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(共20张PPT)
第二节　分子晶体与共价晶体
第2课时　共价晶体
第三章　晶体结构与性质
[学习目标]
1.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
微粒之间的作用和对共价晶体物理性质的影响(重点)。
2.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(重、难点)。
知识回顾
什么是分子晶体？分子晶体通常具有的物理性质？
只含有分子的晶体；硬度小，熔、沸点低，不导电。
下图为金刚石的结构，猜测是否为分子晶体？
硬度大，构成微粒为原子。
否，为共价晶体。
一、共价晶体的概念及性质
1. 概念
相邻原子间都以共价键结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构。
2. 粒子及粒子间的相互作用
构成微粒：原子
存在的作用力：
共价键
3.常见的共价晶体与物质类别
(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：碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。
(3)某些氧化物：二氧化硅(SiO2)等。
B
C
4.共价晶体的物理性质
——熔、沸点很高；硬度很大
(1)由于原子间以较强共价键相结合，熔化时破坏共价键需要很高的温度，所以熔点高。
(2)结构相似，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
试分析原因？
r与熔点关系？
一、共价晶体的概念及性质
1.正误判断
(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体
(2)共价晶体在固态或熔化时均不导电
(3)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应
(4)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型
√
×
×
×
应用体验
一、共价晶体的概念及性质
应用体验
2.下列有关共价晶体的叙述错误的是
A.共价晶体中只存在共价键
B.共价晶体具有三维骨架结构
C.共价晶体中不存在独立的分子
D.共价晶体熔化时不破坏共价键
√
一、共价晶体的概念及性质
应用体验
3.下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是
①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
√
一、共价晶体的概念及性质
晶体熔、沸点和硬度的比较方法
(1)先判断晶体类型。主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。
一般来说熔、沸点和硬度，共价晶体高于分子晶体。
(2)对于同一类型的晶体
①共价晶体的熔沸点、硬度取决于共价键的强弱：
r原子越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高。
②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与M有关，
同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。
归纳总结
一、共价晶体的概念及性质
二、常见共价晶体的结构分析
1. 金刚石晶体
每个C以共价单键对称地与相邻的4个C结合
C—C—C夹角为109°28′
思考交流
1.晶体中，C的杂化方式？
2.最小碳环由多少个C组成？它们是否在同一平面内？
3.C数与C—C键数比为多少？
4.每个C被多少个六元环共用，1个碳环占有的碳原子数为多少？
sp3杂化
6个C组成；不在同平面内，最多有4个C在同一平面。
每个C形成4个C—C，每个C—C占有2个C，即C原子与C—C数目之比为1∶2。
每个C被12个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为0.5个。
二、常见共价晶体的结构分析
2. 二氧化硅
(1)二氧化硅晶体
①1个Si和 个O形成4个共价键，每个O和 个Si相结合。
②1 mol SiO2中含 mol Si—O。
③最小环由 个Si和 个O构成。
④每个Si被 个12元环共用，每个O被 个12元环共用。
4
2
4
6
6
12
6
(2)低温石英
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。
二、常见共价晶体的结构分析
应用体验
1.正误判断
(1)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内
(2)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用
(3)1 mol金刚石晶体中含有4 mol碳碳键
(4)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol硅氧键
√
×
×
√
二、常见共价晶体的结构分析
应用体验
2.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述正确的是
A.最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子
B.最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2
C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角
√
二、常见共价晶体的结构分析
应用体验
3.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有_____个碳原子。
(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为____________ g·cm－3。
(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______ pm。
(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
8
二、常见共价晶体的结构分析
自我测试
1.碳化硅(SiC)是一种晶体，具有类似于金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替排列的。有下列三种晶体：①金刚石　②晶体硅　③碳化硅，它们的熔点从高到低的顺序是
A.①③②
B.②③①
C.③①②
D.②①③
√
自我测试
2.美国LawrenceLivermore国家实验室(LLNL)的V.Lota.C.S.Yoo和Cynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于CO2共价晶体的说法正确的是
A.熔点：金刚石>CO2共价晶体
B.在一定条件下，共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C.CO2的共价晶体中存在范德华力，每1 mol CO2共价晶体中含有2NA个π键
D.CO2的共价晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与两个C原子相结合
√
自我测试
3.Ga和As均位于元素周期表第四周期，砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等，其晶胞结构如图所示，其中原子1的坐标为(0,0,0)，原子2的坐标为(1,1,1)。下列说法错误的是
B.根据元素周期律，原子半径：Ga>As
C.GaAs的熔点为1 238 ℃，硬度大，晶体类型为共价晶体
√
自我测试
4.根据下表中三种物质(晶体)的熔点，简要解释熔点产生差异的原因：
物质 SiO2 SiCl4 SiF4
熔点/℃ 1 710 －70 －90.2
(1)SiO2和SiCl4：_______________________________________________
____________________________________________。
(2)SiCl4和SiF4：_______________________________________________
_________________________________________________________________________。
SiO2是共价晶体，微粒间作用力为共价键；SiCl4是分子晶体，分子间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4
SiCl4和SiF4均为分子晶体，分子间作用力均为范德华力，根据分子结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，可知SiCl4熔点高于SiF4
本节内容结束

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