共价晶体课件高二下学期化学人教版选择性必修2.pptx

第二节分子晶体与共价晶体

第2课时共价晶体

1.定义：原子间以共价键相结合形成的三维骨架结构的晶体

一、共价晶体

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。

原子晶体中唯一的作用力是共价键，即影响化学性质稳定性，又影响物理性质熔沸点、硬度的大小。

任务一共价晶体

问题：“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？

不对，分子晶体中通常也含有共价键。如干冰，只有分子内部才通过共价键结合，而分子间通过范德华力结合成分子晶体；此外，某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl。

任务一共价晶体

①某些单质：金刚石（C）、硅（Si）、锗（Ge）、灰锡（Sn）、硼（B）、高聚氮等

②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等

③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)

任务一共价晶体

①熔点高（结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。）

②硬度很大

③一般不导电，但晶体硅是半导体

④难溶于一般溶解

共价晶体

金刚石

氮化硼

碳化硅

石英

硅

锗

熔点/℃

＞3500

3000

2700

1710

1410

1211

硬度*

10

9.5

9.5

7

6.5

6.0

下表为部分共价晶体的物理性质,结合前面学过的分子晶体的一些性质思考问题。

问题1:与分子晶体相比,共价晶体的熔点普遍较高,为什么?

分子晶体中分子间是以较弱的分子间作用力(部分含氢键)相互作用的,而共价晶体中原子间是通过较强的共价键相互作用的,并且形成空间网状结构,所以熔点普遍较高。

问题2:由表中数据可知,金刚石、硅和锗的熔点和硬度均依次降低,如何解释?

三者的组成元素为同一主族元素,形成的晶体结构类似,结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔点越高,硬度越大。

问题3:从哪些角度可以区分共价晶体与分子晶体?

可以从构成微粒、微粒间作用力强弱、熔沸点、硬度等角度区分。

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空间网状结构

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

不溶于任何溶剂

部分溶于水

不导电，个别为半导体

固体和熔融态都不导电，部分溶于水导电

二、典型共价晶体的结构特征

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，C-C-C夹角为，碳原子采取杂化。

最小环为六元环

②晶体中最小的碳环有个碳原子，且不在同一平面，最多个碳原子在同一平面。

4

4

109°28

sp3

6

4

③每个C形成4个C—C，每个C—C占有个C，即C原子与C—C数目之比为。1molC原子中含molC-C共价键。

2

2

1：2

正四面体

任务二典型共价晶体的结构特征

(1)与碳同族单质(如Si、Ge)都具有与金刚石相似的结构；

(2)第ⅣA族相邻元素间也可形成相似结构的晶体(如SiC)；

(3)BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。

晶体硅

SiC

GaAs

【思考】根据金刚石的结构，试分析金刚石熔点高、硬度大的原因？

C—C键

键长(pm)

键能

(kJ/mol)

熔点(℃)

硬度

154

347.7

＞3500

天然最大

金刚石晶体中C-C键键长短，键能大，并且共价键的数目非常多，断键需要大量能量，因此金刚石的熔点很高，硬度很大。

①每个Si原子周围结合个O原子；同时，每个O原子跟个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1︰2的比例所组成的立体网状的晶体。

②1molSiO2中含Si—O键。

③最小的环是由个Si原子和个O原子组成的元环

4

2

4mol

6

6

12

④SiO2晶胞中包含有个Si原子个O原子。

8

16