第三章晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第二節(jié)

分子晶體與共價(jià)晶體

課時(shí)21.知道共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)金剛石晶體中碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)；2.能借助共價(jià)晶體模型說明共價(jià)晶體中粒子間的相互作用。干冰SiO2物質(zhì)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃CO2-56.2-78.5SiO217232230CO2和SiO2的一些物理性質(zhì)如下表所示，通過比較試判斷：SiO2是分子晶體嗎？為什么熔點(diǎn)SiO2遠(yuǎn)高于CO2？一、共價(jià)晶體1.概念：所有原子都以共價(jià)鍵相互結(jié)合形成三維的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。原子共價(jià)鍵共價(jià)晶體構(gòu)成微粒微粒間作用力2.常見的共價(jià)晶體（1）硼（B）、金剛石（C）、硅（Si）、鍺（Ge）和灰錫（Sn）等（2）碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、二氧化硅（SiO2）和剛玉（Al2O3）等非密堆積Ⅱ.“具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體”，這種說法對(duì)嗎？為什么？不一定。晶體He、Ne、Ar、Kr等是分子晶體。不正確。分子晶體如干冰CO2、冰等分子內(nèi)可能含有共價(jià)鍵。Ⅰ.只由原子形成的晶體一定是共價(jià)晶體嗎？思考與討論共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0Ⅲ.對(duì)比分子晶體和共價(jià)晶體的數(shù)據(jù)，共價(jià)晶體有何物理特性？為什么？分子晶體氧氣氮?dú)馑蚧瘹浼淄橐宜崛埸c(diǎn)/℃-218.3-210.10-85.6-18216.6和分子晶體相比，共價(jià)晶體熔沸點(diǎn)高、硬度大。3.共價(jià)晶體的物理性質(zhì)（1）熔點(diǎn)很高共價(jià)晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化就要克服共價(jià)鍵，需要很高的能量。結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？提示：金剛石、硅和鍺均為共價(jià)晶體。鍵長(zhǎng)：碳碳鍵＜硅硅鍵＜鍺鍺鍵思考與討論Si3N4航天耐高溫材料（2）硬度很大單晶硅金剛石SiO2剛玉（4）難溶于一般溶劑（3）一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體碳化硅（SiC）砂輪二、典型共價(jià)晶體1．金剛石圖3-21金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖109°28′[思考]金剛石中,每個(gè)碳原子與多少個(gè)碳原子成鍵？

碳原子采取什么雜化方式？每個(gè)碳原子都采取sp3雜化，以共價(jià)鍵跟4個(gè)碳原子結(jié)合，形成正四面體。二、典型共價(jià)晶體1．金剛石圖3-21金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖109°28′[思考]最小的碳環(huán)由幾個(gè)碳組成？最小的碳環(huán)由6個(gè)碳組成，且不在同一平面內(nèi)。二、典型共價(jià)晶體1．金剛石金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)示意圖109°28′[思考]1mol金剛石中含有多少mol碳碳鍵？每個(gè)C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有一半，故C原子與C—C鍵數(shù)之比為：1:（4×?）=1:2，故1mol金剛石中含有2mol碳碳鍵。[思考]一個(gè)金剛石晶胞中，含有幾個(gè)碳原子？頂點(diǎn)：8×＝1面心：6×＝381211＋3＋4＝8體內(nèi)：4金剛石的晶胞示意圖頂點(diǎn)體內(nèi)面心[思考]二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)與金剛石晶體結(jié)構(gòu)有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？2．二氧化硅

把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,每?jī)蓚€(gè)硅原子之間增加一個(gè)氧原子,即形成SiO2的晶體結(jié)構(gòu)。（1）每個(gè)Si原子都采取

雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為

。（2）最小的碳環(huán)是由

個(gè)Si原子和

個(gè)O原子組成的

元環(huán)。（3）1molSiO2中含

Si—O鍵2．二氧化硅[思考]SiO2是二氧化硅的分子式嗎？二氧化硅為共價(jià)晶體，晶體中不存在單個(gè)分子，其化學(xué)式為Si與O的最簡(jiǎn)個(gè)數(shù)比，而不是分子式。sp3109°28′66124mol石英的左、右型晶體二氧化硅晶體中硅氧四面體螺旋結(jié)構(gòu)石英表

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(α-SiO2)。低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長(zhǎng)鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。制造：水泥、玻璃、人造寶石、單晶硅、硅光電池、芯片、光導(dǎo)纖維晶體類型共價(jià)晶體分子晶體組成微粒

作用力熔沸點(diǎn)硬度溶解性導(dǎo)電性原子分子共價(jià)鍵分子間作用力很大較小很大較小不溶于任何溶劑部分溶于水不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體固體和熔化狀態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電三、共價(jià)晶體和分子晶體的比較[思考]比較SiO2、CO2、H2O的熔點(diǎn)，并總結(jié)比較物質(zhì)的熔點(diǎn)的方法。熔點(diǎn)：SiO2＞H2O＞CO2[練一練]1．下列有關(guān)共價(jià)晶體的敘述錯(cuò)誤的是(

)A．共價(jià)晶體中，只存在共價(jià)鍵B．共價(jià)晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C．共價(jià)晶體中不存在獨(dú)立的分子D．共價(jià)晶體熔化時(shí)不破壞共價(jià)鍵D2.碳化硅(SiC)是一種晶體,具有類似于金剛石的結(jié)構(gòu),其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三種晶體:①金剛石②晶體硅③碳化硅,它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是(

)A.①③② B.②③①C.③①② D.②①③A解析:C與Si同為第ⅣA族元素,三種晶體的相似性表現(xiàn)在金剛石是共價(jià)晶體,晶體硅、碳化硅也是共價(jià)晶體。根據(jù)硅的原子半徑比碳大,可知Si—Si鍵的鍵能比C—C鍵小,而C—Si鍵鍵能應(yīng)在二者之間,三種共價(jià)晶體空間結(jié)構(gòu)相似,熔點(diǎn)取決于它們的鍵長(zhǎng)與鍵能大小,故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅,正確答案為A。3．有下列物質(zhì)：①水晶②冰醋酸③氧化鈣④白磷⑤晶體氬⑥氫氧化鈉⑦鋁⑧金剛石⑨過氧化鈉⑩碳化鈣?碳化硅?干冰?過氧化氫。根據(jù)要求填空：(1)屬于共價(jià)晶體的化合物是________(填序號(hào)，下同）。(2)直接由原子構(gòu)成的晶體是________。(3)直接由原子構(gòu)成的分子晶體是________。(4)由極性分子構(gòu)成的晶體是________，屬于分子晶體的單質(zhì)是________。①?①⑤⑧?②?⑤④⑤4.硅是一種重要的非金屬單質(zhì),硅及其化合物的用途非常廣泛。根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答硅及其化合物的相關(guān)問題。(1)基態(tài)硅原子的核外電子排布式為

。

(2)晶體硅的微觀結(jié)構(gòu)與金剛石相似,晶體硅中Si—Si鍵之間的夾角大小為

。

1s22s22p63s23p2109°28'(3)根據(jù)下表中三種物質(zhì)(晶體)的熔點(diǎn)，簡(jiǎn)要解釋熔點(diǎn)產(chǎn)生差異的原因:①SiO2

SiCl4:

。

②SiCl4

SiF4:

。

物質(zhì)SiO2SiCl4SiF4熔點(diǎn)/℃1710-70.4-90.2SiO2