【化学】共价晶体教学课件 2023-2024学年高二下学期人教版（2019）选择性必修2

1、分子晶体与共价晶体第三章 第二节第二课时共价晶体组成相似组成相似化学性质相似化学性质相似干冰干冰石英石英样品样品熔点熔点沸点沸点干冰、石英的溶沸点干冰、石英的溶沸点咋相差咋相差如此之大如此之大？回顾个事儿回顾个事儿PA R T 01共价晶体的结构和性质共价晶体的结构特点共价晶体的结构特点(1)构成粒子及作用力 共价晶体(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键 结构，不存在 的小分子，是一个“巨分子”。又称“共价晶体”原子原子共价键共价键网状网状单个单个碳原子共价键除了金刚石，还有哪些物质属于共价晶体呢？共价晶体与物质的类别共价晶体与物质的类别物质种类实例某些晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些二氧化硅(SiO2)等金属或金属或非金属单质非金属单质非金属化合物非金属化合物氧化物氧化物原子半径：原子半径：Si C键长：键长：Si-Si C-C，键能小，键能小金刚石硅熔点/35001410硬度106.5对比金刚石和硅晶体熔点，分析原因熔点和硬度：熔点和硬度：硅晶体硅晶体金刚石金刚石共价晶体的熔、沸点共价晶体的熔、沸点共价晶体金刚石

2、 碳化硅硅熔点/350027001410共价晶体的熔、沸点共价晶体的熔、沸点(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有 的熔点。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，晶体的熔点越 。很高很高小小短短大大高高点这里提前预知精彩剧情点这里提前预知精彩剧情课本课本8282页思考与讨论页思考与讨论（1）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？共价晶体金刚石硅锗熔点/3 5001 4101 211硬度*106.56.0同属于共价晶体，熔点和硬度都很高C、Si、Ge原子半径依次递增，CC、SiSi、GeGe键长依次递增，键能减小课本课本8282页思考与讨论页思考与讨论（1）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对么？为什么？不对。分子晶体中的CO2、H2O等大多数分子也有共价键很多离子晶体，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在阴离子或阳离子内部也含有共价键共价晶体：具有共价键，构成粒子原子！共价晶体与分子晶体共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较熔、沸点高低的比较(1)晶体类型不同：共

3、价晶体分子晶体 【理由】：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。(2)晶体类型相同共价晶体：一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。【例如】：金刚石碳化硅晶体硅。分子晶体请看下一页共价晶体与分子晶体共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较熔、沸点高低的比较分子晶体a若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HFHI；NH3PH3；H2OH2Te。b组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2Br2Cl2F2；SnH4GeH4SiH4CH4。c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，范德华力越大，熔、沸点越高。如CON2。d同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷异戊烷新戊烷。【即学即练即学即练1】1下列说法正确的是AHF和Br2分子中均含有sp 键 B沸点：H2OH2SH2Se碳化硅金刚石 D酸性：CF3COOHCCl3COOHCH3COOH【即学即练即学即练1】2下列物质性质和解释不正确的

4、是AHF、HCl、HBr的热稳定性依次减弱是因为非金属性逐渐减弱BHCl、HBr、HI的沸点逐渐增大是因为其相对分子质量逐渐增大CNH3在水中的溶解度大于PH3是因为NH3的相对分子质量比PH3小D金刚石的熔点高于晶体硅是因为C-C键长比Si-Si键长短PA R T 02典型的共价晶体CC键键键长键长(pm)键能键能(kJ/mol)熔点熔点()硬度硬度154347.73500天然最大很高很短很大熔点高，硬度大，不导电 键长越短，键能越大。金刚石金刚石点这儿回去点这儿回去金刚石金刚石碳原子都采取碳原子都采取sp3杂化杂化，键角为，键角为109 28的三维骨架的三维骨架杂化类型：杂化类型：10928最小环上有多少个碳原子，是否在同一平面内？来吧，来吧，展示展示 金刚石金刚石面心顶点体内8 81=16 21=34一个金刚石晶胞内含有8个碳原子金刚石金刚石金刚石金刚石(1)碳原子采取 杂化，CCC夹角为 。(2)每个碳原子与周围紧邻的 个碳原子结合，形成共价键三维骨架（正四面体）结构。向空间伸展形成空间网状结构(3)最小碳环由 个碳原子组成，且最小环上有 个碳原子在同一平面内；每个碳原子被 个

5、六元环共用。sp31092846412l用用Si代替代替C原子形成的是什么晶体？原子形成的是什么晶体？l 如果如果Si原子间插入原子间插入O原子呢？原子呢？二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构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 形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性(左、右型)。硅氧四面体硅氧四面体石英的左、右型晶体低温石英：硅氧四面体相连构成的螺旋链石英表18010928SiSiOO共价键共价键二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构Si原子采取 杂化，正四面体内OSiO键角为 。sp310928硅（Si）二氧化硅（SiO2）由共价键形成三维骨架结构，高硬度、高熔点共同点：不同点：最小的环为6元环最小的环为12元环熔点：1415熔点：1713半径：Si O键长：Si-OSi-Si键能：Si-OSi-Si二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构每个

6、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 。44SiO2221：2不是不是1：4？你逗我呢？你逗我呢？Si1O42所以晶体中所以晶体中Si、O原子个数比才为原子个数比才为_1 2 二氧化硅晶体二氧化硅晶体wordword天！天！SiOSiO2 2竟只是化学式！竟只是化学式！不是分子式！不是分子式！二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子。(2)二氧化硅的用途：二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。1266替换替换替换替换碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅替换替换替换替换SiOSiO2 2二氧化硅晶体二氧化硅晶体【即学即练即学即练2】1“天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅材料。碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性等性能，结构如图，下列叙述不正确的是【即学即练即学即练2】2美国科学杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光

7、加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是A该共价晶体中含有极性键 B该共价晶体易汽化，可用作制冷材料C该共价晶体有很高的熔沸点 D该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料分子晶体和共价晶体的比较分子晶体和共价晶体的比较晶体类型分子晶体共价晶体定义分子间通过分子间作用力结合形成的晶体相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体组成微粒分子原子物质类别多数非金属单质和共价化合物金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等微粒间的作用力分子间作用力共价键熔化时需克服的作用力较弱的分子间作用力很强的共价键分子晶体和共价晶体的比较分子晶体和共价晶体的比较晶体类型分子晶体共价晶体物理性质熔、沸点较低很高硬度较小很大导电性固态和熔融态时一般都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电，如HCl固态和熔融态时多数不导电，但晶体Si、晶体Ge为半导体，能导电溶解性相似相溶难溶于一般溶剂决定熔、沸点高低的因素分子间作用力的强弱共价键的强弱典型例子干冰、冰金刚石、二氧化硅三种常见共价晶体晶胞拓展三种常见共价晶体晶胞拓展1金刚石(晶体硅)金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶角和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。三种常见共价晶体晶胞拓展三种常见共价晶体晶胞拓展2碳化硅晶胞(1)碳、硅原子都采取sp3杂化，CSi夹角为10928。(2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成三维骨架结构。(3)最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。(4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。三种常见共价晶体晶胞拓展三种常见共价晶体晶胞拓展3二氧化硅晶胞SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶角，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。

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