第二節(jié)分子晶體與共價晶體

第2課時

共價晶體

人教版選擇性必修2情境引入

碳和硅元素位于元素周期表中同一主族，且二氧化碳和二氧化硅晶體均含有共價鍵，為什么熔沸點(diǎn)差異那么大？晶體CO2SiO2熔點(diǎn)（℃）-56.61723沸點(diǎn)（℃）-78.522301．知道共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)識金剛石晶體中碳原子的三維骨架結(jié)構(gòu)，能借助共價晶體模型說明共價晶體中粒子間的相互作用。2．能結(jié)合具體實(shí)例，說出共價晶體的粒子間相互作用與其性質(zhì)（熔點(diǎn)、硬度等）的關(guān)系。學(xué)習(xí)目標(biāo)共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)之間的關(guān)系重難點(diǎn)閱讀課本P81-84，回答下列問題1.共價晶體的構(gòu)成微粒及微粒間的作用力是什么？2.哪些晶體屬于共價晶體呢？3.由原子構(gòu)成的晶體一定是共價晶體嗎？4.含有共價鍵的晶體一定是共價晶體嗎？5.金剛石（C）、二氧化硅(SiO2)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？

共價晶體(1)定義：相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的具有空間三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。(2)構(gòu)成微粒：原子

(3)微粒間的作用：共價鍵

1．構(gòu)成粒子及作用力金則石晶體2．典型的共價晶體（1）某些單質(zhì)：如：硼（B）、金剛石（C）、硅（Si）、鍺（Ge）和灰錫（Sn）（2）某些非金屬氧化物：如：碳化硅(SiC金剛砂)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)，氮化硼等注意：共價晶體之間不存在分子間作用力思考1：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，歸納共價晶體的性質(zhì)特點(diǎn)，并從結(jié)構(gòu)角度解釋原因某些共價晶體的熔點(diǎn)和硬度共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350030002700171014101211硬度*109.59.576.56.0

硬度是衡量固體軟硬程度的指標(biāo)。硬度有不同的標(biāo)度，最普通的硬度標(biāo)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。金剛石硬度最大

共價晶體的性質(zhì)特點(diǎn)熔點(diǎn)高(通常＞1000℃)硬度大

共價晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

原子通過共價鍵形成空間三維骨架結(jié)構(gòu)3.物理性質(zhì)(1)熔沸點(diǎn)較高：共價晶體在受熱熔化時，破壞的作用力是共價鍵，故共價晶體的熔沸點(diǎn)較高(2)共價晶體硬度較大(3)共價晶體一般不導(dǎo)電（硅、鍺是半導(dǎo)體

——

導(dǎo)電）(4)溶解性一般難溶于一些常見的溶劑（如：水、四氯化碳）思考2：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？共價晶體金剛石硅鍺熔點(diǎn)/℃＞350014101211硬度*106.56.0

三種物質(zhì)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(jié)構(gòu)，同屬于共價晶體，熔點(diǎn)都比較高。熔點(diǎn)的相對高低與共價鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，共價鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高。金剛石、硅和鍺的結(jié)構(gòu)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(diǎn)和硬度依次下降。注：①若沒有告知鍵長或鍵能數(shù)據(jù)，可比較原子半徑的大小。一般原子半徑越小，則化學(xué)鍵的鍵長越短，鍵能就越大，鍵就越牢固，破壞化學(xué)鍵需要的能量就越大，該晶體的熔點(diǎn)就越高。例如，比較金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點(diǎn)高低時，原子半徑的大小關(guān)系為C<Si，則鍵長的大小關(guān)系為C—C<C—Si<Si—Si，故鍵能的大小關(guān)系為C—C>C—Si>Si—Si，熔點(diǎn)的大小關(guān)系為金剛石>碳化硅>晶體硅。取決于共價鍵的鍵長和鍵能。鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高。4.

共價晶體熔沸點(diǎn)高低的判斷：②對于不同類型的晶體，熔、沸點(diǎn)的高低順序：共價晶體>分子晶體思考3：根據(jù)下表中給出的有關(guān)數(shù)據(jù)，判斷下列說法中錯誤的是(

)

AlCl3SiCl4晶體硼金剛石晶體硅熔點(diǎn)/℃190－682300>35001410沸點(diǎn)/℃17857255048272355A．SiCl4是分子晶體B．晶體硼是共價晶體C．AlCl3是分子晶體，加熱能升華D．金剛石中的C—C鍵比晶體硅中的Si—Si鍵弱選D如何判斷某晶體為共價晶體？5.共價晶體的判斷(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷：(2)依據(jù)晶體的熔點(diǎn)判斷：(3)依據(jù)晶體的導(dǎo)電性判斷：(4)依據(jù)晶體的硬度和機(jī)械性能判斷：(5)依據(jù)物質(zhì)的分類判斷：構(gòu)成共價晶體的粒子是原子，粒子間的作用力是共價鍵。共價晶體的熔點(diǎn)高，常在1000℃以上。共價晶體多數(shù)為非導(dǎo)體，但晶體Si、晶體Ge為半導(dǎo)體。共價晶體硬度大常見的共價晶體有金剛石、晶體硼、晶體硅、晶體鍺等單質(zhì)，或者SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。6.典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——金剛石金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖金剛石是典型的共價晶體，天然的金剛石經(jīng)常呈現(xiàn)規(guī)則多面體的外形。金剛石中晶胞的截取

（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(jié)合，成為正四面體。

（2）晶體中C-C-C夾角為

，碳原子采取

雜化。

（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。

44109°28'sp36412金剛石結(jié)構(gòu)最小環(huán)為六元環(huán)正四面體

（5）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(xiàn)只有

，故C原子與C—C鍵數(shù)之比為：

。41/21：212g金剛石含有

個C原子，含有

個C-C鍵)NA2NA3×4=12

金剛石里的C—C共價鍵的鍵長（154pm）很短，鍵能（347.7kJ/mol）很大，這一結(jié)構(gòu)使金剛石在所有已知晶體中硬度最大，而且熔點(diǎn)（＞3500℃）也很高。高硬度、高熔點(diǎn)是許多有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的共價晶體的特性。金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(6)在金剛石晶胞中，碳原子位置

：

；占有的碳原子數(shù)____?！づ湮粩?shù)為：4三維坐標(biāo)系：

8(8×1/8+6×1/2+4=8)頂角、面心、體內(nèi)（7）密度計(jì)算：體內(nèi)C原子位于小立方體的體心

（將大晶胞分成8個，其中4個小晶胞的體心）∴

碳碳鍵的鍵長=立方體體對角線的1/4

4

即：2r=設(shè)金剛石中碳原子半徑為rcm，則金剛石密度為

g/cm3。不同角度觀察金剛石晶胞結(jié)構(gòu)原子的排列(1)二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，熔點(diǎn)1713℃，有多種結(jié)構(gòu),最常見的為低溫石英。(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結(jié)合，每個氧原子與2個硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)（封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)）。二氧化硅晶體中硅、氧原子個數(shù)比為____。②最小的環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成的③1molSiO2中含

molSi—O鍵注：SiO2為化學(xué)式并非分子式，二氧化硅為共價晶體不存在分子1：27.典型共價晶體的結(jié)構(gòu)分析——二氧化硅晶體4二氧化硅可近似看作是由金剛石變形的來（3）低溫石英(α-SiO2)是最常見的一種結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性(左、右型)，被廣泛用作壓電材料，如制作石英手表。

SiO2具有許多重要用途，是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料。石英的左、右型晶體石英手表石英晶體中的硅氧四面

體相連構(gòu)成的螺旋鏈

下列關(guān)于SiO2和金剛石的敘述正確的是（

）A．SiO2的晶體結(jié)構(gòu)中，每個Si原子與2個O原子直接相連B．通常狀況下，1molSiO2晶體中含有的分子數(shù)為NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)C．金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，由共價鍵形成的最小環(huán)上有6個碳原子

D．1mol金剛石中含有

4NA個C-C鍵(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)【答案】C

課堂練習(xí)分子晶體和共價晶體對比晶體類型共價晶體分子晶體概念相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶