第2课时 共价晶体 [学习目标] 1.通过认识共价晶体及其结构特点,能辨识常见的共价晶体,并能从微观角度分析共价晶体中各构成粒子之间的作用对共价晶体物理性质的影响。2.通过对典型共价晶体的分析探究,能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体,并能利用“均摊法”对晶胞进行分析。 学习任务1 认识共价晶体及其结构特点 1.共价晶体 [示例] 共价晶体中都有共价键,但仅含有共价键的不一定是共价晶体,如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外,还要求形成晶体的粒子是原子。 2.两种典型的共价晶体 (1)金刚石。 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,形成共价键三维骨架结构。 (2)二氧化硅晶体。 ①存在及结构。 二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物,有多种结构,最常见的是低温石英。在低温石英的结构中,顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链,这一结构决定了它具有手性,如图所示。 ②用途。 用作压电材料(如制作石英手表),还是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 3.常见共价晶体及物质类别 物质种类 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等 极少数金属氧化物 刚玉(Al2O3) 材料1 金刚石,俗称“金刚钻”,它是一种由碳元素组成的矿物,是石墨的同素异形体,是美丽、透明、折光率高的晶体,也是常见的钻石的原身。 材料2 纯净的天然二氧化硅晶体,是一种坚硬、脆性、不溶的无色透明的固体,常用于制造光学仪器等。二氧化硅晶体中,硅原子位于正四面体的中心,四个氧原子位于正四面体的四个顶角上,许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连,每个氧原子为两个四面体共有,即每个氧原子与两个硅原子相结合。 探究 典型共价晶体的结构特点 问题1:观察金刚石晶体结构模型,晶体中碳原子个数与C—C的个数之比为多少 晶体中最小碳环是几元环 在上述晶体结构图中画出一个最小的碳环(相应的碳原子涂黑)。 提示:如图,晶体中每个碳原子都参与了4个C—C的形成,在每个C—C中的贡献只有一半,故晶体中碳原子个数与C—C的个数之比为1∶2。根据晶体结构,可知最小碳环是六元环。 问题2:一个金刚石晶胞中含有几个碳原子 若晶胞的边长为a pm,晶胞中两个最近的碳原子之间的距离是多少 提示:8×+6×+4=8。两个最近的碳原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即 a pm。 问题3:二氧化硅晶体中硅原子和与其直接相连的氧原子构成的空间结构是什么 提示:二氧化硅晶体中硅原子与其周围相连的 4个氧原子形成正四面体形结构。 问题4:二氧化硅晶体中硅原子与Si—O的数目之比是多少 60 g SiO2晶体中含Si—O的数目是多少(设NA为阿伏加德罗常数的值) 提示:SiO2晶体中硅原子与Si—O的数目之比为 1∶4。60 g SiO2晶体中含Si—O的数目为4NA。 金刚石(晶体硅)、二氧化硅、碳化硅的晶胞分析 ①每个顶点和面心均有1个碳原子; ②晶胞内部有4个碳原子,每个金刚石晶胞中含有8个碳原子; ③硅晶胞结构同金刚石晶胞 ①相当于在晶体硅结构中每2个硅原子中间插入1个氧原子; ②晶胞中有8个硅原子位于立方晶胞的顶点,有6个硅原子位于立方晶胞的面心,还有4个硅原子与16个氧原子在晶胞内构成4个硅氧四面体,均匀排列于晶胞内; ③每个SiO2晶胞中含有8个硅原子和16个氧原子 ①碳、硅原子都采取sp3杂化,C—Si键角为109°28′; ②每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)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; ③最小环由6个原子组成且不在同一平面内,其中包括3个碳原子和3个硅原子; ④每个SiC晶胞中含有4个碳原子和4个硅原子 1.下列有关共价晶体 ... ...
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