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第三章 第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时 共价晶体
物质 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 -56.2 （在527 kPa下测得） -78.5
SiO2 1 723 2 230
干冰
SiO2
CO2（干冰）和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断：SiO2是分子晶体吗？为什么熔点SiO2远高于CO2？
新课导入
学习目标
1. 了解共价晶体的概念。
2. 认识常见的共价晶体，能区分分子晶体和共价晶体。
3. 掌握典型共价晶体的结构特点。
一、共价晶体
1. 概念 ：所有原子都以共价键相互结合形成三维骨架结构（即立体网状结构）的晶体。
共价晶体
构成粒子
原子
粒子间的作用力
共价键
新知梳理
共价键
2. 常见共价晶体及物质类别
(1)某些单质：如金刚石、硅(Si)、锗(Ge)、硼(B)和灰锡(Sn)等。
(2)某些非金属化合物：如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)（俗名：金刚砂）、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
Si
O
1. 熔点很高：共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，使物质熔化要断裂共价键，需要很高的能量。
2. 硬度很大。
3. 一般不导电，但晶体硅是半导体。
4. 难溶于一般溶剂。
二、共价晶体的物理性质
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔 点 ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
[思考1]从原子结构的角度理解金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，硬度越大，金刚石＞晶体硅＞晶体锗。
[思考2]“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
不对。CO2分子中有共价键，是分子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。
(1)在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有____个;
(2)每个碳原子都采取_________;
(3)所有的C—C键长相等，键角相等，键角为_________；
(4)晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内；
(5)晶体中每个C参与了 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 ；
三、典型共价晶体
1. 金刚石
sp3杂化
109°28'
6
不在
4
4
1 : 2
(6)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；
(7)在金刚石晶胞中占有的碳原子数_____;
(8)12 g 金刚石含有_____个C原子，含有______个C-C键。　
8
NA
6
12
2NA
金刚石键长很短，熔点高，硬度最大
(1) 二氧化硅的结构
把金刚石晶体中的碳原子换为硅原子,每两个硅原子之间增加一个氧原子，即形成SiO2的晶体结构。
①在SiO2晶体中，每个硅原子采取sp3杂化与____个氧原子结合；每个氧原子与____个硅原子结合；在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是 。没有单个的SiO2分子存在。
4
1：2
2
Si
O
2. 二氧化硅
②在SiO2 晶体中，每个硅原子形成 个共价键；每个氧原子形成 个共价键；
③在SiO2 晶体中，最小环为 元环。
4
2
12
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。
氧硅四面体构成的螺旋链
石英的左、右型晶体
(2)二氧化硅的用途
玻璃
单晶硅
水泥
硅光电池
芯片
光纤
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1000℃以上；而分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。
3. 还可以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。
四、分子晶体和共价晶体的判断方法
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。
【注意】
(1)共价晶体熔化时破坏的作用力：共价键
(2)由原子构成的晶体不一定是共价晶体
如：金属单质（金属晶体）
(3)具有共价键的晶体不一定是共价晶体
如：石墨（混合晶体）
分子晶体与共价晶体的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概 念
组成微粒
粒子间作用力
熔沸点
相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构
分子间以分子间作用力结合
原子
分子
共价键
分子间作用力
很高
较低
归纳总结
晶体类型 共价晶体 分子晶体
硬 度
溶解性
导电性
熔化时破坏的作用力
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
固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电
一定破坏分子间作用力（有时还破坏氢键，特例：S8熔化还破坏共价键）
破坏共价键
1. 美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是（ ）
A. 该共价晶体中含有极性键
B. 该共价晶体易气化，可用作制冷材料
C. 该共价晶体有很高的熔、沸点
D. 该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料
课堂练习
B
2. 下列说法中，正确的是（ ）
A. 冰融化时，分子中H—O发生断裂
B. 共价晶体中，共价键越强，熔点越高
C. 分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的溶、沸点一定越高
D. 分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定
B
3.碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_____________。
(2)在石墨烯晶体中，每个C原子连接_____个六元环，每个六元环占有____个C原子。
(3)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环。
同分异构体
3
2
12
石墨烯晶体
金刚石晶体
(4)已知晶体硼的基本结构单元是由B原子构成的正二十面体(如上图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个B原子。通过观察图形及推算，可知此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键间的键角是________(填角度)。
12
60°
本节内容结束

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