第三章晶體結構與性質第二節(jié)分子晶體與共價晶體課時二

共價晶體學習目標01.借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點，發(fā)展“證據推理和模型認知”的科學素養(yǎng)02.能夠從化學鍵的特征分析理解共價晶體的物理特性，發(fā)展“宏觀辨識和微觀探析”的學科核心素養(yǎng)共價晶體01共價晶體干冰熔點/℃-56.2(527kPa)沸點/℃-78.5二氧化硅熔點/℃1723沸點/℃2230碳和硅元素同為第四主族的元素，從其形成的化合物外形來看，均為晶體，而兩種晶體的熔沸點卻相差很大，這是為什么呢？01共價晶體組成的粒子：原子粒子間的作用力：共價鍵性質：熔點高共價晶體組成的粒子：分子粒子間的作用力：范德華力性質：熔點低分子晶體01共價晶體共價晶體構成粒子原子粒子間的作用力共價鍵

【思考】：由原子構成的晶體一定是共價晶體嗎？構成粒子及作用力金剛石晶體結構模型相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間立體網狀結構的晶體

共價晶體共價鍵碳原子01共價晶體1、由原子構成的晶體一定是共價晶體嗎？思考討論

2、含有共價鍵的晶體一定是共價晶體嗎？

3、如何判斷是否為共價晶體嗎？

不一定，金屬晶體也是由原子構成的（下一節(jié)學習）

不一定，共價晶體中含有共價鍵，但分子晶體中也含有共價鍵，如CO201共價晶體Si3N4晶體結構

共價晶體的判斷方法一：根據物質類別1、某些單質金剛石(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、灰錫（Sn）、硼（B）、等2、某些非金屬化合物二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)、金剛砂（SiC）、等01共價晶體方法二：根據晶體的物理性質1、共價晶體的熔點很高（一般情況下，大于1000℃）硬度很大（如金剛石是天然礦物中最硬的物質），多數非導體（晶體硅和鍺為半導體）某些共價晶體的熔點和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.001共價晶體思考討論1、對比分子晶體，為什么共價晶體的熔點和硬度很高？分子晶體熔化或氣化時斷裂的是分子間作用力，而共價晶體熔化或氣化時斷裂是共價鍵，共價鍵的強度比分子間作用力的強度大的多2、都是原子晶體，為什么熔點：金剛石>碳化硅>硅？由于原子半徑：Si>C，鍵長:C-C<C-Si<Si-Si，鍵能:C-C>C-Si>Si-Si,鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，熔沸點越高【總結】結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，晶體的熔點、沸點越高。01共價晶體

科學研究表明，30億年前，在地殼下200km左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結構的金剛石?；鹕奖l(fā)時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質∶熔點高，不導電，硬度極高。這些性質顯然是由金剛石的結構決定的。那么，金剛石具有怎樣的結構呢?金剛石磨頭金剛石鉆石01共價晶體

典型的共價晶體一、金剛石01共價晶體一、金剛石01共價晶體一、金剛石01共價晶體①在晶體中每個碳原子以

個共價單鍵與

相鄰的

個碳原子相結合，成為正四面體。②晶體中C-C-C夾角為

，碳原子采取

雜化。

正四面體最小環(huán)為六元環(huán)③最小環(huán)上有

個碳原子，最多

個碳原子在同一平面。④每個碳原子被

個六元環(huán)共用。

四4109°28'sp36412一、金剛石01共價晶體⑥在金剛石晶胞中占有的碳原子數____

88×1/8+6×1/2+4=812g金剛石含有___個C原子，含有____個C-C鍵NA2NA⑤晶體中每個C參與了

條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有___，故C原子與C—C鍵數之比為：

。1：(

)=1：2即金剛石中，1molC平均擁有

molC—C鍵421/2一、金剛石01共價晶體思考討論一個金剛石晶胞中含有___個碳原子，若碳原子半徑為r，金剛石晶胞邊長為a，根據硬球接觸模型，

則r=

a；已知：空間利用率=原子體積晶胞體積×100%金剛石晶胞的空間利用率=？88

01共價晶體

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點1713℃，有多種結構。二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個__________對稱地與相鄰的___個氧原子相結合，每個氧原子與___個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構（封閉的環(huán)狀結構）。最小的環(huán)上有__個硅原子和__個氧原子，硅、氧原子個數比為_________。共價鍵42661﹕2

二氧化硅01共價晶體低溫石英(α-SiO2)是最常見的一種結構。遍布海灘河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體、透明的水晶都是低溫石英。低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結構，這一結構決定了它具有手性石英的左、右型晶體01共價晶體

用途水泥單晶硅玻璃單晶硅制的芯片硅太陽能電池二氧化硅光導纖維01共價晶體思考討論硅晶體結構與金剛石極其相似，只是將碳原子換成了硅原子。那么1mol單晶硅中含有多少個Si-Si鍵？

1molSiO2

中含有多少Si-O鍵?單晶硅結構模型1molSiO2中含

molSi—O鍵1molSi中含

mol

Si-Si鍵4201共價晶體某些共價晶體的熔點和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.0*硬度是衡量固體軟硬程度的指標。硬度有不同的標度，最普通的硬度標度是劃痕硬度，即摩氏硬度，以固體互相刻畫時出現(xiàn)刻痕的固體的硬度較低。01共價晶體金剛石剛玉黃玉石英正長石磷灰石螢石方解石石膏滑石10987654321金剛石不能被任何天然礦物畫出刻痕，因而是最硬的，以金剛石的硬度為10，以另外幾種天然礦物為代表可將摩氏硬度分為十度，即：硬度大的物質不一定經得起錘擊，如金剛石硬度最大，很容易經錘擊而破碎。物質經受錘擊的性質屬于延展性。由于共價晶體中的共價鍵具有方向性，當受到大的外力作用時會發(fā)生原子錯位而斷裂。01共價晶體晶體的類型分子晶體共價晶體概念以分子間作用力結合相鄰原子間以共價鍵結合組成的粒子分子原子作用力分子間作用力共價鍵熔點較低較高硬度小大分子晶體和共價晶體對比01共價晶體三種物質中，每個原子均以sp3雜化形式與相鄰的四個原子形成σ鍵，整體上形成三維骨架結構，同屬于共價晶體，熔點都比較高。熔點的相對高低與共價鍵的強弱有關，共價鍵越強，熔點越高。金剛石、硅和鍺的結構差別在于碳、硅、鍺原子半徑依次遞增。C-C鍵、Si-Si鍵、Ge-Ge鍵的鍵長依次遞增，鍵長越長，鍵能越小，所以熔點和硬度依次下降。共價晶體金剛石硅鍺熔點/℃＞350014101211硬度*106.56.0根據所學內容，思考并回答：怎樣從原子結構的角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？01共價晶體比較物質的熔點的方法共價晶體分子晶體有氫鍵只有范德華力方法依據組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷依據性質判斷判斷晶體的類型鍵能越大熔點越高氫鍵的數目多少相對分子質量大小判斷鍵能的大小判斷分子間的作用力01共價晶體鍺Ge硅Si主要應用：低壓、低頻、中功率晶體管、光電探測器，取代了笨重的電子管，導致了集成電路的可能性砷化鎵GaAs磷化銦InP主要應用：毫米波器件、發(fā)光器件、衛(wèi)星通訊、移動通訊、光通訊、GPS導航等，較好的電子遷移率、帶隙等材料特性，資源稀缺，有毒性，污染環(huán)境碳化硅Sic、氮化鋁AlN、氮化鎵GaN、氧化鋅ZnO、金剛石C主要應用：高溫、高頻、抗輻射、大功率器件；藍、綠、紫光二極管、半導體激光器，更優(yōu)的電子遷移率、帶隙、擊穿電壓、高頻、高溫特性第一代半導體第二代半導體第三代半導體第三代半導體：中國半導體的希望！課堂總結02課堂總結概念金剛石二氧化硅性質共價晶體中的粒子及粒子間的相互作用共價晶體共價晶體常見共價晶體結構分析課堂練習03課堂練習1．下面關于SiO2晶體網狀結構的敘述正確的是A．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子B．最小的環(huán)上，Si和O原子數之比為1﹕2C．最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子D．存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角03課堂練習【答案】C【詳解】根據SiO2的晶體空間結構模型可判斷每個硅原子與4個氧原子結合形成4個共價鍵，每個氧原子與2個硅原子結合形成2個共價鍵，其空間網狀結構中存在四面體結構單元，硅原子位于四面體的中心，氧原子位于四面體的4個頂角；金剛石的最小環(huán)上有6個碳原子，SiO2的晶體結構可將金剛石晶體結構中的碳原子用硅原子代替，每個Si—Si鍵中“插入”一個氧原子，所以其最小環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，Si、O原子個數比為1∶1，因此選項ABD均是錯誤的，C正確；答案選C。03課堂練習2．金剛石和石墨的物理性質存在著較大差異，原因是()A．它們是由不同種元素構成的 B．他們各自的原子排列方式不同C．它們具有不同的幾何外形 D．石墨能導電而金剛石不能【答案】B【詳解】物質的組成和結構決定了物質的性質，金剛石和石墨均由C元素構成，但由于結構中碳原子的排列方式不同，所以物理性質存在較大差異，故答案為B。03課堂練習3．美國《科學》雜志曾報道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K，人們成功制得了共價晶體CO2，下列對該物質的推斷一定不正確的是A．該共價晶體中含有極性鍵B．該共價晶體易汽化，可用作制冷材料C．該共價晶體有很高的熔沸點D．該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料03課堂練習【答案】B【詳解】A、CO2固態(tài)時由分子晶體變?yōu)楣矁r晶體，其成鍵情況也發(fā)生了變化，由原來的C=O變?yōu)镃-O，但化學鍵依然為極性共價鍵，A項正確;B、CO2由分子晶體變成共價晶體，熔沸點高，不易汽化，不適合作制冷材料，B不正確;C、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體有很高的熔沸點，故C正確;D、CO2由分子晶體變成共價晶體，共價晶體具有硬度大耐磨等特點，D項正確;答案選Ｂ。03課堂練習4．下面關于SiO2晶體網狀結構的敘述正確的是A．1molSiO2晶體中Si-O鍵為2molB．二氧化硅晶體的分子式是SiO2C．晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結構D．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子03課堂練習【答案】C【詳解】A．每個Si原子形成四個共價鍵，則1molSiO2晶體中含4molSi-O鍵，故A錯誤；B．由二氧化硅晶體結構圖可知，每個硅原子周圍連有四個氧原子，每個氧原子周圍連有2個硅原子，則Si、O原子個數比為1：2，不存在分子，故B錯誤；C．在晶體中硅原子周圍有4對共用電子對，氧原子有2對共用電子對，而氧原子最外層就是6個電子，這樣兩種原子都滿足8電子結構，故C正確；D．由二氧化硅晶體結構圖可知，晶體中最小環(huán)上含有6個硅原子和6個氧原子，故D錯誤。故選：C。03課堂練習5．最近科學家成功制成了一種新型的碳氧化合物，該化合物晶體中每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合為一種空間網狀的無限伸展結構，下列對該晶體敘述錯誤的是A．該晶體類型是原子晶體

B．晶體中碳原子數與C-O化學鍵數之比為1∶2C．該化合物中碳原子采取sp3雜化

D．該晶體中碳原子和氧原子的個數比為1∶203課堂練習【答案】B【詳解】A．該晶體中，每個碳原子均以四個共價單鍵與氧原子結合為一種空間網狀的無限伸展結構，則此晶體類型是原子晶體，A正確；B．晶體中，每個碳原子與周圍的4個氧原子以共價單鍵相連，則碳原子數與C-O化學鍵數之比為1∶4，B錯誤；C．該化合物中每個碳原子與4