能辨識(shí)常見的共價(jià)晶體,并能從微觀角度分析共價(jià)晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用對(duì)共價(jià)晶體物理性質(zhì)的影響。
能利用共價(jià)晶體的通性推斷常見的共價(jià)晶體,并能利用均攤法對(duì)晶胞進(jìn)行分析。
科學(xué)研究表明,30 億年前,在地殼下 200 km 左右的地幔中,處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結(jié)構(gòu)的金剛石?;鹕奖l(fā)時(shí),金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時(shí)冷卻,形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優(yōu)良性質(zhì)∶ 熔點(diǎn)高,不導(dǎo)電,硬度極高。這些性質(zhì)顯然是由金剛石的結(jié)構(gòu)決定的。那么,金剛石具有怎樣的結(jié)構(gòu)呢?
比較CO2和金剛石的一些物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu),試判斷金剛石晶體是否屬于分子晶體?
相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
由于所有原子間均以共價(jià)鍵相結(jié)合,所以晶體中不存在單個(gè)分子,共價(jià)鍵鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高。
(1)共價(jià)晶體中,由于各原子均以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合,因此一般熔點(diǎn) ,硬度 , 溶于常見溶劑,一般 導(dǎo)電。
(2)結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體,原子半徑越小,鍵長(zhǎng) ,鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高。
除了金剛石,還有哪些物質(zhì)屬于共價(jià)晶體呢?讓我們沿著元素周期表一起尋找。
(1)某些單質(zhì):以碳為中心,同主族向下:硅(Si)鍺(Ge)和灰錫(Sn)等同周期向左、向右:硼(B)
(2)某些非金屬化合物:二氧化硅(SiO2)、金剛砂(SiC)、氮化硅(Si3N4)等
三、共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu):金剛石的晶體結(jié)構(gòu)
組裝金剛石的立體網(wǎng)狀球棍模型,并思考在金剛石晶體中碳原子的成鍵方式,以及金剛石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系。
碳原子都采取sp3雜化,109o 28′,三維骨架
鍵能:347.7 kJ/ml(很大)
影響共價(jià)晶體物理性質(zhì)的主要因素——共價(jià)鍵
金剛石晶體中,碳原子個(gè)數(shù)與C-C共價(jià)鍵個(gè)數(shù)之比是多少?1ml金剛石可以形成多少個(gè)C-C共價(jià)鍵?
1 :2 2NA
金剛石晶體中,最小環(huán)上有多少個(gè)碳原子,是否在同一平面內(nèi)?
6 不在同一平面
在金剛石晶胞中,每個(gè)晶胞均攤到的碳原子數(shù)?
探究金剛石的晶胞結(jié)構(gòu):計(jì)算金剛石的密度
每個(gè)晶胞均攤到的原子數(shù)?
對(duì)比硅晶體和金剛石的結(jié)構(gòu)異同點(diǎn),分析金剛石和硅晶體熔點(diǎn)。
上圖硅晶胞中含有_____個(gè)硅原子,硅原子采取_____雜化方式
晶體硅與金剛石的晶胞結(jié)構(gòu)有什么不同點(diǎn)嗎?
性質(zhì)上的什么不同點(diǎn)嗎?
對(duì)比分子晶體和共價(jià)晶體的數(shù)據(jù),總結(jié)共價(jià)晶體的物理特性。
②結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體,原子半徑越小,鍵長(zhǎng)越短,鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高。
①與分子晶體相比,共價(jià)晶體中,由于各原子均以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合,因此一般熔點(diǎn)高,硬度大。
對(duì)比共價(jià)晶體和分子晶體
相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物,熔點(diǎn)1713℃
有多種結(jié)構(gòu),最常見的是低溫石英(α-SiO2)
海灘河岸邊的黃沙、石英礦脈、花崗石中的白色晶體以及透明的水晶都是低溫石英。
五、二氧化硅(SiO2)
應(yīng)用廣泛的高科技產(chǎn)品原料 --- 二氧化硅(SiO2)
晶體硅中硅原子采取sp3雜化
二氧化硅晶體中硅原子采取sp3雜化
1ml二氧化硅晶體中含有的“Si-O”鍵數(shù)目為?
晶體硅結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)為6元環(huán)
二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)為12元環(huán)
查資料得,晶體硅的熔點(diǎn)為1415℃,二氧化硅晶體的熔點(diǎn)為1713℃。怎么理解二氧化硅晶體的熔點(diǎn)比晶體硅的熔點(diǎn)高?
熔點(diǎn):二氧化硅晶體>晶體硅
“Si-O”鍵能>“Si-Si”鍵能
“Si-O”鍵長(zhǎng)<“Si-Si”鍵長(zhǎng)
C和Si屬于同一主族,為何二氧化硅晶體屬于共價(jià)晶體,而干冰晶體屬于分子晶體?
C是第二周期元素,原子半徑較小,周圍容納不下4個(gè)O原子,電子云易于重疊形成雙鍵,所以當(dāng)C與O結(jié)合時(shí),形成了雙鍵,CO2以單個(gè)小分子就可以穩(wěn)定存在,屬于分子晶體。
Si是第三周期元素,原子半徑較大,周圍可以容納4個(gè)O原子,不易形成雙鍵,因此SiO2中,Si以單鍵結(jié)合了4個(gè)O,形成了空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),屬于共價(jià)晶體。
單晶硅 硅芯片 硅太陽(yáng)能電池 二氧化硅光導(dǎo)纖維
(以SiO2為原料制造的高科技產(chǎn)品)
二氧化硅、碳化硅和氮化硼比較
①每個(gè)Si周圍有4個(gè)O Si的雜化軌類型是sp3
“金剛砂”,它具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),其空間結(jié)構(gòu)中碳原子和硅原子相間排列,化學(xué)式為 SiC。
①立方氮化硼晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似
②六方氮化硼的晶體為平面六元并環(huán)的層狀結(jié)構(gòu)
B、N原子均采用sp2雜化方式
②Si原子與Si-O鍵之比為1:4
金剛石是典型的共價(jià)晶體,下列關(guān)于金剛石的說法中 錯(cuò)誤的是( ) A. 晶體中不存在獨(dú)立的分子 B. 碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合 C. 是自然界中硬度最大的物質(zhì) D. 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,即使在高溫下也不會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)
2. 根據(jù)下列性質(zhì)判斷,屬于共價(jià)晶體的物質(zhì)是( )A. 熔點(diǎn)為2700 ℃,導(dǎo)電性好,延展性強(qiáng)B. 無(wú)色晶體,熔點(diǎn)為3500 ℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和有機(jī)溶劑C. 無(wú)色晶體,能溶于水,質(zhì)硬而脆,熔點(diǎn)為800 ℃,熔化時(shí)能導(dǎo)電D. 熔點(diǎn)為-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電
3. 下列關(guān)于SiO2晶體空間結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是( )A. 最小的環(huán)上,有3個(gè)硅原子和3個(gè)氧原子B. 最小的環(huán)上,硅原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為1∶2C. 最小的環(huán)上,有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子D. 存在四面體結(jié)構(gòu)單元,O原子處于中心,Si原子處于4個(gè)頂角
解析 SiO2晶體中,每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子成鍵,每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子成鍵,晶體中的硅氧四面體中Si原子處于中心,O原子處于4個(gè)頂角。最小的環(huán)是十二元環(huán),環(huán)上有6個(gè)Si原子、6個(gè)O原子,Si、O原子數(shù)之比是1∶1。
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