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第3课时　共价晶体导学案
学习目标　1.知道共价晶体的概念,能够从共价晶体的结构特点理解其物理特性。2.学会晶体熔、沸点比较的方法。
共价晶体
1.概念
相邻原子间以　　　　　　结合而形成的具有　　　　　　　　结构的晶体。
2.结构特点
(1)共价晶体(如金刚石)中,在每个碳原子周围排列的其他碳原子只能有　　个,这是由共价键的　　　　与　　　　决定的。
(2)由于所有原子间均以　　　　相结合,所以晶体中不存在单个分子。
3.物理性质
(1)一般熔点　　　　,硬度　　　　。
(2)结构相似的共价晶体,原子半径越小,共价键键长越短,键能越大,晶体的熔点越　　　　　　　　　　　　。
4.典型共价晶体的结构
(1)金刚石(C)
①碳原子采取　　　　杂化,C—C键键角为　　　　。
②每个碳原子与周围紧邻的　　　　个碳原子以共价键结合成　　　　结构,向空间伸展形成空间网状结构。
(2)碳化硅(SiC)
把金刚石中的C原子换成Si与C原子相互交替,就得到碳化硅的结构。晶体中Si与C原子个数比为　　　　。
(3)二氧化硅晶体(SiO2)
①Si原子采取　　　　杂化,正四面体内O—Si—O键角为　　　　。
②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键,Si原子位于正四面体的中心,　　　　原子位于正四面体的顶点,同时每个O原子被　　　　个硅氧正四面体共用;每个O原子和　　　　个Si原子形成　　　　个共价键,晶体中Si原子与O原子个数比为　　　　。
1.(2023·常州高二期末统考)手机使用的芯片主要成分是晶体Si。下列固体与其晶体类型相同的是 (　　)
A.金刚石 B.金属铁
C.足球烯 D.氯化钠
2.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如右图所示,下列判断正确的是 (　　)
A.金刚石中C—C键之间的夹角均为109°28',所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子数目与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以用金刚石钻头打孔过程中不需要进行浇水冷却
3.二氧化硅有晶体和无定形两种形态,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外,SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似,其结构单元如图。下列有关说法正确的是 (　　)
A.方英石晶体中存在着SiO2结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O键
C.图示结构单元中实际占有18个硅原子
D.方英石晶体中,Si—O键之间的夹角为109°28'
【题后归纳】
1.共价晶体的判断依据
(1)根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。
(2)根据共价晶体的物理性质判断。
由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合,故共价晶体:①熔点很高;②硬度大;③一般不导电;④难溶于溶剂。
(3)记住常见的共价晶体。
物质 金刚石 碳化硅 二氧化硅
晶胞
晶胞中 微粒数目 8个C C:4个 Si:4个 Si:8个 O:16个
1 mol物质 中化学键 物质的量 2 mol C—C键 4 mol C—Si键 4 mol Si—O键
2.理解共价晶体的几个注意点
(1)共价晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2 800 ℃)>SiO2(1 713 ℃)、钨(3 410 ℃)>SiO2(1 713 ℃)。
(2)共价晶体中只存在共价键,不存在离子键和范德华力。
(3)碳化硅晶体与金刚石结构相似,其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。
1.下列有关共价晶体的叙述错误的是 (　　)
A.共价晶体中,原子不按紧密堆积排列
B.共价晶体具有空间立体网状结构
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
2.碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似,俗称金刚砂。下列说法正确的是 (　　)
A.SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1
B.SiC晶体的熔点较高
C.SiC晶体的硬度较小
D.SiC属于分子晶体
3.根据下列物质的性质,判断其属于共价晶体的是 (　　)
A.熔点为2 700 ℃,导电性强,延展性强
B.无色晶体,熔点为3 550 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点为800 ℃,熔化时能导电
D.熔点为-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
4.氮化碳部分结构如图所示,其中β 氮化碳的硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是 (　　)
A.β 氮化碳属于共价晶体,其化学键比金刚石的更稳定
B.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
C.β 氮化碳的化学式为C3N4,其中氮显-3价,碳显+4价
D.该晶体与金刚石空间网状结构相似,原子间都是以极性共价键结合形成的
5.单质硼有无定形和晶体两种,参考下列数据:
晶体 金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K 高于3 820 1 683 2 573
沸点/K 5 100 2 628 2 823
摩氏硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼的晶体类型属于　　　　　　　　　　　　,理由是 　　　　　　　　　　　　。
(2)晶体硼的基本结构单元是由硼原子构成的正二十面体(如图所示),各正二十面体之间以B—B键相互结合,在每个正二十面体中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点各有一个硼原子。通过观察题图及推算,得出此基本结构单元是由　　　　个硼原子构成的,其中B—B键之间的键角是　　　　。 (共26张PPT)
第 节　几种简单的晶体结构模型
第 章　不同聚集状态的物质与性质
第 课时　共价晶体
3
2
3
1.知道共价晶体的概念，能够从共价晶体的结构特点理解其物理特性。
2.学会晶体熔、沸点比较的方法。
学习目标
共价晶体
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
共价晶体
对点训练
1.概念
相邻原子间以________结合而形成的具有______________结构的晶体。
2.结构特点
(1)共价晶体(如金刚石)中，在每个碳原子周围排列的其他碳原子只能有____个，这是由共价键的________与________决定的。
(2)由于所有原子间均以________相结合，所以晶体中不存在单个分子。
共价键
空间立体网状
四
饱和性
方向性
共价键
3.物理性质
(1)一般熔点______，硬度______。
(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，共价键键长越短，键能越大，晶体的熔点越____。
较高
较大
高
4.典型共价晶体的结构
(1)金刚石(C)
①碳原子采取________杂化，C—C键键角为________________。
②每个碳原子与周围紧邻的____个碳原子以共价键结合成__________结构，向空间伸展形成空间网状结构。
sp3
109°28′
4
正四面体
(2)碳化硅(SiC)
把金刚石中的C原子换成Si与C原子相互交替，就得到碳化硅的结构。晶体中Si与C原子个数比为________。
(3)二氧化硅晶体(SiO2)
①Si原子采取________杂化，正四面体内O—Si—O键角为________________。
②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，____原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和____个Si原子形成____个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为________。
1∶1
sp3
109°28′
O
2
2
1∶2
1.(2023·常州高二期末统考)手机使用的芯片主要成分是晶体Si。下列固体与其晶体类型相同的是(　　)
A.金刚石 B.金属铁 C.足球烯 D.氯化钠
解析　金刚石为共价晶体，A符合题意；铁为金属晶体，B不符合题意；足球烯为分子晶体，C不符合题意；氯化钠为离子晶体，D不符合题意。
A
2.金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如右图所示，下列判断正确的是(　　)
A.金刚石中C—C键之间的夹角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子数目与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高，所以用金刚石钻头打孔过程中不需要进行浇水冷却
C
3.二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是(　　)
A.方英石晶体中存在着SiO2结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O键
C.图示结构单元中实际占有18个硅原子
D.方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为109°28′
D
【题后归纳】
1.共价晶体的判断依据
(1)根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。
(2)根据共价晶体的物理性质判断。
由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：①熔点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。
(3)记住常见的共价晶体。
2.理解共价晶体的几个注意点
(1)共价晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2 800 ℃)＞SiO2(1 713 ℃)、钨(3 410 ℃)＞SiO2(1 713 ℃)。
(2)共价晶体中只存在共价键，不存在离子键和范德华力。
(3)碳化硅晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。
1.下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　)
A.共价晶体中，原子不按紧密堆积排列
B.共价晶体具有空间立体网状结构
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
D
解析　A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原理；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而形成的空间立体网状结构的晶体；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合而形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体是原子间通过共价键结合而形成的，熔化时需要破坏共价键。
2.碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。下列说法正确的是(　　)
A.SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1
B.SiC晶体的熔点较高
C.SiC晶体的硬度较小
D.SiC属于分子晶体
解析　SiC晶体中硅、碳元素的质量比为28∶12＝7∶3，A项错误；SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，熔点较高，硬度较大，B项正确；C项错误；SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，D项错误。
B
3.根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是(　　)
A.熔点为2 700 ℃，导电性强，延展性强
B.无色晶体，熔点为3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D.熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
解析　共价晶体一般不导电，没有延展性，A项错误；共价晶体难溶于水，C项错误；共价晶体一般熔点很高，硬度很大，D项错误。
B
4.氮化碳部分结构如图所示，其中β－氮化碳的硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是(　　)
D
A.β－氮化碳属于共价晶体，其化学键比金刚石的更稳定
B.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
C.β－氮化碳的化学式为C3N4，其中氮显－3价，碳显＋4价
D.该晶体与金刚石空间网状结构相似，原子间都是以极性共价键结合形成的
5.单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据：
晶体 金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K 高于3 820 1 683 2 573
沸点/K 5 100 2 628 2 823
摩氏硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼的晶体类型属于____________________，理由是_______________
___________________________________________________________________。
共价晶体
晶体硼的熔、沸点和硬度都介于共价晶体金刚石和晶体硅之间，所以晶体硼为共价晶体
解析　根据表中数据可以看出晶体硼的熔、沸点和硬度都介于金刚石和晶体硅之间，金刚石和晶体硅是典型的共价晶体，所以晶体硼是共价晶体。
(2)晶体硼的基本结构单元是由硼原子构成的正二十面体(如图所示)，各正二十面体之间以B—B键相互结合，在每个正二十面体中有二十个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点各有一个硼原子。通过观察题图及推算，得出此基本结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键之间的键角是________。
12
60°
Thanks！
本
讲
内
容
结
束第三章 《晶体结构与性质》教学设计
第二节 分子晶体和共价晶体
第3课时 共价晶体
课题： 3.2.2 共价晶体 课时 1 授课年级 高二
课标要求 《普通高中化学课程标准（2017年版）》对本节课作出了明确的【内容要求】： 1.了解共价晶体的概念，知道共价晶体是原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体。例如，金刚石就是典型的共价晶体，在金刚石晶体中，每个碳原子都与周围的四个碳原子形成共价键，这些共价键向空间伸展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状结构。 2.能从共价键的特征（方向性和饱和性）的角度解释共价晶体的结构特点。由于共价键具有方向性和饱和性，在共价晶体中原子的排列方式受到共价键的制约，原子只能在特定的方向上与其他原子形成共价键，并且形成的共价键数目是有限的。这就导致共价晶体具有高硬度、高熔点等特性。 3.能根据共价晶体的结构特点说明其物理性质（如硬度、熔点、导电性等）。共价晶体一般硬度大，因为原子间通过共价键结合，共价键的键能较大，要破坏这些共价键使晶体发生形变需要很大的能量；熔点高也是由于共价键键能大，需要较多的能量来破坏共价键使晶体熔化。多数共价晶体不导电，因为晶体中没有自由移动的电子，例如二氧化硅晶体，其结构中的电子都被束缚在共价键中。
教材 分析 教材通常从典型的共价晶体实例入手，如金刚石、二氧化硅等，引出共价晶体的概念。这些实例都是学生在日常生活或前期化学学习中有所耳闻的物质，能够激发学生的学习兴趣并建立起直观的认识。明确共价晶体是相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体。 以金刚石为例，详细描述其结构。在金刚石中，每个碳原子都与周围四个碳原子以共价键相连，形成正四面体结构，这些正四面体向空间延伸，构成一个巨大的空间网状结构。这种结构决定了共价晶体具有高硬度、高熔点等特性。 以二氧化硅共价晶体为例，教材会阐述硅原子和氧原子的连接方式。一个硅原子与四个氧原子形成共价键，每个氧原子又与两个硅原子相连，形成空间网状结构。这有助于学生理解不同共价晶体结构上的多样性以及原子比例与结构的关系。
教学目标 一、知识与技能目标 1. 概念理解 （1）学生能够准确理解共价晶体的概念，明确共价晶体是由原子通过共价键结合而成的具有空间网状结构的晶体。 （2）能列举常见的共价晶体，如金刚石、二氧化硅、碳化硅等，并能识别它们的化学式所代表的结构意义。 2. 结构特征 （1）掌握共价晶体的结构特征，包括原子间的共价键连接方式、空间排列规律等。例如，知道金刚石中每个碳原子与周围四个碳原子以共价键相连，形成正四面体结构，进而理解整个晶体是一个巨大的三维空间网状结构。 （2）能够根据共价晶体的结构特征解释其物理性质，如硬度大、熔点高、不导电等性质与共价键和空间网状结构之间的关系。 3. 性质关联 （1）理解共价晶体的物理性质（如硬度、熔点、沸点、导电性等）与晶体结构之间的内在联系。例如，由于共价晶体中原子间存在着很强的共价键，要破坏这些共价键需要很高的能量，所以共价晶体一般具有较高的熔点和硬度。 （2）学会比较不同共价晶体物理性质的差异，如比较金刚石、碳化硅和二氧化硅的硬度和熔点高低，并能从键长、键能等角度进行解释。 二、过程与方法目标 1. 模型构建 （1）通过构建共价晶体的结构模型（如使用球棍模型搭建金刚石或二氧化硅的结构），培养学生的空间想象能力和动手操作能力，加深对共价晶体结构的理解。 （2）能够运用模型解释共价晶体的性质，提高学生将微观结构与宏观性质相联系的思维能力。 2. 逻辑推理 （1）在学习共价晶体结构与性质关系的过程中，培养学生的逻辑推理能力。例如，从共价键的键能、键长等因素推理出共价晶体的熔点、硬度等物理性质的变化规律。 （2）通过对共价晶体性质数据（如熔点、硬度等）的分析，学会归纳总结规律，培养学生的数据分析和处理能力。 3. 类比迁移 引导学生类比离子晶体、分子晶体的学习方法来学习共价晶体，培养学生的类比思维能力，能够将已有的知识和学习经验迁移到新的知识体系中，从而更好地理解和掌握共价晶体的相关知识。 三、情感态度与价值观目标 1. 科学探究精神 （1）通过对共价晶体结构和性质的探究过程，激发学生对化学科学的兴趣和好奇心，培养学生积极探索未知领域的科学精神。 （2）鼓励学生在探究过程中提出问题、大胆假设、勇于创新，培养学生的创新意识和科学探究能力。 2. 微观结构之美 让学生体会到共价晶体微观结构的规则性、复杂性和独特性，感受化学微观世界的美妙，从而提高学生对化学学科的审美情趣。 学科价值认识 了解共价晶体在现代科技领域（如半导体材料、光导纤维等方面）的广泛应用，认识到化学学科在材料科学、信息技术等领域的重要性，增强学生对化学学科价值的认同感。
教学重、难点 1. 重点 （1）原子间的共价键连接方式：重点理解共价晶体中原子通过共价键相互结合，且共价键具有方向性和饱和性。例如在金刚石晶体中，每个碳原子都与周围四个碳原子形成共价键，这些共价键在空间上呈正四面体分布。这是共价晶体结构的基础，决定了共价晶体的硬度、熔点等物理性质。 （2）空间立体网状结构的理解：强调共价晶体中原子形成的是一个连续的、三维的空间网状结构，不存在单个小分子。以二氧化硅晶体为例，硅原子和氧原子交替连接，向空间无限延伸，这种结构使得共价晶体具有较高的稳定性。 （3）高硬度和高熔点：由于共价晶体中原子间以共价键相连，共价键的键能较大，要破坏这些共价键需要很高的能量，所以共价晶体通常具有高硬度和高熔点的特性。如碳化硅（SiC）的硬度很大，可用于制作砂纸、砂轮等磨料；晶体硅的熔点高达1410℃，常用于制造半导体器件。 （4）导电性：多数共价晶体一般不导电，但某些特殊的共价晶体（如硅、锗等）在一定条件下可表现出半导体性质。这与它们的晶体结构以及价电子的运动状态有关。需要向学生解释清楚共价键中的电子被束缚在原子之间，难以自由移动，所以一般不导电；而硅、锗等半导体材料在温度升高或掺杂其他元素时，价电子会获得足够能量而发生跃迁，从而表现出一定的导电性。 2.难点 （1）复杂的空间结构：共价晶体的空间结构往往比较复杂，对于学生来说，从二维平面到三维空间的结构想象存在一定困难。例如金刚石晶体结构中，碳原子的正四面体连接方式以及整个晶体的无限延伸结构，学生很难直接通过文字描述或简单的平面图形来准确理解。教师需要借助多种教学手段，如球棍模型、多媒体动画等，帮助学生建立起空间结构的概念。 （2）不同共价晶体结构的对比：比较不同共价晶体（如金刚石、二氧化硅、碳化硅等）的结构差异也是一个难点。这些晶体虽然都属于共价晶体，但原子种类、原子比例以及共价键的连接方式有所不同。学生需要理解这些结构上的区别如何导致它们在物理性质上的差异，这需要对不同共价晶体的结构细节有深入的把握。 （3）从结构角度解释物理性质：让学生从共价晶体的结构特点出发，深入理解其高硬度、高熔点、导电性等物理性质是教学的难点之一。例如，在解释共价晶体的高熔点时，仅仅告诉学生是因为共价键键能大是不够的，还需要引导学生从原子间的相互作用、空间结构对键的影响等多方面进行分析，使学生能够真正理解结构与性质之间的因果关系，建立起结构决定性质的化学思维方式。
核心素养 1.宏观辨识与微观探析 宏观：能从宏观角度认识共价晶体的物理性质，如硬度大、熔点高、不导电等特点。例如，金刚石是自然界中硬度最大的物质，可用于切割玻璃、钻探等，这是共价晶体宏观性质在实际中的应用体现。 微观：从微观结构上理解共价晶体的构成微粒是原子，原子间以共价键相结合形成空间网状结构。以金刚石为例，每个碳原子与周围四个碳原子以共价键相连，形成正四面体结构单元，这些结构单元向空间延伸构成整个金刚石晶体的空间网状结构。这种微观结构决定了共价晶体的高熔点、高硬度等宏观性质。 2.证据推理与模型认知 证据推理：根据共价晶体的结构特点和化学键类型等证据，推理其性质。例如，由于共价晶体中原子间以共价键相连，共价键键能较大，要破坏这些共价键需要很高的能量，所以共价晶体一般熔点很高。像二氧化硅晶体，硅原子和氧原子之间存在很强的共价键，使得二氧化硅具有较高的熔点。 模型认知：构建共价晶体的结构模型，如金刚石、二氧化硅的结构模型，通过对模型的分析理解共价晶体中原子的排列方式、共价键的分布等。在学习二氧化硅结构时，可构建其空间网状模型，认识硅氧四面体结构单元以及它们之间的连接方式，从而更好地理解二氧化硅的化学性质（如与碱反应等）与结构的关系。 3.科学探究与创新意识 科学探究：通过实验探究共价晶体的性质。例如探究碳化硅（SiC）与二氧化硅晶体硬度大小的比较实验，可通过用碳化硅去刻划二氧化硅晶体表面等简单实验，观察实验现象，分析得出碳化硅硬度大于二氧化硅的结论，进而探究结构对硬度影响的规律。 创新意识：在学习共价晶体的过程中，鼓励学生思考新型共价晶体材料的设计与合成。例如，对于具有特殊性能（如高导热性、高光学性能等）的共价晶体材料的研发思路，引导学生从改变晶体结构、调整原子种类或比例等方面进行创新思考。 4.科学态度与社会责任 科学态度：在学习共价晶体的知识时，要秉持严谨的科学态度，准确理解共价晶体的结构与性质关系。例如，在分析共价晶体熔点的影响因素时，要全面考虑共价键的键长、键能等因素，不能片面下结论。 社会责任：了解共价晶体在现代科技和社会生活中的广泛应用，如半导体材料硅、碳化硅等在电子工业中的应用，认识到学好共价晶体知识对于推动科技发展和解决社会问题的重要性。同时，关注共价晶体材料生产和使用过程中的环境和资源问题，如晶体硅生产中的能源消耗和污染问题，培养学生的社会责任感。
学情分析 在整个晶体结构的知识体系中，共价晶体是继分子晶体之后学习的另一种重要晶体类型。它与分子晶体形成鲜明对比，有助于学生全面理解不同类型晶体在结构、性质和用途方面的差异。共价晶体的学习建立在原子结构、化学键等基础知识之上。学生需要先理解原子间的共价键概念，才能更好地掌握共价晶体中原子间通过共价键形成空间网状结构的特点，是对化学键知识的深化和拓展。 学习共价晶体有助于培养学生的空间想象能力和微观结构分析能力。共价晶体的结构复杂且具有空间网状特点，学生需要在脑海中构建其三维结构模型，这对他们的空间思维要求较高。 从共价晶体的结构分析其性质，再到实际应用的学习过程，有助于培养学生的逻辑推理能力和结构 - 性质 - 用途的化学学科思维方式。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
活动一、 共价晶体 任务一 、 金刚石 任务二 、 晶体硅和二氧化硅 任务三 、 共价晶体的熔点和硬度特点 【导入】“钻石恒久远，一颗永流传”，说起钻石，想来大家都不陌生。因为它的璀璨夺目、坚不可摧，钻石成了当今的一种价格昂贵的饰品。但你知道吗，我们的老祖宗其实比我们更早得戴上了钻石戒指。 【学生】分组讨论，小组代表回答 【教师】评价，总结 活动一、共价晶体 【任务一】金刚石 【学生活动1】阅读教材，探究金刚石的空间结构特点？ 【教师】同学们，请仔细观察金刚石的晶体结构，分析金刚石中碳原子的成键特点、碳碳单键的夹角，碳的杂化特点。 【学生】在金刚石中，每个碳原子以四个共价单键与四个碳原子相连，所以碳原子是sp3杂化，碳碳单键的夹角就是109°28′。 【追问】金刚石的结构与我们上一节课学习过的冰和干冰晶体有什么区别呢？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 金刚石晶体中没有分子，只由原子构成。 共价晶体是一种相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。 【追问】阅读教材，我们常见的共价晶体类型有哪些呢？ 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： ①某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡、金刚石等。 ②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、石英(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等。 【学生活动2】观察金刚石的空间结构回答下列问题？ 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_______杂化; ③C原子与C—C键数之比为_______。 ④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内； 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。 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 ①4；②sp3；③1:2；④6，不在；⑤12，6。 任务二、晶体硅和二氧化硅 【学生活动1】继续深入探究，引入晶体硅，思考下列问题？ ①晶体硅中，1 mol Si形成___ mol 或Si—Si； ②晶体硅中最小环上的原子数为___个Si； ③晶体硅的一个晶胞中硅原子数为___。 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 ①2；②6；③8 【学生活动2】二氧化硅的晶胞与晶体硅的晶胞高度相似，只需在其基础上稍作变动，那么，我们应该怎么表示二氧化硅晶体的结构并思考下列问题？ SiO2晶体的晶胞特点： ①1个Si原子和4个O原子形成__个共价键，每个O原子和2个Si原子相结合。 ②1 mol SiO2中含___ mol Si—O。 ③最小环是由___ 个Si原子和___ 个O原子组成。 ④每个Si原子被___ 个12元环共用，每个O原子被___ 个12元环共用。 ⑤每个Si—O被___ 个12元环共用。 【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 ①2；②4；③6，6；④12，6；⑤6。 【学生活动3】根据以上所阐述的金刚石、硅以及二氧化硅的结构特征，完成下列表格？ 共价晶体最小环上原子数原子数：共价键数最小环原子实占数金刚石硅二氧化硅
【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 共价晶体最小环上原子数原子数：共价键数最小环原子实占数金刚石61∶20.5个C硅61∶20.5个Si二氧化硅122∶30.5个Si，1个O
任务三、共价晶体的熔点和硬度特点 【学生活动1】根据教材P82的《资料卡片》所展示的某些共价晶体的熔点和硬度，思考结构如此相似的三种晶体，物理性质有和异同呢？分析金刚石、硅和石英之间熔点、硬度的关系是什么？ 共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/℃>350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0
【学生】分组讨论与交流，小组代表回答 【教师】强调，补充 总结： 从原子半径的角度来解释，原子半径：Si>C>O； 从键长的角度来解释，键长：C—C【学生】分组讨论与交流，小组代表上台板书 【教师】强调，总结 【典型例题】 例1.下列事实能说明刚玉()是共价晶体的是（ ） ①是两性氧化物；②硬度很大；③它的熔点为2045℃；④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石。 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【答案】B 【详解】Al2O3 是两性氧化物，属于物质的分类，与晶体类型无关，①错误； 硬度很大、熔点为2045℃(很高)，都是共价晶体的物理性质，②③正确； 红宝石、蓝宝石是刚玉在自然界中的存在形式，与晶体类型无关，④错误，正确的组合是②③； 故选B。 例2.干冰和二氧化硅晶体同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是（ ） A．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体 B．C=O键键能比Si—O键键能小 C．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量 D．干冰易升华，二氧化硅不能 【答案】A 【详解】干冰和二氧化硅同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，由于干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体，熔化时，干冰破坏的是分子间作用力，二氧化硅破坏的是共价键，因此它们的熔、沸点差别很大，故选A。 例3.二氧化硅晶体是立体网状结构，其结构如图所示。 下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是（ ） A．晶体中每个硅原子与4个氧原子相连 B．晶体中硅、氧原子个数比为 C．晶体中最小环上的原子数为8 D．晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构 【答案】C 【详解】A．由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子连有4个氧原子，A正确； B．每个硅原子连有4个氧原子，每个氧原子连有2个硅原子，硅原子、氧原子个数比为，B正确； C．晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，最小环上的原子总数为12，C错误； D．晶体中每个硅原子形成四对共用电子对，每个氧原子形成两对共用电子对，二者都满足最外层8电子结构，D正确； 故答案选C。 例4.单质硅的晶体结构如图所示。 下列关于单质硅晶体的说法不正确的是（ ） A．是一种立体网状结构的晶体 B．晶体中每个硅原子与4个硅原子相连 C．晶体中最小环上的原子数目为8 D．晶体中最小环上的原子数目为6 【答案】C 【详解】A.单质硅是一种立体网状结构的原子晶体，A正确； B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确； C.根据单质硅的晶胞结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误； D.晶体中最小环上的原子数目为6，D正确； 答案选C。 例5.氮化硼（BN）晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。关于这两种晶体的说法，正确的是（ ） A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电 B．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大 C．两种晶体均为分子晶体 D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为平面三角形 【答案】D 【详解】A、六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，且B原子不存在孤电子对，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电，故A错误； B、该化合物中含有σ键不存在π键，故B错误； C、立方相氮化硼为原子晶体，故C错误； D、一个硼原子与相邻氮原子形成3个共价单键，且B原子不存在孤电子对，所以构成的空间构型为平面三角形，故D正确。 以视频引入新课，提出问题，引发学生的思考，引起共鸣。 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 教师知识讲解，学生认真听讲并记忆， 通过小组讨论得出结论，学生代表回答，加深学生对知识的理解。 循序渐进的推进课程，根据学生的掌握情况，可作相应调整。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。 典型例题检测并巩固学生知识点的掌握情况。
板书 设计 一、共价晶体 1.概念：相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。 2.构成微粒：原子 微粒间作用力：共价键 3.常见共价晶体及物质类别 (1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡、金刚石等。 (2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、石英(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等。 二、共价晶体的代表物 1.金刚石 2.硅 3.二氧化硅 4.共价晶体的物理性质 ①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点高 ，硬度大。 ②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。
教学 反思 在教学过程中，能够从共价键的概念出发，逐步引导学生理解共价晶体的结构特点。通过展示典型的共价晶体结构模型，如金刚石、二氧化硅等，让学生直观地看到原子之间通过共价键形成的三维网状结构。这种从微观结构到宏观性质的教学思路有助于学生构建系统的知识体系。在讲解共价晶体的物理性质时，如硬度大、熔点高、不导电等，能够紧密联系其结构特点进行解释。例如，由于共价键的强度较大，原子间形成的三维网状结构不易被破坏，所以共价晶体具有较高的硬度和熔点。这种将结构与性质相联系的教学方法有助于学生深入理解化学学科中的“结构 - 性质 - 用途”关系。 在课堂教学中，部分学生能够积极参与到课堂讨论、模型观察和问题回答等活动中，但仍有一些学生参与度较低。这可能是由于教学内容的难度对这些学生来说较大，导致他们缺乏自信，不敢主动参与；或者是教学活动的设计没有充分考虑到全体学生的兴趣和能力水平。第3课时　共价晶体作业设计
(分值:60分)
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意(1~9题,每小题4分)
1.下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是 (　　)
①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大
③它的熔点为2 045 ℃　④几乎不溶于水
⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石
①②③ ②③④
④⑤ ②⑤
2.在金刚石的晶体结构中含有由共价键形成的碳原子环,其中最小的环上的碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角分别是 (　　)
6、120° 5、108°
4、109.5° 6、109°28'
3.最近科学家在实验室成功将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中,不正确的是 (　　)
该晶体中C、O原子个数比为1∶2
该晶体中C—O—C的键角为180°
该晶体的熔、沸点高,硬度大
该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
4.氮氧化铝(AlON)属共价晶体,是一种超强透明材料,下列描述错误的是 (　　)
AlON和石英的化学键类型相同
AlON和石英晶体类型相同
AlON和Al2O3的化学键类型不同
AlON和Al2O3晶体类型相同
5.下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价 晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点 /℃ 3 900 3 000 2 830 1 710 1 412 1 211
硬度 10 9.5 9 7.0 7 6.0
分析表中的数据,判断下列叙述正确的是 (　　)
构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高
构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大
构成共价晶体的原子的相对分子质量越大,晶体的硬度越大
6.立方氮化硼是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其他材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。如图是立方氮化硼的晶胞,下列说法不正确的是 (　　)
每个晶胞包含4个B原子和4个N原子
每个N原子周围有4个B原子,每个B原子周围有2个N原子
立方氮化硼硬度很大与B—N共价键强度很大有关
常被用作磨料和刀具材料
7.高压下氮气会聚合生成高聚氮,这种高聚氮晶体的立体网状结构如图所示。已知N—N键的键能为160 kJ·mol-1,而N≡N键的键能为945 kJ·mol-1。则下列有关说法不正确的是 (　　)
高聚氮转化为氮气的过程中发生了化学变化
高聚氮晶体属于共价晶体
高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N键)=1∶3
高聚氮可能会被用作炸药或高能材料
8.如图是氯化钠、氯化铯、二氧化硅、晶体硅晶体结构的一部分,有关晶体的叙述中,正确的是 (　　)
SiC与二氧化硅晶体熔化时,所克服的微粒间相互作用不相同
氯化钠晶体中,每个Na+周围距离相等的Na+共有6个
氯化铯晶体中,每个Cs+周围紧邻8个Cl-
在晶体硅中,硅原子与Si—Si键数目比为1∶4
9.中外科学家团队共同合成了T 碳。T 碳是将金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子形成的正四面体结构单元取代形成的碳的一种新型三维立方晶体,结构如图1所示。下列说法错误的是 (　　)
每个T 碳晶胞中含32个碳原子
T 碳结构中的最小夹角为109.5 ℃
T 碳属于共价晶体
如图2是T 碳晶胞的俯视图
10.(8分)(1)(4分)金刚砂(SiC)的硬度为9,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为　　　　(1分);在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为　　　　(1分);若晶胞的边长为a pm,则金刚砂的密度表达式为　　　　　　　　(2分)(阿伏加德罗常数用NA表示)。
(2)(4分)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与　　　　(1分)个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　　(1分)。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为　　　　　　(2分)cm(用代数式表示即可)。
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意(11~12题,每小题4分)
11.金刚石结构如图所示,晶体Si、立方SiC具有类似金刚石结构。下列说法错误的是 (　　)
熔点:金刚石<晶体Si
晶体Si晶胞中含有8个Si
金刚石的晶体中碳原子数与C—C键数之比为1∶2
立方SiC晶胞顶点从1号位分别平移至2号位和3号位,所得晶胞中Si位置相同
12.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元,其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是 (　　)
磷化硼的化学式为BP,其晶体属于共价晶体
磷化硼晶体的熔点高,且熔融状态下能导电
磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键
磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
13.(8分)氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃时反应获得。
(1)(1分)氮化硅晶体属于　　　　晶体。
(2)(1分)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且N原子和N原子,Si原子与Si原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式:　　　　　　　　　　　　。
(3)(2分)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。
(4)(4分)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石()相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5 pm,立方氮化硼晶胞中含有　　　　(1分)个氮原子、　　　　(1分)个硼原子,立方氮化硼的密度是　　　(2分)g·cm-3。(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏加德罗常数的值为NA)

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