3.2.2共价晶体-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（人教版2019选择性必修2）

第三章 晶体结构与性质 第二节 共价晶体 [学习目标] 1．能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述共价晶体中微粒排列的周期性规律。 2．借助金刚石和晶体硅等的模型认识共价晶体的结构特点，并能说明共价晶体中的微粒及微粒间的相互作用。 课前预习 一、共价晶体结构与性质 1．共价晶体的结构特点 (1)构成粒子及作用力 构成微粒： ，粒子间作用力： 。 (2)空间结构：整块晶体是共价键三维骨架结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。 2．共价晶体与物质的类别 物质种类 实例 某些 金刚石、硼、硅、锗和灰锡等 某些 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 3．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，熔化时必须破坏共价键，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，原子半径越小，键长越 ，键能越 ，晶体的熔点越 。 2．共价晶体熔、沸点的高低比较 (1)共价晶体的熔、沸点高低取决于共价键的键能。一般来说，键长越短、键能越大，共价键越稳定，物质的熔、沸点越高。 (2)若未告知键长和键能的数据时，可以通过比较原子半径的大小来确定共价键的强弱。如比较金刚石(C—C)、晶体硅(Si—Si)、碳化硅(Si—C)，其中原子半径：Si＞C，则熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 二、常见的共价晶体结构 1．金刚石 (1)在晶体中每个碳原子以 个共价单键对称地与相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体。 (2)晶体中C—C—C夹角为 ，碳原子采取了 杂化。 (3)最小环上有 个碳原子。 (4)晶体中碳原子个数与C—C个数之比为1∶＝1∶2。 2．二氧化硅 (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，这一结构决定了它具有手性。 (2)二氧化硅的用途 二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 知识点总结 知识点一：共价晶体 1．构成粒子及作用力 (1) 定义：原子都以共价键相结合，是三维的共价键网状结构。 (2) 构成微粒：原子 (3) 微粒间相互作用：共价键 2．常见的共价晶体 (1)某些非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、硅(Si)和锗(Ge)等； (2)某些非金属化合物，如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等； 3．共价晶体的特点：硬度最大、熔沸点高，难溶于水。 4．共价晶体的熔沸点变化规律 共价晶体的熔点高低与其内部结构密切相关：对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 5．典型的共价晶体 (1)金刚石 结构：正四面体网状空间结构，C—C—C夹角为109°28′，成键碳原子采取sp3杂化。 性质：①硬度高，熔点髙；②不溶于一般的溶剂；③不能导电。 (2) SiO2晶体 制水泥、玻璃、宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等。 知识点三：共价晶体和分子晶体 1．共价晶体和分子晶体比较 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的空间立体网状结构的晶体 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 物理性质 熔、沸点高，硬度大，不溶于常见的溶剂，不导电，个别为半导体 熔、沸点较低，硬度较小，部分溶于水，不导电，部分溶于水导电 熔化时破坏的作用力 破坏共价键 一定破坏范德华力，有时还破坏氢键，如冰熔化 实例 金刚石、二氧化硅等 冰、干冰等 2．判断晶体类型(共价晶体和分子晶体)的方法 非金属单质和共价化合物所形成的晶体属于共价晶体还是分子晶体，可以从以下角度进行分析判断： (1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 组成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。 (2)依据物质的分类判断 ①常见的共价晶体有：金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。 新型无机非金属材料“家庭”的成员(如Si3N4、BN等)熔点高、硬度大、耐高温、抗氧化，它们大多属于共价晶体。 ②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都是分子晶体。 (3)依据晶体的熔点