第三章 第二节 第二课时 共价晶体-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案word（不定项版）

该高中化学导学案聚焦共价晶体，核心知识点包括共价晶体的结构特点、典型物质（金刚石、SiO₂等）的晶体结构及物理性质。通过对比分子晶体引入，以概念为基础，结构模型为支架，衔接性质与判断方法，形成“概念-结构-性质-应用”的学习脉络。 资料特色在于结合晶体结构模型（如金刚石、SiO₂的晶胞）直观教学，通过判断正误、例题解析强化辨析，注重“证据推理与模型认知”，帮助学生建立结构决定性质的化学观念，培养科学思维，习题分层设计兼顾基础与拓展，提升学习效率。

化学　选择性必修2 RJ(不定项) 第二课时　共价晶体 　　1.知道共价晶体的结构特点，能辨识常见的共价晶体。2.认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构，能借助共价晶体的晶体结构模型说明共价晶体中粒子间的相互作用，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 1．共价晶体 (1)概念：相邻原子间以共价键结合形成共价键三维骨架结构的晶体，不存在单个的小分子。 (2) (3)物理性质 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，所以一般熔点很高，硬度很大。 2．金刚石的晶体结构 (1)金刚石是典型的共价晶体，天然的金刚石经常呈现规则多面体的外形。C—C—C夹角为109°28′，即金刚石中的碳以sp3杂化轨道形成共价键。 (2)金刚石里的C—C共价键的键长很短，键能很大，这一结构使金刚石在所有已知晶体中硬度最大，而且熔点也很高。 3．SiO2的结构及应用 (1)SiO2有多种结构，最常见的是低温石英，其结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料。 (2)SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 4．其他常见的共价晶体 (1)某些单质，如硼、硅、锗和灰锡等。 (2)某些非金属化合物，如碳化硅(俗称金刚砂)、Si3N4、氮化硼(BN)等。 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)含有共价键的晶体一定是共价晶体。(　　) (2)共价晶体中共价键越强，熔点越高。(　　) (3)共价晶体可能含有离子键。(　　) (4)共价晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力。(　　) (5)SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连。(　　) (6)金刚石晶体中每个碳原子被12个六元环所共用，每个C—C被6个六元环所共用。(　　) (7)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)× 知识点一　典型共价晶体的结构模型 典型共价晶体的结构模型 1．金刚石 (1)晶体结构与晶胞 (2)结构特点 ①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构； ②晶体中C—C—C夹角为109°28′，碳原子采取sp3杂化； ③最小环上有6个碳原子且六个碳原子不在同一平面内，每个碳原子被12个六元环共用； ④晶体中C原子个数与C—C键个数之比为1∶＝1∶2。 2．二氧化硅 (1)晶体结构与晶胞 　 (2)结构特点 ①每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构； ②每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2； ③最小环上有12个原子，即6个O，6个Si； ④晶体中Si原子个数与Si—O键个数比为1∶4。 [注意]　共价晶体中，没有独立存在的分子，如SiO2仅是代表二氧化硅晶体的元素组成及Si、O原子个数比值的化学式，而不是二氧化硅晶体的分子式。 [练1]　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。金刚石的结构如图所示，下列判断错误的是(　　) A．金刚石与甲烷中的键角相同，所以二者的晶体类型也相同 B．金刚石中C原子最外层均为8电子稳定结构 C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2 D．金刚石的熔点高，在打孔过程中需要进行浇水冷却 答案：A 解析：A项，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同，错误；B项，金刚石中每个C原子参与形成4个共价键，则每个C原子最外层均为8电子稳定结构，正确；C项，金刚石中每个C原子都参与了4个C—C键的形成，而每个C—C键为2个C原子共用，故碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2，正确；D项，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化，正确。 [练2]　二氧化硅晶体是立体网状结构，其晶体模型如图所示。下列有关二氧化硅晶体的说法正确的是(　　) A．二氧化硅晶体最小环上含有12个原子 B．每个硅原子为4个最小环所共有 C．从晶体结构可知，1 mol SiO2拥有2 mol Si—O键 D．SiO2晶体是由极性共价键与非极性共价键共同构成的 答案：A 解析：二氧化硅晶体和金刚石晶体的结构类似，每个硅原子为12个最小环所共有，B错误；1个Si与4个O形成Si—O键，则1 mol SiO2拥有4 mol Si—O键，C错误；SiO2晶体中只含极性共价键，不含非极性共价键，D错误。 知识点二　共价晶体的判断及其物理特性 1．共价晶体、分子晶体的判断方法 (1)依据构成晶体的微粒种类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，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，常在数百度以下甚至更低温度。 (3)依据晶体的导电性判断 分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。 (4)依据晶体的硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。 (5)依据物质的分类判断 大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、所有非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 2．共价晶体的物理特性及熔点比较 (1)共价晶体的物理性质 ①一般熔点都很高、硬度都很大。 ②一般不导电，但晶体硅是半导体。 ③难溶于常见的溶剂。 (2)共价晶体熔点比较 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，晶体的熔点越高。如金刚石、碳化硅、晶体硅的物理性质见下表： 晶体 键能/(kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度 金刚石 (C—C)347 3350 10 碳化硅 (C—Si)301 2600 9 晶体硅 (Si—Si)226 1415 7 由于金刚石、碳化硅、晶体硅的结构相似，C原子半径小于Si原子半径，键能：C—C键>C—Si键>Si—Si键，所以三者的熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅。 [练3]　下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是(　　) A．共价晶体硬度通常比分子晶体大 B．共价晶体的熔点较高 C．分子晶体中有的水溶液能导电 D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体 答案：D 解析：由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故共价晶体比分子晶体的熔点高，硬度大，A、B正确。有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl，C正确。干冰(固态CO2)是分子晶体，D错误。 [练4]　下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　) 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ 3900 3000 2700 1710 1410 1211 摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 ①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高　②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高　③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大　④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ 答案：D 解析：共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 1．下列关于金刚石的说法中，错误的是(　　) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是天然存在的硬度最大的物质 D．化学性质稳定，在高温下也不与氧气发生反应 答案：D 解析：金刚石是碳原子间以共价键结合形成的空间网状结构的共价晶体，不存在单个的分子。在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大。在高温下金刚石可以与氧气反应。 2．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是(　　) AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 －60 2300 3550 1410 沸点/℃ 183 57 2550 4827 2355 A.SiCl4是分子晶体 B．晶体硼是共价晶体 C．AlCl3是分子晶体，加热能升华 D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱 答案：D 解析：碳原子的半径比硅原子的半径小，金刚石中的C—C键键长比晶体硅中的Si—Si键键长短，金刚石中的C—C键键能比晶体硅中的Si—Si键键能大，金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强，D错误。 3．CO2晶体的熔点比SiO2晶体的低，其原因是(　　) A．CO2的相对分子质量比SiO2的相对分子质量小 B．C===O键的键能小于Si—O键的键能 C．C的原子半径小于Si的原子半径 D．CO2为分子晶体，熔化时克服分子间作用力，SiO2为共价晶体，熔化时要破坏Si—O共价键 答案：D 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．该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性键形成的空间网状结构 答案：D 解析：A项，由题给信息知β­氮化碳属于共价晶体，N原子半径小于C原子半径，键长：C—N键<C—C键，故C—N键比C—C键更稳定，正确；B项，晶体中N、C原子间形成单键，1个N原子分别与3个C原子形成共用电子对，N原子最外层电子数为5＋3＝8，1个C原子分别与4个N原子形成共用电子对，C原子最外层电子数为4＋4＝8，正确；C项，晶体结构图中虚线部分是晶体的最小重复单元，其中实际含有的C原子数为4×＋4×＝3，N原子数为4，化学式为C3N4，因为N元素的电负性比C元素的大，故N显负价(－3)，C显正价(＋4)，正确；D项，金刚石晶体中只含C—C非极性键，C3N4晶体中只含C—N极性键，错误。 5．科学家在实验室里成功地将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(　　) A．该晶体中C、O原子个数比为1∶2 B．该晶体中O—C—O的键角为180° C．该晶体的熔、沸点高，硬度大 D．该晶体中C、O原子最外层都满足8电子稳定结构 答案：B 解析：由SiO2共价晶体的结构可以得出CO2共价晶体的结构。将CO2由分子晶体转化为共价晶体，其C、O组成比不变，只是化学键和原子排列发生变化，A正确；该晶体含以碳原子为中心的四面体结构，故O—C—O的键角不可能为180°，B错误；类比SiO2晶体性质可推知该晶体熔、沸点高，硬度大，C正确；晶体中每个碳原子通过4个单键与氧原子相连，最外层达到8电子稳定结构，而每个氧原子也通过2个单键与碳原子相连，最外层达到8电子稳定结构，D正确。 6．金刚砂(SiC)与金刚石具有相似的晶体结构(如图所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答： (1)金刚砂属于________晶体，金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。 (2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合了____个碳原子，其键角是________。 (3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有______个硅原子。 答案：(1)共价　低　(2)4　109°28′　(3)3 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列物质属于共价晶体的是(　　) ①干冰　②SiO2　③晶体硅　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He A．①③④⑤⑥ B．②③④⑥ C．②③ D．①②⑤⑥ 答案：C 解析：干冰、白磷、氨基乙酸和固态He属于分子晶体，SiO2和晶体硅属于共价晶体。 2．下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则 B．共价晶体具有空间网状结构 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 答案：D 3．根据下列物质的性质判断为共价晶体的是(　　) A．微溶于水，硬度小，熔点－56.6 ℃，固体或液体不导电 B．熔点3140 ℃，电的良导体，加压可变形 C．熔点3530 ℃，不导电，难溶于水和有机溶剂，硬度大 D．熔点801 ℃，易溶于水，熔化时导电 答案：C 4．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　) ①SiO2和SO3　②金刚石和白磷　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘 A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤ 答案：C 5．下列晶体性质的比较中错误的是(　　) A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NH3>PH3 C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4 答案：C 解析：A项，三种物质都是共价晶体，因为C的原子半径小于Si的，所以键长：C—C键<C—Si键<Si—Si键，键能：C—C键>C—Si键>Si—Si键，键能越大，共价晶体的熔点越高，正确；B项，NH3和PH3都是分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3的沸点较高，正确；C项，二氧化硅是共价晶体，硬度较大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，错误；D项，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，分子间作用力越大，熔点越高，正确。 6．下列说法正确的是(用NA代表阿伏加德罗常数的值)(　　) A．在含2 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA B．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子 C．金刚石的熔点高与C—C键的键能有关 D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体 答案：C 解析：1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键，所以在含2 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为NA，A错误；二氧化硅晶体属于共价晶体，所以二氧化硅晶体中没有分子，B错误；晶体硅属于共价晶体，晶体氖是分子晶体，D错误。 7．我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图，下列说法不正确的是(　　) A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用 C．石英晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故石英的分子式为SiO2 答案：D 解析：在SiO2晶体中，每个Si原子与四个O原子以Si—O共价键相连，每个O原子与两个Si原子以Si—O共价键相连，彼此结合形成三维骨架结构，不存在单个的SiO2分子，D错误。 8．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　) A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构 C．C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂 答案：B 解析：SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂。Si3N4是共价晶体，其晶体为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能大，故C3N4的熔点比Si3N4的高。 二、选择题(每小题有1或2个选项符合题意) 9．如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为(　　) A．AB B．A5B4 C．AB2 D．A2B5 答案：C 解析：由图可知，每个A原子形成4个键，每个A—A中插入一个B原子，每个B原子形成2个键，故C物质中每个A原子形成4个A—B，每个B原子形成2个B—A，则A、B原子个数比为1∶2，所以其化学式可能是AB2。 10．与石墨结构相似的六方氮化硼(BN)晶体在高温、高压下可以转化为立方氮化硼(BN)，立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当。下列分析正确的是(　　) A．六方氮化硼转化为立方氮化硼是化学变化 B．立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为＋3价 C．和Si—Si相比，B—N的键长更长 D．立方氮化硼比晶体硅的熔点更高，硬度更大 答案：AD 解析：由题干信息可知，六方氮化硼和立方氮化硼的结构不同，性质不同，故六方氮化硼转化为立方氮化硼的过程中有新物质生成，属于化学变化，A正确；由于N的电负性大于B的电负性，因此立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为－3价，B错误；Si的原子半径大于B和N的原子半径，故立方氮化硼中B—N的键长比晶体硅中Si—Si的键长更短，键能更大，故立方氮化硼的熔点比晶体硅的更高，硬度更大，C错误，D正确。 11．C3N4和Si3N4晶体结构相似，是新型的非金属高温陶瓷材料，下列说法正确的是(　　) A．C3N4和Si3N4晶体中N的化合价均为＋3 B．C3N4和Si3N4晶体中都含有共价键 C．C3N4晶体的硬度比Si3N4晶体的硬度大 D．C3N4和Si3N4晶体均为分子晶体 答案：BC 解析：氮元素的电负性强于碳元素和硅元素，故C3N4和Si3N4中，氮元素显－3价，A错误；三种元素都是非金属元素，形成的二元化合物都是共价化合物，B正确；两种晶体都是共价晶体，碳原子半径小于硅原子半径，则键长C—N<Si—N，键能C—N>Si—N，故C3N4晶体的硬度比Si3N4晶体的硬度大，C正确，D错误。 12．《科学》杂志曾报道合成了一种新的具有超高热导率的半导体材料——砷化硼(BAs)。通过反应4BI3(g)＋As4(g)4BAs(s，晶体)＋6I2(g)可制备BAs晶体。下列说法错误的是(　　) A．图a表示As4的结构，As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶1 B．图b所示晶态单质硼的熔点为2180 ℃，它属于共价晶体 C．图c表示BAs的晶胞结构，As原子的配位数为4 D．图c表示BAs的晶胞结构，BAs的硬度小于BN的硬度 答案：A 解析：As是第ⅤA族元素，As4分子中成键电子对数目为6，孤电子对数目为4，故成键电子对与孤电子对数目之比为3∶2，故A错误；晶态单质硼具有较高熔点，属于共价晶体，故B正确；由题图可知，大球表示As原子，As原子的配位数为4，故C正确；BN也属于共价晶体，原子半径：N<As，键长：B—N<B—As，键能：B—N>B—As，则硬度：BN>BAs，故D正确。 三、非选择题 13．单质硼有无定形和结晶形两种，参考下表所示数据回答下列问题： 物质 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ >3500 1412 2180 沸点/℃ 5100 2628 2823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶体硼属于________晶体，理由是__________________________。 (2)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B—B的键角为________，该结构单元共含有________个B—B。 答案：(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大 (2)12　60°　30 解析：(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为共价晶体，故晶体硼也属于共价晶体。 (2)从题图可得出，每个顶点上的硼原子均为5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子数为，每个正三角形含有的硼原子数为×3，每个结构单元含有的硼原子数为20××3＝12，而每个B—B为2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B的个数为20××3＝30。 14．请回答下列问题： (1)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成，该半导体材料的化学式是________，其晶体结构类型可能为________。 (2)立方氮化硼结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为a cm，立方氮化硼晶胞中含有____个氮原子、____个硼原子。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)　GaAs　共价晶体　(2)4　4 解析：(2)金刚石晶胞是立方体，其中8个顶角有8个碳原子，6个面心有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数＝8×＋6×＋4＝8，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子。 15．(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度表达式为________________________。 (2)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____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______________。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________cm(用代数式表示即可)。 答案：(1)共价晶体　12 (2)4　正四面体　× 解析：(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于共价晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×8×＝12；该晶胞中C原子个数为8×＋6×＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10 cm，体积V＝(a×10－10 cm)3，ρ＝＝。 (2)在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×＋6×＋4＝8，则V＝＝ cm3＝ cm3，晶胞的边长a＝＝ cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即× cm。 13 学科网（北京）股份有限公司 $