第三章 第二节 第2课时 共价晶体-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，双选）

本高中化学讲义聚焦共价晶体核心知识点，系统梳理其定义（三维共价键网状结构）、结构特点（无小分子、化学式表原子个数比）、物理性质（高熔点、高硬度等与键长键能关系）及典型实例（金刚石、二氧化硅等），构建从概念到性质再到实例的学习支架。 该资料通过“交流研讨”结合表格数据引导学生分析键长键能与性质关系，培养科学思维的证据推理；借助金刚石、二氧化硅结构模型分析，强化化学观念中“结构决定性质”的认知。课中辅助教师引导探究，课后“正误判断”和练习题助力学生查漏补缺，提升学习效果。

第2课时　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。 任务一　共价晶体的结构和性质 一、共价晶体 1.共价晶体定义：所有原子都以共价键相互结合形成共价键三维骨架结构的晶体叫共价晶体。 2.共价晶体的结构特点 说明： ①空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成原子的个数比。 ②共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。 ③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。 3.常见的共价晶体 物质种类 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等 某些非金属氧化物 二氧化硅(SiO2)等 极少数金属氧化物 刚玉(α-Al2O3) 二、共价晶体的物理性质 1.共价晶体的物理性质 (1)熔点很高：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，所以共价晶体具有很高的熔点。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。 (2)硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。 (3)一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。 (4)难溶于一般的溶剂。 学生用书⬇第57页 2.共价晶体熔、沸点的比较 (1)规律：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。 (2)原因：原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越多，键能越大，故晶体的熔点就越高。 (3)实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径C＜Si，则键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，故熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 [交流研讨]　金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。 晶体 键长/pm 键能/( kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度 金刚石 154 347.7 ＞3 500 10 碳化硅 184 318 2 700 9.5 晶体硅 235 226 1 410 6.5 (1)使共价晶体熔化，需要破坏粒子间的作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？ 提示：使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。 (2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？ 提示：结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。 (3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。 提示：能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：C＜Si，因此键长大小顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，键能大小顺序为C—C＞C—Si＞Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 1.正误判断 (1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。 提示：×，由原子直接构成的晶体不一定是共价晶体，也可以是分子晶体。 (2)具有共价键的晶体一定是共价晶体。 提示：×，可以是分子晶体。 (3)SiO2和干冰都是同一主族元素的氧化物，二者晶体类型相同。 提示：×，SiO2是共价晶体而干冰是分子晶体。 (4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时都不与其他物质反应。 提示：×，共价晶体常温时有些可以与其他物质反应如：SiO2与HF。 2.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ 3 550 1 415 2 573 沸点/℃ 4 827 2 628 2 823 摩氏硬度 10 7.0 9.5 晶体硼的晶体类型属于　　　　　，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：共价晶体　晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体(或熔沸点都很高，硬度大) 解析：晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体，因此晶体硼也是共价晶体。 归纳总结 分子晶体与共价晶体熔、沸点和硬度的比较方法 1.对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点和硬度高于分子晶体。 2.对于同一类型的晶体 (1)共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高，硬度越大。 (2)分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。 学生用书⬇第58页 任务二　典型的共价晶体 1.金刚石 (1)成键特征：每个碳原子都采取sp3杂化，每个碳原子与相邻的4个碳原子形成4个共价键，键长相等，键角为109°28'，每个碳原子的配位数为4。 (2)结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成正四面体，向空间无限延伸得到立体网状结构的晶体，在1个正四面体中含有1＋4×＝2个碳原子；最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内；金刚石晶体中每个C原子形成4个C—C键，而每个键为2个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键个数比为1∶2。因此12 g(1 mol)金刚石中含有2 mol(2NA个)C—C键。 (3)晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割为8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。 2.二氧化硅 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，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。 (1)二氧化硅晶体的结构 ①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个O原子和2个Si原子相结合，在晶体中，Si原子和O原子个数比为1∶2，因此二氧化硅的化学式为SiO2，但SiO2晶体中不存在SiO2分子。 ②1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。 ③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。 ④每个Si原子被12个12元环共用，每个O原子被6个12元环共用。 ⑤每个Si—O键被6个12元环共用。 (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。 [交流研讨]　(1)分析共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同。 提示：①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有分子。②微粒间的相互作用不同，共价晶体中原子之间通过共价键结合，分子晶体中分子之间的作用是分子间作用力。 (2)分析金刚石的晶体结构模型，最小的环有多少个原子？ 提示：金刚石最小环上有6个原子。 学生用书⬇第59页 1.正误判断 (1)金刚石晶体中，每个碳原子与周围4个碳原子形成4个共价键的平面结构。 提示：×，金刚石晶体中，每个碳原子与周围4个碳原子形成4个共价键的立体结构。 (2)金刚石晶体结构中碳原子的杂化类型是sp3。 提示：√。 (3)金刚石晶体中的C原子与C—C共价键数目之比为1∶4。 提示：×，碳原子的个数与C—C键数目比为1∶2。 (4)二氧化硅晶体中的Si原子与Si—O共价键的数目之比为1∶4。 提示：√。 2.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。 (1)一个金刚石晶胞中含有　　　　个碳原子。 (2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为　　　　　　　g·cm－3。 (3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为　　　　pm。 (4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？ 　　　　　　　。 答案：(1)8　(2)　(3)a　(4)2r＝a pm，即r＝a pm。 1.下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A.共价晶体中可能存在非极性共价键 B.共价晶体的硬度一般比分子晶体的高 C.在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键 D.金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体 答案：C 解析：同种元素的原子构成的共价晶体中存在非极性键，如金刚石，A项正确；共价晶体的硬度一般比分子晶体的高，B项正确；SiO2晶体中1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，C项错误；金刚砂(SiC)晶体是由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体，即共价晶体，D项正确。 2.氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的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 答案：B 解析：氮化硼是由两种非金属元素组成的化合物，根据该化合物的物理性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。 3.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晶体硼和HCl ③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮　⑥硫黄和碘 A.①②③ B.④⑤⑥ C.③④⑥ D.①③⑤ 答案：C 解析：属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成的，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。 4.(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。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—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键的键能无关 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，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却 (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角，每个顶角上各有一个硼原子。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的键角为　　　　　，该结构单元共含有　　　　个B—B键。 答案：(1)C　(2)12　60°　30 解析：(1)选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为∶4＝1∶2；选项D，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。 (2)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××3＝12，而每个B—B键被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B键的个数为20××3＝30。 学科网（北京）股份有限公司 $