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(共43张PPT)
课时2 共价晶体
第二节 分子晶体与共价晶体
②每个碳原子都采取____杂化;
sp3
③所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________.
109°28'
④晶体中最小的碳环由___个碳组成，
且_____同一平面内；
6
不在
①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有　　个
4
二、共价晶体 P81
3.典型的共价晶体的结构分析
——金刚石
最小环为六元环
109 28
二、共价晶体 P81
3.典型的共价晶体的结构分析
——金刚石
最小环为六元环
109 28
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
键能：
347.7 kJ/mol
（很大）
键长：154 pm（很短）
熔点很高：> 3500 0C
硬度最大：摩氏10度
金刚石的性质
109 28 ，三维骨架
结构决定性质
金刚石的用途
硅晶体结构与金刚石极其相似，只是将碳原子换成了硅原子。请推测晶体硅中 Si－Si 键的键参数与金刚石中 C－C 键的键参数相比，有什么变化？
原子半径：Si C
键长变长，键能变小
硅晶体结构
思考与讨论1：
>
熔点、硬度比金刚石小
SiC 的球棍模型
SiC俗称“金刚砂”，类似于金刚石的结构。已知SiC晶体中只存在“Si-C”共价键，根据SiC中Si元素和C元素的比例，你能否在金刚石晶体的结构基础上将C原子和Si原子标示出来？
Si
C
或
金刚石晶体
SiC晶胞结构
碳化硅（SiC)
思考与讨论1：
→金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合___个碳原子，含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有___个硅原子。
4
3
思考与讨论2：
SiC 的球棍模型
功能陶瓷
高级耐火材料
磨料
用途：
→怎样从原子结构角度理解金刚石(C)、碳化硅(SiC)、晶体硅(Si)的熔点和硬度依次下降？
思考与讨论3：
∴金刚石(C)、碳化硅(SiC)、晶体硅(Si)的熔点和硬度依次下降。
而键能: C—C＞C—Si＞Si—Si
→键长越短，键能越大，共价键越牢固，共价晶体熔化时破坏的是共价键
→ 键长：C—C < C—Si < Si—Si
提示　从C到Si，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大
1.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是
A.晶体中不存在独立的分子
B.碳原子间以共价键相结合
C.是自然界中硬度最大的物质
D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
D
同步练习
2.在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C间的夹角是
A.6个，120° B.5个，108°
C.4个，109°28′ D.6个，109°28′
D
同步练习
二、共价晶体
3.典型的共价晶体的结构分析
—— SiO2晶体
SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α- SiO2)。
低温石英晶体的空间结构模型
其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，
被广泛用作压电材料，如石英手表。
海滩河岸边的黄沙、石英矿脉、花岗石中的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。
二、共价晶体 P81
3.典型的共价晶体的结构分析
—— SiO2晶体
SiO2是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α- SiO2)。
其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，
被广泛用作压电材料，如石英手表。
海滩河岸边的黄沙、石英矿脉、花岗石中的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。
石英的左、右型晶体
石英表
二、共价晶体 P81
3.典型的共价晶体的结构分析
—— SiO2晶体
[SiO4]正四面体
封闭的环状结构SiO2晶体
二氧化硅晶胞结构
二、共价晶体 P81
3.典型的共价晶体的结构分析
①每个Si原子都采取 杂化和 个O原子形成 个Si—O键.
SP3
4
4
②没有单个SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例: .
1:2
每个Si周围结合 个O；
每个O周围结合 个Si
4
2
③最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。
④1mol SiO2中含 mol Si—O键
4
—— SiO2晶体
制造： 水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、光导纤维的原材料
二氧化硅的用途
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
③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体
①较高的熔点
②硬度很大
④难溶于一般的溶剂
4.共价晶体的物理性质
二、共价晶体 P81
思考与讨论4：
→碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？
干冰
SiO2
物质 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5
SiO2 1723 2230
提示:　
→CO2的晶体是分子晶体，晶体中CO2分子之间通过范德华力相结合。
→SiO2是共价晶体，硅原子和氧原子之间通过共价键相互结合形成空间网状结构，晶体中不存在小分子。
思考与讨论4：
→碳和硅同主族，它们的氧化物CO2和SiO2，为什么物理性质差异很大？
干冰晶胞结构
二氧化硅晶胞结构
晶体类型 共价晶体 分子晶体
组成微粒
作用力
熔沸点
硬度
溶解性
原子
分子
共价键
分子间作用力
很高
较低
很大
较小
难溶于一般的溶剂
部分溶于水(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
总结1：共价晶体与分子晶体的比较
导电性
1.依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
→组成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；
→组成分子晶体的粒子是分子或原子(稀有气体)，粒子间的的作用力是分子间作用力。
2.依据晶体的熔点判断
→共价晶体的熔沸点高，常在1000℃以上；
→分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下。
判断共价晶体和分子晶体的方法
3.依据物质的状态判断
一般常温常压下，呈气态或液态的单质与化合物，在固态时属于分子晶体。
总结2：
4.依据晶体的硬度与机械性能判断。
判断共价晶体和分子晶体的方法
总结2：
→分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;
→原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。
5.依据导电性判断。
共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。
1.不同类型的晶体熔、沸点：
共价晶体>分子晶体
分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较
分子晶体:
①看是否含有氢键
有分子间氢键的熔沸点高
都有分子间氢键，
看氢键的个数，个数越多熔沸点越高
②比较范德华力
组成和结构相似，相对分子质量越大，熔沸点越高
③比较分子极性
相对分子质量相近，分子极性越大，熔沸点越高。
④同分异构体的支链越多，熔、沸点越低。
2.同一类型的晶体熔、沸点：
总结3：
如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低：
共价晶体：
①晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键长和键能。
键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。
②若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。
1.不同类型的晶体熔、沸点：
共价晶体>分子晶体
分子晶体、共价晶体的熔、沸点比较
总结3：
2.同一类型的晶体熔、沸点：
一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
∴ 熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。
则键长：C-C < C-Si < Si-Si，
原子半径：C故键能：C-C粒子
粒子间的作用力
晶体的类型
性质特点
结构特点
研究晶体的思路
用途
思维建模
耐高温 强度高 耐雨蚀 透波性好
材料研发
导弹天线罩材料要求
Si3N4晶体结构
Si3N4材料的导弹天线罩制品
拓展延伸
1．下列关于共价晶体的说法不正确的是(　　)
A．共价晶体中的成键微粒是原子
B．共价晶体中原子之间全部以共价键结合
C．共价晶体均是化合物
D．共价晶体的熔、沸点都比较高
C
2．下列物质中，属于共价晶体的化合物是(　 　)
A．无色水晶　 B．晶体硅
C．金刚石　 D．干冰
A
3．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
4．一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于B4C的推断正确的是(　　)
A．B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的
B．B4C是一种共价晶体
C．B4C是一种分子晶体
D．B4C晶体中存在离子键
B
B4C由非金属元素组成，可用于制作切削工具和高温热交换器，说明熔点高，应为共价晶体，不存在单个分子，构成微粒为原子，碳、硼原子之间以共价键结合。
5．如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为(　　)
A．AB B．A5B4
C．AB2 D．A2B5
C
B
B
B
B
6.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是
A.碳、氮原子构成平面结构的晶体
B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短
C.氮原子电子数比碳原子电子数多
D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼
B
7. 设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A.28 g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NA
B.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有C—C的个数为4NA
D.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)
A
8.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种高强度透明材料，下列叙述错误的是
A.AlON和SiO2所含化学键的类型相同
B.电解熔融AlON可得到Al
C.AlON中N元素的化合价为－1
D.AlON和SiO2的晶体类型不相同
BD
AlON和SiO2均属于共价晶体，均只含有共价键
AlON属于共价晶体，熔融时不导电
AlON中O为－2价，Al为＋3价，所以N为－1
9.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置
A.12，大立方体的12条棱的中点
B.8，大立方体的8个顶角
C.6，大立方体的6个面的中心
D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
A
小立方体顶角的碳原子除了与体心上C原子直接相连，还另外连有3个C原子，所以，与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为4×3=12，如右图
(1)金刚砂属于______晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点_____。
10.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的三维骨架结构中，碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答：
共价
低
(2)在金刚砂的结构中，1个硅原子周围结合__个碳原子,键角是 。
4
109°28′
(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有____个硅原子。
3
(3)晶体中两个最近的碳原子核之间的距离为______ pm。
11.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有___个碳原子。
8
(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为______________ g·cm－3。
解析　8×1/8＋6×1/2＋4＝8
NA(a×10－10)3
12×8
(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
a pm
注意：晶胞质量=晶胞占有的微粒数× 。
A
B
c
①根据晶胞结构确定各种粒子的数目
求
晶胞质量
②根据晶胞的边长或微粒间的距离
晶胞体积
求
ρ= m/V
解题策略
①面对角线长= 。
(2) 立方体晶胞中常用关系(设边长为a)
②体对角线长= 。
(1)晶体密度的求算
12.六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石
相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有____个氮原子、___个硼原子,立方氮化硼的密度是 g/cm3
(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)
4
4
金刚石晶胞中C原子数：
8×1/8+6×1/2+4=8
∴一个BN晶胞中含4个N原子，4个B原子；
一个BN晶胞的质量：
25
NA
╳ 4
(1)氮化硅晶体属于_____晶体。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：_______。
13.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。
共价
Si3N4
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为__________________________。
(1)在SiO2晶体中有若干环状结构，最小的环状结构由____个原子构成。
(2)在SiO2晶体中，硅原子的价电子层原子轨道发生了杂化，杂化方式是_____，Si—O—Si的键角是_________。
14.参照如图SiO2的晶体结构模型分析SiO2晶体的结构，并回答下列问题。
12
sp3
109°28′
14.参照如图SiO2的晶体结构模型分析SiO2晶体的结构，并回答下列问题。
(3)二氧化硅属于重要的无机非金属材料，
请列举两项二氧化硅的主要用途：
①______________。
②________________________________________。
(4)下列说法中正确的是________(填序号)。
①凡是共价晶体都含有共价键
②凡是共价晶体都有正四面体结构
③凡是共价晶体都具有三维骨架结构
④凡是共价晶体都具有很高的熔点
制造石英玻璃
制造石英表中的压电材料(或制造光导纤维等)
①③④

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