資源簡介

(共24張PPT)
第二節 分子晶體與共價晶體　
第2課時 共價晶體
人教版選擇性必修2
榆次一中 李金虎
學習目標
1．掌握共價晶體的概念，了解金剛石等典型共價晶體的結構特征；
2．能描述金剛石、二氧化硅等共價晶體的結構與性質的關系。
學習目標
1．通過典型共價晶體的晶胞模型來研究晶體內部的結構，培養學生“證據推理和模型認知”的學科素養。
2. 能夠從化學鍵的特征分析理解共價晶體的物理特性，發展“宏觀辨識和微觀探析”的學科核心素養。
素養目標
情境引入
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？
晶體 CO2 SiO2
熔點（℃） -56.6 1723
沸點（℃） -78.5 2230
教學過程
一、共價晶體
(1) 定義：相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間立體網狀結構的晶體。
(2) 構成微粒：原子
(3) 微粒間的作用：共價鍵
1．構成粒子及作用力
金則石晶體
教學過程
思考：
1、由原子構成的晶體一定是共價晶體嗎？
2、含有共價鍵的晶體一定是共價晶體嗎？
不一定，金屬晶體也是由原子構成的（下一節學習）
不一定，共價晶體中含有共價鍵，但分子晶體中也含有共價鍵，如 CO2，離子晶體也可能含有共價鍵，如NaOH
教學過程
2．典型的共價晶體
如：硼（B）、金剛石（C）、硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）等
如：碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等
（3）極少數金屬氧化物
（1）某些單質
（2）某些非金屬氧化物
如：剛玉(ɑ-Al2O3)
教學過程
3.典型共價晶體的結構分析（金剛石）
金剛石的多面體外形、晶體結構和晶胞示意圖
金剛石是典型的共價晶體，天然的金剛石經常呈現規則多面體的外形。
教學過程
金剛石中晶胞的截取
教學過程
（1）在晶體中每個碳原子以 個共價單鍵與 相鄰的 個碳原子相結合，成為正四面體。
（2）晶體中C-C-C夾角為 ，碳原子采取 雜化。
（3）最小環上有 個碳原子，最多 個碳原子在同一平面。
（4）每個碳原子被 個六元環共用。
4
4
109°28'
sp3
6
4
12
1、金剛石
最小環為六元環
正四面體
教學過程
（5）晶體中每個C參與了 條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有 ，故C原子與C—C鍵數之比為： 。
1、金剛石
(6)在金剛石晶胞中占有的碳原子數____?！?br/>8
(8×1/8+6×1/2+4=8)
(12g金剛石含有 個C原子，含有 個C-C鍵)
NA
2NA
1：2
4
1/2
金剛石里的C—C共價鍵的鍵長（154 pm）很短，鍵能（347.7 kJ/mol）很大，這一結構使金剛石在所有已知晶體中硬度最大，而且熔點（＞3 500 ℃）也很高。高硬度、高熔點是許多有共價鍵三維骨架結構的共價晶體的特性。
教學過程
金剛石晶胞的結構特點
教學過程
不同角度觀察金剛石晶胞結構原子的排列
教學過程
2、二氧化硅晶體
二氧化硅是自然界含量最高的固態二元氧化物，熔點1 713℃，有多種結構。
二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結合，每個氧原子與2個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構（封閉的環狀結構）。最小的環上有6個硅原子和6個氧原子，硅、氧原子個數比為_________。
1：2
教學過程
低溫石英(α SiO2)是最常見的一種結構。遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體、透明的水晶都是低溫石英。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(左、右型)，被廣泛用作壓電材料，如制作石英手表。
石英的左、右型晶體
石英手表
石英晶體中的硅氧四面 體相連構成的螺旋鏈
教學過程
SiO2具有許多重要用途，是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維的原料。
教學過程
思考1：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
某些共價晶體的熔點和硬度 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
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劃痕硬度，即摩氏硬度，以固體互相刻畫時出現刻痕的固體的硬度較低。
共價晶體的性質特點
熔點高(通常＞1 000 ℃) 硬度大
共價晶體的結構特點
非密堆積
原子通過共價鍵形成空間網狀結構
教學過程
思考2：怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？
共價晶體 金剛石 硅 鍺
熔點/℃ ＞3 500 1 410 1 211
硬度* 10 6.5 6.0
三種物質中，每個原子均以sp3雜化形式與相鄰的四個原子形成σ鍵，整體上形成三維骨架結構，同屬于共價晶體，熔點都比較高。熔點的相對高低與共價鍵的強弱有關，共價鍵越強，熔點越高。金剛石、硅和鍺的結構差別在于碳、硅、鍺原子半徑依次遞增。C-C鍵、Si-Si鍵、 Ge-Ge鍵的鍵長依次遞增，鍵長越長，鍵能越小，所以熔點和硬度依次下降。
教學過程
分子晶體和共價晶體對比
晶體類型 共價晶體 分子晶體
概念 相鄰原子間以共價鍵相結合而形成的空間立體網狀結構的晶體 分子間以分子間作用力相結合的晶體
組成微粒 原子 分子
微粒間作用力 共價鍵 分子間作用力
物理性質 熔、沸點高，硬度大，不溶于常見的溶劑，不導電，個別為半導體 熔、沸點較低，硬度較小，部分溶于水，不導電，部分溶于水導電
熔化時破壞的作用力 破壞共價鍵 一定破壞范德華力，有時還破壞氫鍵，如冰熔化
實例 金剛石、二氧化硅等 冰、干冰等
下列關于SiO2和金剛石的敘述正確的是（ ）
A．SiO2的晶體結構中，每個Si原子與2個O原子直接相連
B．通常狀況下，1 mol SiO2晶體中含有的分子數為NA(NA表示阿伏加德羅常數的值)
C．金剛石的網狀結構中，由共價鍵形成的最小環上有6個碳原子
D．1mol金剛石中含有 4 NA個C-C鍵(NA表示阿伏加德羅常數的值)
典例1．
【答案】C　
課堂練習
典例2．
【答案】B　
課堂練習
將SiCl4與過量的液氨反應可生成化合物Si(NH2)4。將該化合物在無氧條件下高溫灼燒，可得到氮化硅(Si3N4)固體，氮化硅是一種新型耐高溫、耐磨材料，在工業上有廣泛的應用。下列推斷可能正確的是(　　)
A．SiCl4、Si3N4的晶體類型相同
B．Si3N4晶體是立體網狀結構
C．原子晶體C3N4的熔點比Si3N4的低
D．SiCl4晶體在熔化過程中化學鍵斷裂
典例3．
課堂練習
磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如圖為其晶體結構中最小的重復單元。下列有關說法正確的是(　　)
A．磷化硼的化學式為B2P
B．磷化硼晶體的熔點高，且熔融狀態下能導電
C．磷化硼晶體屬于共價晶體
D．磷化硼晶體在熔化時需克服范德華力
【答案】C　
課堂小結
共價晶體
結構特點
物理性質
常見共價晶體類型
典型的共價晶體的結構（金剛石、二氧化硅）
課后小任務
閱讀下面內容，對金剛石以及它的合成進一步的認識。
感 謝 傾 聽　

展開更多......

收起↑