資源簡介

(共23張PPT)
第三章 晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
第二節(jié) 分子晶體與共價晶體 課時2
1.知道共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識金剛石晶體中碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)；
2.能借助共價晶體模型說明共價晶體中粒子間的相互作用。
干冰
SiO2
物質(zhì) 熔點(diǎn)/℃ 沸點(diǎn)/℃
CO2 -56.2 -78.5
SiO2 1 723 2 230
CO2和SiO2的一些物理性質(zhì)如下表所示，通過比較試判斷：
SiO2是分子晶體嗎？為什么熔點(diǎn)SiO2遠(yuǎn)高于CO2？
一、共價晶體
1.概念：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。
原子
共價鍵
共價晶體
構(gòu)成微粒
微粒間作用力
2.常見的共價晶體
（1）硼（B）、金剛石（C）、硅（Si）、鍺（Ge）和灰錫（Sn）等
（2）碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、二氧化硅（SiO2）和剛玉（Al2O3）等
非密堆積
Ⅱ.“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”，這種說法對嗎？為什么？
不一定。晶體He 、Ne 、Ar 、Kr等是分子晶體。
不正確。分子晶體如干冰CO2、冰等分子內(nèi)可能含有共價鍵。
Ⅰ.只由原子形成的晶體一定是共價晶體嗎？
思考與討論
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點(diǎn)/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
Ⅲ.對比分子晶體和共價晶體的數(shù)據(jù)，共價晶體有何物理特性？為什么？
分子晶體 氧氣 氮?dú)?水 硫化氫 甲烷 乙酸
熔點(diǎn)/℃ -218.3 -210.1 0 -85.6 -182 16.6
和分子晶體相比，共價晶體熔沸點(diǎn)高、硬度大。
3.共價晶體的物理性質(zhì)
（1）熔點(diǎn)很高
共價晶體中，原子間以較強(qiáng)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。
結(jié)構(gòu)相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。
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？
提示：金剛石、硅和鍺均為共價晶體。鍵長：碳碳鍵＜硅硅鍵＜鍺鍺鍵
思考與討論
Si3N4航天耐高溫材料
（2）硬度很大
單晶硅
金剛石
SiO2
剛玉
（4）難溶于一般溶劑
（3）一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體
碳化硅（SiC）砂輪
二、典型共價晶體
1．金剛石
圖3-21 金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖
109°28
[思考]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？
每個碳原子都采取sp3雜化，以共價鍵跟4個碳原子結(jié)合，形成正四面體。
二、典型共價晶體
1．金剛石
圖3-21 金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖
109°28
[思考]最小的碳環(huán)由幾個碳組成？
最小的碳環(huán)由6個碳組成，且不在同一平面內(nèi)。
二、典型共價晶體
1．金剛石
金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖
109°28
[思考]1mol金剛石中含有多少mol碳碳鍵？
每個C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有一半，故C原子
與C—C鍵數(shù)之比為：1:（4 × ）= 1:2，故1mol金剛石中含有2mol碳碳鍵。
[思考]一個金剛石晶胞中，含有幾個碳原子？
頂點(diǎn)：8× ＝1
面心：6× ＝3
8
1
2
1
1＋3＋4＝8
體內(nèi)：4
金剛石的晶胞示意圖
頂點(diǎn)
體內(nèi)
面心
[思考]二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石晶體結(jié)構(gòu)有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？
2．二氧化硅
把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,每兩個硅原子之間增加一個氧原子,即形成SiO2的晶體結(jié)構(gòu)。
（1）每個Si原子都采取 雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為 。
（2）最小的碳環(huán)是由 個Si原子和 個O原子組成的 元環(huán)。
（3）1mol SiO2中含 Si—O鍵
2．二氧化硅
[思考]SiO2是二氧化硅的分子式嗎？
二氧化硅為共價晶體，晶體中不存在單個分子，
其化學(xué)式為Si與O的最簡個數(shù)比，而不是分子式。
sp3
109°28′
6
6
12
4mol
石英的左、右型晶體
二氧化硅晶體中硅氧四面體螺旋結(jié)構(gòu)
石英表
二氧化硅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，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。
制造：水泥、玻璃、人造寶石、單晶硅、硅光電池、芯片、光導(dǎo)纖維
晶體類型 共價晶體 分子晶體
組成微粒
作用力
熔沸點(diǎn)
硬度
溶解性
導(dǎo)電性
原子
分子
共價鍵
分子間作用力
很大
較小
很大
較小
不溶于任何溶劑
部分溶于水
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
三、共價晶體和分子晶體的比較
[思考]比較SiO2、CO2、H2O的熔點(diǎn)，并總結(jié)比較物質(zhì)的熔點(diǎn)的方法。
熔點(diǎn)：SiO2 ＞ H2O ＞ CO2
[練一練]
1．下列有關(guān)共價晶體的敘述錯誤的是(　　)
A．共價晶體中，只存在共價鍵
B．共價晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
C．共價晶體中不存在獨(dú)立的分子
D．共價晶體熔化時不破壞共價鍵
D
2.碳化硅(SiC)是一種晶體,具有類似于金剛石的結(jié)構(gòu),其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三種晶體:①金剛石　②晶體硅　③碳化硅,它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是(　　)
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
A
解析:C與Si同為第ⅣA族元素,三種晶體的相似性表現(xiàn)在金剛石是共價晶體,晶體硅、碳化硅也是共價晶體。根據(jù)硅的原子半徑比碳大,可知Si—Si鍵的鍵能比C—C鍵小,而C—Si鍵鍵能應(yīng)在二者之間,三種共價晶體空間結(jié)構(gòu)相似,熔點(diǎn)取決于它們的鍵長與鍵能大小,故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅,正確答案為A。
3．有下列物質(zhì)：①水晶　②冰醋酸　③氧化鈣　④白磷　⑤晶體氬　⑥氫氧化鈉　⑦鋁　⑧金剛石　⑨過氧化鈉　　⑩碳化鈣　 碳化硅　 干冰　 過氧化氫。根據(jù)要求填空：
(1)屬于共價晶體的化合物是________(填序號，下同）。
(2)直接由原子構(gòu)成的晶體是________。
(3)直接由原子構(gòu)成的分子晶體是________。
(4)由極性分子構(gòu)成的晶體是________，屬于分子晶體的單質(zhì)是________。
①
①⑤⑧
②
⑤
④⑤
4.硅是一種重要的非金屬單質(zhì),硅及其化合物的用途非常廣泛。
根據(jù)所學(xué)知識回答硅及其化合物的相關(guān)問題。
(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為　 。
(2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似,晶體硅中Si—Si鍵之間的夾角大小為　　　　。
1s22s22p63s23p2
109°28'
(3)根據(jù)下表中三種物質(zhì)(晶體)的熔點(diǎn)，簡要解釋熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的原因:
①SiO2 SiCl4: 　 　 　 　 　 　。
②SiCl4 SiF4: 　 　 　 　 　 　 　。
物質(zhì) SiO2 SiCl4 SiF4
熔點(diǎn)/℃ 1 710 -70.4 -90.2
SiO2是共價晶體,微粒間作用力為共價鍵;SiCl4是分子晶體,分子間作用力為范德華力
SiCl4和SiF4均為分子晶體,分子間作用力均為范德華力,相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大
＞
＞
共價晶體
概念
常見的共價晶體
物理性質(zhì)
典型的共價晶體
熔點(diǎn)高
硬度大
一般不導(dǎo)電
難溶于一般溶劑
構(gòu)成微粒
微粒間作用力
原子
共價鍵
金剛石
二氧化硅

展開更多......

收起↑