【高中化学】共价晶体课件 高二化学人教版（2019）选择性必修2.pptx

第二节第二节 分子晶体与共价晶体分子晶体与共价晶体第三章第三章 晶体晶体结构与性质结构与性质第二课时共价晶体1能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述晶体中微粒排列的周期性规律。2借助金刚石和晶体硅等的模型认识晶体的结构特点，并能说明晶体中的微粒及微粒间的相互作用。学习目标学习目标新课导入新课导入物质熔点/沸点/CO256.2（在527kPa下测得）78.5SiO217232230干冰SiO2CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断：SiO2是分子晶体吗？为什么熔点SiO2远高于CO2？1概念概念相邻原子间以相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。知识梳理知识梳理一、共价晶体的概念与性质一、共价晶体的概念与性质共价键1概念概念相邻原子间以相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。知识梳理知识梳理一、共价晶体的概念与性质一、共价晶体的概念与性质2构成微粒及作用力构成微粒及作用力共价键气化或熔化时破坏的作用力为共价键3.3.共价晶体的物理性质共价晶体的物理性质熔点很高共价晶体中，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。结构相似的共价晶体，原子半径越小小，键长越短短，键能越大大，晶体的熔点越高高。硬度很大一般不导电，但晶体硅是半导体难溶于一般溶剂4常见共价晶体及物质类别常见共价晶体及物质类别(1)某些单质：如、锗(Ge)、硼(B)和灰锡(Sn)等。(2)某些非金属化合物：如、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)等。碳化硅(SiC)金刚石硅(Si)单晶硅金刚石SiO21不同类型晶体熔、沸点的高低比较不同类型晶体熔、沸点的高低比较不同类型的晶体，熔、沸点的高低顺序为共价晶体分子晶体，原因是共价晶体的熔、沸点与共价键的大小有关，而分子晶体的熔、沸点与分子间的作用力有关。2共价晶体熔、沸点的高低比较共价晶体熔、沸点的高低比较(1)共价晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键能。一般来说，键长越短、键能键长越短、键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。(2)若未告知键长和键能的数据时，可以通过比较原子半径的大小比较原子半径的大小来确定共价键的强弱。如比较金刚石(CC)、晶体硅(SiSi)、碳化硅(SiC)，其中原子半径：SiC，则熔点：金刚石碳化硅晶体硅。归纳总结归纳总结(1)共价晶体中不存在单个的分子，因此共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比只表示其组成的原子个数比。(2)共价晶体熔化时破坏的作用力是共价键熔化时破坏的作用力是共价键。(3)共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体含有共价键的晶体不一定是共价晶体，如I2、S8等分子晶体中也含有共价键。(4)由原子构成的晶体不一定是共价晶体由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如由稀有气体构成的晶体属于分子晶体，共价晶体中不存在范德华力。1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是天然存在的硬度最大的物质D化学性质稳定，在高温下也不与氧气发生反应【解析】金刚石是碳原子间以共价键结合形成的空间网状结构的共价晶体，不存在单个的分子。在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大。在高温下金刚石可以与氧气反应生成二氧化碳。巩固练习巩固练习D2下列晶体属于共价晶体的是()A晶体碘B晶体硅C干冰D冰B分子晶体分子晶体分子晶体共价晶体共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大ABCD3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()D归纳总结归纳总结二、认识二、认识典型的共价晶体的晶胞结构典型的共价晶体的晶胞结构 金刚石金刚石SiO2金刚石金刚石SiO2(1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均约为10928(3)最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内(4)每个C参与4个CC的形成，每个CC被2个碳原子共用，故C原子数与CC个数之比为1210928共价键 每个结构单元中，每个C原子和 个C原子形成正四面体形结构，最小的环是 元环。每个晶胞中，平均含有 个C原子，与每个C距离最近且相等的C原子是 个。没有单个分子存在。4 8 6 4 在SiO2晶体中，每个Si原子和 个O原子形成 个共价键即每个Si原子周围结合 个O原子；同时，每个O 原子和 个Si原子相结合。在SiO2晶体中，最小的环是 元环。单个的SiO2分子存在。4 4 4 2 12 没有没有 在金刚石晶体中碳原子采取何种杂化轨道成键？从结构上解释金刚石熔点高、硬度大的原因。键长短、键能大，形成空间立体网状结构。sp3杂化杂化(3)SiO2晶体的结构相当于将金刚石中的C原子全都换为Si原子，同时在每两个Si原子中心连线的中间添加一个O原子，在晶体中只存在SiO，不存在SiSi和OO。(4)金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目：金刚石(或晶体硅)中，1molC(或Si)形成2molCC(或SiSi)；碳化硅晶体中，1mol碳或1mol硅均形成4molCSi；SiO2晶体中，1molSiO2晶体中有4molSiO。1.金刚石晶体金刚石晶体中，每个碳原子均以4个 对称地与相邻的 个碳原子相结合，形成CCC夹角为 的 体结构(即金刚石中的碳采取 杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是 元环。二二.常见共价晶体结构分析常见共价晶体结构分析共价单键410928正四面sp3六2.二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个_对称地与相邻的 个氧原子相结合，每个氧原子与 个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有 个硅原子和 个氧原子，硅、氧原子个数比为 。共价键42(2)低温石英的结构中有顶角相连的 形成螺旋上升的长链，而没有封闭的 。这一结构决定了它具有 。6612硅氧四面体环状结构手性2.如图为干冰的晶体结构示意图。(1)通过观察分析，有_种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为_ pm。(2)其密度为_(1 pm1010 cm)。41.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。8(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为_ gcm3。(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为_ pm。1金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是()A金刚石中CC的键角均为10928，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B金刚石的熔点高与CC的键能无关C金刚石中碳原子个数与CC键数之比为12D金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却巩固练习巩固练习C金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化2下列有关共价晶体的叙述不正确的是()A金刚石和二氧化硅晶体的基本结构单元都是正四面体结构B含1molC的金刚石中CC的数目是2NA，1molSiO2晶体中SiO的数目也是2NAC干冰在熔化时，晶体中的共价键不会断裂DSiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式B(1)一看构成微粒或作用力类型晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下：晶体类型分子晶体共价晶体构成微粒分子原子微粒间作用力分子间作用力共价键归纳总结归纳总结“三看法三看法”判断共价晶体和分子晶体判断共价晶体和分子晶体(2)二看物质类别单质类大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼、灰锡等除外)属于分子晶体。化合物类共价化合物绝大多数为分子晶体，但SiO2、SiC、Si3N4、BN、AlN等为共价晶体。晶体类型分子晶体共价晶体熔、沸点较低高硬度较小大导电性固态不导电，某些溶于水后能导电一般不导电，个别为半导体(3)三看物理性质晶体的物理性质对比如下：例1.有下列几种晶体:A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。(1)属于分子晶体的是,直接由原子构成的分子晶体是。(2)属于共价晶体的化合物是。(3)直接由原子构成的晶体是。(4)受热熔化时,需克服共价键的是。BCEFBCEFE EA AADEADEADAD1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干冰举一反三举一反三A单质单质分子晶体2下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘ABCD【解析】属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成的，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。C3回答下列问题：(1)氮化碳和氮化硅晶体结构相似，是新型的非金属高温陶瓷材料，它们的硬度大、熔点高，化学性质稳定。氮化硅的硬度_(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是_。(2)第A、A族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与单晶硅相似。在GaN晶体中，每个Ga原子与_个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为_，GaN属于_晶体。三种新型半导体材料的熔点由高到低的顺序为_。碳均为共价晶体，氮化硅中NSi的键长比氮化碳中CN的键长长，键能小小于4正四面体共价GaNGaPGaAs氮化硅和氮化【解析】(1)氮化硅和氮化碳均为共价晶体。氮化硅中NSi的键长比氮化碳中CN的键长长，键能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。(2)GaN与单晶硅结构相似，所以每个Ga原子与4个N原子形成共价键，每个N原子与4个Ga原子形成共价键。与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体结构，GaN与晶体硅都是共价晶体。原子半径越小，共价键越强，晶体的熔点越高。1下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是()ASO2和SiO2BCO2和H2OCBN和HClDCCl4和KCl【解析】A中SO2和SiO2的化学键都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2晶体属于分子晶体，SiO2晶体属于共价晶体；B中CO2和H2O的化学键都是极性共价键，且晶体都属于分子晶体；C中BN和HCl的化学键都为极性共价键，但晶体类型不同，BN晶体属于共价晶体，HCl晶体属于分子晶体；D中CCl4的化学键为极性共价键，KCl的化学键为离子键，CCl4晶体属于分子晶体，KCl晶体不属于分子晶体。当堂检测当堂检测B2根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是()AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/19068257335001410沸点/18057282351002628ASiCl4是分子晶体B晶体硼是共价晶体CAlCl3是分子晶体，加热能升华D金刚石中的CC比晶体硅中的SiSi弱D【解析】SiCl4、AlCl3的熔、沸点较低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，故AlCl3加热能升华，A、C项正确；晶体硼的熔、沸点较高，是共价晶体，B项正确；C的原子半径比Si的原子半径小，金刚石中的CC的键长比晶体硅中的SiSi的键长短，金刚石中的CC的键能比晶体硅中的SiSi的键能大，故金刚石中的CC比晶体硅中的SiSi强，D项错误。3下列晶体性质的比较中，正确的是()A熔点：单质硫磷晶体硅B沸点：H2ONH3HFC硬度：白磷冰二氧化硅D熔点：SiI4SiBr4SiCl4【解析】硫与磷是分子晶体，晶体硅是共价晶体，其中晶体硅的熔点远高于硫与磷的熔点，A项错误；氟化氢、冰、氨都是分子晶体，三种物质之中都存在氢键，水在常温下是液体，氟化氢、氨常温下是气体，则水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是共价晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。D4我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的SiSi之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是()A石英晶体中每个Si原子通过SiO极性键与4个O原子作用B每个O原子也通过SiO极性键与2个Si原子作用C石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12，可用“SiO2”来表示石英的组成D在晶体中存在石英分子，故能叫分子式D【解析】晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点，故SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。5有下列几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。(1)属于分子晶体的是_(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是_。(2)属于共价晶体的化合物是_。(3)直接由原子构成的晶体是_。(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是_，需克服共价键的是_。BCEFEAADEBCFAD【解析】根据构成晶体的粒子不同，分子晶体仅由分子组成，共价晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子构成的晶体；共价晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，共价晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；共价晶体熔化时，破坏化学键。