資源簡介

(共40張PPT)
第二節(jié)　分子晶體與共價晶體
第2課時　共價晶體
學習目標
1.借助共價晶體等模型認識晶體的結(jié)構(gòu)特點。
2.能應用共價晶體的相關知識解釋一些實驗現(xiàn)象或某些化學事實及其研究的應用價值。
3.學會比較晶體的熔、沸點。
核心素養(yǎng)
1.結(jié)合常見的共價分子的實例,認識物質(zhì)的構(gòu)成微粒、微粒間相互作用與物質(zhì)性質(zhì)的關系,培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。
2.借助分子晶體、共價晶體等模型認識晶體的結(jié)構(gòu)特點,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。
【復習回顧】
1、影響分子晶體熔沸點的因素是什么？
2、碳和硅元素位于元素周期表中同一主族，且二氧化碳和二氧化硅晶體均含有共價鍵，為什么熔沸點差異那么大？
CO2面心立方
二氧化硅中的Si采取sp3雜化軌道形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)
共價晶體
1、概念：相鄰原子之間以共價鍵相結(jié)合形成的具
有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
構(gòu)成粒子
共價晶體
原子
粒子間的作用力
共價鍵
注意：①并非所有的由原子構(gòu)成的晶體都是共價晶體，如稀有氣體
②共價晶體熔化時破壞共價鍵，所以熔沸點很高，硬度很大
③整塊晶體是一個三維的共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個的小
分子，是一個“巨分子”。化學式表示原子個數(shù)比。
金剛石結(jié)構(gòu)示意圖
典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析------金剛石
正四面體
最小環(huán)為六元環(huán)
①在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有　　個以共價鍵結(jié)合形成 。
②每個碳原子都采取____雜化
③所有的C—C鍵長相等，鍵角相等，鍵角為_________.
④晶體中最小的碳環(huán)由___個碳組成，且_____同一平面內(nèi)；
sp3
109°28'
6
不在
4
正四面體
典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析------金剛石
⑥晶體中C原子與C—C鍵數(shù)之比為： 。
1：2
⑤每個碳原子可形成12個六元環(huán),每個
C-C鍵可以形成6個六元環(huán)。
⑦在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)_______　
8
8×1/8+6×1/2+4=8
⑧12g 金剛石含有_____個C原子
含有_____ 個C-C鍵
NA
2NA
金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)特點
金剛石 晶體硅 SiC GaAs
金剛石模型的演變 —— 等電子體原理
(1)與碳同族單質(zhì)(如Si、Ge)都具有與金剛石相似的結(jié)構(gòu)；
(2)第ⅣA族相鄰元素間也可形成相似結(jié)構(gòu)的晶體(如SiC)
(3)與第ⅣA族同周期的元素間根據(jù)等電子體原理，
如BN、GaAs等也可形成與金剛石結(jié)構(gòu)相似的晶體。
109 28 ，三維骨架
鍵能：347.7 kJ/mol
鍵長：154 pm（很短）
熔點很高：
大于 3500 0C
硬度最大：
摩氏 10 度
結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)
金剛石的用途
板書
共價晶體
定義：相鄰原子間以共價鍵結(jié)合形成的具有空間網(wǎng)狀
結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石
最小的碳環(huán)由6個碳組成，且不在同一平面內(nèi)
每個C緊鄰的C有4個，成正四面體
sp3雜化，109°28′
晶體中碳原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為1：2
每個碳原子為12個環(huán)所共用，每條C-C鍵為6個環(huán)所共用
二氧化硅晶體
二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點1713 ℃，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α SiO2)。遍布河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的水晶都低溫石英。
黃沙
花崗巖
石英礦
水晶
二氧化硅晶體
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。被廣泛用作壓電材料，如石英手表。
石英的左、右型晶體
石英晶體中硅氧四面體相連構(gòu)成的螺旋鏈
典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析------二氧化硅
109 28
Si
O
共價鍵
2
4
① 在SiO2晶體中，每個硅原子與 個氧原子結(jié)合；每個氧原子與 個硅原子結(jié)合；每個正四面體占有___個Si，__個O。故SiO2晶體中Si與O之為______。
典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析------二氧化硅
1 : 2
109 28
1
2
②最小環(huán)上有____個原子(____個Si和____個O)。
每個Si被___個最小環(huán)共用，每個Si—O—Si鍵被___個最小環(huán)共用，每個最小的環(huán)實際擁有的硅原子為___________，氧原子數(shù)為_____________。
12
6
6
6×1/12=1/2
12
6
6×1/6=1
典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析------二氧化硅
1：4
1：2
③硅原子個數(shù)與Si－O 共價鍵個數(shù)之是 ；
氧原子個數(shù)與Si－O 共價鍵個數(shù)之比是 。
④1mol SiO2中含 mol Si-O鍵。
4
109 28
板書
共價晶體
定義：相鄰原子之間以共價鍵相結(jié)合形成的具有空間
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石
SiO2晶體
最小環(huán)由6個Si、6個O組成的12元環(huán)
硅原子sp3，109°28′
Si與Si-O鍵數(shù)之比為1：4，O與Si-O之比為1：2
一個Si連4個O，一個O連2個Si
Si和O按1：2比例組成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
1mol SiO2含4mol Si-O鍵
1、SiO2最小的環(huán)有（　　）原子組成
2、Si周圍緊鄰的O（　）個
３、O周圍緊鄰的Si（　）個
４、SiO2中Si、O個數(shù)比為（　　）個
５、１mol SiO2含有（　　）mol Si－O　　
Si
O
4
12
4
1:2
2
二氧化硅的用途
單晶硅 硅芯片 硅太陽能電池 二氧化硅光導纖維
（以SiO2為原料制造的高科技產(chǎn)品）
二氧化硅具有許多用途，是制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維的原料。
典型的共價晶體：
金剛石(C) 、硅（Si）、鍺（Ge）、硼（B）和灰錫（Sn）等
石英(SiO2) 、碳化硅(SiC，俗稱金剛砂) 、氮化硅(Si3N4) 、氮化硼(BN) 、C3N4等
3、極少數(shù)金屬氧化物
1、某些單質(zhì)
2、某些非金屬化合物
氮化鋁(AlN) 、剛玉(ɑ-Al2O3)
以碳為中心
近年來以Si3N4 為基礎，用Al取代部分Si，用O取代部分N而獲得結(jié)構(gòu)多樣化的陶瓷，用于制造LED發(fā)光材料。
板書
共價晶體
定義：相鄰原子之間以共價鍵相結(jié)合形成的具有空間
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石
SiO2晶體
常見共價晶體
某些單質(zhì)：C、Si、鍺（Ge）、B和灰錫（Sn）等
極少數(shù)金屬氧化物：AlN、剛玉(ɑ-Al2O3)
某些非金屬化合物：石英(SiO2) 、SiC 、Si3N4、
BN、C3N4等
【思考與討論】
1、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，其化學式為Si與O的最簡個數(shù)比，而不是分子式。
2、“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”這種說法對嗎？為什么？
不對。
如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價鍵，而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價鍵，它們都是原子晶體；只有相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體才是原子晶體。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
某些共價晶體的熔點和硬度
物理性質(zhì)：
①熔點很高：
②硬度很大：
共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化就要克服共價鍵，需要很高的能量。
硬度是衡量固體軟硬程度的指標。硬度有不同的標度，最普通的硬度標度是畫痕硬度，即摩氏硬度。
③一般不導電，但晶體硅、鍺是半導體
④難溶于一般溶劑
板書
共價晶體
定義：相鄰原子之間以共價鍵相結(jié)合形成的具有空間
網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石
SiO2晶體
常見共價晶體
某些單質(zhì)：C、Si、鍺（Ge）、B和灰錫（Sn）等
極少數(shù)金屬氧化物：AlN、剛玉(ɑ-Al2O3)
某些非金屬氧化物：石英(SiO2) 、SiC 、Si3N4、
BN、C3N4等
物性
熔點很高、硬度很大，難溶于一般溶劑
一般不導電，但晶體硅、鍺是半導體
【思考與討論】
結(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，硬度越大，金剛石 ＞晶體硅＞晶體鍺
3、怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？
小結(jié)：共價晶體熔沸點大小的比較
①晶體的熔、沸點高低取決于共價鍵的鍵長和鍵能。
鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔、沸點越高。
②若沒有告知鍵長或鍵能數(shù)據(jù)時，可比較原子半徑的大小。一般原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高。
分子晶體和共價晶體的判斷方法
(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷。
構(gòu)成共價晶體的微粒是原子，微粒間的作用力是共價鍵;
構(gòu)成分子晶體的微粒是分子或原子(稀有氣體),微粒間的作用力是分子間作用力。
(2)依據(jù)晶體的熔點判斷。
共價晶體的熔點高，常在1 000 ℃以上；而分子晶體熔點低,常在數(shù)百攝氏度以下甚至更低。
(3)還可以依據(jù)晶體的硬度與機械性能判斷。
共價晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。
(4)依據(jù)導電性判斷。
分子晶體為非導體，但部分溶于水后能導電;
原子晶體多數(shù)為非導體，但晶體硅、鍺是半導體。
(5)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷
常見的共價晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的共價晶體化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等；
大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)都是分子晶體。
分子晶體和共價晶體熔、沸點比較
1、不同類型的晶體熔、沸點：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(jié)構(gòu)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：分子間作用力、氫鍵
【思考與討論】
4、比較金剛石、碳化硅、晶體硅的熔沸點。
金剛石>碳化硅>晶體硅
同為共價晶體，原子半徑越小、鍵長越短、鍵能越大，
晶體的熔沸點越高。
課堂小結(jié)
晶體類型 共價晶體 分子晶體
組成微粒
作用力
熔沸點
硬度
溶解性
導電性
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
不導電，個別為半導體
固體和熔融狀態(tài)都不導電，部分溶于水導電
科學 技術 社會——金剛石
1、天然金剛石
2、人工合成金剛石
以石墨為原料高壓合成金剛石
以甲烷、氫氣為原料低溫低壓合成金剛石
天然金剛石形成條件：高溫高壓
(1).分子晶體中一定存在共價鍵。 (　　)
(2).干冰升華的過程中破壞了共價鍵。(　　)
(3).二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素形成的氧化物,但屬于不同的晶體類型。(　　)
(4).分子晶體的熔、沸點比較低,共價晶體的熔、沸點比較高。(　　)
(5).含有共價鍵的晶體都是共價晶體。(　　)
(6).SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)
1、判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
√ 　　
√ 　　
×
×
×
×
2、正誤判斷
(1)金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個碳原子在同一平面內(nèi)( )
(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環(huán)所共有，每個C—C被6個六元環(huán)共用( )
(3)1 mol金剛石晶體中含有4 mol碳碳鍵( )
(4)1 mol二氧化硅晶體中含有4 mol硅氧鍵( )
×
√
×
√
(5)金剛石和二氧化硅晶體中C、Si都是sp3雜化，鍵角109 28 ( )
(6)金剛石中C與C—C鍵和二氧化硅晶體中Si與Si—O鍵的比值
都是1:2 ( )
√
×
3、下列關于SiO2晶體空間結(jié)構(gòu)的敘述正確的是（ ）
A、最小的環(huán)上，有3個硅原子和3個氧原子
B、最小的環(huán)上，硅原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為1∶2
C、最小的環(huán)上，有6個硅原子和6個氧原子
D、存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角
C
4、我們可以將SiO2的晶體結(jié)構(gòu)想象為在晶體硅的Si-Si鍵之間插入O原子。根據(jù)SiO2晶體結(jié)構(gòu)圖，下列說法不正確的是（ ）
A.SiO2晶體中每個Si原子通過Si-O極性鍵與4個O原子作用
B.每個O原子通過Si-O極性鍵與2個Si原子作用
C.SiO2晶體中Si原子與O原子的原子個數(shù)之比為1：2，可用“SiO2”
來表示石英的組成
D.在晶體中存在石英分子，故SiO2能叫分子式
D
5、下列晶體性質(zhì)的比較中不正確的是(　　)
A．熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅
B．沸點：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔點：SiI4>SiBr4>SiCl4
C
6、下列物質(zhì)的晶體直接由原子構(gòu)成的一組是( )
①CO2　②SiO2　③晶體Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固態(tài)He
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
C
7、下列事實能說明剛玉(Al2O3)是共價晶體的是（ ）
① Al2O3是兩性氧化物;②硬度很大;③它的熔點為2045 ℃ ;④自然界中的剛玉有紅寶石和藍寶石。
A. ①② B. ②③ C. ①④ D. ③④
B
8、根據(jù)表中數(shù)據(jù)，下列說法中不正確的是(　　)
晶體 SiO2 SiCl4 AlCl3 晶體B
熔點/℃ 2 852 －70 180 2300
A. SiO2晶體和晶體B屬于原子晶體
B. SiCl4和AlCl3晶體都是分子晶體
C. SiCl4和AlCl3分子的中心原子均采取sp3雜化方式
D. SiCl4和AlCl3均是極性鍵形成的非極性分子
C
9、以下晶體是共價晶體還是分子晶體
①金剛石 ②干冰 ③可燃冰 ④硫黃 ⑤C60 ⑥碘 ⑦石英
⑧白磷(P4) ⑨苯甲酸 ⑩ 金剛砂(SiC) 稀有氣體的晶體
氧氣的晶體 氮氣的晶體
共價晶體 _________________________
分子晶體 _________________________
②③④ ⑤ ⑥ ⑧ ⑨
①⑦⑩

展開更多......

收起↑