【高中化学】共价晶体【第二课时】2022-2023学年高二化学同步课件（人教版2019选择性必修2）

课时2共价晶体第二节分子晶体与共价晶体单晶硅金刚石SiO2常见的共价晶体→有的晶体微观空间里没有分子，共价晶体就是其中之一。钻石的原身——金刚石天然的金刚石经常呈现规则多面体的外形，这是金刚石微观原子有序排列的宏观表现→金刚石的微观结构是怎样的？金刚石的晶胞思考与讨论：通过金刚石晶体的结构认识共价晶体结构

→组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？原子共价键构成粒子共价晶体原子粒子间的作用力共价键所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体二、共价晶体P811.定义：①某些单质：硼(B)、金刚石(C)、硅(Si)、锗(Ge)和灰锡(Sn)等二、共价晶体P812.常见的共价晶体P82②某些非金属化合物：SiO2、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等③极少数金属氧化物：如刚玉(ɑ-Al2O3)二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——金刚石图3-21金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图②每个碳原子都采取____杂化;sp3③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________.109°28'④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内；6不在①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有

个4二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——金刚石最小环为六元环109º28´二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——金刚石最小环为六元环109º28´⑥在金刚石晶胞中占有的碳原子数____

88×1/8+6×1/2+4=8→12g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键NA2NA⑤晶体中每个C参与了

条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有

，故C原子与C—C键数之比为：

。1：(

)=1：2→即金刚石中，1molC平均拥有

mol

C—C键421/2键能：347.7kJ/mol（很大）键长：154pm（很短）熔点很高：>

35000C硬度最大：摩氏10度金刚石的性质109º28´，三维骨架结构决定性质金刚石的用途硅晶体结构与金刚石极其相似，只是将碳原子换成了硅原子。请推测晶体硅中Si－Si键的键参数与金刚石中C－C键的键参数相比，有什么变化？原子半径：Si

C键长变长，键能变小硅晶体结构

思考与讨论1：

>熔点、硬度比金刚石小→碳化硅(SiC)俗名“金刚砂”,是一种具有类似金刚石结构的晶体，其中C原子和Si原子的位置是交替的。金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合___个碳原子，含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有___个硅原子。43

思考与讨论2：

SiC的球棍模型功能陶瓷高级耐火材料磨料用途：→怎样从原子结构角度理解金刚石(C)、碳化硅(SiC)、晶体硅(Si)的熔点和硬度依次下降？

思考与讨论3：

∴金刚石(C)、碳化硅(SiC)、晶体硅(Si)的熔点和硬度依次下降。而键能:C—C＞C—Si＞Si—Si→键长越短，键能越大，共价键越牢固，共价晶体熔化时破坏的是共价键→键长：C—C<

C—Si<

Si—Si提示从C到Si，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大1.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是A.晶体中不存在独立的分子B.碳原子间以共价键相结合C.是自然界中硬度最大的物质D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应D同步练习2.在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C间的夹角是A.6个，120° B.5个，108°C.4个，109°28′

D.6个，109°28′D同步练习二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——­SiO2晶体­SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α-­SiO2)。低温石英晶体的空间结构模型其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构。→这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如石英手表。二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——­SiO2晶体­SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α-­SiO2)。其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构。→这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如石英手表。石英的左、右型晶体石英表二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析——­SiO2晶体[SiO4]正四面体封闭的环状结构SiO2晶体二、共价晶体P813.典型的共价晶体的结构分析①每个Si原子都采取

杂化和

个O原子形成

个Si—O键.SP344②没有单个SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例:

.1:2每个Si周围结合

个O；每个O周围结合

个Si42③最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。④1molSiO2中含

mol

Si—O键4——­SiO2晶体制造：水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、光导纤维的原材料二氧化硅的用途共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体①较高的熔点②硬度很大④难溶于一般的溶剂4.共价晶体的物理性质二、共价晶体P81

思考与讨论4：

→碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？干冰SiO2物质熔点/℃沸点/℃CO2-56.2（在527kPa下测得）-78.5SiO217232230提示:

→CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合。→SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。

思考与讨论4：

→碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？晶体类型共价晶体分子晶体组成微粒

作用力熔沸点硬度溶解性原子分子共价键分子间作用力很高较低很大较小难溶于一般的溶剂部分溶于水(相似相溶)不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电总结1：共价晶体与分子晶体的比较导电性1.依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断→组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；→组成分子晶体的粒子是分子或原子(稀有气体)，粒子间的的作用力是分子间作用力。2.依据晶体的熔点判断→共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；→分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。判断共价晶体和分子晶体的方法3.依据物质的状态判断一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。总结2：4.依据晶体的硬度与机械性能判断。判断共价晶体和分子晶体的方法总结2：→分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;→原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。5.依据导电性判断。共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。1.不同类型的晶体熔、沸点：共价晶体>分子晶体分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较分子晶体:①看是否含有氢键有分子间氢键的熔沸点高都有分子间氢键，看氢键的个数，个数越多熔沸点越高②比较范德华力组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高③比较分子极性相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高。④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。2.同一类型的晶体熔、沸点：总结3：如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：共价晶体：①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。1.不同类型的晶体熔、沸点：共价晶体>分子晶体分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较总结3：2.同一类型的晶体熔、沸点：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。∴熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。则键长：C-C<C-Si<Si-Si，原子半径：C<Si，故键能：C-C<C-Si<Si-Si，粒子粒子间的作用力晶体的类型性质特点结构特点研究晶体的思路用途思维建模耐高温强度高耐雨蚀透波性好材料研发导弹天线罩材料要求Si3N4晶体结构Si3N4材料的导弹天线罩制品拓展延伸【拓展】石墨及其结构一种结晶形碳,灰黑色，成叶片状、鳞片状和致密块状。质软,具滑腻感，能导电。化学性质不活泼，耐腐蚀，在空气或氧气中强热可以燃烧生成CO2。石墨可用作润滑剂，可用于制造坩埚、电极、铅笔芯等。铅笔石墨电极石墨坩埚【拓展】石墨及其结构（混合型晶体）→石墨晶体为片层堆叠结构。【拓展】石墨及其结构→石墨是共价晶体、金属晶体和分子晶体的一种混合型晶体。③层与层间以范德华力结合力，各层可以滑动，所以石墨质软。②在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域π键，电子在晶格中能自由移动，所以石墨能导电。

①同层碳原子间以sp2杂化形成共价键，每个碳原子与另外3个碳原子相联，形成正六边形的环，伸展形成片层结构。38【思考】石墨晶体的层状结构中:(1)石墨层内C－C之间夹角为____。(2)每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为____个。(3)1mol石墨(C)有____molC－C键。120o21.5【拓展】石墨及其结构（混合型晶体）1．下列关于共价晶体的说法不正确的是(

)A．共价晶体中的成键微粒是原子B．共价晶体中原子之间全部以共价键结合C．共价晶体均是化合物D．共价晶体的熔、沸点都比较高C2．下列物质中，属于共价晶体的化合物是(

)A．无色水晶

B．晶体硅C．金刚石

D．干冰A3.晶体AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8，常是具有半导体性质的共价晶体。已知金刚石不导电、导热，锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石，近期用制耐热器的碳化硅也制成假钻石，则识别它们的可靠方法是A.能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石B.很硬不导电而导热的是金刚石C.既可导电又可导热的是碳化硅D.不导电的为锆石B4．下列晶体性质的比较中不正确的是(

)A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B．沸点：NH3>PH3C．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4C5．一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于B4C的推断正确的是(

)A．B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的B．B4C是一种共价晶体C．B4C是一种分子晶体D．B4C晶体中存在离子键BB4C由非金属元素组成，可用于制作切削工具和高温热交换器，说明熔点高，应为共价晶体，不存在单个分子，构成微粒为原子，碳、硼原子之间以共价键结合。6．如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为(

)A．ABB．A5B4C．AB2

D．A2B5C7．下列晶体熔、沸点由高到低的顺序正确的是(

)①SiC

②Si

③HCl

④HBr

⑤HI

⑥CO

⑦N2

⑧H2A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①②⑤④③⑥⑦⑧C．①②⑤④③⑦⑥⑧ D．⑥⑤④③②①⑦⑧B8.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是A.碳、氮原子构成平面结构的晶体B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短C.氮原子电子数比碳原子电子数多D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼B9.2017年中外科学家团队共同合成了T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立体晶体结构，如图所示(图中的

表示碳形成的正四面体结构

)。已知T-碳晶胞参数为apm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是A.每个T-碳晶胞中含32个碳原子B.T-碳中C—C的最小夹角约为109°28′C.T-碳属于共价晶体BD.T-碳的密度为g·cm－310.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种高强度透明材料，下列叙述错误的是A.AlON和SiO2所含化学键的类型相同B.电解熔融AlON可得到AlC.AlON中N元素的化合价为－1D.AlON和SiO2的晶体类型不相同BDAlON和SiO2均属于共价晶体，均只含有共价键AlON属于共价晶体，熔融时不导电AlON中O为－2价，Al为＋3价，所以N为－111.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置A.12，大立方体的12条棱的中点B.8，大立方体的8个顶角C.6，大立方体的6个面的中心D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心A与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：(1)金刚砂属于______晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点_____。12.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的三维骨架结构中，碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答：共价低(2)在金刚砂的结构中，1个硅原子周围结合__个碳原子,键角是

。4109°28′(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有____个硅原子。3(1)氮化硅晶体属于_____晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：_______。13.氮化硅是一种高