資源簡介

(共21張PPT)
第3章 不同聚集狀態的物質與性質
第2節 幾種簡單的晶體結構模型
第3課時 共價晶體
氮化硅（Si3N4）
碳化硅（SiC）砂輪
金剛石（C）
思考：
氮化硅、碳化硅、金剛石等具有質地堅硬、耐高溫等性能，在國防建設、日常生活生產中具有重要的作用。它們額微觀結構是怎樣的吶？
航天耐高溫材料
了解共價晶體的結構與性質;能借助共價晶體的模型說明晶體中的微粒及其微粒間的相互作用。
1.了解共價晶體的結構與性質。(宏觀辨識與微觀探析)
2.通過對共價晶體,能描述共價晶體的結構與性質。(證據推理與模型認知)
3.體會現代實驗手段在化學研究中的應用，認識借助實驗獲得證據進而建立物質結構模型的過程，感受化學研究創新發展的前沿與方向。(科學探究與創新意識)
體會課堂探究的樂趣，
汲取新知識的營養，
讓我們一起 吧！
進
走
課
堂
三、共價晶體
聯想 質疑
科學研究表明，30 億年前，在地殼下 200 km 左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結構的金剛石。火山爆發時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優良性質∶ 熔點高，不導電，硬度極高。這些性質顯然是由金剛石的結構決定的。那么，金剛石具有怎樣的結構呢
思考：
在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個？
2. 在金剛石晶體中每個碳原子連接有幾個共價鍵？
3. 在金剛石晶體中碳原子個數與C-C共價鍵個數之比是多少？
鍵角
鍵長
空間立體網狀結構
C原子均為sp3雜化
4
4
1：2
根據金剛石的空間結構和晶胞回答下列問題。
4.每個碳原子可形成　　　個六元環,每個C-C鍵可以形成　　　個六元環。
5.在金剛石晶胞中占有的碳原子數_______。
6.12g金剛石含有_____個C原子；含有_____ 個C-C鍵。
金剛石的晶胞
12
6
8
NA
2NA
1.共價晶體的概念：
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.共價晶體的結構特點：
（1）由于共價鍵的飽和性與方向性，使得每個中心原子周圍排列的原子數目是有限的。
（2）由于所有原子間均以共價鍵相結合，所以晶體中不存在單個分子。
除了金剛石外，通常情況下，晶體硅（Si)、晶體鍺（Ge）、晶體硼（B）、碳化硅（SiC）、二氧化硅（SiO2）等都屬于共價晶體。
碳化硅
2.性質：
碳化硅晶體與金剛石結構相似，其空間結構中碳原子和硅原子交替排列；碳原子和硅原子個數之比為1∶1。
1.結構特點：
硬度大，具有耐熱性、耐氧化性和耐腐蝕性。
3.用途：
磨料、耐火材料、電熱元件，制造機械工程的結構件、化學工程中的密封件。
二氧化硅的結構
109 28
共價鍵
空間立體網狀結構
鍵角
二氧化硅的結構特點：
①在二氧化硅晶體里，硅原子和氧原子交替排列，不會出現Si—Si鍵和O—O鍵，而只有Si—O鍵，即1個硅原子與4個氧原子形成4個共價鍵，每個氧原子與2個硅原子形成2個共價鍵。
②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，則每個正四面體占有1個完整的硅原子、2個氧原子。因此，二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個數比為1∶2，化學式為SiO2 ，不存在單個的分子。
交流 研討
從表 3-2-4 中的數據可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價晶體且它們的結構相似，但是它們的熔點和硬度有較大差異，請討論產生這種差異的原因。
鍵能：C—C＞C—Si＞Si—Si；
熔點：金剛石＞碳化硅＞晶體硅；
硬度：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。
從表 3-2-4 中的數據可以看出，金剛石、碳化硅和晶體硅的鍵能、熔點和硬度比較如下：
由此可見影響共價晶體熔點和硬度的主要因素為共價鍵，對結構相似的共價晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高。
共價晶體
概念
結構特點
例子
金剛石
碳化硅
二氧化硅
空間結構
性質比較
1.透明高硬度防彈鋁材料(化學式為AlON)硬度為石英玻璃的4倍。氮氧化鋁(AlON)屬共價晶體,是一種超強透明材料。下列描述錯誤的是(　　)
A.AlON和石英的化學鍵類型相同
B.AlON和石英晶體類型相同
C.AlON和Al2O3的化學鍵類型不同
D.AlON和Al2O3晶體類型相同
D
2.下列有關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狀結構
C．共價晶體中不存在獨立的分子
D．共價晶體熔化時不破壞共價鍵
D
3.下表是某些共價晶體的熔點和硬度:
分析表中的數據,判斷下列敘述正確的是(　　)
①構成共價晶體的原子種類越多,晶體的熔點越高　②構成共價晶體的原子間的共價鍵鍵能越大,晶體的熔點越高　③構成共價晶體的原子的半徑越大,晶體的硬度越大　④構成共價晶體的原子的半徑越小,晶體的硬度越大
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
D
4.科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松,與此同時再用射頻電火花噴射氮氣,此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱,這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是 (　　)
A.碳、氮原子構成平面結構的晶體
B.碳氮鍵鍵長比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短
C.氮原子電子數比碳原子電子數多
D.碳、氮單質的化學性質均不活潑
B
5.我們可以將SiO2的晶體結構想象為在晶體硅的Si—Si鍵之間插入O原子。根據SiO2晶體結構圖，下列說法不正確的是(　　)
A．石英晶體中每個Si原子通過Si—O極性鍵與4個O原子作用
B．每個O原子也通過Si—O極性鍵與2個Si原子作用
C．石英晶體中Si原子與O原子的原子個數比為1∶2，可用“SiO2”來表示石英的組成
D．在晶體中存在石英分子，故石英的分子式為SiO2
D
6.已知氮化碳晶體是新發現的高硬度材料,且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于該晶體的說法錯誤的是(　　)
A.氮化碳屬于共價晶體,比金剛石的硬度更大
B.該晶體中每個碳原子與4個氮原子相連,每個氮原子與3個碳原子相連,氮化碳的化學式為C3N4
C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構
D.該晶體與金剛石相似,都是原子間以非極性鍵形成空間網狀結構
D
7.下列有關共價晶體的敘述不正確的是(　　)
A.金剛石和二氧化硅晶體的最小結構單元都是正四面體
B.含1 mol C的金剛石中C—C鍵數目是2NA,1 mol SiO2晶體中Si—O鍵數目是4NA
C.水晶和干冰在熔化時,晶體中的共價鍵都會斷裂
D.SiO2晶體是共價晶體,所以晶體中不存在分子,SiO2不是它的分子式
C

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