第三章　晶体结构与性质\n第二节　分子晶体与共价晶体第2课时　共价晶体\n学习目标核心素养1．借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。2．能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。\n课堂素能探究名师博客呈现课堂达标验收课前素能奠基新课情境呈现\n新课情境呈现\n科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3350℃)，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢？\n水晶是一种古老的宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形。在水晶中，原子是怎样排列的呢？\n课前素能奠基\n原子新知预习共价键网状\n物质种类实例某些___________________晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些_____________________碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些______________二氧化硅(SiO2)等2.共价晶体与物质的类别非金属单质非金属化合物氧化物\n3.共价晶体的熔、沸点(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有____________的熔点。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越__________，键长越__________，键能越__________，晶体的熔、沸点越__________。很高小短大高\n微点拨：含有共价键的晶体都是共价晶体吗？提示：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。\n二、典型的共价晶体1．金刚石\n(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4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。(3)最小碳环由_________个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。sp3109°28′正四面体6\n2.二氧化硅晶体(1)二氧化硅的结构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__________________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。硅氧四面体\n①Si原子采取___________杂化，正四面体内O—Si—O键角为_________________。②每个Si原子与_________个O原子形成_________个共价键，__________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____________。③最小环上有__________个原子，包括_________个O原子和_________个Si原子。sp3109°28'44SiO2221∶21266\n(2)二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电池、芯片和光导纤维的原料。微点拨：SiO2是二氧化硅的分子式吗？提示：二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。\n1．思考辨析：(1)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体。()(2)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同。()(3)1molSiO2晶体中含4molSi—O键。()(4)SiO2是二氧化硅的分子式。()××√×预习自测\n2．氮化铝(AIN)是一种熔点很高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体。将下列各组物质加热熔化或气化，所克服微粒间作用力与AIN相同的是()A．水晶、金刚石B．食盐、硫酸钾C．碘、硫D．硅、干冰解析：根据AIN熔点高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂可知，AIN晶体是共价晶体，熔化时共价键被破坏，A、B、C、D四个选项中属于共价晶体的有水晶(SiO2)、金刚石和硅，故A项正确。A\n3.下列关于共价晶体的说法不正确的是()A．共价晶体中的成键微粒是原子B．共价晶体中原子之间全部以共价键结合C．共价晶体均是化合物D．共价晶体的熔、沸点都比较高解析：共价晶体可能是单质，如金刚石、晶体硅，也可能是化合物，如二氧化硅、碳化硅等。C\n4．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．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量B．C—O键键能比Si—O键键能小C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体D．干冰易升华，二氧化硅不能解析：干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏化学键，所以熔点较高。C\n5．有下列物质：①水晶、②冰醋酸、③氧化钙、④白磷、⑤晶体氩、⑥氢氧化钠、⑦铝、⑧金刚石、⑨过氧化钠、⑩碳化钙、⑪碳化硅、⑫干冰、⑬过氧化氢。根据要求填空：(1)属于共价晶体的化合物是____________(填序号，下同)。(2)直接由原子构成的晶体是________________。(3)直接由原子构成的分子晶体是__________。(4)由极性分子构成的晶体是____________，属于分子晶体的单质是____________。①⑪①⑤⑧⑪⑤②⑬④⑤\n解析：属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)。\n课堂素能探究\n问题探究：1．分子晶体和共价晶体的构成粒子相同吗？2．分子晶体和共价晶体受热熔化时克服粒子间作用力相同吗？探究提示：1.提示：不同。分子晶体的构成粒子为分子，共价晶体的构成粒子为原子。2．提示：不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。知识点共价晶体与分子晶体的结构特征及熔、沸点高低比较\n知识归纳总结：1.共价晶体与分子晶体的结构特征(1)共价晶体的结构特征在共价晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。\n(2)分子晶体的结构特征①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。\n2.共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较共价晶体＞分子晶体理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。\n(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有__________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有_________个CO2分子。典例124\n(2)在40GPa高压下，用激光器加热到1800K时，人们成功制得共价晶体干冰，其结构和性质与SiO2共价晶体相似，且比分子晶体干冰更稳定，下列说法正确的是___________。A．共价晶体干冰易升华，可用作制冷剂B．共价晶体干冰有很高的熔点和沸点C．共价晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D．共价晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应E．每摩尔共价晶体干冰中含有4molC—O键BDE\n(3)由分子晶体干冰转化为共价晶体干冰是____________(填“物理”或“化学”)变化，反应的ΔH____________(填“大于”或“小于”)0。化学小于\n\n(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断；(3)二者属于不同物质，所以转化属于化学变化。由于共价晶体干冰更稳定，故该转化为放热反应，ΔH＜0。\n〔变式训练〕下列晶体性质的比较中，正确的是()A．熔点：单质硫>磷>晶体硅B．沸点：NH3>H2O>HFC．硬度：白磷>冰>二氧化硅D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4D\n解析：硫与磷是分子晶体，晶体硅是共价晶体，其中晶体硅的熔点远高于硫与磷的熔点，A项错误；氟化氢、水、氨都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种物质之中都存在氢键，且水分子间氢键最强，氨分子间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是共价晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。\n名师博客呈现\n共价晶体与分子晶体的比较晶体类型共价晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体分子间以分子间作用力相结合的晶体组成微粒原子分子微粒间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低\n晶体类型共价晶体分子晶体硬度很大较小溶解性不溶于大部分溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水后导电熔化时破坏的作用力共价键分子间作用力实例金刚石干冰\n〔即时训练〕1．美国LawreceLiermore国家实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于CO2的共价晶体说法，正确的是()A．CO2的共价晶体和分子晶体互为同分异构体B．在一定条件下，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化C．CO2的共价晶体CO2分子晶体具有相同的物理性质和化学性质D．在CO2的共价晶体中，每一个C原子结合4个O原子，每一个O原子跟两个C原子相结合D\n解析：二氧化碳共价晶体中不含分子，故A错误；CO2共价晶体转化为CO2分子晶体，结构已发生改变，且二者的性质也有较大差异，故二者是不同的物质，所以二者的转变是化学变化，故B错误；CO2共价晶体与CO2分子晶体，结构不同，二者是不同的物质，物理性质不同，如CO2共价晶体硬度很大，CO2分子晶体硬度不大，其化学性质也不同，故C错误；CO2共价晶体与SiO2结构类似，每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接，每个氧原子与2个碳原子通过1对共用电子对连接，故D正确。\n2．下列有关晶体的说法中正确的是()A．氯化钾溶于水时离子键未被破坏B．分子间作用力越大，分子越稳定C．冰融化时分子中共价键发生断裂D．共价晶体中共价键越强，熔点越高D\n课堂达标验收\n1．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原子的位置是交替的。在下列三种晶体：①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是()A．①③②B．②③①C．③①②D．②①③解析：C与Si同为第ⅣA族元素，金刚石是共价晶体，晶体硅、碳化硅也是共价晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅的熔点应在Si与C之间，故正确答案为A。A\n2．下列各组物质的晶体中，化学键类型和晶体类型都相同的是()A．SO2和SiO2B．CO2和H2OC．BN和HClD．CCl4和KCl3．(2021·南宁高二检测)X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界最硬的共价晶体。下列叙述错误的是()A．WX4是沼气的主要成分B．固态X2Y是分子晶体C．ZW是共价晶体D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”BD\n4．下列晶体熔化时，必须破坏非极性共价键的是()A．冰B．晶体硅C．溴D．二氧化硅解析：冰、溴为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，A、C项错误；晶体硅、二氧化硅为共价晶体，二氧化硅熔化时，破坏的是Si—O极性键，晶体硅熔化时，破坏的是Si—Si非极性键，B项正确，D项错误。B\n5．金刚石晶体是立体的网状结构。其晶体模型如图所示。认真观察晶体模型并回答下列问题：(1)金刚石晶体中最小的环上有_________个碳原子。(2)每个C—C键为_________个最小环共用，每个碳原子的任意两个C—C键的夹角都是_________________。(3)C原子个数与C－C键数之比为____________。66109°28′1∶2\n解析：金刚石晶体是一种空间网状结构，每个C与另4个C以共价键结合，前者位于正四面体中心，后四者位于正四面体顶点。晶体中所有C—C键的键长相等、键角均为109°28′。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原子个数与C—C键数之比为1∶2。