資源簡介

新授課
第三章 晶體結構與性質
第5課時 共價晶體
【學習目標】
1．借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。 2．能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。
【學習活動】
學習任務
目標一：借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。 任務1：閱讀教材p81內容，完成下列問題。 1.共價晶體構成微粒是什么？共價晶體相鄰微粒間是什么相互作用？ 2.含有共價鍵的晶體都是共價晶體嗎 共價晶體中是否存單個的小分子 3.常見共價晶體有哪些？ 任務2：金剛石、二氧化硅晶體結構及晶胞 1.詳細說明金剛石晶胞、二氧化硅晶胞中分別含多少個原子？ 2.金剛石中的碳原子與二氧化硅中的硅原子的雜化類型分別為什么 O—Si—O、C—C—C鍵角分別是多少 “SiO2”是否表示二氧化硅的分子式 3.分析上述兩種典型晶體結構模型,判斷兩種晶體中最小的環分別有多少個原子;1 mol金剛石、SiO2中分別含有多少摩爾C—C和Si—O。 4.以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同
目標二：能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。 任務1： 下表是金剛石、碳化硅和晶體硅的鍵能、熔點和硬度數據： 晶體鍵能/(kJ·mol－1)熔點/℃硬度金剛石(C—C)347＞3 50010碳化硅(C—Si)3012 7009.5晶體硅(Si—Si)2261 4106.5
硬度劃分標準，以金剛石的硬度為10，石墨的硬度為1，劃分10個等級。 1.金剛石、晶體硅、碳化硅的晶體類型是什么？它們的晶體結構中是否存在分子？ 2.金剛石、晶體硅、碳化硅熔化時破壞的作用力是什么？為什么共價晶體的熔點較高，硬度較大？ 3.怎樣從原子結構的角度解釋金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降？ 任務2：砷化鎵是第二代半導體，熔點為1 238 ℃，具有空間網狀結構，性能比硅更優良。砷化鎵半導體材料的一個重要特性就是光電特性。由于它具有直接帶隙以及寬禁帶等結構，它的光發射效率比硅鍺等半導體材料高，廣泛用于雷達、電子計算機、人造衛星、宇宙飛船等尖端技術中。砷化鎵晶體其晶胞結構如圖所示。 1.砷化鎵屬于什么晶體？ 2.砷化鎵與氮化硼屬于同種晶體類型。則兩種晶體熔點較高的是哪物質，為什么？ 3.Ga和As的摩爾質量分別為MGa g·mol－1 和MAs g·mol－1，原子半徑分別為 rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數值為NA，晶體密度為ρ g/cm3，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率是多少？（列出計算式即可）
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
2新授課
第三章 晶體結構與性質
第5課時 共價晶體
【學習目標】
1．借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。 2．能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。
【學習活動】
學習任務
目標一：借助共價晶體模型認識共價晶體的結構特點。 任務1：閱讀教材p81內容，完成下列問題。 1.共價晶體構成微粒是什么？共價晶體相鄰微粒間是什么相互作用？ 參考答案：共價晶體構成粒子是原子，且所有原子都以共價鍵相互結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。 2.含有共價鍵的晶體都是共價晶體嗎 共價晶體中是否存單個的小分子 參考答案： 共價晶體中都有共價鍵,但含有共價鍵的不一定是共價晶體。如CO2、H2O等分子晶體中也含有共價鍵。 共價晶體整塊晶體是一個三維的共價鍵網狀結構，不存在單個的小分子，是一個“巨分子”。 3.常見共價晶體有哪些？ 參考答案： 常見共價晶體及物質類別 (1)某些單質:如金剛石、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)等。 (2)某些非金屬化合物:如二氧化硅(SiO2)、金剛砂(SiC)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。 (3)極少數金屬氧化物,如剛玉(Al2O3)等。 任務2：金剛石、二氧化硅晶體結構及晶胞 1.詳細說明金剛石晶胞、二氧化硅晶胞中分別含多少個原子？ 參考答案： 金剛石晶體中，每個碳原子與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合，晶胞的每個頂點和面心均有1個 C原子,晶胞內部有4個C原子,每個金剛石晶胞中含有8個C原子。 SiO2晶體結構相當于在晶體硅結構中每2個Si原子中間插入一個O原子,參照金剛石晶胞模型,在SiO2晶胞中有8個Si原子位于立方晶胞的頂點,有6個Si原子位于立方晶胞的面心,還有4個Si原子與16個O原子在晶胞內構成4個硅氧四面體,均勻排列于晶胞內。每個SiO2晶胞中含有8個Si原子和16個O原子。 2.金剛石中的碳原子與二氧化硅中的硅原子的雜化類型分別為什么 O—Si—O、C—C—C鍵角分別是多少 “SiO2”是否表示二氧化硅的分子式 參考答案： 碳、硅原子都采取sp3雜化,鍵角均為109°28′。 “SiO2”不是二氧化硅的分子式,因為共價晶體是一個三維的網狀結構,無小分子存在,SiO2只表示物質的組成,表示晶體中硅、氧原子個數比為1∶2。 3.分析上述兩種典型晶體結構模型,判斷兩種晶體中最小的環分別有多少個原子;1 mol金剛石、SiO2中分別含有多少摩爾C—C和Si—O。 參考答案： 金剛石中最小的環上有6個原子,SiO2晶體中最小的環上有12個原子;1 mol金剛石中含有 2 mol C—C,1 mol SiO2中含有4 mol Si—O。 4.以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同 參考答案： ①構成粒子不同,共價晶體中只存在原子,沒有小分子。②相互作用不同,共價晶體中的微粒間的的作用力是共價鍵。
目標二：能夠從化學鍵的特征，分析理解共價晶體的物理特性。 任務1： 下表是金剛石、碳化硅和晶體硅的鍵能、熔點和硬度數據： 晶體鍵能/(kJ·mol－1)熔點/℃硬度金剛石(C—C)347＞3 50010碳化硅(C—Si)3012 7009.5晶體硅(Si—Si)2261 4106.5
硬度劃分標準，以金剛石的硬度為10，石墨的硬度為1，劃分10個等級。 1.金剛石、晶體硅、碳化硅的晶體類型是什么？它們的晶體結構中是否存在分子？ 參考答案： 金剛石、晶體硅、碳化硅均屬于共價晶體；晶體的構成微粒是原子，故晶體中不存在分子。 2.金剛石、晶體硅、碳化硅熔化時破壞的作用力是什么？為什么共價晶體的熔點較高，硬度較大？ 參考答案： 金剛石、晶體硅、碳化硅熔化時破壞的是共價鍵，由于共價鍵的鍵能大，破壞時需要消耗較高的能量，因此共價晶體的熔點較高，硬度大。 3.怎樣從原子結構的角度解釋金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降？ 參考答案： 共價晶體中粒子之間的作用力是共價鍵，熔點的高低和硬度的大小由共價鍵的強弱決定。一般來說，鍵長越短，鍵能越大。由于碳的原子半徑小于硅的原子半徑，所以金剛石、碳化硅、晶體硅的C—C鍵、Si—C鍵、Si—Si鍵鍵長依次增大，鍵能依次減小，金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點、硬度依次下降。 任務2：砷化鎵是第二代半導體，熔點為1 238 ℃，具有空間網狀結構，性能比硅更優良。砷化鎵半導體材料的一個重要特性就是光電特性。由于它具有直接帶隙以及寬禁帶等結構，它的光發射效率比硅鍺等半導體材料高，廣泛用于雷達、電子計算機、人造衛星、宇宙飛船等尖端技術中。砷化鎵晶體其晶胞結構如圖所示。 1.砷化鎵屬于什么晶體？ 參考答案： 共價晶體。 2.砷化鎵與氮化硼屬于同種晶體類型。則兩種晶體熔點較高的是哪物質，為什么？ 參考答案： 氮化硼晶體熔點較高。 二者均為共價晶體，B、N間的鍵長比Ga、As的鍵長短，鍵能大。 3.Ga和As的摩爾質量分別為MGa g·mol－1 和MAs g·mol－1，原子半徑分別為 rGa pm和rAs pm，阿伏加德羅常數值為NA，晶體密度為ρ g/cm3，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率是多少？（列出計算式即可） 參考答案： 該晶胞中含有4個Ga、4個 As，則晶胞中原子的體積為[π(rGa× 10－10cm)3＋π(rAs×10－10cm)3]×4，晶胞的體積為cm－3，則GaAs晶胞中原子的體積占晶胞體積的百分率為[π(rGa×10－10cm)3＋π(rAs× 10－10cm)3]×4/×100%＝×100%。
【學習總結】
回顧本課所學，畫出思維導圖
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