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第2課時(shí)：共價(jià)晶體
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
1、知道共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)金剛石晶體中的碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)，能借助共價(jià)晶體模型說(shuō)明共價(jià)晶體中粒子間的相互作用。
2、能結(jié)合具體實(shí)例，說(shuō)出分子晶體、共價(jià)晶體的粒子間相互作用與其性質(zhì)的關(guān)系（熔點(diǎn)、硬度等）
一、共價(jià)晶體
碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸點(diǎn)為什么差距那么大？
熔點(diǎn)/oC 沸點(diǎn)/oC 狀態(tài)（室溫）
CO2 -56.2 -78.5 氣態(tài)
SiO2 1723 2230 固態(tài)
干冰
SiO2
分子晶體
共價(jià)晶體
1、概念
共價(jià)鍵
共價(jià)鍵
一、共價(jià)晶體
構(gòu)成微粒
原子
微粒間作用
所有原子都以 相互結(jié)合形成三維的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體
2、常見(jiàn)的共價(jià)晶體：P82
(1)某些單質(zhì)(高熔點(diǎn)/ⅣA為主)：晶體硼、金剛石、晶體硅、晶體鍺、灰錫；
(2)某些第ⅣA族形成的化合物：
SiO2、碳化硅SiC(金剛砂)、Si3N4、C3N4；
(3)剛玉（Al2O3）、BN。
四硅兩碳一硼氮
3.特點(diǎn)
熔沸點(diǎn)高、硬度大、性質(zhì)穩(wěn)定
硬度大≠?gòu)?qiáng)度大，耐撞擊
No!
一、共價(jià)晶體
4、典型的共價(jià)晶體
金剛石
微粒
作用力
C的雜化軌道類型
C如何構(gòu)成晶體
C原子與C—C鍵之比
鍵角
鍵長(zhǎng)
鍵能
物質(zhì)的熔沸點(diǎn)
物質(zhì)的硬度
物質(zhì)的穩(wěn)定性
碳原子
共價(jià)鍵
sp3
每個(gè)C與4個(gè)C形成單鍵，且4個(gè)C在正四面體的4個(gè)頂角
109°28′
較短
較大
穩(wěn)定
金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)。
(立體網(wǎng)狀)
1:2
較高，熔點(diǎn)＞3500℃
硬度最大
晶胞中碳原子數(shù)___　
8
(2)晶體中最小的碳環(huán)由 個(gè)碳原子組成，且不在同一平面內(nèi)，最多有 個(gè)碳原子在同一平面。
6
4
正四面體
最小環(huán)為六元環(huán)
4、典型的共價(jià)晶體
金剛石晶體
(3)每個(gè)C原子被 個(gè)六元環(huán)共用，1個(gè)碳環(huán)占有的碳原子為 個(gè)。
12
0.5
4、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
晶體硅的結(jié)構(gòu)
二氧化硅的結(jié)構(gòu)
SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在晶體硅結(jié)構(gòu)中每2個(gè)Si原子中間插入1個(gè)O原子
(1) 一個(gè)SiO2晶胞中含有Si原子 個(gè)；含O原子 個(gè)； SiO2晶體是由Si原子和O原子按______的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。(化學(xué)式≠分子式)
單個(gè)的SiO2分子存在。
沒(méi)有
4、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
8
16
1:2
(1) 在SiO2晶體中，每個(gè)硅原子采取sp3雜化與 個(gè)氧原子結(jié)合；每個(gè)氧原子與 個(gè)硅原子結(jié)合；在SiO2晶體中硅原子與氧原子個(gè)數(shù)之比是 。
(2)在SiO2 晶體中，每個(gè)硅原子形成 個(gè)共價(jià)鍵；每個(gè)氧原子形成 個(gè)共價(jià)鍵；
(3)在SiO2 晶體中，最小環(huán)為 元環(huán)，由 個(gè)Si原子和 個(gè)O原子構(gòu)成。
2
1：2
4
2
12
4
6
6
4、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
Si原子個(gè)數(shù)與Si-O 共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之是 ；
O原子個(gè)數(shù)與Si-O 共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是 。
(4)每個(gè)十二元環(huán)中平均含有硅原子
1：4
1：2
= 6× =
每個(gè)十二元環(huán)中平均含有Si-O鍵
= 12× =2
(5)60 g 二氧化硅含有_____個(gè)Si原子
含有_____個(gè)O原子
含有_____ 個(gè)Si-O鍵
NA
2NA
4NA
1 mol SiO2中含 mol Si-O鍵
4
4、典型的共價(jià)晶體
二氧化硅晶體
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(jiàn)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(zhǎng)鏈，沒(méi)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
二氧化硅晶體
P81
石英手表
二氧化硅——重要用途
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
4、典型的共價(jià)晶體
5、共價(jià)晶體的性質(zhì)
思考：比較下表中共價(jià)晶體熔點(diǎn)和硬度，它們有什么特點(diǎn)？
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)/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
熔點(diǎn)很高；硬度很大
為什么共價(jià)晶體熔點(diǎn)很高？
熔化破壞共價(jià)鍵，需要很高的能量。
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，晶體的熔點(diǎn)越高。
5、共價(jià)晶體的性質(zhì)
思考：比較下表中共價(jià)晶體熔點(diǎn)和硬度，它們有什么特點(diǎn)？
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)/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
問(wèn)題1:與分子晶體相比,共價(jià)晶體的熔點(diǎn)普遍較高,為什么
分子晶體中分子間是以較弱的分子間作用力(部分含氫鍵)相互作用的,而共價(jià)晶體中原子間是通過(guò)較強(qiáng)的共價(jià)鍵相互作用的,并且形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),所以熔點(diǎn)普遍較高。
5、共價(jià)晶體的性質(zhì)
問(wèn)題2:由表中可知,金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度均依次降低,如何解釋
三者的組成元素為同一主族元素,形成的晶體結(jié)構(gòu)類似,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,晶體的熔點(diǎn)越高,硬度越大。
問(wèn)題3:從哪些角度可以區(qū)分共價(jià)晶體與分子晶體
可以從構(gòu)成微粒、微粒間作用力強(qiáng)弱、熔沸點(diǎn)、硬度等角度區(qū)分。
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
5、共價(jià)晶體的性質(zhì)
比較物質(zhì)的熔點(diǎn)的方法
晶體類型 共價(jià)晶體 分子晶體
構(gòu)成微粒
作用力
熔沸點(diǎn)
硬度
導(dǎo)電性
原子
分子
共價(jià)鍵
分子間作用力
較高
較低
較大
較小
大部分不導(dǎo)電；
個(gè)別為半導(dǎo)體(如晶體硅)
都不導(dǎo)電(固體和熔化狀態(tài))；
部分(如HCl)溶于水導(dǎo)電
【總結(jié)】
2NA
4NA
判斷對(duì)錯(cuò)
1．(2022·四川成都·統(tǒng)考一模)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，60gSiO2和12g金剛石中各含有4NA個(gè)Si—O鍵和C—C鍵
2.（2022·上海虹口·統(tǒng)考一模）下列有關(guān)化學(xué)用語(yǔ)的說(shuō)法正確的是B．二氧化硅的分子式是SiO2
×
3.下列事實(shí)能說(shuō)明剛玉(Al2O,)是共價(jià)晶體的是( )。
①Al2O3是兩性氧化物; ②硬度很大; ③它的熔點(diǎn)為2045℃; ④自然界中的剛玉有紅寶石和藍(lán)寶石。
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
B
×
C
5. 金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問(wèn)題。
(1)一個(gè)金剛石晶胞中含有________個(gè)碳原子。
(2)已知晶胞參數(shù)為a pm，則金剛石的密度為______________ g·cm－3。
(3)晶體中兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為______ pm。
(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關(guān)系？
8

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