第3章 第2节 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性-【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（鲁科版，双选）

本讲义聚焦共价晶体、分子晶体的结构与性质及晶体结构的复杂性，先系统梳理共价晶体（概念、构成微粒、共价键作用、结构特点及物质类别）和分子晶体（构成微粒、分子间作用力、物理性质及物质类别），再通过石墨晶体分析晶体结构的复杂性，搭建从基础晶体类型到复杂结构的学习支架。 该资料以典型晶体（金刚石、SiO₂、干冰、冰）结构模型为载体，结合探究活动（如金刚砂结构分析、N₆₀性质讨论）培养科学思维中的模型建构与证据推理能力，通过对比表格和练习题强化“结构决定性质”的化学观念。课中辅助教师清晰呈现晶体类型差异，课后帮助学生通过实例分析巩固知识，查漏补缺。

第2课时　共价晶体　分子晶体　晶体结构的复杂性 [素养发展目标]　1.了解共价晶体、分子晶体的结构与性质。　2.能描述金刚石、二氧化硅等共价晶体和石墨晶体的结构与性质。　3.能通过晶体的结构与性质认识晶体结构的复杂性。 一、共价晶体 概念 相邻原子间以①共价键结合而形成的具有②空间立体网状结构的晶体 构成微粒 原子 微粒间的作用力 共价键 结构特点 (1)由于共价键的③饱和性和方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是④固定的； (2)由于所有原子间均以⑤共价键相结合，故晶体中不存在单个⑥分子 物质类别 部分⑦非金属单质 金刚石、晶体硅、晶体硼等 部分非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等 某些⑧非金属氧化物 二氧化硅(SiO2)等 影响共价 晶体熔点 高低的因素 对于结构相似的共价晶体来说，共价键的键能越大，晶体的熔点就越⑨高，硬度就越⑩大 二、分子晶体 构成微粒 ⑪分子 微粒间的作用力 ⑫分子间作用力 物理性质 一般熔、沸点较⑬低，硬度较⑭小 物质类别 所有非金属⑮氢化物 H2O、NH3、CH4等 部分⑯非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等 部分⑰非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 几乎所有的⑱酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 大多数的⑲有机物 苯、乙醇等 三、晶体结构的复杂性 1．石墨晶体 晶体模型 结构特点 (1)石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个C原子与其他3个C原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构。每个C原子还有1个未参与杂化的2p轨道并含有1个未成对电子，能形成遍及整个平面的大π键 (2)C原子采取sp2杂化，C—C键之间的夹角为120° (3)层与层之间以范德华力结合 晶体类型 石墨中既含有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性，因此石墨属于混合型晶体 物理性质 熔点高、质软、易导电 2．晶体复杂性的影响 (1)导致晶体中存在多种微粒以及不同微粒间作用。 (2)化学键的过渡状态导致形成晶体的过渡状态，最终导致形成过渡晶体。 1．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 B　[氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的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。] 学生用书↓第61页 2．下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体是(　　) A．H2O、O3、CCl4　　 B．CCl4、(NH4)2S、H2O2 C．SO2、SiO2、CS2 D．P2O5、CO2、H3PO4 D　[A项，O3为单质；B项，(NH4)2S为离子晶体；C项，SiO2为共价晶体。] 3．石墨晶体是层状结构，其结构如图。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　) ①石墨晶体只有分子晶体和共价晶体的特征　②石墨是混合型晶体　③石墨中的C为sp2杂化　④石墨的熔点、沸点都比金刚石的低　⑤石墨中碳原子数和C－C键个数之比为1∶2　⑥石墨和金刚石的硬度相同　⑦石墨层内导电性和层间导电性不同　⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2 A．全对 B．除⑤外 C．除①④⑤⑥外 D．除⑥⑦⑧外 C　[石墨中存在范德华力和共价键，还有金属键的特性，故石墨晶体兼有共价晶体、分子晶体、金属晶体的特征，属于混合型晶体，①错误，②正确；石墨层内为平面结构，因此石墨中的C为sp2杂化，③正确；石墨的熔点比金刚石的高，④错误；石墨中每个碳原子形成3个共价键，每个共价键被两个碳原子共用，因此石墨中碳原子数和C－C键个数之比为2∶3，⑤错误；石墨质软，金刚石的硬度大，⑥错误；石墨层内存在大π键，电子能自由移动，能够导电，而在层间只存在分子间作用力，因此层内和层间导电性不同，⑦正确；每个六元环完全占有的碳原子数是6×＝2，⑧正确。] 探究一　共价晶体的结构及性质 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。 1．金刚砂属于________晶体，金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。 提示：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，所以金刚砂的熔点比金刚石的低。 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________。 提示：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′。 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。 提示：构成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。 典型共价晶体的结构分析 1．金刚石(C) (1)碳原子采取sp3杂化，C—C键键角为109°28′。 (2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。 学生用书↓第62页 (3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上碳原子不在同一平面内。 2．碳化硅(SiC) 把金刚石中的C原子换成Si与C原子相互交替，就得到碳化硅的结构。晶体中Si与C原子个数比为1∶1。 3．二氧化硅晶体(SiO2) (1)Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。 (2)每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。 (3)最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。 (1)1个C原子形成4个C—C键，每个C—C键被两个C原子共用，故每个C原子占用C—C键数目为4×＝2，即1 mol金刚石含有2 mol C—C键。 (2)金刚石晶体中最小环上有6个碳原子，SiO2晶体中最小环上有12个原子(6个O原子和6个Si原子)。 (3)共价晶体的构成微粒是原子，只存在共价键，不存在其他作用力。 (4)共价晶体的化学式表示其比例组成，晶体中不存在分子。　　 1．(2022·山东肥城三中高二检测)碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。 请回答下列问题： (1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有________个。设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为____________(用含a、b的式子表示)。 (2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，______个氮原子，硼原子的杂化类型为________；若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 解析：　(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个C原子周围与其距离最近的Si原子有4个。SiC晶胞中，硅原子数为6×＋8×＝4，碳原子位于晶胞内，SiC晶胞中碳原子数为4，1个晶胞的质量为，体积为a3 cm3，因此晶体密度b g·cm－3 ＝，故NA＝ mol－1。 (2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×＋8×＝4，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子数为4。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化。一个立方氮化硼晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。 答案：　(1)sp3　4　 mol－1 (2)4　4　sp3　 探究二　分子晶体的结构及性质 C60结构，又称为巴基球、足球烯，它是一个由60个碳原子结合形成的稳定分子，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托勾画出的C60的分子结构，富勒的启示起了关键性作用，因此他们一致建议，将其命名为富勒烯。科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试据此回答下列几个问题： 学生用书↓第63页 1．N60的溶解性是什么？晶体类型是什么？ 提示：C60是一种单质，属于分子晶体，而N60类似于C60，所以N60也是单质，属于分子晶体，即具有分子晶体的一些性质，如硬度较小，熔、沸点较低。单质一般是非极性分子，难溶于水这种极性溶剂。 2．N60与N2的熔点谁的更高？稳定性呢？ 提示：由于分子晶体相对分子质量越大，熔、沸点越高，所以N60的熔点高于N2。N2分子以N≡N结合，N60分子中只存在N—N，而N≡N比N—N牢固得多，所以N2比N60稳定。 典型分子晶体的结构分析 单质碘 干冰 冰 晶体的微观结构 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 － 续表 单质碘 干冰 冰 结构特点 碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点和面心上各有1个I2分子，每个晶胞中有4个I2分子 (1)干冰晶胞是面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子； (2)每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个 由于氢键具有一定的方向性，每个水分子都与周围4个水分子结合，4个水分子也按照同样的规律再与其他水分子结合。每个水分子中的氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外2个氢原子靠氢键结合在一起。这种排列类似于蜂巢结构，比较松散。因此水由液态变成固态时，密度变小 2．(双选)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服范德华力 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 BC　[题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷的一个晶胞分析可知，与位于晶胞顶点的甲烷分子距离最近且相等的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面心上，因此被2个晶胞所共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时需克服范德华力，C正确；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的数目为8×＋6×＝4，D错误。] 学生用书↓第64页 探究三　四种晶体类型的比较 1．分子晶体干冰和共价晶体金刚石的构成粒子相同吗？ 提示：不同。分子晶体为分子，共价晶体为原子。 2．分子晶体和共价晶体受热熔化时克服粒子间作用力相同吗？ 提示：不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。 3．石墨晶体主要存在哪些作用力？ 提示：石墨晶体是层状结构，层间存在范德华力；层内C原子采取sp2杂化，通过sp2杂化轨道重叠形成σ型共价键；层内的所有C均存在1个未杂化的p轨道，层内所有C原子通过肩并肩方式形成一个超级大π键，因此大π键具有金属键的性质。 4．石墨晶体从作用力角度看具有哪些类型的晶体特征？ 解析：　从层间范德华力看，具有分子晶体特征，从层内共价键看，具有共价晶体特征，从大π键角度看，具有金属键特征。 一、四种晶体类型的比较 类型 项目　　 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 构成晶体的微粒 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子 微粒间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 金属键 作用力 强弱 (一般地) 较强 很强 弱 一般较强， 有的较弱 确定作用力强弱的一般判断方法 离子电荷、半径 键长(原子半径) 组成结构相似时比较相对分子质量 离子半径、价电子数 熔、沸点 较高 高 低 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃) 硬度 略硬而脆 大 较小 差别较大 导热和 导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体 不良导体(部分溶于水，发生电离后导电) 良导体 溶解性(水) 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应 二、晶体熔、沸点的比较方法 1．不同类型晶体熔、沸点的比较 一般来说，共价晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体(除少数外)>分子晶体。金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯、镓等。 2．同种类型晶体熔、沸点的比较 (1)共价晶体 一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅。 (2)分子晶体 ①组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2>Br2>Cl2>F2；SnH4>GeH4 >SiH4 >CH4。 ②组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO>N2。 学生用书↓第65页 ③同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷>异戊烷>新戊烷。 ④若分子间存在氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF>HI；NH3>PH3；H2O>H2Te。 (3)离子晶体 一般来说，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，离子晶体的熔、沸点就越高。如NaCl>CsCl；MgO>MgCl2。 (4)金属晶体 金属阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其金属键越强，金属熔、沸点越高。如Al>Mg>Na。 3．某化学兴趣小组，在学习了分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下： 氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 －68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 178 57 1 600 根据表中数据分析，属于分子晶体的是(　　) A．NaCl、MgCl2、CaCl2　　　　 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．全部 B　[分子晶体中，分子与分子之间以分子间作用力相结合，而分子间作用力较弱，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔、沸点较低。表中NaCl、MgCl2、CaCl2的熔、沸点较高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低，为分子晶体，所以B项正确，A、C、D项错误。] 1．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是(　　) A．共价晶体的硬度通常比分子晶体的大 B．共价晶体的熔、沸点较高 C．分子晶体都不溶于水 D．金刚石、水晶属于共价晶体 C　[分子晶体有的能溶于水，如H2SO4等。] 2．下列各组物质中，按熔点由低到高排列的是(　　) A．O2、I2、Hg　　　 B．CO2、KCl、SiO2 C．Al、Mg、Na D．NaCl、KCl、RbCl B　[A项，熔点：固体>液体>气体，故熔点：I2>Hg>O2；B项，熔点：共价晶体>离子晶体>分子晶体，故熔点：SiO2>KCl>CO2；C项，金属键：Al>Mg>Na，故熔点：Al>Mg>Na；D项，晶格能：NaCl>KCl>RbCl，故熔点：NaCl>KCl>RbCl。] 3．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 C　[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。] 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固体为分子晶体。②若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其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测其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 学科网（北京）股份有限公司 $