高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 分子晶体与共价晶体优质ppt课件

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CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断：SiO2是分子晶体吗？为什么熔点SiO2远高于CO2？                          
二氧化硅的晶体结构示意图
粒子间的作用力：共价键
概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。
（2）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
【提示】不一定。晶体He Ne Ar Kr等是分子晶体。
【提示】不正确。分子晶体如干冰CO2、冰等分子内可能含有共价键。
（1）只由原子形成的晶体一定是共价晶体吗？
【解析】属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。
【例】下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ）①SiO2和SO3　②晶体硼和HCl　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　⑥硫黄和碘A.①②③ B.④⑤⑥C.③④⑥ D.①③⑤
对比分子晶体和共价晶体的数据，共价晶体有何物理特性？为什么？
某些共价晶体的熔点和硬度
共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。
思考与讨论怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
【提示】金刚石、硅和锗均为共价晶体。键长：碳碳键＜硅硅键＜锗锗键；键能：碳碳键＞硅硅键＞锗锗键
分子晶体与共价晶体的比较
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
固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电
【例】氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是（ ）A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶C.冰和干冰 D.碘和金刚砂
【解析】氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。
碳和硅都属于第四主族元素。金刚石、晶体硅、二氧化硅都是共价晶体，它们的结构上有什么共同点呢？
金刚石的晶体结构示意图
最小环为六元环，每个碳原子被12个六元环共用
8×1/8＋6×1/2＋4＝8
（1）碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。（2）每个碳原子与周围紧邻的4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。在金刚石晶体中碳原子个数与C－C共价键个数之比是1 : 2 （3）最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。
一个金刚石晶胞中含有 个碳原子，这些碳原子占据了晶胞的顶点、面心和间隔的4个小立方体的体心。假设碳原子半径为r pm，碳碳共价键键长为2r pm，晶胞的边长（晶胞参数）为a pm，写出 a 与 r 之间的关系式，并计算金刚石的空间利用率。
把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构，不同的是Si—Si键长＞C—C键长。
【例】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。
请回答下列问题：（1）碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为 ，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有 个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为 （用含a、b的式子表示）。
请回答下列问题：（2）立方氮化硼晶胞中有 个硼原子， 个氮原子，硼原子的杂化类型为 ，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为 g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。每个Si原子与4个O原子形成4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。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。最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。
【自主思考】SiO2是二氧化硅的分子式吗？
【提示】二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。
【例】最近科学家在实验室里成功地将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是（ ）A.该晶体中C、O原子个数比为1∶2B.该晶体中O—C—O的键角为180°C.该晶体的熔、沸点高，硬度大D.该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
【解析】若为共价晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英(SiO2)相似的空间立体网状结构。
观察以上晶体的结构，思考为什么干冰采取密堆积，而金刚石和冰采取非密堆积呢？
共价晶体与分子晶体的结构特征
【例】用NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是（ ）A.124 g白磷中含有P—P键的个数为4NAB.12 g石墨中含有C—C键的个数为2NAC.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NAD.60 g SiO2中含有Si—O键的个数为2NA
【解析】由白磷分子结构可知，124 g白磷即1 ml P4中的P—P键的个数（为6NA），石墨中C原子形成平面六元环，每个C形成3个C—C键，每个键为2个C共有，故12 g石墨中含有C—C键的个数为1.5 NA；晶体硅中每个Si原子形成4个Si—Si键而每个Si—Si键为2个Si原子共有，故1 ml晶体硅中含有2NA个Si—Si键；由SiO2的晶体结构可知，每个Si原子形成4个Si—O键，60 g SiO2即1 ml SiO2中含有Si—O键的个数为4NA。