3.2 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体（教学课件）-【生动课堂】2025-2026学年高二化学同步教学系列（人教版2019选择性必修2）

该高中化学课件聚焦共价晶体，系统讲解其定义、构成微粒、常见类型、结构特点及性质，通过干冰与石英熔沸点对比的问题导入，联系分子晶体旧知，搭建“结构决定性质”的学习支架。 其亮点在于以“问题思考-探究奥秘-课堂练习”为主线，结合金刚石、SiO₂等晶体结构分析及键能与熔沸点关系推理，体现化学观念与科学思维。实例丰富且注重概念辨析，助力学生深化理解，教师可高效开展教学。

第二节 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 新人教版 化学 选择性必修2 物质结构与性质 第三章 晶体结构与性质 01.共价晶体 知识导航 02.共价晶体的性质 引·新课导入 请你思考！ 同为第四主族元素的氧化物,干冰、石英的溶沸点为何相差如此之大？ 分子晶体 干冰 石英 样品 熔点 沸点 共价晶体 共价晶体 01 “ ” 问题思考 请你思考！ 金刚石具有怎样的结构呢? 探·知识奥秘 1.共价晶体 ⑴ 定义：相邻原子间以共价键结合而形成的共价键三维骨架结构的晶体。 一、共价晶体 金刚石的晶体就是由碳原子通过共价键的作用形成的共价晶体，组成金刚石的碳原子通过共价键形成了三维骨架的结构。 ⑵构成微粒：构成共价晶体的微粒是原子。 探·知识奥秘 一、共价晶体 1.共价晶体 ⑶微粒间的作用： 原子间以较强的共价键相结合。共价键具有方向性和饱和性。共价晶体中的微粒堆积不服从紧密堆积原理。 碳原子都采取sp3杂化轨道形成共价键三维骨架 347KJ·mol-1 键角： 键长： 键能： 0.154nm 109°28′ 共价键结合在一起的空间网状结构 “ ” 问题思考 请你思考！ 哪类晶体属于共价晶体？ 金刚石 硅（Si） 硼（B） 探·知识奥秘 2.常见的共价晶体 （1）某些单质，如金刚石(C)、晶体硅(Si)、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和灰锡（Sn）、高聚氮等。 一、共价晶体 （2）某些非金属化合物，如碳化硅（SiC，俗称金刚砂）、氮化硼(BN)、氮化硅Si3N4等。 （3）某些氧化物：二氧化硅（ SiO２）晶体等。 “ ” 问题思考 请你思考！ 共价晶体结构如何？ 共价键具有方向性和饱和性。使共价晶体中某个原子周围结合的其他原子是有限的，因此比较松散。共价晶体中的微粒堆积不服从紧密堆积原理。 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑴金刚石晶体的结构 ①金刚石晶体中每个碳原子与它直接相邻的＿＿＿个碳原子形成＿＿＿＿ 结构，其碳原子的杂化类型为＿＿＿，C-C-C的夹角为＿＿＿ ②金刚石晶体中平均每个碳原子形成＿＿个C-C键，所以金刚石中碳原子数与C-C键数之比为＿＿＿，12g金刚石中C—C键数为＿＿＿ NA个 3、金刚石中最小的环是＿＿＿，环上有＿＿＿个碳原子 4 正四面体 sp3 109º28´ 2 1:2 2 六元环 6 “ ” 问题思考 请你思考！ 在金刚石晶体中每个碳原子被几个六元环共用？ 每个碳原子成4个碳碳键a、b、c、d，四个碳碳键中任选2个，有六种情况：ab、ac、ad、bc、bd、cd。 a b c d 每两个碳碳键被两个六元环公用，所以四个碳碳键被12个六元环共用。所以个碳原子被12个六元环共用。 探·知识奥秘 3.共价晶体的结构 一、共价晶体 在金刚石的晶胞中，碳原子分别位于立方体的8个顶点、6个面心、按面心立方堆积方式排列，4个碳原子填入一半的碳原子所成的四面体空隙，填隙率50%。 ⑵金刚石晶胞 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑵金刚石晶胞 体对角线的1/4 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑵金刚石晶胞 ①晶胞的碳原子数： 8×1/8 ＋ 6×1/2 ＋ 4 ＝8 每个晶胞的碳碳共价键数：4× 4 ＝16 晶胞中的原子数：8个 配位数：4 探·知识奥秘 一、共价晶体 ⑵金刚石晶胞 A、 B、 C、 D、 E、 ②晶体中微粒的关系： 金刚石晶胞的参数(边长)为a，C半径为r 。 a 4r 8r 4r 立方体体对角线长度就是C—C键的键长2r的4倍。 所以2r＝ ， r＝ ③晶体中C的空间坐标(以晶胞参数(棱长)a为单位长度) (0,0,0) (0.5,0.5,0) (0,0.5,0.5) (0.5,0,0.5) (0.25,0.25,0.25) 探·知识奥秘 3.共价晶体的结构 一、共价晶体 ⑶碳化硅(SiC)晶体 ①SiC晶胞中，硅原子位于立方体的8个顶点和6个面心位置，碳原子位于由大立方体分割成的8个小立方体中的4个的体心处。每个碳原子与周围的4个硅原子成键。 ②晶胞的原子数：Si原子数：8×1/8 ＋ 6×1/2 ＝4 C原子数：4 每个晶胞的碳硅共价键数：4× 4 ＝16 ③碳化硅的化学式：SiC 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑷硅晶体 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构，不同的是硅晶体中的Si-Si键的键长比金刚石中的C-C键长。 晶胞的硅原子数： 8×1/8 ＋ 6×1/2 ＋ 4 ＝8 每个晶胞的硅硅共价键数：4× 4 ＝16 晶胞中的原子数：8个 配位数：4 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑸SiO2晶体 向晶体硅结构中每个Si—Si键中间“插入”一个O原子，便得到以硅氧四面体为骨架的SiO2晶体结构。 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑸SiO2晶体 ①.晶体中1个Si与__个O以共价键结合，形成________结构；1个O与__个Si结合，故SiO2晶体中Si与O之比为______。在SiO2晶体中， 单个的SiO2分子存在。 没有 4 正四面体 1 : 2 2 ③.最小环上有_____个原子(____个Si和____个O)。 ②.1molSiO2晶体中含_____molSi-O键。 4 12 6 6 探·知识奥秘 一、共价晶体 3.共价晶体的结构 ⑸SiO2晶体 SiO2有多种结构，最常见的是低温石英。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英。在低温石英的结构中，顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链（如图3-22），这一结构决定了它具有手性（左、右型）（如图3-23），被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 练·课堂练习 meiyangyang8602 一、共价晶体 1.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 （　　） A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA B.124 g白磷（P4）晶体中含有P—P键的个数为4NA C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为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键） A 问题思考 请你思考！ 怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ “ ” 思考与讨论 （1）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ （2）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？？ 表3-3 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/℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 共价晶体的性质 02 探·知识奥秘 1. 共价晶体的性质 高熔点、高沸点、高硬度、一般不导电。 二、共价晶体的性质 2.熔沸点变化规律 原子的半径越小，共价键的键长越短键能越大，晶体的熔点就越高、硬度就越大。 3.从原子结构的角度解释 晶体锗 ①三种物质中，每个原子均以sp3杂化形式与相邻的四个原子形成σ键，整体上形成三维骨架结构，同属于共价晶体，熔点都比较高。熔点的相对高低与共价键的强弱有关，共价键越强，熔点越高。 探·知识奥秘 二、共价晶体的性质 3.从原子结构的角度解释 晶体锗 ②金刚石、硅和锗的结构差别在于碳、硅、锗原子半径依次递增。C-C键、Si-Si键、 Ge-Ge键的键长依次递增，键长越长，键能越小，所以熔点和硬度依次下降。 探·知识奥秘 4.比较物质的熔点的方法 二、共价晶体的性质 依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断依据性质判断。 共价 晶体 分子 晶体 有氢键 只有 范德华力 判断 晶体的类型 键能越大 熔点越高 氢键的数 目多少 相对分子质量大小 判断 键能的大小 判断 分子间的作用力 “ ” 问题思考 请你思考！ “具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对么？为什么？ 思考与讨论 （1）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ （2）“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。分子晶体中的CO2、H2O等大多数分子也有共价键，很多离子晶体，如NaOH、KNO3、NH4Cl等，在阴离子或阳离子内部也含有共价键。 共价晶体：具有共价键，构成粒子——原子 练·课堂练习 二、共价晶体的性质 2、下表是某些共价晶体的熔点和硬度，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 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6 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小，晶体的硬度越大 ④构成共价晶体的原子半径越大，共价键的键能越大 A．①② B．③④ C．②③ D．②④ C 探·知识奥秘 二、共价晶体的性质 天然金刚石 人类把天然金刚石当作宝石珍藏已有三千余年的历史。经过琢磨的金刚石称为钻石，透光度高。纯净的金刚石无色透明，含杂质则呈蓝、黄、棕、绿、黑等色。 天然金刚石是火山爆发带到地表来的。 探·知识奥秘 人工合成金刚石 二、共价晶体的性质 （1）高压合成：高压合成金刚石的原料是廉价的石墨。用高压釜施加高温高压并加入金属镍等金属催化剂，石墨可转化为金刚石（如图3-26）。 探·知识奥秘 人工合成金刚石 二、共价晶体的性质 （2）低压合成：甲烷等简单的碳氢化合物跟大量氢气混合，在微波炉里形成低温低压的等离子体在硅等基质上沉积，能得到颗粒微小的金刚石的薄膜。 金刚石的用途 理·核心要点 共价晶体 共价晶体 共价晶体的性质 共价晶体 常见的共价晶体 共价晶体的性质 熔沸点变化规律 从原子结构的角度解释 比较物质的熔点的方法 金刚石 共价晶体的结构 练·课堂练习 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′ B 练·课堂练习 meiyangyang8602 4.氮化硼是一种新合成的结构材料，它具有硬度大、耐磨、耐高温的性质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是（　　） A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶 C.冰和干冰 D.碘和金刚砂 B 练·课堂练习 meiyangyang8602 5.下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是（ ） A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连 B．通常状况下，1molSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子 D．1mol金刚石中含有4NA个C-C键(NA表示阿伏加德罗常数的值) C 练·课堂练习 meiyangyang8602 meiyangyang8602 6.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：   金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ ＞3 550 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶体硼属于_____晶体，理由是_____________________________。 共价 晶体硼的熔、沸点高，硬度大 (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。其结构如图所示，下列判断正确的是____(填字母)。 A.金刚石中C—C的键角均为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的键能无关 C.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2 D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却 C Thank You https://www.zxxk.com/user/13354804 感谢 您的聆听 新人教版 化学 选择性必修2 物质结构与性质 $