魯科版選擇性必修2第3章第2節(jié)第2課時共價晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性課件（47張）

第2課時共價晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過金剛石、晶體硅、SiO2晶體的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識共價晶體的結(jié)構(gòu)特點,能解釋共價晶體的性質(zhì)。2.通過干冰、冰、碘晶體的結(jié)構(gòu)模型,認(rèn)識由范德華力和氫鍵形成分子晶體的結(jié)構(gòu)特點的不同,能解釋分子晶體的性質(zhì)。3.通過認(rèn)識石墨晶體的特殊結(jié)構(gòu),知道介于典型晶體之間的過渡晶體及混合型晶體是普遍存在的。任務(wù)分項突破課堂小結(jié)提升學(xué)科素養(yǎng)測評任務(wù)分項突破學(xué)習(xí)任務(wù)1共價晶體自主梳理1.定義相鄰原子間以

結(jié)合而形成的具有

結(jié)構(gòu)的晶體。2.結(jié)構(gòu)特點(1)由于共價鍵的飽和性與方向性,金剛石晶體中每個碳原子周圍排列的碳原子只能有

個。(2)由于

均以

相結(jié)合,所以晶體中不存在單個分子。共價鍵空間立體網(wǎng)狀四所有原子間共價鍵較高3.物理性質(zhì)(1)由于共價晶體中原子以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合,因此一般熔點

,硬度

。(2)結(jié)構(gòu)相似的共價晶體,原子半徑

,共價鍵鍵長

,鍵能越大,晶體的熔點

、硬度

。4.幾種典型共價晶體的結(jié)構(gòu)(1)金剛石。①碳原子采取

雜化,C—C鍵鍵角為

。②每個碳原子與周圍緊鄰的四個碳原子以共價鍵結(jié)合成

結(jié)構(gòu),向空間伸展形成

結(jié)構(gòu)。③最小碳環(huán)由

個碳原子組成,且最小環(huán)上所有碳原子

同一平面內(nèi)。較大越小越短越高越大sp3109°28′正四面體空間立體網(wǎng)狀六不在>(2)晶體硅。若以硅原子代替金剛石晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子,便可得到晶體硅的結(jié)構(gòu),不同的是Si—Si鍵鍵長

C—C鍵鍵長。(3)二氧化硅晶體。①若向晶體硅結(jié)構(gòu)中的每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子,便可得到以硅氧四面體為骨架的二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)。②一個硅原子與四個氧原子形成四個共價鍵,硅原子位于正四面體的中心,氧原子位于正四面體的頂點,同時每個氧原子被兩個硅氧正四面體共用;每個氧原子和兩個硅原子形成兩個共價鍵,二氧化硅晶體中硅原子與氧原子個數(shù)比為

。1∶2③最小環(huán)上有

個原子,包括

個O原子和

個Si原子。1266互動探究共價晶體在工業(yè)上多被用作耐磨、耐熔或耐火材料。金剛石、金剛砂都是極重要的磨料;SiO2是應(yīng)用極廣的耐火材料;石英和它的變體,如水晶、紫晶和瑪瑙等,是工業(yè)上的貴重材料;SiC、Si3N4等是性能良好的高溫結(jié)構(gòu)材料。探究共價晶體結(jié)構(gòu)問題1:稀有氣體由原子構(gòu)成,它屬于共價晶體嗎?提示:不屬于。稀有氣體雖然由原子構(gòu)成,但是原子間不存在共價鍵,并非立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。問題2:SiO2是二氧化硅的分子式嗎?提示:不是。二氧化硅屬于共價晶體,沒有分子式,SiO2只表示硅原子與氧原子在晶體中的個數(shù)比。問題3:共價晶體原子的配位數(shù)一般是多少?提示:共價晶體原子配位數(shù)一般為4,共價晶體原子不遵守密堆積原理。通常共價晶體中原子采取sp3雜化,形成四面體結(jié)構(gòu),不斷向三維空間延展形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。問題4:如何記憶幾種常見的共價晶體結(jié)構(gòu)?提示:金剛石作為基本結(jié)構(gòu)模板,采取原子代換插入法。金剛石中C原子全部代換為Si即是晶體硅結(jié)構(gòu),晶體硅中所有Si—Si鍵之間插入O原子即是SiO2結(jié)構(gòu),金剛石中C原子交替代換為Si就是SiC結(jié)構(gòu)。問題5:共價晶體為什么熔點高、硬度大?提示:共價晶體中所有原子間均以共價鍵結(jié)合,熔化或切割時需要破壞鍵能很大的共價鍵。歸納拓展常見的共價晶體晶胞結(jié)構(gòu)題組例練D1.(2021·上海閔行區(qū)期末)2021年5月15日我國火星探測器“祝融號”在一種比空氣還輕的氣凝膠材料保護(hù)下成功著陸火星。有種氣凝膠材料的主要成分為SiO2,有關(guān)其描述錯誤的是(

)A.由原子構(gòu)成 B.含極性鍵C.熔點高 D.是極性分子解析:SiO2晶體是Si原子和O原子形成的正四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),每個Si原子以sp3雜化和4個O原子形成Si—O極性共價鍵,屬于熔點很高的共價晶體,不是極性分子。2.(2021·遼寧模擬預(yù)測)金剛砂與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu),硬度為9,熔點為2830℃,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.金剛砂的化學(xué)式為SiCB.SiC晶體中碳原子和硅原子均采用sp3雜化C.距離硅原子最近的硅原子數(shù)為12D.金剛石的熔點低于2830℃D題后悟道共價晶體熔點比較方法:共價晶體鍵長越短(原子半徑越小)、鍵能越大,共價鍵越穩(wěn)定,物質(zhì)熔點越高,反之越低。如熔點:金剛石(C—C)>晶體硅(Si—Si)。注意:共價晶體的熔點不一定高于金屬晶體和離子晶體。如熔點:MgO(2800℃)>SiO2(1723℃),鎢(3410℃)>SiO2(1723℃)。學(xué)習(xí)任務(wù)2分子晶體自主梳理1.概念

之間通過

結(jié)合形成的晶體稱為分子晶體。2.構(gòu)成微粒構(gòu)成微粒是

。特例:稀有氣體為原子(或稱單原子分子)。3.微粒間的作用微粒間的作用是

。分子分子間作用力分子分子間作用力4.幾種典型的分子晶體的結(jié)構(gòu)(1)碘晶體:碘晶體是分子晶體,碘分子內(nèi)有

,分子間有

。碘晶體的晶胞是一個長方體。長方體的每個頂點上有一個碘分子,每個面上有一個碘分子。(2)干冰:固態(tài)CO2稱為干冰,干冰是分子晶體,CO2分子內(nèi)存在

,分子間存在

,CO2的晶胞呈面心立方體形,立方體的每個頂點有一個CO2分子,每個面上也有一個CO2分子。(3)冰晶體:冰晶體是分子晶體,水分子內(nèi)有

,水分子之間除了

外還有

,冰主要是水分子依靠氫鍵結(jié)合形成的。因為有兩個氫原子和兩對孤電子對,所以會通過氫鍵結(jié)合

個水分子。共價鍵分子間作用力分子間作用力O—H共價鍵范德華力氫鍵四5.分子晶體熔點、沸點比較分子晶體分子間作用力越大,物質(zhì)的熔點、沸點越高,反之越低。(1)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強(qiáng),物質(zhì)的熔點、沸點越高。如熔點、沸點:CH4<SiH4<GeH4<SnH4。(2)因為分子間作用力:氫鍵>范德華力,所以存在分子間氫鍵的物質(zhì)沸點高于只存在范德華力的物質(zhì)。如沸點:乙醇>氯乙烷;HF>HCl。互動探究CO2和SiO2的一些物理性質(zhì)如表所示,通過比較回答下列問題。物質(zhì)熔點/℃沸點/℃狀態(tài)(室溫)CO2-56.2-78.4氣態(tài)SiO217232230固態(tài)探究分子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)問題1:碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族,為什么CO2晶體的熔點、沸點很低,而SiO2晶體的熔點、沸點很高?提示:晶體的類型不同造成的。二氧化硅是共價晶體,這類晶體熔點、沸點高,硬度大;而二氧化碳屬于分子晶體,這類晶體熔點、沸點低。問題2:干冰和碘易升華的原因是什么?提示:碘和干冰的分子間均以較弱的范德華力結(jié)合。問題3:為什么液態(tài)水變?yōu)楸鶗r,體積膨脹,密度減小?提示:冰晶體主要是水分子依靠氫鍵結(jié)合形成的,因氫鍵具有一定的方向性,使水分子間的間距比較大,有很多空隙,比較松散。所以水凝固成冰后,體積膨脹,密度減小。歸納拓展四種晶體對比類型

項目

離子晶體共價晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成晶體的微粒陰、陽離子原子分子金屬陽離子和自由電子微粒間的作用離子鍵共價鍵分子間作用力(范德華力或氫鍵)金屬鍵作用力強(qiáng)弱(一般地)較強(qiáng)很強(qiáng)弱一般較強(qiáng),有的較弱確定作用力強(qiáng)弱的一般判斷方法離子電荷、半徑鍵長(原子半徑)組成和結(jié)構(gòu)相似時比較相對分子質(zhì)量離子半徑、價電子數(shù)熔點、沸點較高高低差別較大硬度略硬而脆大較小差別較大導(dǎo)熱和導(dǎo)電性不良導(dǎo)體(熔化后或溶于水導(dǎo)電)不良導(dǎo)體不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電)良導(dǎo)體溶解性(水)多數(shù)易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水,少數(shù)與水反應(yīng)題組例練B1.(2021·河南信陽開學(xué)考試)下列物質(zhì)屬于分子晶體的是(

)A.熔點是1070℃,易溶于水,水溶液能導(dǎo)電B.熔點是10.31℃,液態(tài)不導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電C.能溶于水,熔點812.8℃,沸點是1446℃D.熔點是97.80℃,質(zhì)軟、導(dǎo)電,密度是0.97g/cm3解析:熔點是1070℃太高,不可能是分子晶體,另外水溶液能導(dǎo)電也可以是離子晶體,故A錯誤;熔點是10.31℃,液態(tài)不導(dǎo)電說明含有共價鍵或者沒有化學(xué)鍵,但是水溶液能導(dǎo)電說明是共價鍵斷裂,由此確定是分子晶體,故B正確;能溶于水有可能是分子晶體,但是熔點812.8℃,沸點是1446℃太高,不是分子晶體,故C錯誤;熔點是97.80℃,質(zhì)軟、導(dǎo)電的物質(zhì)不可能是分子晶體,故D錯誤。2.(2021·黑龍江綏化期中)下列有關(guān)微粒性質(zhì)的排列順序錯誤的是(

)A.GeX4(X表示Cl、Br或I)為分子晶體,熔、沸點:GeCl4<GeBr4<GeI4B.共價鍵的極性:H2O2>CO2>NOC.還原性:H2O<H2S<H2SeD.中心原子的孤電子對數(shù):BeCl2<H2S<OF2D解析:GeX4(X表示Cl、Br或I)為分子晶體,組成和結(jié)構(gòu)相似且晶體中沒有氫鍵的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,熔、沸點越高,因此熔、沸點GeCl4<GeBr4<GeI4,故A正確;兩元素電負(fù)性差值越大,形成共價鍵的極性越強(qiáng),因此共價鍵的極性H2O2>CO2>NO,故B正確;同主族元素非金屬性越弱,對應(yīng)氫化物的還原性越強(qiáng),因此還原性H2O<H2S<H2Se,故C正確;BeCl2的中心原子是Be,其孤電子對數(shù)是0,H2S的中心原子是S,其孤電子對數(shù)是2,OF2的中心原子是O,其孤電子對數(shù)是2,因此中心原子的孤電子對數(shù)BeCl2<H2S=OF2,故D錯誤。學(xué)習(xí)任務(wù)3晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性自主梳理1.石墨晶體石墨晶體具有層狀結(jié)構(gòu),同一層中的每個碳原子用

雜化軌道與鄰近的三個碳原子以

相結(jié)合,形成無限的

平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),每個碳原子還有一個與碳環(huán)平面垂直的未參與雜化的2p軌道,并含有一個未成對電子,因此能夠形成遍及整個平面的

鍵。

鍵具有金屬鍵的性質(zhì)。石墨晶體中既有

,又有

,同時還存在類似

的作用力,所以稱為混合型晶體。sp2共價鍵六邊形大π大π共價鍵范德華力金屬鍵2.Na2SiO3晶體3.過渡晶體原子之間形成的化學(xué)鍵往往是介于典型模型(

、

、

、

等)之間的過渡狀態(tài)。由于微粒間的作用存在

,即使組成簡單的晶體,也可能是居于

、

、

、

之間的過渡狀態(tài),形成過渡晶體。金屬鍵離子鍵共價鍵配位鍵鍵型過渡金屬晶體離子晶體共價晶體分子晶體互動探究石墨不同于金剛石,它的碳原子不像金剛石的碳原子那樣呈sp3雜化,而是呈sp2雜化,形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)(如圖①),因此,石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)的,層內(nèi)的碳原子的核間距為142pm,層間距離為335pm(比鍵長大得多),說明層間沒有化學(xué)鍵相連,是靠范德華力維系的(如圖②)。探究石墨晶體結(jié)構(gòu)問題1:石墨晶體為什么具有導(dǎo)電性?提示:石墨晶體中每個C原子未參與雜化的軌道中含有1個未成對電子,能形成遍及整個平面的大π鍵,由于電子可以在整個六邊形網(wǎng)狀平面上運(yùn)動,因此石墨沿層平行方向?qū)щ姟栴}2:石墨晶體主要存在哪些作用力?提示:石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu),層間存在范德華力;層內(nèi)C原子采取sp2雜化,通過sp2雜化軌道重疊形成σ型共價鍵;層內(nèi)的所有C原子均存在1個未雜化的p軌道,層內(nèi)所有C原子通過肩并肩方式形成一個大π鍵,因此大π鍵具有金屬鍵的性質(zhì)。問題3:石墨晶體從作用力角度看具有哪些類型的晶體特征?提示:從層間范德華力看,具有分子晶體特征,從層內(nèi)共價鍵看,具有共價晶體特征,從大π鍵角度看,具有金屬晶體特征。歸納拓展晶體類型判斷思路(1)根據(jù)構(gòu)成晶體粒子種類及粒子間作用力判斷。①離子晶體:構(gòu)成微粒是陰、陽離子,作用力是離子鍵;②金屬晶體:構(gòu)成微粒是金屬陽離子和自由電子,作用力是金屬鍵;③共價晶體:構(gòu)成微粒是原子,作用力是共價鍵;④分子晶體:構(gòu)成微粒是分子,作用力是分子間作用力;⑤混合型晶體:作用力離子鍵、金屬鍵、共價鍵、分子間作用力兼而有之。(2)根據(jù)物質(zhì)類別判斷:①一般活潑金屬氧化物、強(qiáng)堿、多數(shù)鹽屬于離子晶體;②多數(shù)非金屬單質(zhì)、非金屬氫化物、非金屬氧化物、含氧酸和大多數(shù)有機(jī)物屬于分子晶體;③大多數(shù)金屬單質(zhì)或合金屬于金屬晶體;④常見共價晶體有金剛石、晶體硅、SiO2、SiC、Si3N4等。(3)根據(jù)晶體特征判斷:①熔點、沸點低且不導(dǎo)電的單質(zhì)或化合物一般為分子晶體;②熔點、沸點較高且熔融或溶液中導(dǎo)電的化合物一般為離子晶體;③熔點、沸點很高,硬度很大,不導(dǎo)電,不溶于一般溶劑的物質(zhì)通常為共價晶體;④固態(tài)及熔融態(tài)均可導(dǎo)電的物質(zhì)(一般為金屬)屬于金屬晶體。題組例練B1.(2021·黑龍江綏化期中)下列有關(guān)石墨晶體的說法正確的是(

)①石墨層內(nèi)作用力為共價鍵,層間靠范德華力維系

②石墨是混合型晶體③石墨中的C為sp2雜化

④石墨的熔點比金剛石的低⑤石墨中碳原子個數(shù)和C—C鍵個數(shù)之比為1∶3⑥石墨和金剛石的硬度相同⑦石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面的方向A.全部 B.①②③⑦C.僅②③⑦ D.①②⑤⑦解析:①石墨是混合型晶體,石墨層中碳原子靠共價鍵連接,層與層之間靠范德華力維系,正確;②石墨是混合型晶體,正確;③石墨中同一層中的每個碳原子與相鄰的三個碳原子以σ鍵結(jié)合,形成無限的六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),碳原子的雜化類型為sp2雜化,正確;④石墨中的共價鍵鍵長比金剛石中的共價鍵鍵長短,具有的能量更多,所以石墨的熔點比金剛石的高,錯誤;⑤石墨中,一個碳原子上有3個單鍵,每個單鍵被2個碳原子共用,所以平均每個碳原子對應(yīng)1.5個單鍵,故石墨中碳原子個數(shù)和C—C鍵個數(shù)之比為2∶3,錯誤;⑥石墨質(zhì)軟,金剛石的硬度大,錯誤;⑦石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面的方向,正確;綜上所述,正確的有①②③⑦,B項符合題意。A解析:金屬鈉為金屬晶體,由鈉離子和自由電子通過金屬鍵構(gòu)成,因此金屬鈉晶體中存在陽離子,但沒有離子鍵,A正確;金剛石中C原子之間以共價鍵結(jié)合為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),屬于共價晶體,石墨中C原子之間通過共價鍵形成六邊形平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),層和層之間有范德華力,屬于混合型晶體,B錯誤;石墨晶體中,同層C原子之間形成共價鍵,層與層之間有范德華力,有自由電子在層間移動,有類似金屬鍵的作用力,C錯誤;干冰是分子晶體,CO2分子位于立方體的頂點和面心上,以頂點上的CO2分子為例,與它距離最近的CO2分子分布在與該頂點相連的12個面的面心上,所以干冰晶體中,每個CO2分子周圍有12個與之緊鄰且等距的CO2分子,D錯誤。課堂小結(jié)提升【知識整合】【易錯提醒】1.誤認(rèn)為分子晶體中不含化學(xué)鍵。分子晶體中分子一般通過共價鍵形成(稀有氣體除外),再通過分子間作用力結(jié)合形成分子晶體。2.誤認(rèn)為含1molC原子的金剛石含有4molC—C鍵。由于C—C鍵是2個C原子共同形成的,所以含1molC原子的金剛石含有2molC—C鍵。同理1mol冰含2mol氫鍵。3.誤認(rèn)為晶體只有離子晶體、共價晶體、分子晶體和金屬晶體四種類型。大多數(shù)晶體實際結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多,如石墨屬于混合型晶體。4.誤認(rèn)為共價晶體的熔點一定比其他晶體的熔點高。金屬晶體熔點差距較大,有些金屬熔點比一些分子晶體還低,如固態(tài)Hg,而有些金屬晶體熔點非常高,如鎢的熔點(3410℃)比二氧化硅(1723℃)的還高。學(xué)科素養(yǎng)測評鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱,也可以用于估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH),化學(xué)反應(yīng)的ΔH等于反應(yīng)中斷裂舊化學(xué)鍵的鍵能之和與反應(yīng)中形成新化學(xué)鍵的鍵能之和的差。參考以下表格的鍵能數(shù)據(jù),回答下列問題?；瘜W(xué)鍵Si—OSi—ClH—HH—ClSi—SiSi—C鍵能/(kJ·mol-1)460360436431176347(1)比較下列兩組物質(zhì)的熔點高低(填“>”或“<”)。SiC

Si;SiCl4

SiO2。

解析:(1)碳化硅和硅都是共價晶體,其熔點大小和共價鍵強(qiáng)弱有關(guān)系。形成共價鍵的原子半徑越小,共價鍵越強(qiáng),碳原子半徑小于硅原子的,所以碳化硅的熔點高于硅的。四氯化硅是分子晶體,二氧化硅是共價晶體,所以四氯化硅的熔點小于二氧化硅的。答案:(1)>

<鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱,也可以用于估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH),化學(xué)反應(yīng)的ΔH等于反應(yīng)中斷裂舊化學(xué)鍵的鍵能之和與反應(yīng)中形成新化學(xué)鍵的鍵能之和的差。參考以下表格的鍵能數(shù)據(jù),回答下列問題。化學(xué)鍵Si—OSi—ClH—HH—ClSi—SiSi—C鍵能/(kJ·mol-1)460360436431176347(2)能不能根據(jù)鍵能的數(shù)據(jù)判斷單質(zhì)Si和化合物SiCl4的熔點高低?

(填“能”或“不能”),原因是

。

解析:(2)由于物質(zhì)熔點高低由構(gòu)成物質(zhì)的微粒間作用力決定,單質(zhì)Si屬于共價晶體,原子間作用力是共價鍵;SiCl4屬于分子晶體,分子間作用力是范德華力,比共價鍵弱得多。答案:(2)不能物質(zhì)熔點高低由構(gòu)成物質(zhì)的微粒間作用力決定