第3章 第2节 第2课时 共价晶体与分子晶体 ppt课件 -(2019)新鲁科版高中化学选择性必修二.pptx
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1、-1-第2课时共价晶体与分子晶体-2-1.了解共价晶体、分子晶体的结构特点及性质,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.能描述金刚石、二氧化硅等共价晶体的结构与性质的关系,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的,感知变化观念与平衡思想的化学核心素养。-3-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断1.碳的常见同素异形体有金刚石、石墨、C60等,其性质有所差异的原因是原子的排列方式不同。2.单质硅有晶体硅和无定形硅两种。3.二氧化硅广泛存在于自然界中,沙子、石英的主要成分就是二氧化硅。纯净的二氧化硅晶体是无色、熔点高、硬度大、不溶于水的固
2、体,也不溶于其他一般的溶剂。-4-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断一、共价晶体1.共价晶体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结构特点(1)由于共价键的饱和性与方向性,使每个碳原子周围排列的碳原子只能有4个(2)由于所有原子间均以共价键相结合,所以晶体中不存在单个分子物理性质(1)由于共价晶体中原子以强的共价键相结合,因此一般熔点较高,硬度较大(2)结构相似的共价晶体,原子半径越小,共价键键长越短,键能越大,晶体的熔点越高-5-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断2.典型共价晶体的结构分析 -6-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(1)金刚石碳原子采取sp3
3、杂化,CC键键角为10928。每个碳原子与周围紧邻的四个碳原子以共价键结合成正四面体结构,向空间伸展形成空间网状结构。最小碳环由六个碳原子组成,且最小环上所有碳原子不在同一平面内。(2)晶体硅若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子,便可得到晶体硅的结构,不同的是SiSi键键长CC键键长。-7-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(3)二氧化硅晶体若向晶体硅结构中的每个SiSi键中“插入”一个氧原子,便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅晶体的结构。一个Si原子与四个O原子形成四个共价键,Si原子位于正四面体的中心,O原子位于正四面体的顶点,同时每个O原子被两个硅氧正四面体共用;每个O原子和两个
4、Si原子形成两个共价键,二氧化硅晶体中Si原子与O原子个数比为1 2。最小环上有十二个原子,包括六个O原子和六个Si原子。-8-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断【微思考1】常见的共价晶体有哪些类别?提示:(1)某些非金属单质,晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等;(2)某些非金属化合物,如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。【微思考2】二氧化硅的分子式是SiO2吗?提示:不是。二氧化硅属于共价晶体,没有分子式,SiO2只表示硅原子与氧原子在晶体中的个数比。-9-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断二、分子晶体1.分子晶体的定义与物理性质定义分子之
5、间通过分子间作用力结合形成的晶体构成微粒分子微粒间的作用力 分子间作用力-10-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断2.典型的分子晶体(1)碘晶体碘晶体的晶胞是一个长方体,在它的每个顶点和面上各有1个I2分子,每个晶胞中有4个I2分子。I2分子之间以范德华力结合。-11-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(2)干冰晶体 干冰的晶胞为立方体,在它的每个顶点和面上各有1个CO2分子,每个晶胞中有4个CO2分子。每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个。干冰晶体中分子之间通过范德华力相结合,熔化时分子内的化学键不断裂。-12-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(3)冰晶体 水分
6、子之间的主要作用力是氢键,当然也存在范德华力。氢键具有一定的方向性,它的存在迫使每个水分子与周围4个水分子结合。-13-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(4)苯甲酸晶体典型的分子晶体是指有限数目的原子以共价键结合为分子后,这些分子再通过分子间作用力结合形成晶体。一般来说,分子在无方向性的分子间作用力的作用下堆积时,尽可能利用空间紧密地堆积在一起,这一点与金属晶体相似。但是,分子的形状、分子的极性以及分子之间是否存在氢键等都会影响分子的堆积方式。如苯甲酸晶体中,苯甲酸分子排列形成层状结构,同一平面内分子之间通过氢键相互作用连接,平面之间的分子依靠范德华力维系。-14-课前篇素养初探知识铺垫
7、必备知识正误判断【微思考3】所有分子晶体中是否均存在化学键?提示:不是。绝大多数分子晶体的微粒内部都存在化学键,如N2、H2O、SO2等分子内部都有共价键,而稀有气体分子为单原子分子,分子内部无化学键,分子之间以范德华力结合,所以并非所有分子晶体中都存在化学键。【微思考4】哪些常见类别的物质属于分子晶体?提示:(1)所有非金属氢化物:H2O、H2S、NH3、CH4、HX(X代表卤素原子);(2)部分非金属单质:X2、O2、H2、S8、P4、C60;(3)部分非金属氧化物:CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10;(4)几乎所有的酸:H2SO4、HNO3、H3PO4;(5)绝大多数有机物的晶
8、体:乙醇、冰醋酸、蔗糖。-15-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断三、晶体结构的复杂性1.石墨晶体-16-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断结构特点(1)石墨的晶体具有层状结构,同一层中的每个碳原子与邻近的3个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边形平面网状结构。每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,并含有1个未成对电子,能形成遍及整个平面的大键(2)碳原子采取sp2杂化,CC键之间的夹角为120(3)层与层之间以范德华力结合晶体类型石墨晶体既含有共价键,又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用力,这类晶体称为混合型晶体物理性质熔点高、质软、能导电-17-课前篇素养初探
9、知识铺垫必备知识正误判断2.晶体的复杂性(1)一方面,物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如,BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子,Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子。(2)另一方面,金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型,但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。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、分子晶体之间的过渡晶体。(3)金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型,大多数实际晶体结构要复杂得多。-18-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断判断下列说法是否正确,
10、正确的打“”,错误的打“”。1.共价晶体中一定存在极性键,可能存在范德华力。()2.CO2、SiO2均属于共价晶体。()3.硬度很大、熔点很高的晶体可能是共价晶体。()4.SiC熔化时断裂非极性共价键。()5.共价晶体一定不是电解质。()6.分子晶体内只有分子间作用力。()7.分子晶体的相对分子质量越大,熔、沸点越高。()8.分子晶体中分子间氢键越强,分子越稳定。()9.冰晶体融化时水分子中共价键发生断裂。()10.水是一种非常稳定的化合物,这是由于水中存在氢键。()11.由极性键形成的分子可能是非极性分子。()12.水和冰中都含有氢键。()13.分子晶体中一定存在范德华力,可能有共价键。()
11、-19-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断答案:1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.-20-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测共价晶体的结构与性质共价晶体的结构与性质问题探究【观图助学】-21-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测1.观察金刚石和二氧化硅的结构模型讨论:1 mol C组成的金刚石中含有多少摩尔CC键?金刚石晶体中C原子数目与CC键数目之比为多少?1 mol SiO2晶体中含有多少摩尔SiO键?提示:在金刚石晶体中,1个碳原子与周围4个碳原子形成4个CC键,而每2个碳原子之间形成一个共价键,所以1 mol C形成的CC键的物质的量为4 m
12、ol=2 mol;金刚石晶体中碳原子数与CC键数之比为1 2。SiO2晶体结构相当于将金刚石中的C原子全都换为Si原子,同时在SiSi键中间插入一个O原子,所以1 mol SiO2晶体中含有4 mol SiO键。-22-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测2.为什么共价晶体的结构比金属晶体和离子晶体结构松散,但却比金属晶体和离子晶体有更强的稳定性?提示: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。由于整个晶体中各原子都以强作用力共价键相互结合,且构成了空间网状结构,所以共价晶体更稳定。-23-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1
13、.共价晶体的结构特征(1)在共价晶体中,各原子均以共价键结合,因为共价键有方向性和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取密堆积方式。(2)共价晶体的构成微粒是原子,不存在单个分子,其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。(3)空间构型:空间网状结构。2.共价晶体熔点和硬度的比较对于结构相似的共价晶体来说,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的稳定性越强,熔点越高,硬度越大。-24-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测【微点拨】(1)共价晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2 800 )SiO2(1 713 )、钨(3 410 )SiO2(1 713 )。
14、(2)共价晶体中只存在共价键,不存在离子键和范德华力。(2)稀有气体分子是单原子分子,其构成的晶体不是共价晶体。-25-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.共价晶体的判断依据(1)根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。(2)根据共价晶体的物理性质判断。由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合,故共价晶体:熔点很高;硬度大;一般不导电;难溶于溶剂。-26-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(3)记住常见的共价晶体。 金刚石碳化硅二氧化硅晶胞中心原子杂化类型sp3sp3sp3键角109281092810928晶胞中微粒数目8个CC:4个Si:4个Si:8个O:16个1 mol
15、物质中化学键物质的量2 mol CC键 2 mol CSi键4 mol SiO键-27-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测【微点拨】碳化硅晶体与金刚石结构相似,其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1 1。-28-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例1碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似,碳化硅硬度仅次于金刚石,立方氮化硼硬度与金刚石相当,其晶胞结构如图所示。-29-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测请回答下列问题:(1)碳化硅晶体中,硅原子杂化类型为,每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有个;设晶胞边长为a cm,密度为b gcm-3,则
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