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第二节
分子晶体与共价晶体
第2课时　
共价晶体
人教版（2019）化学选择性必修二
第三章 晶体结构与性质
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对共价晶体物理性质的影响。
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。
CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。
干冰
SiO2
物质 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5
SiO2 1 723 2 230
不是分子晶体
是共价晶体
常见的共价晶体
金刚石
单晶硅
SiO2
碳化硅
锗
锡
共价晶体
1、定义
相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。
共价晶体
构成粒子
原子
粒子间的作用力
共价键
注意：
共价晶体中都有共价键，但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。
整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。化学式表示原子个数比。
2、典型共价晶体类型
物质种类 实例
某些非金属单质
某些非金属化合物
某些氧化物
晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
二氧化硅(SiO2)、刚玉(ɑ-Al2O3)等
观察金刚石晶胞结构，思考下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中，含有几个碳原子？
(2)金刚石中,每个碳原子与多少个碳原子成键？碳原子采取什么杂化方式？
正四面体
在金刚石晶体中每个碳原子与4个碳原子成键
碳原子采取sp3杂化
最小环为六元环
3、常见的典型共价晶体
(1)金刚石
①碳原子采取 杂化,C—C—C夹角为 。
②每个碳原子与周围紧邻的 个碳原子以共价键结合,形成共价键三维骨架结构。
③最小碳环由6个碳原子组成,且最小碳环上有4个碳原子在同一平面内;每个碳原子被12个六元环共用。
sp3
109°28′
4
④晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：
1:( 4×）= 1:2
⑤每个碳原子可形成　　　个六元环,每个C-C键可以形成　　个六元环。
⑥在金刚石晶胞中占有的碳原子数_______。　
６
12
8
8×+6×+4=8
⑦12g 金刚石含有_____个C原子，含有_____ 个C-C键
NA
2NA
观察SiO2晶胞和晶体结构，与金刚石晶体结构有什么相同点和不同点？
金刚石晶胞和晶体结构图
SiO2晶胞和晶体结构图
构成原子种类和数目不同。
原子杂化方式和空间结构相同。
3、常见的典型共价晶体
(2)二氧化硅(SiO2)
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(α -SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。
石英的左、右型晶体
石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链
①硅原子都采取sp3杂化，每个Si周围有 个O，每个O周围
有 个Si，在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 .硅氧构成空间 形
4
2
正四面体
180
109 28
1:2
②最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。每个最小的环实际拥有的硅原子为6× = ，氧原子数为6× = 1。
晶体硅结构
二氧化硅晶体结构
SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入1个O原子
③参照金刚石晶胞模型,在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点,有6个Si原子位于立方晶胞的面心,还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体,均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有 8个Si原子和16个O原子。
3、常见的典型共价晶体
(3)碳化硅(SiC)
(1)碳、硅原子都采取sp3杂化,C—Si键角为109°28′。
C
Si
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C原子和3个Si原子。
(4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
某些共价晶体的熔点和硬度
观察比较下表中共价晶体熔点和硬度数据，它们有什么特点？
熔点很高；硬度很大
为什么共价晶体熔点很高？
熔化破坏共价键，需要很高的能量。
结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
4、共价晶体的物理性质
①熔点很高；
②硬度很大；
③一般不导电(晶体硅半导体)；
④难溶于一般溶剂
(2)熔点和硬度的比较规律
(1)一般规律
结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越 ,键能越 ,晶体的熔点越高,硬度越大。
短
大
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
某些共价晶体的熔点和硬度
下表为部分共价晶体的物理性质,结合前面学过的分子晶体的一些性质思考问题。
问题1:与分子晶体相比,共价晶体的熔点普遍较高,为什么
分子晶体中分子间是以较弱的分子间作用力(部分含氢键)相互作用的,而共价晶体中原子间是通过较强的共价键相互作用的,并且形成空间网状结构,所以熔点普遍较高。
问题2:由表中数据可知,金刚石、硅和锗的熔点和硬度均依次降低,如何解释
三者的组成元素为同一主族元素,形成的晶体结构类似,结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔点越高,硬度越大。
问题3:从哪些角度可以区分共价晶体与分子晶体
可以从构成微粒、微粒间作用力强弱、熔沸点、硬度等角度区分。
晶体类型 共价晶体 分子晶体
组成微粒
作用力
熔沸点
硬度
溶解性
导电性
原子
分子
共价键
分子间作用力
很大
较小
很大
较小
不溶于任何溶剂
部分溶于水
不导电，个别为半导体
固体和熔融状态都不导电，部分溶于水导电
分子晶体和共价晶体的比较
判断共价晶体和分子晶体类型的方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断
构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键;构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔点高,常在1 000 ℃以上;而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。
(3)依据晶体的硬度与机械性能判断
共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。
(4)依据导电性判断
分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。
(1).分子晶体中一定存在共价键。 (　　)
(2).干冰升华的过程中破坏了共价键。(　　)
(3).二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物,但属于不同的晶体类型。(　　)
(4).分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。(　　)
(5).含有共价键的晶体都是共价晶体。(　　)
(6).SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)
1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√ 　　
√ 　　
×
×
×
×
2.下列有关晶体的说法正确的是(　 　)
A.分子晶体中均存在共价键
B.共价晶体中共价键越弱,熔点越低
C.晶体在受热熔化过程中一定存在化学键的断裂
D.共价晶体的原子间只存在共价键,而分子晶体内只存在范德华力
B
3、氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛的应用，它属于( )
A.原子晶体 B.分子晶体
C.金属晶体 D.离子晶体
A

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