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第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第二课时 共价晶体
【教材分析】
在介绍原子晶体时，从生活中比较熟悉的金刚石入手，从原子间的相互连接方式认识原子晶体和原子晶体的特性。在教学时要注意归纳对比，在学习完分子晶体和原子晶体的结构特点及其性质的一般特点后，让学生理解分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质之间的关系,注意区别二者的差别。
【课程目标】
课程目标 学科素养
1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。 2.能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。 宏观辨识与微观探析：结合常见的共价晶体的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用与物质性质的关系。 证据推理与模型认知：借助共价晶体等模型认识晶体的结构特点，
【教学重难点】
教学重点：共价晶体的结构特点与性质之间的关系
教学难点：共价晶体的结构特点与性质之间的关系
【教学过程】
【导入新课】
【新授课】
纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。地壳中含有极少量的金刚石，它是天然存在的最硬的物质。经过仔细的打磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品—钻石。
【学生活动】
活动1 通过金刚石晶体的结构认识共价晶体结构
组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？
【讲解】
共价晶体
共价晶体：所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体。
组成微粒：原子
微粒间的作用力：共价键，气化或熔化时破坏的作用力为共价键。
分类：
某些单质：如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等
某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等
极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)
【学生活动】
活动2 认识金刚石的晶体结构和性质
（1）一个金刚石晶胞中，含有几个碳原子？
（2）金刚石中,每个碳原子与多少个碳原子成键？
碳原子采取什么杂化方式？
（3）金刚石中，1 mol C 形成的共价键数目是多少？
【讲解】
金刚石晶体
在晶体中每个碳原子以四个共价单键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体。向空间伸展形成空间网状结构。
晶体中C-C-C夹角为109°28'，碳原子采取了sp3杂化。
最小环上有6个碳原子。
每个碳原子被12个六元环共用。
晶体中碳原子个数与C-C键数之比为1:(4×1/2)=1:2。
在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部4个，由“均摊法”可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为8×(1/8)+6×(1/2)+4=8。
【学生活动】
活动3 认识二氧化硅的晶体结构
二氧化硅晶体结构与金刚石晶体结构有什么相同点和不同点？
【讲解】
二氧化硅晶体
(1)二氧化硅的结构
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1713℃，有多种结构，最常见的是低温石英(α SiO2)。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。
石英晶体中的硅氧四面体 石英的左、右型晶体
相连构成的螺旋链
①每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。
②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为6×1/12=1/2，氧原子数为6×1/6=1。
③1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。
④正四面体内O—Si—O键角为109°28′。
(2)二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料。
【学生活动】
活动4 根据表中数据，归纳共价晶体的性质特点，并从结构角度解释原因。
【讲解】
共价晶体的通性
①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。
②硬度很大。
③一般不导电，但晶体硅是半导体。
④难溶于一般溶剂。
【学生活动】
晶体熔沸点高低的比较方法
【讲解】
4.共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较
(1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体
理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。
(2)晶体类型相同
①共价晶体
一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。
②分子晶体
a．若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。
b．组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。
d．同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
(3) 共价晶体和分子晶体熔点高低的基本思路
【拓展延伸】
材料研发
【思维建模】
【课堂练习】
见课件
【课堂小结】
共价晶体与分子晶体的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
定义 相邻原 子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体
组成粒子 原子 分子
粒子间作用力 共价键 分子间作用力
熔、沸点 很高 较低
硬度 很大 较小
溶解性 不溶于任何溶剂 有一部分溶于水，一部分溶于有机溶剂
导电性 不导电，个别为半导体 不导电，部分溶于水导电
熔化时破坏的作用力 共价键 分子间作用力
实例 金刚石 干冰

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