第3章 第2节 第2课时 共价晶体和分子晶体（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

本高中化学讲义聚焦共价晶体和分子晶体核心知识点，系统梳理共价晶体（如金刚石、二氧化硅）的空间网状结构、共价键作用及高熔点等性质，分子晶体（如干冰、冰）的分子间作用力及低熔点等性质，辅以混合晶体（石墨）和过渡晶体知识，构建完整晶体结构与性质认知支架。 该资料通过结构模型分析、数据对比表格及问题驱动探究（如金刚石中C-C键数目计算、CO₂与SiO₂熔沸点差异原因），培养学生科学思维（证据推理、模型认知）和科学探究能力。课中助力教师讲解结构决定性质，课后例题解析帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第2课时　共价晶体和分子晶体 [素养目标]　1.了解共价晶体空间结构特点及性质。2.能描述金刚石、二氧化硅等共价晶体的结构与性质的关系。3.了解分子晶体的结构特点及性质。4.了解混合晶体和过渡晶体的结构特点。 知识点一　共价晶体 1．共价晶体 概念 相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体 成键微粒 原子 作用力 共价键 实例 晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)等 2.结构特点 3．两种典型共价晶体的结构 物质 金刚石(或晶体硅) 二氧化硅 模型 结构特点 ①晶体中C—C键之间的夹角为109°28′ ②在晶体中，每个碳原子以共价键与相邻的4个碳原子相结合，成为正四面体形空间网状结构 ③最小的环上有6个碳原子 ①1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，1个氧原子和2个硅原子形成2个共价键，SiO2晶体中硅原子与氧原子的个数比为1∶2 ②最小环上有12个原子，包括6个硅原子和6个氧原子 4.物理性质及其影响因素 (1)物理性质：由于共价晶体原子间以较强的共价键结合，因此一般熔点较高，硬度较大。 (2)影响因素：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、硬度就越大。 1．观察金刚石和二氧化硅的结构模型讨论：1 mol C组成的金刚石中含有多少摩尔C—C键？金刚石晶体中C原子数目与C—C键数目之比为多少？1 mol SiO2晶体中含有多少摩尔Si—O键？ 提示：在金刚石晶体中，1个碳原子与周围4个碳原子形成4个C—C键，而每2个碳原子之间形成一个共价键，所以1 mol C形成的C—C键的物质的量为4× mol＝2 mol；金刚石晶体中碳原子数与C—C键数之比为1∶2。SiO2晶体结构为1个硅原子形成4个Si—O键，所以1 mol SiO2晶体中含有4 mol Si—O键。 2．为什么共价晶体的结构比金属晶体和离子晶体结构松散，但却比金属晶体和离子晶体有更强的硬度？ 提示：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也是有方向的，因此比较松散。由于整个晶体中各原子都以强作用力共价键相互结合，且构成了空间网状结构，所以共价晶体更硬。 3．根据表中有关数据分析，并填写表下面的空白。 晶体 键能/(kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度 金刚石 (C—C)347 大于3 500 10 碳化硅 (C—Si)301 2 830 9 晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7 (1)(用“＞”或“＜”填空)。 键能：C—C________C—Si________Si—Si；熔点：金刚石________碳化硅________晶体硅；硬度：金刚石________碳化硅________晶体硅。 (2)规律：共价晶体具有______的熔点，________的硬度；对结构相似的共价晶体来说，原子半径________，键长________，键能________，晶体的熔点就越高。 提示：(1)＞　＞　＞　＞　＞　＞　(2)很高　很大　越小　越短　越大 1．共价晶体的结构特征 共价晶体中的原子以共价键相结合，共价键有方向性和饱和性，因此在共价晶体中，每个原子周围的其他原子的数目是一定的，原子之间的相对位置也是确定的，彼此连接形成稳定的空间立体网状结构。原子的堆积不遵循紧密堆积原则。 2．共价晶体的物理性质特点 (1)因为共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，熔化时需要很多的能量克服共价键，所以共价晶体的熔、沸点很高，硬度很大。 (2)因为构成共价晶体的原子最外层电子都成键，结构稳定，键能较大，所以共价晶体一般不导电，难溶于水。 1．下列事实不能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是(　　) A．Al2O3是两性氧化物 B．硬度很大 C．它的熔点为2 045 ℃ D．几乎不溶于水 解析　A项，指的是Al2O3的分类，B、C、D项是共价晶体的性质。 答案　A 2．(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是(　　) A．金刚石(C) B. 单晶硅(Si) C. 金刚砂(SiC) D. 氮化硼(BN，立方相) 解析　金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)，都为共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，在这几种晶体中，键长：Si—Si>Si—C>B—N>C—C，所以熔点最低的为单晶硅。 答案　B 3．(2024·温州高二检测)下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和单晶硅的最小结构单元都是正四面体 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目也是2NA C．水晶在熔化时，晶体中的共价键会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 解析　金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，单晶硅是1个中心硅原子连接4个硅原子，均为正四面体，A正确；金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，每个C—C键被2个碳原子共用，所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×＝2 mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol，B不正确；水晶的成分为SiO2，为共价晶体，在熔化时，晶体中的共价键会断裂，C正确；共价晶体的构成微粒是原子不是分子，所以晶体中不存在分子，D正确。 答案　B 4．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，其中的键角是________。 (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。 解析　由于金刚砂是空间网状结构，碳原子和硅原子交替以共价单键结合，所以金刚砂是共价晶体；硅原子的半径比碳原子的半径大，C—C键的键能大于C—Si键的键能，所以金刚砂的熔点比金刚石的低。硅和碳是同主族元素，所以硅原子周围同样有4个碳原子，键角为109°28′。构成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。 答案　(1)共价　低　(2)4　109°28′　(3)3 知识点二　分子晶体和晶体结构的复杂性 一、分子晶体 1．含义：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。 2．常见类型 类型 实例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等 部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、乙醇等 3.结构特点 4．典型分子晶体的结构分析 单质碘 干冰 冰 晶胞或 结构模型　　 微粒间作用力 范德华力 范德华力 范德华力和氢键 晶胞中微粒数 4 4 配位数 12 4 5.物理性质及其影响因素 (1)物理性质：分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。 (2)影响因素：对于组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。 二、晶体结构的复杂性 1．混合型晶体——石墨 模型 结构特点 (1)石墨晶体是层状结构，在每一层内，碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合 (2)在同一层内，相邻的碳原子以共价键相结合，每一个碳原子的一个未成对电子形成大π键 (3)层与层之间以范德华力相结合 晶体类型 石墨中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的作用力，是一种混合型晶体 物理性质 熔点高、质软、易导电 2.过渡晶体 金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使形成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 1．H2S和H2O分子结构相似，但H2S晶体中，一个H2S分子周围有12个紧邻分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？ 提示：冰中水分子之间的主要作用力是氢键，具有方向性，氢键的存在迫使在每个四面体中心的水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。而H2S晶体中分子之间的作用力为范德华力，无方向性，采取紧密堆积方式排列，每个分子周围可以有12个紧邻分子。 2．CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试回答下列问题。 物理性质 熔点/℃ 沸点/℃ 状态(室温) CO2 －56.2 －78.4 气态 SiO2 1 723 2 230 固态 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔、沸点很高？ 提示：晶体的类型不同造成的。二氧化硅是共价晶体，这类晶体熔、沸点高，硬度大；而二氧化碳属于分子晶体，这类晶体熔、沸点低。 3．干冰和碘易升华的原因是什么？乙醇与甲醚的相对分子质量相等，为什么乙醇的沸点高于甲醚？ 提示：碘和干冰的分子间均以较弱的范德华力结合；乙醇分子间存在氢键，分子间作用力强，甲醚分子间不存在氢键，分子间作用力弱，所以乙醇的沸点高于甲醚。 4．为什么液态水变为冰时，体积膨胀，密度减小？ 提示：冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的，因氢键具有一定的方向性，使水分子间的间距比较大，有很多空隙，比较松散。所以水凝固成冰后，体积膨胀，密度减小。 分子晶体熔、沸点高低的判断 (1)组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。如：I2>Br2>Cl2>F2，HI>HBr>HCl。 (2)组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，熔、沸点越高。如：CH3OH>CH3CH3。 (3)分子间氢键会导致熔、沸点反常升高。如：H2O>H2Te>H2Se>H2S。 (4)对于有机物来讲，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。如：CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>。 (5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6>CH4，C2H5Cl>CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。 1．氦晶体的升华能是0.105 kJ·mol－1，而冰的升华能则为46.9 kJ·mol－1。能解释这一事实的叙述是(　　) ①氦原子间仅存在范德华力　②冰中有氢键　③氦原子内的化学键很弱　④水分子内的共价键强 A．①②　　　　　　　　　 B．②③ C．①④ D．③④ 解析　氦晶体为分子晶体，氦原子间仅存在范德华力，升华过程只需要破坏范德华力；冰也是分子晶体，但是水分子间除范德华力外还存在氢键，升华过程需要破坏的分子间作用力更强，导致其升华需要较高的能量；两者的升华过程不涉及共价键的断裂；故选①②。 答案　A 2．(2024·河北石家庄期末)干冰、冰的结构模型如图所示，下列说法正确的是(　　) A．构成干冰的微粒是碳、氧原子 B．干冰中每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子 C．冰晶胞中每个水分子周围有2个紧邻的水分子 D．冰融化时，分子中H—O断裂 解析　干冰是分子晶体，构成干冰的微粒是二氧化碳分子，A不正确；干冰中CO2分子采取面心立方堆积方式，每个CO2分子周围紧邻12个CO2分子，B正确；从题图中可以看出，冰晶胞中每个水分子周围有4个紧邻的水分子，C不正确；冰融化时，分子间氢键被破坏，H—O没有断裂，D不正确。 答案　B 3．(2023·重庆卷)配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示，下列说法错误的是(　　) A．中心原子的配位数是4 B．晶胞中配合物分子的数目为2 C．晶体中相邻分子间存在范德华力 D．该晶体属于混合型晶体 解析　由题干配合物[MA2L2]的分子结构示意图可知，中心原子M周围形成了4个配位键，故中心原子M的配位数是4，A正确；由题干图示晶胞结构可知，晶胞中配合物分子的数目为8×＋2×＝2，B正确；由题干信息可知，该晶体为由分子组成的分子晶体，故晶体中相邻分子间存在范德华力，C正确；由题干信息可知，该晶体为由分子组成的分子晶体，D错误。 答案　D 4．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。 ①CO2________SO2；②NH3________PH3； ③O3________O2；④Ne________Ar； ⑤CO________N2。 (2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.202×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是________晶体； ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析　(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，较容易比较五组物质熔、沸点的高低。 (2)①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。②验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。 答案　(1)①<　②>　③>　④<　⑤> (2)①分子　②在熔融状态下，检测AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物 1．下列说法中正确的是(　　) A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体中，共价键越强，共价晶体的熔点越高 C．共价晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键 D．稀有气体形成的晶体属于共价晶体 解析　冰属于分子晶体，构成冰晶体的微粒间存在分子间作用力，所以冰融化时克服的是分子间作用力，共价键不变，A错误；共价晶体中共价键的强弱决定其熔点的高低，所以共价晶体中共价键越强，共价晶体的熔点越高，B正确；SiO2晶体中Si、O原子间形成极性键，C错误；稀有气体分子是单原子分子，形成的晶体为分子晶体，D错误。 答案　B 2．(2025·安徽卷)碘晶体为层状结构，层间作用为范德华力，层间距为d pm。下图给出了碘的单层结构，层内碘分子间存在“卤键”(强度与氢键相近)。NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　) A．碘晶体是混合型晶体 B．液态碘单质中也存在“卤键” C．127 g碘晶体中有NA个“卤键” D．碘晶体的密度为 g·cm－3 解析　碘晶体中，分子间是“卤键”(类似氢键)，层与层间是范德华力，与石墨不同(石墨层内只存在共价键)，所以碘晶体是分子晶体，A错误；由图可知，题目中的“卤键”类似分子间作用力，只不过强度与氢键接近，则液态碘单质中也存在类似的分子间作用力，即“卤键”，B正确；由图可知，每个I2分子能形成4条“卤键”，每条“卤键”被2个碘分子共用，所以每个碘分子能形成2个“卤键”，127 g碘晶体物质的量是0.5 mol，“卤键”的个数是0.5 mol×2×NA mol－1＝NA，C正确；碘晶体为层状结构，所给区间内4个碘原子处于面心，则每个晶胞中碘原子的个数是8×＝4，晶胞的体积是abd×10－30cm3，密度是 g·cm－3，D正确。 答案　A 3．二氧化硅晶体是三维骨架结构，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．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 解析　二氧化硅晶体最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，共12个原子，故A正确；二氧化硅晶体和金刚石晶体的结构类似，每个硅原子为12个最小环共有，故B错误；1个Si可以与4个O形成Si—O键，则1 mol SiO2拥有4 mol Si—O键，故C错误；SiO2晶体中只含极性共价键，不含非极性共价键，故D错误。 答案　A 4．下列有关分子晶体的说法正确的有(　　) ①分子晶体的构成微粒是分子，都具有分子密堆积的特征　②分子晶体在水溶液中均能导电　③分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高　④分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的沸点一定越高　⑤所有的非金属氢化物都是分子晶体　⑥所有分子晶体中均既存在分子间作用力又存在化学键 A．1项　　　　　　　　　 B．2项 C．3项 D．4项 解析　分子晶体的构成微粒是分子，只含有分子间作用力的分子晶体具有分子密堆积的特征，而含有氢键的分子晶体不具有密堆积的特征，故①错误；部分分子晶体在水溶液中能电离，为电解质，水溶液能导电，如硫酸，而部分分子晶体在水溶液中不能电离，为非电解质，水溶液不能导电，如蔗糖，故②错误；分子晶体的熔点与分子间作用力的大小有关，通常分子间作用力越大，分子的熔、沸点越高，故③正确；分子晶体熔化时，只破坏分子间作用力，不破坏分子内共价键，分子晶体的熔点高低与分子间作用力有关，与分子内共价键键能大小无关，故④错误；所有的非金属氢化物都是由分子构成的分子晶体，故⑤正确；稀有气体分子是单原子分子，分子中不存在化学键，故⑥错误。 答案　B 5．锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题： (1)Ge单晶具有金刚石型结构，Ge单晶的熔点比金刚石________(填“高”或“低”)。 (2)原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为；C为。则D原子的坐标参数为________。 (3)已知Ge单晶的晶胞参数(即图中立方体的边长)a＝565.76 pm(1 pm＝10－12 m)，NA近似为6.02×1023，其密度为___________________g·cm－3(列出计算式即可)。 解析　(1)Ge单晶具有金刚石型结构，则Ge单晶和金刚石均为共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，故Ge熔点比金刚石低。 (2)根据晶胞结构分析，D位于上顶角，则D原子的坐标参数为(1,0,1)。 (3)立方晶胞中，一个顶点粒子贡献，一个面心粒子贡献，内部粒子全部属于晶胞，故一个晶胞中含有Ge的个数为8×＋6×＋4＝8个，Ge单晶的体积为V＝a3pm3＝(565.76×10－10)3 cm3，故晶体密度ρ＝ g·cm－3。 答案　(1)低 (2)(1,0,1) (3) 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