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人教版选择性必修2《物质结构与性质》
第2课时 共价晶体
第三章·第二节 分子晶体与共价晶体
雪花、钻石、食盐和铜都是晶体，那晶体之间有没有什么不同呢，雪花、钻石、食盐和铜的微粒构成是一样的吗？
分子间作用力
分子晶体
共价键
水分子
碳原子
共价晶体
雪花
钻石
离子键
离子晶体
钠离子、氯离子
食盐
金属键
金属晶体
铜原子、电子
铜
任务一 共价晶体
1.概念
相邻原子之间以共价键相结合形成的具有三维骨架结构的晶体
2.构成微粒及微粒间作用力
构成微粒
原子
相互作用
共价键
判断方法
注意：
不存在单个分子，无分子式。化学式表示原子最简整数比。
原子晶体中唯一的作用力是共价键，即影响化学性质稳定性，又影响物理性质熔沸点、硬度的大小。
任务一 共价晶体
问题：“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，分子晶体中通常也含有共价键。如干冰，只有分子内部才通过共价键结合，而分子间通过范德华力结合成分子晶体；此外，某些离子晶体中也含共价键，如NaOH、NH4Cl。
任务一 共价晶体
3.常见的原子晶体
①某些单质：金刚石（C）、硅（Si）、锗（Ge）、灰锡（Sn） 、硼（B）、高聚氮等
②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等
③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)
硼
刚玉
碳化硅
任务一 共价晶体
4.物理特性
问题：下表列出了一些原子晶体的熔点和硬度，请根据表中数据分析：原子晶体的有什么特点？并从微观角度解释原因。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
熔点/℃ >3500 3000 2700 1710 1410 1211
①熔点高（结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。）
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
金刚石钻石
氮化硅（Si3N4）航天耐高温材料
碳化硅（SiC）
砂轮
任务一 共价晶体
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概念
组成微粒
作用力
熔沸点
硬度
溶解性
导电性
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
固体和熔融态都不导电，部分溶于水导电
任务二 典型共价晶体的结构特征
1.金刚石晶体
①在晶体中每个碳原子以 个共价单键与 相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体，C-C-C夹角为 ，碳原子采取 杂化。
最小环为六元环
②晶体中最小的碳环有 个碳原子，且不在同一平面，最多 个碳原子在同一平面。
4
4
109°28'
sp3
6
4
③每个C形成4个C—C，每个C—C占有 个C，即C原子与C—C数目之比为 。1mol C原子中含 mol C-C共价键。
2
2
1：2
正四面体
任务二 典型共价晶体的结构特征
1.金刚石晶体
晶体结构
晶胞示意图
在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心，以及晶胞的内部存在4个，故该晶胞中实际含有的碳原子数为8。
问题：根据下图中金刚石的结构，应当如何选取其晶胞？计算出一个金刚石晶胞中有多少碳原子？
任务二 典型共价晶体的结构特征
1.金刚石晶体
任务二 典型共价晶体的结构特征
1.金刚石晶体
(1)与碳同族单质(如Si、Ge)都具有与金刚石相似的结构；
(2)第ⅣA族相邻元素间也可形成相似结构的晶体(如SiC)；
(3) BN、GaAs等也可形成与金刚石结构相似的晶体。
金刚石
晶体硅
SiC
GaAs
任务二 典型共价晶体的结构特征
2.二氧化硅晶体
①每个Si原子周围结合 个O原子；同时，每个O原子跟 个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1︰2的比例所组成的立体网状的晶体。
②1mol SiO2中含 Si—O键。
③最小的环是由 个Si原子和 个O原子组成的 元环
4
2
4mol
6
6
12
④ SiO2晶胞中包含有 个Si原子 个O原子。
8
16
任务二 典型共价晶体的结构特征
2.二氧化硅晶体
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)。低温石英的结构中由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(左型与右型)，被广泛应用在压电材料，如制作石英手表。
任务二 典型共价晶体的结构特征
2.二氧化硅晶体
课堂练习
设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A. 28 g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NA
B. 124 g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NA
C. 12 g金刚石中含有C—C的个数为4NA
D. SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)
A
课堂练习
氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是
A. AlN是共价晶体
B. Al的配位数为4
C. AlN属于离子化合物
D. 与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个
C

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