【化學(xué)】共價(jià)晶體 課件 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

年級(jí)：高二學(xué)科：化學(xué)（人教版）3.2.2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.借助共價(jià)晶體等模型認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2.能應(yīng)用共價(jià)晶體的相關(guān)知識(shí)解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或某些化學(xué)事實(shí)及其研究的應(yīng)用價(jià)值。3.學(xué)會(huì)比較晶體的熔、沸點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.結(jié)合常見(jiàn)的共價(jià)分子的實(shí)例,認(rèn)識(shí)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(guān)系,培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.借助分子晶體、共價(jià)晶體等模型認(rèn)識(shí)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)?！局鞲芍R(shí)梳理】晶體的分類(lèi)：根據(jù)晶體的構(gòu)成粒子和粒子間的相互作用力的不同，將晶體分為如下6種：分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體、金屬晶體、混合晶體一、共價(jià)晶體的概念和組成1、概念：相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體叫做共價(jià)晶體2、空間結(jié)構(gòu)：整塊晶體是一個(gè)三維的共價(jià)鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)的小分子，是一個(gè)“巨分子”3、構(gòu)成的微粒：原子4、微粒間的作用力：共價(jià)鍵5、熔化時(shí)破壞的作用力：共價(jià)鍵【思考】①能否說(shuō)有共價(jià)鍵的晶體是共價(jià)晶體？②能否說(shuō)構(gòu)成微粒為原子的是共價(jià)晶體？③能否說(shuō)原子間均以共價(jià)鍵連接的為共價(jià)晶體？④共價(jià)晶體中是否存在單個(gè)的小分子？6、常見(jiàn)共價(jià)晶體(1)某些單質(zhì)：硼(B)、硅(Si)、金剛石、鍺(Ge)等(2)某些非金屬化合物：金剛砂(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等(3)極少數(shù)金屬化合物：剛玉(α-Al2O3)、氮化鋁(AlN)等【微點(diǎn)撥】①共價(jià)晶體中不存在單個(gè)分子，化學(xué)式僅僅表示的是物質(zhì)中的原子個(gè)數(shù)比關(guān)系，不是分子式②由原子組成的晶體不一定是共價(jià)晶體。如：稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體③共價(jià)晶體中一定存在共價(jià)鍵，但晶體中有共價(jià)鍵卻不一定都是共價(jià)晶體，還可以是分子晶體或離子晶體【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】二、常見(jiàn)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特征1、金剛石金剛石晶體結(jié)構(gòu)、鍵角和晶胞示意圖

原子半徑(r)與邊長(zhǎng)(a)的關(guān)系：a=8r晶體結(jié)構(gòu)模型C—C—C夾角為109°28′金剛石的晶胞金剛石的晶胞(1)每個(gè)碳原子與周?chē)o鄰的4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(2)碳原子采取sp3雜化，C—C—C夾角為109°28′(3)金剛石晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)和面心均有1個(gè)C原子，晶胞內(nèi)部有4個(gè)C原子，每個(gè)金剛石晶胞中含有8×＋6×＋4＝8個(gè)碳原子(4)最小碳環(huán)由6個(gè)碳原子組成，并且不在同一平面(實(shí)際為椅式結(jié)構(gòu))，但最小環(huán)上有4個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)(5)每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用，每個(gè)共價(jià)鍵被6個(gè)六元環(huán)共用，一個(gè)六元環(huán)實(shí)際擁有

個(gè)碳原子(6)C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2，12g金剛石中有2mol共價(jià)鍵(7)密度＝(a為晶胞邊長(zhǎng)，NA為阿伏加德羅常數(shù))正四面體最小環(huán)為六元環(huán)面心頂點(diǎn)體內(nèi)8×81=16×21=34一個(gè)金剛石晶胞內(nèi)含有

8個(gè)

碳原子2、晶體Si：由于Si與碳同主族，晶體Si的結(jié)構(gòu)同金剛石的結(jié)構(gòu)相同。將金剛石晶胞中的C原子全部換成Si原子，健長(zhǎng)稍長(zhǎng)些便可得到晶體硅的晶胞(1)每個(gè)硅原子均以

個(gè)共價(jià)鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的

個(gè)硅原子相結(jié)合，形成

結(jié)構(gòu)，鍵角均為

。(2)每個(gè)硅晶胞中含有

個(gè)硅原子，最小的碳環(huán)為

元環(huán)，硅原子為

雜化(3)每個(gè)硅原子被

個(gè)六元環(huán)共用，每個(gè)共價(jià)鍵被

個(gè)六元環(huán)共用，一個(gè)六元環(huán)實(shí)際擁有

個(gè)硅原子，一個(gè)六元環(huán)實(shí)際擁有

個(gè)共價(jià)鍵。(4)硅原子數(shù)與Si—Si鍵數(shù)之比為

，1molSi中含有

mol共價(jià)鍵。44正四面體109°28′86sp3126１1∶223、二氧化硅晶體(1)二氧化硅的結(jié)構(gòu)：二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，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

石英晶體中的硅氧四面體相連構(gòu)成的螺旋鏈?zhǔn)⒌淖蟆⒂倚途w(2)二氧化硅的晶胞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原子中間插入一個(gè)O原子，參照金剛石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8個(gè)Si原子位于立方晶胞的頂點(diǎn)，有6個(gè)Si原子位于立方晶胞的面心，還有4個(gè)Si原子與16個(gè)O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個(gè)硅氧四面體，均勻排列于晶胞內(nèi)

SiO2的晶體結(jié)構(gòu)模型SiO2的晶胞①SiO2晶體中最小的環(huán)為

元環(huán)，最小的環(huán)有

個(gè)硅原子和

個(gè)氧原子。②SiO2晶體中，每個(gè)Si原子與

個(gè)O原子結(jié)合，Si在正四面體的

，O在正四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)O原子為兩個(gè)正四面體共有，正四面體內(nèi)O－Si－O夾角為

，而正四面體之間Si－O－Si夾角為

。③每個(gè)硅原子都采取

雜化，以

個(gè)共價(jià)單鍵與

個(gè)氧原子結(jié)合，每個(gè)氧原子與

個(gè)硅原子結(jié)合，向空間擴(kuò)展，構(gòu)成

，硅、氧原子個(gè)數(shù)比為

，每個(gè)SiO2晶胞中含有

個(gè)Si原子，含有

個(gè)O原子。④每個(gè)Si原子被

個(gè)十二元環(huán)共用，每個(gè)O原子被

個(gè)十二元環(huán)共用⑤Si與Si—O共價(jià)鍵之比為

，1molSiO2晶體中有

mol共價(jià)鍵。12664中心109°28′104°30′sp344２空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)1∶28161261：44SiC晶胞(1)碳、硅原子都采取sp3雜化，C—Si鍵角為109°28′(2)每個(gè)硅(碳)原子與周?chē)o鄰的4個(gè)碳(硅)原子以共價(jià)鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(3)最小碳環(huán)由6個(gè)原子組成且不在同一平面內(nèi)，其中包括3個(gè)C原子和3個(gè)Si原子(4)每個(gè)SiC晶胞中含有4個(gè)C原子和4個(gè)Si原子(5)若Si與C最近距離為d，則邊長(zhǎng)(a)與最近距離(d)的關(guān)系：

a=4d

4、SiC晶體和BN晶體：SiC晶胞和BN晶胞與金剛石晶胞相似，每個(gè)SiC晶胞含有4個(gè)Si原子和4個(gè)C原子；每個(gè)BN晶胞含有4個(gè)B原子和4個(gè)N原子【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】總結(jié)共價(jià)晶體以強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，熔點(diǎn)高、硬度大。對(duì)比分子晶體和共價(jià)晶體的數(shù)據(jù)，總結(jié)共價(jià)晶體的物理特性。分子晶體硫化氫甲烷尿素熔點(diǎn)/℃－85.6－182.5132.7共價(jià)晶體金剛石碳化硅硅熔點(diǎn)/℃＞350027001410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。三、共價(jià)晶體的物理性質(zhì)1、物理性質(zhì)(1)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)很高。共價(jià)晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化和汽化就要克服共價(jià)鍵作用，需要很多的能量。因此，共價(jià)晶體一般都具有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。如：金剛石的熔點(diǎn)大于3550℃。(2)硬度很大。如：金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)。(3)一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體。(4)難溶于一些常見(jiàn)的溶劑。2、共價(jià)晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律結(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、沸點(diǎn)越高。如：金剛石、金剛砂(碳化硅)、晶體硅的熔、沸點(diǎn)逐漸降低。共價(jià)晶體金剛石硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350014101211硬度*106.56.03、共價(jià)晶體熔、沸點(diǎn)比較答題模板答題策略看共價(jià)鍵的強(qiáng)弱，取決于鍵長(zhǎng)；即：成鍵原子半徑大小答題模板同為共價(jià)晶體，×××晶體的鍵長(zhǎng)短，鍵能大，熔沸點(diǎn)高1SiC化合物比單質(zhì)Si的熔點(diǎn)高，理由是：晶體硅與SiC均屬于共價(jià)晶體，晶體硅中的Si—Si比SiC中Si—C的鍵長(zhǎng)長(zhǎng)，故鍵能也低，所以SiC熔點(diǎn)高?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】四、共價(jià)晶體與分子晶體的比較

1、共價(jià)晶體與分子晶體的比較晶體類(lèi)型共價(jià)晶體分子晶體概念相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體組成微粒原子分子微粒間作用力共價(jià)鍵分子間作用力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子密堆積或非密堆積堆積方式在共價(jià)晶體中，各原子均以共價(jià)鍵結(jié)合，因?yàn)楣矁r(jià)鍵有方向性和飽和性，所以中心原子周?chē)脑訑?shù)目是有限的，原子不采取密堆積方式①分子間不存在氫鍵的分子晶體，由于范德華力沒(méi)有方向性和飽和性，分子盡可能采取密堆積方式②分子間存在氫鍵的分子晶體，由于氫鍵具有方向性和飽和性，分子不能采取密堆積方式物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于常見(jiàn)的溶劑，不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體熔、沸點(diǎn)較低，硬度較小，部分溶于水，不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電熔化時(shí)破壞的作用力破壞共價(jià)鍵一定破壞范德華力，有時(shí)還破壞氫鍵，如：冰熔化熔、沸點(diǎn)比較共價(jià)晶體＞分子晶體，共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)與共價(jià)鍵有關(guān)，分子晶體的熔、沸點(diǎn)與分子間作用力有關(guān)。共價(jià)鍵的作用力遠(yuǎn)大于分子間作用力實(shí)例金剛石、二氧化硅等冰、干冰等2、判斷晶體類(lèi)型(共價(jià)晶體和分子晶體)的方法：非金屬單質(zhì)和共價(jià)化合物所形成的晶體是屬于共價(jià)晶體還是分子晶體，可以從以下角度進(jìn)行分析判斷：(1)依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷：組成共價(jià)晶體的粒子是原子，粒子間的作用力是共價(jià)鍵；組成分子晶體的粒子是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。(2)依據(jù)物質(zhì)的分類(lèi)判斷①常見(jiàn)的共價(jià)晶體有：金剛石、晶體硼、晶體硅、晶體鍺等單質(zhì)；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物；新型無(wú)機(jī)非金屬材料“家庭”的成員(如Si3N4、BN等)熔點(diǎn)高、硬度大、耐高溫、抗氧化，它們大多屬于共價(jià)晶體。②大多數(shù)非金屬單質(zhì)(金剛石、石墨、晶體硅等除外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(SiO2除外)、酸、絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體(有機(jī)鹽除外)都是分子晶體。(3)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：共價(jià)晶體熔、沸點(diǎn)高，常在1000℃以上；分子晶體熔、沸點(diǎn)低，常在數(shù)百攝氏度以下甚至更低的溫度。(4)依據(jù)物質(zhì)的狀態(tài)判斷：常溫下呈氣態(tài)或液態(tài)的單質(zhì)與化合物，其固態(tài)時(shí)都屬于分子晶體。(5)依據(jù)物質(zhì)的揮發(fā)性判斷：易揮發(fā)的物質(zhì)在固態(tài)時(shí)都屬于分子晶體(6)依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，但部分分子晶體溶于水后能夠?qū)щ?；共價(jià)晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。(7)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷：共價(jià)晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】【課后作業(yè)】(1)SiO2是二氧化硅的分子式嗎？二氧化硅為共價(jià)晶體，晶體中不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式為Si與O的最簡(jiǎn)個(gè)數(shù)比，而不是分子式。(2)“具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體”這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？

不對(duì)。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都有共價(jià)鍵，而它們都是分子晶體；如金剛石、晶體Si、SiC、SiO2中都有共價(jià)鍵，它們都是原子晶體；只有相鄰原子間以共價(jià)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。思考與討論晶體的類(lèi)型判斷：構(gòu)成晶體的粒子、粒子間的作用力、性質(zhì)共價(jià)晶體分子晶體有氫鍵只有范德華力鍵能越大，熔點(diǎn)越高氫鍵強(qiáng)弱和數(shù)目相對(duì)分子質(zhì)量大小和分子極性判斷鍵能的大小判斷分子間的作用力分子晶體:①看是否含有氫鍵：有分子間氫鍵的熔沸點(diǎn)高，都有分子間氫鍵，看氫鍵的個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)越多熔沸點(diǎn)越高。②比較范德華力：組成和結(jié)構(gòu)相似，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越高。③比較分子極性：相對(duì)分子質(zhì)量相近，分子極性越大，熔沸點(diǎn)越高。④同分異構(gòu)體的支鏈越多，熔、沸點(diǎn)越低。

比較共價(jià)晶體和分子晶體熔點(diǎn)高低的基本思路1.在二氧化硅晶體中原子未排列成緊