資源簡介

第三章 晶體結構與性質
第二節 分子晶體與共價晶體
第二課時 共價晶體
【教材分析】
在介紹原子晶體時，從生活中比較熟悉的金剛石入手，從原子間的相互連接方式認識原子晶體和原子晶體的特性。在教學時要注意歸納對比，在學習完分子晶體和原子晶體的結構特點及其性質的一般特點后，讓學生理解分子晶體和原子晶體的晶體類型與性質之間的關系,注意區別二者的差別。
【課程目標】
課程目標 學科素養
1.借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。 2.能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。 宏觀辨識與微觀探析：結合常見的共價晶體的實例，認識物質的構成微粒、微粒間相互作用與物質性質的關系。 證據推理與模型認知：借助共價晶體等模型認識晶體的結構特點，
【教學重難點】
教學重點：共價晶體的結構特點與性質之間的關系
教學難點：共價晶體的結構特點與性質之間的關系
【教學過程】
【導入新課】
【新授課】
純凈的金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體。地殼中含有極少量的金剛石，它是天然存在的最硬的物質。經過仔細的打磨后，可以成為璀璨奪目的裝飾品—鉆石。
【學生活動】
活動1 通過金剛石晶體的結構認識共價晶體結構
組成共價晶體的粒子和粒子間的作用力是什么？
【講解】
共價晶體
共價晶體：所有原子都以共價鍵相互結合形成三維的立體網狀結構的晶體。
組成微粒：原子
微粒間的作用力：共價鍵，氣化或熔化時破壞的作用力為共價鍵。
分類：
某些單質：如硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）等
某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等
極少數金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)
【學生活動】
活動2 認識金剛石的晶體結構和性質
（1）一個金剛石晶胞中，含有幾個碳原子？
（2）金剛石中,每個碳原子與多少個碳原子成鍵？
碳原子采取什么雜化方式？
（3）金剛石中，1 mol C 形成的共價鍵數目是多少？
【講解】
金剛石晶體
在晶體中每個碳原子以四個共價單鍵與相鄰的4個碳原子相結合，成為正四面體。向空間伸展形成空間網狀結構。
晶體中C-C-C夾角為109°28'，碳原子采取了sp3雜化。
最小環上有6個碳原子。
每個碳原子被12個六元環共用。
晶體中碳原子個數與C-C鍵數之比為1:(4×1/2)=1:2。
在一個晶胞中，碳原子位于立方體的8個頂點、6個面心以及晶胞內部4個，由“均攤法”可求出該晶胞中實際含有的碳原子數為8×(1/8)+6×(1/2)+4=8。
【學生活動】
活動3 認識二氧化硅的晶體結構
二氧化硅晶體結構與金剛石晶體結構有什么相同點和不同點？
【講解】
二氧化硅晶體
(1)二氧化硅的結構
二氧化硅是自然界含量最高的固態二元氧化物，熔點1713℃，有多種結構，最常見的是低溫石英(α SiO2)。低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環狀結構，這一結構決定了它具有手性。
石英晶體中的硅氧四面體 石英的左、右型晶體
相連構成的螺旋鏈
①每個硅原子與相鄰的4個氧原子以共價鍵相結合構成正四面體結構，硅原子在正四面體的中心，4個氧原子在正四面體的4個頂點。同時每個O原子被2個硅氧正四面體共用；每個O原子和2個Si原子形成2個共價鍵，晶體中Si原子與O原子個數比為1∶2。
②每個Si原子與4個O原子成鍵，每個O原子與2個Si原子成鍵，最小的環是12元環。每個最小的環實際擁有的硅原子為6×1/12=1/2，氧原子數為6×1/6=1。
③1 mol SiO2晶體中含Si—O鍵數目為4NA，在SiO2晶體中Si、O原子均采取sp3雜化。
④正四面體內O—Si—O鍵角為109°28′。
(2)二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅電電池、芯片和光導纖維的原料。
【學生活動】
活動4 根據表中數據，歸納共價晶體的性質特點，并從結構角度解釋原因。
【講解】
共價晶體的通性
①熔點很高。共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結合，要使物質熔化就要克服共價鍵，需要很高的能量。
②硬度很大。
③一般不導電，但晶體硅是半導體。
④難溶于一般溶劑。
【學生活動】
晶體熔沸點高低的比較方法
【講解】
4.共價晶體與分子晶體熔、沸點高低的比較
(1)晶體類型不同：共價晶體＞分子晶體
理由：共價晶體的熔、沸點與共價鍵有關，分子晶體的熔、沸點與分子間作用力有關。共價鍵的作用力遠大于分子間作用力。
(2)晶體類型相同
①共價晶體
一般來說，對結構相似的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶體硅。
②分子晶體
a．若分子間有氫鍵，則分子間作用力比結構相似的同類晶體大，故熔、沸點較高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。
b．組成和結構相似的分子晶體，一般相對分子質量越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
c．組成和結構不相似的物質(相對分子質量接近)，分子的極性越大，范德華力越大，熔、沸點越高。如CO＞N2。
d．同類別的同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。如正戊烷＞異戊烷＞新戊烷。
(3) 共價晶體和分子晶體熔點高低的基本思路
【拓展延伸】
材料研發
【思維建模】
【課堂練習】
見課件
【課堂小結】
共價晶體與分子晶體的比較
晶體類型 共價晶體 分子晶體
定義 相鄰原 子間以共價鍵相結合而形成空間網狀結構的晶體 分子間以分子間作用力相結合的晶體
組成粒子 原子 分子
粒子間作用力 共價鍵 分子間作用力
熔、沸點 很高 較低
硬度 很大 較小
溶解性 不溶于任何溶劑 有一部分溶于水，一部分溶于有機溶劑
導電性 不導電，個別為半導體 不導電，部分溶于水導電
熔化時破壞的作用力 共價鍵 分子間作用力
實例 金剛石 干冰

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