3.2.2共价晶体课件高二化学人教版选择性必修22

共价晶体第二节分子晶体与共价晶体第2课时思考与讨论：

碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸点为什么差距那么大？

熔点/oC状态（室温）CO2-56.2气态SiO21723固态干冰SiO2一、共价晶体的概念及性质(1)概念:相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。(2)构成共价晶体的微粒及微粒间的作用力共价晶体构成粒子原子粒子间的作用力（只有）共价键思考：具有共价键的晶体叫做共价晶体，这种说法对吗？1.共价晶体的结构特点及物理性质注意：◆不存在单个分子，无分子式。化学式表示原子最简整数比

◆整块晶体是一个三维的空间网状结构，是一个“巨分子”。问题探究:只由原子形成的晶体一定是原子晶体吗？不一定。如稀有气体均由原子构成，为分子晶体◆熔化时破坏的作用力：共价键◆由原子构成的晶体不一定是共价晶体◆具有共价键的晶体不一定是共价晶体(如稀有气体)金属晶体下列有关共价晶体的叙述错误的是(

)A．共价晶体中，只存在共价键

B．共价晶体具有空间网状结构C．共价晶体中不存在独立的分子

D．共价晶体熔化时不破坏共价键D思考练习思考讨论：晶体熔点/℃硬度键长/pm键能/(kJ·mol－1)金刚石>350010154348碳化硅27009.5184301晶体硅14106.5234226金刚石、晶体硅单质、碳化硅均具有相似的晶体结构，它们的熔沸点和硬度的大小关系如何判断？结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点就越高，硬度就越大。(3)物理性质①熔点很高：结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点越高，硬度就越大。②硬度很大③一般不导电，但晶体硅是半导体④难溶于一般溶剂金刚石钻石碳化硅（SiC）砂轮氮化硅（Si3N4）航天耐高温材料①原子晶体为什么熔沸点比较高？②原子晶体的熔沸点、硬度与什么有关？

对于原子晶体，一般来说，原子间，键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。(4)影响原子晶体熔沸点的因素：（原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔沸点越高）思考：晶体熔、沸点和硬度的比较方法◆先判断晶体类型

对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点、硬度都大于分子晶体◆对于同一类型的晶体①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高。②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较(1)不同类型的晶体：原子晶体>分子晶体。(2)同一类型的晶体分子晶体①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体，熔、沸点比同族元素的氢化物反常得高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。如⑤烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔、沸点升高。如C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH>HCOOH。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。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：原子半径：C<Si，则键长：C-C<C-Si<Si-Si，故键能：C-C<C-Si<Si-Si，熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。(5)常见共价晶体及物质类别③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)，七氧化二锰(Mn2O7)、三氧化二铬(Cr2O3)等。①某些单质：以碳为中心，同主族向下：硅（Si）锗（Ge）和灰锡（Sn）金刚石等；同周期向左、向右：硼（B）高聚氮Si3N4材料的导弹天线罩制品②某些非金属化合物：如：碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等Al2O3有两种结构，其中一种结构属于共价晶体，俗称刚玉。

（6）分子晶体和共价晶体的判断方法方法一：根据物质类别方法二：根据晶体的物理性质◆依据晶体的熔点判断。

共价晶体的熔点高,常在1000℃以上;而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。◆依据物质的状态判断一般常温常压，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体◆还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。

共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。◆依据导电性判断。

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。方法三：依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。

构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键;构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。(7)分子晶体与共价晶体的比较晶体类型共价晶体分子晶体概念组成微粒作用力熔沸点硬度溶解性导电性相邻原子间以共价键相结合而形成三维骨架结构分子间以分子间作用力结合原子分子共价键分子间作用力很大较小很大较小不溶于任何溶剂部分溶于水不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电导思1.正误判断(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体(

)(2)具有共价键的晶体一定是共价晶体(

)(3)共价晶体在固态或熔化时均不导电(

)(4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应(

)××××2.碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2物理性质为什么差异很大？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三维骨架结构，晶体中不存在小分子。

(1)使共价晶体熔化，需要破坏的粒子间作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？3.金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。晶体键长/pm键能/(kJ·mol－1)熔点/℃硬度金刚石154348>350010碳化5晶体硅23422614106.5提示

使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。(2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？3.金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。晶体键长/pm键能/(kJ·mol－1)熔点/℃硬度金刚石154348>350010碳化5晶体硅23422614106.5提示

结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。3.金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。晶体键长/pm键能/(kJ·mol－1)熔点/℃硬度金刚石154348>350010碳化5晶体硅23422614106.5(3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。提示

能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：C＜Si，因此键长大小顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，键能大小顺序为C—C＞C—Si＞Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石>碳化硅＞晶体硅。导练1.下列有关共价晶体的叙述错误的是（）A.共价晶体中，只存在共价键B.共价晶体具有三维骨架结构C.共价晶体中不存在独立的分子D.共价晶体熔化时不破坏共价键D2.下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是（）共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大A.①②B.③④C.①③D.②④D

科学研究表明，30亿年前，在地壳下200km左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢?金刚石磨头金刚石钻石联想质疑金刚石主要存在立方金刚石和六方金刚石两种结构，立方金刚石更为典型(教材主要介绍)

认识金刚石的结构与性质探究一问题1

:金刚石中,每个碳原子与多少个碳原子成键？1mol

C形成的共价键数目是多少？碳原子采取什么杂化方式？

问题2

:金刚石中,最小的碳环由几个碳原子组成？它们是否都能在一个平面上？晶体中最小的碳环由6个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有

4个碳原子在同一平面。问题3

:已知每个碳被12个六元环共用，那么一个碳环占有几个碳原子？问题4:一个金刚石晶胞中，有几个碳原子？金刚石的晶胞键能：347.7kJ/mol（很大）熔点很高：大于35000C

硬度最大结构决定性质二、常见共价晶体的结构分析1.金刚石晶体(2)晶体中最小的碳环由

个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有

个碳原子在同一平面。(1)在晶体中每个碳原子以

个共价单键对称地与相邻的

个碳原子结合，C—C—C夹角为

，即金刚石中的碳采取

杂化轨道形成共价键三维骨架结构。109°28′sp364正四面体四4最小环为六元环(4)每个C原子被

个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为

个。(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有

个C，即C原子与C—C数目之比为

。21∶2120.5正四面体最小环为六元环拓展：金刚石晶胞中的均摊问题

金刚石结构中最小的环状结构为六元环，以标记为O的碳原子为着眼点，通过该碳原子的bOc“V形”可以形成两个六元环；而通过O碳原子的“V形”共有6个(aOb、aOc、aOd、bOd、cOd)。金刚石中六元环结构与碳原子数目比为2:1因此通过O碳原子的六元环共6×2=12个，(即:一个O碳原子为12个六元环共用)一个六元环对环上任意一个碳原子的占有为1/12，一个六元环实际享有6×1/12═0.5个碳原子以标记为aO的C－C为着眼点，通过该C－C的“V形”共有3个(aOb、aOc、aOd)。因此通过aOC－C键的六元环共3×2=6个，(即:一根aOC－C键为6个六元环共用)一个六元环对环上任意一根C－C键的占有为1/6，一个六元环实际享有6×1/6═1根C－C键金刚石中六元环结构与C－C键数目比为1:1金刚石晶胞中：六元环结构:碳原子数目:C－C键数目=

2:1:2拓展：金刚石模型的演变——等电子体原理(1)与碳同族单质(如Si、Ge)都具有与金刚石相似的结构；(2)第ⅣA族相邻元素间也可形成相似结构的晶体(如SiC)(3)与第ⅣA族同周期的元素间根据等电子体原理，如BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。金刚石晶体硅SiCGaAs

拓展：金刚石模型的衍生

——方石英(SiO2)晶体硅的晶胞中，在Si－Si键之间插入O原子，即得到方石英的晶胞(最常见的SiO2晶胞)。知识拓展－石墨晶体结构①石墨中碳原子杂化类型？石墨为什么很软？

SP2杂化。石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。②石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？

石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。③石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为混合键型晶体(1)在SiO2晶体中，每个硅原子采取sp3杂化与

个氧原子结合；每个氧原子与

个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是

。

单个的SiO2分子存在。2.二氧化硅(2)在SiO2晶体中，每个硅原子形成

个共价键；每个氧原子形成

个共价键；(3)在SiO2

晶体中，最小环为

元环，由

个Si原子和

个O原子构成。21：24212没有466(4)每个十二元环中平均含有硅原子

1：41：2

Si原子个数与Si-O共价键个数之是

；O原子个数与Si-O共价键个数之比是

。每个十二元环中平均含有Si-O键

(5)60g

二氧化硅含有_____个Si原子

含有_____个O原子

含有_____个Si-O键NA2NA4NA1molSiO2中含

molSi-O键4二氧化硅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(­SiO2)。低温石英的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。石英的左、右型晶体二氧化硅的用途:导思1.正误判断(1)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内(

)(2)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用(

)(3)1mol金刚石晶体中含有4mol碳碳键(

)(4)1mol二氧化硅晶体中含有4mol硅氧键(

)×√×√2.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有________个碳原子。(2)已知晶胞参数为apm，则金刚石的密度为______________g·cm－3。(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______pm。8(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？导练1.氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2200℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是（）A.AlN是共价晶体B.Al的配位数为4C.AlN属于离子化合物D.与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个C2.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述正确的是（）A.最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B.最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角C123自我测试41.下列晶体中①SiO2

②CO2

③P4

④晶体硅

⑤H2SO4

⑥P2O5

⑦SO3

⑧SiC

⑨冰醋酸

⑩金刚石，属于共价晶体的一组是（）A.①③④⑤⑥⑩ B.①④⑧⑩C.③④⑧⑨⑩ D.全部B自我测试122.碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似于金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三种晶体：①金刚石②晶体硅③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是（）A.①③② B.②③①C.③①② D.②①③A34自我测试33.最近科学家成功研制了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的三维骨架结构。下列对该晶体的叙述错