鲁科版高中化学选择性必修2第3章第2节第2课时共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性基础课课件

第2课时共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性(基础课)第3章不同聚集状态的物质与性质第2节几种简单的晶体结构模型素养目标1．通过金刚石、晶体硅、SiO2晶体的结构模型认识共价晶体的结构特点，能解释共价晶体的性质。2．通过认识干冰、冰、碘晶体的结构模型，认识分子之间通过范德华力和氢键结合形成分子晶体的结构特点的不同，能解释分子晶体的性质。3．通过认识石墨晶体的特殊结构，知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。旧知回顾1．金刚石是自然界中硬度最大的物质；晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高。2．二氧化硅熔、沸点高，不溶于水；二氧化碳常温下是无色气体。3．石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细磷片状固体。石墨很软，有滑腻感。此外，石墨还具有优良的导电性能。4．由金刚石、石墨和C60的结构可知，C60分子是由60个原子构成的分子，而金刚石、石墨中不存在单个分子。必备知识自主预习一、共价晶体1．共价晶体及结构特点定义相邻____间以______结合而形成的具有____________结构的晶体构成微粒____原子共价键空间立体网状原子结构特点(1)共价键具有____性与____性，故每个中心原子周围排列的原子数目有限(2)所有原子间均以共价键相结合成网状结构，故晶体中不存在单个的____常见共价晶体(1)单质：金刚石(C)、晶体硅(Si)、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)(2)化合物：二氧化硅晶体(SiO2)、碳化硅晶体(SiC)、氮化硼晶体(BN)、氮化硅晶体(Si3N4)、氮化铝晶体(AlN)、砷化镓晶体(GaAs)、α型氧化铝晶体(α-Al2O3)饱和方向分子2．几种共价晶体的结构(1)金刚石(C)①碳原子采取_____杂化，C—C键键角为_________。②每个碳原子与周围紧邻的_个碳原子以共价键结合成________结构，向空间伸展形成空间立体网状结构。③最小碳环由_个碳原子组成，且最小环上所有碳原子不在同一平面内。sp3109°28′4正四面体6(2)碳化硅(SiC)晶体把金刚石中的C原子换成Si与C原子相互交替，就得到碳化硅的结构。晶体中Si与C原子个数比为____。(3)二氧化硅晶体(SiO2)①Si原子采取_____杂化，正四面体内O—Si—O键的键角为_________。1∶1sp3109°28′②每个Si原子与_个O原子形成_个共价键，____原子位于正四面体的中心，__原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被_个硅氧正四面体共用；每个O原子和_个Si原子形成_个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为____。③最小环上有__个原子，包括_个O原子和_个Si原子。44SiO2221∶212663．共价晶体的物理性质晶体键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石(C—C)347大于350010碳化硅(C—Si)30128309晶体硅(Si—Si)22614127(1)键能：C—C__C—Si__Si—Si；熔点：金刚石__碳化硅__晶体硅；硬度：金刚石__碳化硅__晶体硅(填“>”或“<”)。(2)规律：共价晶体具有____的熔点，____的硬度；对结构相似的共价晶体来说，原子半径____，键长____，键能____，晶体的熔点就越高。>

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很高很大越小越短越大判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)含有共价键的晶体都是共价晶体。 (

)(2)“SiO2”是二氧化硅的分子式。 (

)(3)凡是由原子构成的晶体均为共价晶体。 (

)×××二、分子晶体1．分子晶体定义分子之间通过____________结合形成的晶体称为分子晶体构成微粒分子或原子微粒间作用力分子间作用力分子间作用力典型分子晶体(1)多数非金属单质：X2(卤素单质)、O2、H2、P4、单质硫、C60、稀有气体、红磷等(2)非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、PH3、HX(卤化氢)等(3)多数非金属氧化物：CO2、SO2、SO3、NO2、P4O6等(4)含氧酸：H2CO3、HNO3、H2SO4、H2SO3等(5)大多数有机物分子：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、醇、醛、羧酸、酯、氨基酸、蛋白质、糖类等

碘晶体干冰冰晶胞或结构模型

2．典型分子晶体的结构

碘晶体干冰冰微粒间作用力________________________和____晶胞微粒数__—配位数—___范德华力范德华力范德华力氢键441243．分子晶体的物理性质(1)分子晶体以比较弱的____________相结合，因此一般熔点____，硬度____。(2)对组成和结构____，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，范德华力____，熔、沸点____。分子间作用力较低较小相似增大升高判一判

(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素的氧化物，但属于不同的晶体类型。

(

)(2)水是一种非常稳定的化合物，这是由于水中存在氢键。 (

)√×晶体模型

三、晶体结构的复杂性1．石墨晶体结构特点(1)石墨晶体具有层状结构，在每一层内，每个碳原子用_____杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的______平面网状结构。每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键(2)C原子采取_____杂化，C—C键之间的夹角为120°(3)层与层之间以范德华力结合晶体类型石墨晶体既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，因此石墨晶体属于____型晶体物理性质熔点高、质软、易导电sp2六边形sp2混合

3．晶体的复杂性(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子。(2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。(3)金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。想一想

(1)石墨晶体为什么具有导电性？提示：石墨晶体中每个C原子未参与杂化的轨道中含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键，由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨沿层的平行方向导电。(2)稀有气体由单原子构成，它属于共价晶体吗？提示：不属于，它属于分子晶体。关键能力情境探究[情境探究]水晶是一种宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形，它的主要成分是二氧化硅。水晶的结构可以看成是硅晶体中每个Si—Si键中“插入”一个氧原子形成的。共价晶体的结构与性质1．在水晶中Si—O—Si键是否是直线形？提示：不是，Si—O—Si键呈角形。2．在SiO2晶体中，1molSiO2含Si—O键的物质的量是多少？提示：4mol。[归纳总结]1．共价晶体的结构特征(1)在共价晶体中，各原子均以共价键结合，原子不采取密堆积方式。(2)共价晶体的组成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅代表原子的个数比。(3)空间结构：空间立体网状结构。2．共价晶体熔点和硬度的比较共价晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。3．判断晶体是否是共价晶体的思路(1)根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。(2)根据共价晶体的物理性质判断。(3)常见的共价晶体。

金刚石碳化硅二氧化硅晶胞

中心原子杂化类型sp3sp3sp3

金刚石碳化硅二氧化硅键角109°28′109°28′109°28′晶胞中微粒数目8个CC：4个Si：4个Si：8个O：16个1mol

物质中化学键数目2molC—C4molC—Si4molSi—O[能力达成]1．根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是(

)A．熔点2700℃，导电性强，延展性强B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电B

[共价晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；共价晶体难溶于水，C项错误；共价晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。]√2．(双选)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是(

)A．11BN和10BN的化学性质几乎无差异B．该晶体具有良好的导电性C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子D．B原子周围等距且最近的B原子数为12√√3．二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体模型如图所示，请认真观察该晶体模型后回答以下问题：(1)二氧化硅晶体中最小环为_______元环。(2)每个硅原子为________个最小环共有；每个最小环中有________个硅原子，________个氧原子。(3)每个最小环平均拥有________个硅原子，_______个氧原子。(4)1molSiO2中含有________molSi—O键。121266

14[解析]

(1)SiO2晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。在金刚石晶体中，每个最小环上有6个碳原子，因此SiO2晶体中每个最小环上有6个Si原子，另外六边形的每条边上都插入了1个氧原子，所以最小环为12元环。

[情境探究]C60分子又称为足球烯，它是一个由60个碳原子结合形成的稳定分子，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托勾画出的C60的分子结构，富勒的启示起了关键性作用，因此他们一致建议，将其命名为富勒烯。科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60。分子晶体的结构与性质1．固态N60的晶体类型是什么？N60晶体与N2晶体的熔点谁的更高？提示：固态N60是分子晶体，由于分子晶体相对分子质量越大，熔、沸点越高，所以N60晶体的熔点高于N2晶体。2．为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？提示：冰晶体主要是水分子之间依靠氢键结合形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很大空隙，比较松散。所以水结成冰后，体积膨胀，密度减小。3．干冰和碘晶体易升华的原因是什么？乙醇与甲醚的相对分子质量相等，为什么乙醇的沸点高于甲醚？提示：碘晶体和干冰的分子间以较弱的范德华力结合；乙醇分子间存在氢键，分子间作用力强，甲醚分子间不存在氢键，分子间作用力弱，所以乙醇的沸点高于甲醚。[归纳总结]1．分子晶体的结构特点若分子间不存在氢键，则分子晶体的微粒排列时尽可能采用紧密堆积方式；若分子间存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，则晶体不能采用紧密堆积方式。2．分子晶体的性质(1)分子晶体一般具有较低的熔点和沸点、较小的硬度、较强的挥发性。(2)分子晶体在固态、熔融时均不导电。(3)不同的分子晶体在溶解度上存在较大差别，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有较大差别。[注意]

a.稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。b.分子晶体气化或熔融时，克服分子间作用力，不破坏化学键。[能力达成]1．(双选)下列性质中，符合分子晶体性质的是(

)A．熔点为1070℃，易溶于水，水溶液能导电B．熔点为10.31℃，液态不导电，水溶液能导电C．易溶于CS2，熔点为112.8℃，沸点为444.6℃D．熔点为97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·cm-3√√BC

[熔点为1070℃，熔点高，易溶于水，水溶液导电，属于离子晶体的特点，A不符合题意；熔点为10.31℃，熔点低，符合分子晶体的特点，液态不导电，是由于液态时，只存在分子，没有离子，水溶液能导电，溶于水后，分子在水分子的作用下，电离出自由移动的离子，B符合题意；CS2为非极性分子，易溶于CS2的一般为分子晶体，熔点112.8℃，沸点444.6℃，熔、沸点低，符合分子晶体的性质，C符合题意；熔点为97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·cm-3，这是金属Na的物理性质，符合金属晶体的特点，D不符合题意。]2．(双选)晶胞是晶体结构中可重复出现的基本的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(

)A．C60分子的摩尔质量是720B．C60与苯互为同素异形体C．一个C60晶胞中有4个C60分子D．每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个√√

√学习效果随堂评估1．SiCl4的分子结构与CCl4的相似，下列对SiCl4的推测不正确的是(

)A．SiCl4晶体是分子晶体B．常温、常压下SiCl4是气体C．SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子D．SiCl4为正四面体结构243题号15√B

[由于SiCl4的分子结构与CCl4的相似，所以SiCl4晶体属于分子晶体；CCl4是正四面体结构，SiCl4与其结构相似，因此也是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。]243题号152．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是(

)A．金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子B．分子晶体中一定存在共价键C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HFD．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键23题号145√A

[金刚石属于共价晶体，其中的碳原子采取sp3杂化，每个碳原子与周围的4个碳原子形成正四面体结构，通过共价键形成空间立体网状结构，晶体中最小环上有6个碳原子，A项正确；分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体形成的晶体为分子晶体，稀有气体是单原子分子，原子间没有共价键，B项错误；HF分子间存在氢键，HI分子间不存在氢键，故HI的沸点低于HF，C项错误；SiO2属于共价晶体，在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D项错误。]23题号1453．下列关于SiO2晶体网状结构(如图)的叙述正确的是(

)A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B．最小环上有3个Si和3个OC．最小环上Si和O原子数之比为1∶2D．最小环上有6个Si和6个O23题号415√D

[二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成四个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于四面体中心，O处于四面体4个顶角，故A错误；最小的环上，有6个Si和6个O，所以最小的环上硅、氧原子数之比为1∶1，故B、C错误，D正确。]23题号4154．(双选)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是(

)243题号15A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电B．