共價(jià)鍵需要很高的能量。在所有已知晶體中,金剛石的硬度最大,熔點(diǎn)很高(>3500℃)。從結(jié)構(gòu)上說明原因。逆向分析:共價(jià)鍵強(qiáng)度鍵能鍵長(原子半徑)正向梳理:共價(jià)晶體1.構(gòu)成粒子:由原子直接構(gòu)成2.粒子間作用力:共價(jià)鍵3.空間結(jié)構(gòu):三維骨架結(jié)構(gòu)4.物理特性:熔點(diǎn)高、硬度大任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(1)最小的碳環(huán)由___個C原子組成,每個環(huán)中最多有___個C原子在同一平面。(2)每個C形成___個C—C,每個C—C占有___個C,即C原子與C—C之比為_____。即1mol金剛石含C—C數(shù)為____。(3)每個C原子被___個六元環(huán)共用,1個碳環(huán)占有的C原子為____個。
64421:22NA120.5bhf、bhg、bgf、ghf每個面上有3個六元環(huán)任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(4)每個晶胞中含有____個
C原子。(5)設(shè)晶胞邊長為apm,晶體密度為____g/cm3。(6)晶胞中兩個最近C原子之間的距離為____pm。(7)設(shè)C原子半徑為r
pm,則a與r的關(guān)系為____。(8)晶胞的空間利用率為___%。任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(4)每個晶胞中含有____個C原子。8
任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(5)設(shè)晶胞邊長為apm,晶體密度為____g/cm3。
注意:1pm=10-10cm任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(6)設(shè)晶胞邊長為apm,晶胞中兩個最近C原子之間的距離為______pm。AB是大正方體體對角線,O是大正方體體心,C是小正方體體心,AB=2AO=4AC
兩個最近C原子之間的距離為AC,即:大正方體體對角線的1/4!任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(7)設(shè)C原子半徑為r
pm,則a與r的關(guān)系為____。兩個最近C原子之間的距離,就是兩個碳原子半徑2r,即(6)設(shè)晶胞邊長為apm,晶胞中兩個最近C原子之間的距離為______pm。
任務(wù)2:進(jìn)一步認(rèn)識金剛石晶體的結(jié)構(gòu)。(8)晶胞的空間利用率為___%。
遷移應(yīng)用:認(rèn)識碳化硅。碳化硅俗稱金剛砂,結(jié)構(gòu)類似金剛石,硬度很大,可用作砂紙和砂輪的磨料。具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能,使用溫度可達(dá)1600℃,可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料等。(1)碳化硅的化學(xué)式為____。SiC晶體硅的結(jié)構(gòu)也類似金剛石。(2)怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、碳化硅、硅的熔點(diǎn)和硬度依次下降?半徑:C<Si,鍵長:C—C<C—Si<Si—Si,鍵能:C—C>C—Si>Si—Si,破壞共價(jià)鍵所需能量依次減小。共價(jià)晶體金剛石碳化硅硅熔點(diǎn)/℃>350027001410硬度109.56.5任務(wù)3:認(rèn)識SiO2晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。SiO2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),最常見的是低溫石英(α-SiO2)。遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗巖里的白色晶體以及透明的水晶都是低溫石英。SiO2的用途:用作壓電材料,如制作石英手表;用于制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。(1)低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的_________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_____。(2)1個Si原子和_____個O原子形成_____個共價(jià)鍵,1個O原子和_____個Si原子相結(jié)合。故1個硅氧四面體中有___個Si和__個O,化學(xué)式為_______。(3)1molSiO2中含Si—O鍵數(shù)為___。
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