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(共29张PPT)
3.2.2.共价晶体
新人教版 选择性必修2
物质结构与性质
学习目标
1、掌握典型的几种共价晶体结构模型
2、了解共价晶体结构与性质的关系
课堂探究
新课导入
SiO2
分子式 室温下状态 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 气 态 －78.5 －56.6
SiO2 固 态 1723 2230
碳元素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体均含有共价键，为什么CO2和SiO2 的熔沸点差距那么大？
干冰
课堂探究
新知讲解
晶体 干冰（CO2） 水晶（SiO2）
构成粒子
粒子间的作用力
熔点
晶体类型
分子
范德华力
熔点低
原子
共价键
熔点高
分子晶体
共价晶体
课堂探究
新知讲解
共价晶体
构成粒子
原子
粒子间的作用力
共价键
金刚石晶体结构模型
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体
共价晶体
共价键
碳原子
课堂探究
新知讲解
【注意】不存在单个分子，无分子式。化学式表示原子最简整数比
原子
共价晶体
构成粒子
粒子间的作用力
共价键
2、构成微粒及微粒间作用力
1、定义：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体
课堂探究
新知讲解
（2）由原子构成的晶体一定是共价晶体吗？
（1）含有共价键的晶体一定是共价晶体吗？
不一定。分子晶体中也含有共价键，如 CO2， 离子晶体也可能含有共价键，如NaOH
不一定。如稀有气体均由原子构成，为分子晶体
课堂探究
思考交流
（3）对比分子晶体，为什么共价晶体的熔点和硬度很高？
分子晶体熔化或气化时断裂的是分子间作用力，而共价晶体熔化或气化时断裂是共价键，共价键的强度比分子间作用力的强度大的多
金刚石（C）、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（Sn）等
碳化硅(SiC俗称金刚砂)、二氧化硅(SiO2)、
氮化硅(Si3N4)、BN、AlN 等
③极少数金属氧化物：
①某些单质：
②某些非金属化合物：
如ɑ-Al2O3 （刚玉主要成分）、Mn2O7、Cr2O3等
3、原子晶体类别
近年来以Si3N4 为基础，用Al取代部分Si，用O取代部分N而获得结构多样化的陶瓷，用于制造LED发光材料。
氮化硅
课堂探究
新知讲解
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
请根据表中数据分析共价晶体的熔点和硬度有什么特点？
结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。
思考：怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
4、共价晶体的物理特性
特性1：熔点很高
特性2：硬度很大
特性3：一般不导电，但晶体硅、锗是半导体
特性4：难溶于一般溶剂
课堂探究
新知讲解
1.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )
①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
C
课堂练习
2.下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
C
课堂练习
3．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到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
课堂练习
B
科学研究表明，30 亿年前，在地壳下 200 km 左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶ 熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢
金刚石磨头
金刚石钻石
课堂探究
新知讲解
①在晶体中每个碳原子以 个共价单键与 相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体。
②晶体中C-C-C夹角为 ，碳原子采取 杂化。
正四面体
最小环为六元环
③最小环上有 个碳原子，最多 个碳原子在同一平面。
④每个碳原子被 个六元环共用。
四
4
109°28'
sp3
6
4
12
一、金刚石
课堂探究
新知讲解
⑥在金刚石晶胞中占有的碳原子数____　
8
8×1/8+6×1/2+4=8
12g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键
NA
2NA
⑤晶体中每个C参与了 条C—C键的形成，
而在每条键中的贡献只有___，
故C原子与C—C键数之比为： 。
1：( )= 1：2
即金刚石中，1molC平均拥有 mol C—C键
4
2
1/2
一、金刚石
课堂探究
新知讲解
硅（Si）
二氧化硅（SiO2）
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℃
共同点：
由共价键形成三维骨架结构，高硬度、高熔点
半径：Si > O
键长：Si-O＜Si-Si
键能：Si-O＞Si-Si
SiO2晶胞
课堂探究
新知讲解
(1) 在SiO2晶体中，每个硅原子采取sp3杂化与 个氧原子结合；每个氧原子与 个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 。
2
1：2
4
(2)在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键；1 mol SiO2中含 mol Si-O键
4
2
(4)在SiO2 晶体中，最小环为 元环，由 个Si原子和
个O原子构成。
12
6
6
4
(3)60 g SiO2含有____个Si， 含有_____个O原子 ，
含有____ 个Si-O键
NA
2NA
4NA
课堂探究
新知讲解
二、二氧化硅
三种常见的共价晶体
金刚石 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子 杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键物质的量
sp3
sp3
sp3
109°28'
109°28'
(O-Si-O)109028'
8个C
2 mol C—C键
4 molC—Si键
C:4个 Si:4个
4 molSi—O键
Si:8个 O:16个
课堂探究
新知讲解
低温石英(α SiO2)是最常见的一种结构。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体、透明的水晶都是低温石英。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性
石英的左、右型晶体
课堂探究
新知讲解
水泥
单晶硅
玻璃
单晶硅制的芯片
硅太阳能
电池
二氧化硅
光导纤维
课堂探究
新知讲解
二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
4．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是
A．1 mol SiO2晶体中Si-O键为2 mol
B．二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C．晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
课堂练习
【答案】C
【详解】A．每个Si原子形成四个共价键，则1 mol SiO2晶体中含4 mol Si-O键，
B．由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，则Si、O原子个数比为1：2，不存在分子，故B错误；
C．在晶体中硅原子周围有4对共用电子对，氧原子有2对共用电子对，而氧原子最外层就是6个电子，这样两种原子都满足8电子结 构，故C正确；
D．由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子
5．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是
A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
B．最小的环上，Si和O原子数之比为1﹕2
C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
课堂练习
【答案】C
【详解】根据SiO2的晶体空间结构模型可判断每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，因此选项ABD均是错误的，C正确；答案选C。
6.下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是（ ）
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1 mol SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1mol金刚石中含有 4 NA个C-C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C
课堂练习
7、最近科学家成功研制了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的三维骨架结构。下列对该晶体的叙述错误的是（ ）
A、该晶体是共价晶体
B、该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2
C、该晶体中碳原子数与C-O数之比为1∶2
D、该晶体中最小的环由12个原子构成
C
课堂练习
②SiCl4和SiF4：__________________________________________________
____________________________________________________________________________。
①SiO2和SiCl4：__________________________________________________
___________________________________________________________。
8、根据下表中三种物质(晶体)的熔点，简要解释熔点产生差异的原因：
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1 710 －70 －90.2
SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，分子间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4
SiCl4和SiF4均为分子晶体，分子间作用力均为范德华力，根据分子结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，可知SiCl4熔点高于SiF4
课堂练习
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概念
组成微粒
作用力
熔沸点
硬度
溶解性
导电性
相邻原子间以共价键相结合而形成三维骨架结构
分子间以分子间作用力结合
原子
分子
共价键
分子间作用力
很大
较小
很大
较小
不溶于一般溶剂
相似相溶
不导电，个别为半导体
固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电
分子晶体与共价晶体的比较
课堂探究
归纳总结
比较物质的熔点的方法
共价
晶体
分子
晶体
有氢键
只有
范德华力
方 法
依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
依据性质判断
判断
晶体的类型
键能越大
熔点越高
氢键的
数目多少
相对分子
质量大小
判断
键能的大小
判断
分子间的作用力
课堂探究
归纳总结
新人教版 选择性必修2
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