3.2.3 共价晶体 分子晶体-高二化学同步课堂（鲁科版2019选择性必修2）

鲁科版选择性必修2

物质结构与性质同学们好欢迎来到化学课堂meiyangyang8602meiyangyang8602你知道吗？

金刚石具有怎样的结构呢?科学研究表明，30亿年前，在地壳下200km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?

第三章

不同聚集状态的物质与性质第2节

几种简单的晶体结构模型课时3共价晶体

分子晶体教材分析

本节在学习了金属晶体和离子晶体的基础上，进一步介绍了共价晶体和分子晶体，最后以石墨等为例介绍了混合型晶体，使学生了解由干微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体，从而进一步认识到人多数实际晶体要复杂得多。meiyangyang8602常见金属晶体的结构meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

常见的离子晶体meiyangyang8602请你思考！

观察金刚石的结构模型，思考下列问题：联想·质疑1、金刚石晶体中碳原子轨道杂化方式？碳原子结合方式？2、从结构上分析金刚石熔点高、硬度大的原因？3、共价晶体和金属晶体、离子晶体中微粒排列方式的区别？为什么？

4、常见的共价晶体有哪些？01

共价晶体

meiyangyang8602金刚石结构碳原子杂化方式：SP3347KJ·mol-1键角：键长：键能：0.154nm109°28′共价键结合在一起的空间网状结构由于共价键键具有方向性和饱和性，晶体中，在一个原子周围的其它原子的数目是有限的，原子的堆积方向也是确定的，因此，共价晶体中的微粒堆积不服从紧密堆积原理。meiyangyang8602meiyangyang8602晶体结构晶胞示意图meiyangyang8602

金刚石晶胞金刚石的晶体就是由碳原子通过共价键的作用形成的共价晶体，组成金刚石的碳原子通过共价键形成了正四面体的构型。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602共价晶体⑴

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⑶微粒间的作用：原子间以较强的共价键相结合。共价键具有方向性和饱和性。共价晶体中的微粒堆积不服从紧密堆积原理。⑵构成微粒：构成共价晶体的微粒是原子。⑷常见的共价晶体：某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶体等某些单质：金刚石(C)、晶体硅(Si)、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)等某些非金属化合物：碳化硅(SiC)晶体、氮化硼(BN)晶体等meiyangyang8602请你预测！

猜想在所形成的共价晶体中原子的排布具有怎样的规律？共价键具有方向性和饱和性。使共价晶体中某个原子周围结合的其他原子是有限的，因此比较松散。共价晶体中的微粒堆积不服从紧密堆积原理。晶体结构晶胞示意图02几种共价晶体的结构meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

金刚石晶体在金刚石的晶胞中，碳原子分别位于立方体的8个顶点、6个面心、按面心立方堆积方式排列，4个碳原子填入一半的碳原子所成的四面体空隙，填隙率50%。meiyangyang8602

搭建模型认识结构体对角线的1/4meiyangyang8602meiyangyang8602

金刚石晶体②晶胞的碳原子数：8×1/8＋6×1/2＋4＝8每个晶胞的碳碳共价键数：4×4＝16晶胞中的原子数：8个配位数：4

在晶体中每个碳以共价键键与相邻4个碳结合,无限延伸形成空间立体网状结构。碳原子以sp3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键相结合,C—C键间的夹角为109028＇。每个最小的碳原子环上有6个碳原子。③金刚石的晶体中的原子成键情况：meiyangyang8602拓展视野meiyangyang8602

金刚石晶体思考：在金刚石晶体中每个碳原子被几个六元环共用？abcd

每个碳原子成4个碳碳键a、b、c、d，四个碳碳键中任选2个，有六种情况：ab、ac、ad、bc、bd、cd。

每两个碳碳键被两个六元环公用，所以四个碳碳键被12个六元环共用。所以个碳原子被12个六元环共用。meiyangyang8602meiyangyang8602

金刚石晶体A、B、C、D、E、④晶体中微粒的关系：金刚石晶胞的参数(边长)为a，C半径为r。a4r8r4r立方体体对角线长度就是C—C键的键长2r的4倍。所以2r＝，r＝⑤晶体中C的空间坐标(以晶胞参数(棱长)a为单位长度)(0,0,0)(0.5,0.5,0)(0,0.5,0.5)(0.5,0,0.5)(0.25,0.25,0.25)meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型认识结构

观察·思考

碳化硅(SiC)晶体SiC晶胞中，硅原子位于立方体的8个顶点和6个面心位置，碳原子位于由大立方体分割成的8个小立方体中的4个的体心处。每个碳原子与周围的4个硅原子成键。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型认识结构

碳化硅(SiC)晶体②晶胞的原子数：Si原子数：8×1/8＋6×1/2＝4每个晶胞的碳硅共价键数：4×4＝16C原子数：4③碳化硅的化学式：SiCmeiyangyang8602meiyangyang8602

金刚石模型的演变——等电子体原理拓展视野(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)与第ⅣA族同周期的元素间根据等电子体原理，如BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。碳原子和硅原子交替排列，只存在Si-C极性键。原子个数之比为1∶1。meiyangyang8602请你思考！

从表3-2-4中的数据可以看出，尽管金刚石、碳化硅和晶体硅都是共价晶体且它们的结构相似，但是它们的熔点和硬度有较大差异，请讨论产生这种差异的原因。meiyangyang8602请你思考！

从表3-2-4中的数据可以看出，尽管金刚石、碳化硅和晶体硅都是共价晶体且它们的结构相似，但是它们的熔点和硬度有较大差异，请讨论产生这种差异的原因。meiyangyang8602请你思考！

从表3-2-4中的数据可以看出，尽管金刚石、碳化硅和晶体硅都是共价晶体且它们的结构相似，但是它们的熔点和硬度有较大差异，请讨论产生这种差异的原因。在共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，对结构相似的共价晶体来说，共价键的键能越大，晶体的熔点就越高、硬度就越大。meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

搭建模型认识结构

SiO2晶体

向晶体硅结构中每个Si—Si键中间“插入”一个O原子，便得到以硅氧四面体为骨架的SiO2晶体结构。晶体硅的结构二氧化硅的结构meiyangyang8602

搭建模型认识结构

SiO2晶体①.晶体中1个Si与__个O以共价键结合，形成________结构；1个O与__个Si结合，故SiO2晶体中Si与O之比为______。在SiO2晶体中，

单个的SiO2分子存在。没有4正四面体1:22③.最小环上有_____个原子(____个Si和____个O)。②.1molSiO2晶体中含_____molSi-O键。41266meiyangyang8602

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1mol物质中化学键物质的量sp3sp3sp3109°28'109°28'(O-Si-O)109028'(Si-O-Si)?≠18008个C2molC—C键4molC—Si键C:4个Si:4个4molSi—O键Si:8个O:16个练习1.在二氧化硅晶体中原子未排列成紧密堆积结构，其原因是（

）

A．共价键具有饱和性 B．共价键具有方向性

C．二氧化硅是化合物 D．二氧化硅是由非金属元素原子构成的AB2、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，1molSiO2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4NA个C-C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)C练习3、下表是某些共价晶体的熔点和硬度，下列叙述正确的是（

）共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃390030002700171014101211莫氏硬度109.59.576.56①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高③构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大④构成共价晶体的原子半径越大，共价键的键能越大

A．①② B．③④ C．②③ D．②④Cmeiyangyang8602meiyangyang8602请你思考！雪花、食盐以及金刚石都是晶体；这些晶体有什么不同呢？雪花食盐钻石meiyangyang8602meiyangyang8602请你思考！雪花、食盐以及金刚石都是晶体；这些晶体有什么不同呢？雪花食盐钻石分子间作用力分子晶体静电作用力共价键离子晶体水分子钠离子、氯离子碳原子共价晶体03

分子晶体meiyangyang8602

分子晶体

在金属晶体、离子晶体和共价晶体中，原子或离子之间都是通过化学键相互结合的，相应化学键的特点对晶体中微粒的空间排布方式会产生影响。那么，像碘、干冰、等这些以分子为基本构成微粒的晶体中，分子会如何排列呢?碘晶体干冰晶体meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶体1.定义：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体meiyangyang8602

常见的分子晶体(1)部分非金属单质：卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有气体(2)所有非金属氢化物：水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷(3)部分非金属氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2(4)所有的酸(而强碱和多数盐则是离子晶体)(5)绝大多数有机物的晶体

meiyangyang8602

分子晶体分子晶体分子分子间作用力

共价键范德华力(一定)氢键(可能)(除稀有气体)干冰(CO2)碘(I2)冰(H2O)只有范德华力主要是氢键无方向性、饱和性有方向性、饱和性meiyangyang8602

搭建模型认识结构碘晶体结构晶胞为长方体，每个顶点和面心各有一个分子。①平均每个晶胞中有

个碘分子，②微粒间的作用力是。

4范德华力meiyangyang8602

搭建模型认识结构干冰(CO2)12①每个晶胞中有____个分子。②每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有_____。4meiyangyang8602

分子晶体冰H2O水分子之间的主要作用力是氢键(当然也存在范德华力)，尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。meiyangyang8602meiyangyang8602交流·研讨

搭建模型认识结构冰H2O①水分子之间的作用力是_______、__________。②冰中1个水分子周围有__个水分子形成_________。③1mol冰中有___mol“氢键”。氢键范德华力42四面体

分子晶体的结构特征(1)分子密堆积——只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2等）(2)分子非密堆积

——范德华力还有分子间氢键（如：HF、冰、NH3

）meiyangyang8602meiyangyang8602请你思考！

表3-2-5列出了一些分子晶体的熔点和沸点。请根据表中所列数据猜想;影响不同分子晶体熔点、沸点的原因可能有哪些?分子量越大、熔点越高04

分子晶体的性质meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

分子晶体的性质分子晶体物理性质：熔沸点低、硬度小影响分子