3.2.2 共价晶体 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第三章 晶体结构与性质 第二节 分子晶体与共价晶体 课时2 共价晶体 2026/3/9 吗喽🐒 素养目标 宏观辨识与微观探析：辨识共价晶体宏观性质，明确其构成微粒为原子、作用力为共价键，能结合微观结构解释其高熔点、高硬度等特性。 证据推理与模型认知：借助晶体结构模型，推理共价晶体成键规律与空间结构，构建“原子→共价键→共价晶体”的认知模型。 科学态度与社会责任：认识共价晶体的应用价值，树立“结构决定性质”观念，培养严谨态度与服务社会的责任感。 课堂引入 2026/3/9 吗喽🐒 干冰 熔点/℃ -56.2 (527 kPa) 沸点/℃ -78.5 二氧化硅 熔点/℃ 1723 沸点/℃ 2230 碳和硅元素同为第四主族的元素，从其形成的化合物外形来看，均为晶体，而两种晶体的熔沸点却相差很大，这是为什么呢？ 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 组成的粒子：原子 粒子间的作用力：共价键 性质：熔点高 共价 晶体 组成的粒子：分子 粒子间的作用力：范德华力 性质：熔点低 分子 晶体 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 1. 基本概念 共价晶体 (1) 概念：原子之间以共价键结合形成共价键三维骨架结构。 (2) 构成微粒：原子 (3) 粒子间作用力：共价键 (4) 空间结构：三维骨架结构 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 2. 物理特性 根据表中数据，归纳共价晶体的性质特点，并从结构角度解释原因？ 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 硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 2. 物理特性 (1) 高硬度 (2) 高熔点 (3) 不导电 金刚石晶体结构 (4) 难溶水 熔化/粉碎时破坏共价键，故共价键键能越大(键长越短)，共价晶体的熔点、硬度就越高！ 任何状态下都不导电 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 3. 常见类别 (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。 (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) 某些非金属氧化物：二氧化硅（ SiO2）晶体等 (4) 极少数金属氧化物：刚玉(Al2O3)、Mn2O7、Cr2O3等 2026/3/9 吗喽🐒 4. 判断方法 某些单质、某些非金属化合物、某些非金属氧化物、极少数金属氧化物 组成共价晶体的微粒是原子，粒子间的作用力是共价键。 共价晶体的硬度高，熔、沸点高，难溶于水，在熔融状态或固体时均不导电。 依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断 依据物质的性质判断 依据物质的类别判断 一、共价晶体 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 【思考讨论】 (1)含有共价键的晶体都是共价晶体吗? 共价晶体都有共价键,但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如、 等分子晶体中也含有共价键。 (2)金刚石、晶体硅、碳化硅的晶体类型是什么？它们的晶体结构中是否存在分子？ 金刚石、晶体硅、碳化硅均属于共价晶体；共价晶体的构成粒子是原子，故它们的晶体结构中不存在分子。 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 【思考讨论】 (3)金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的作用力是什么？为什么共价晶体的熔点较高，硬度较大？ 金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的是共价键，由于共价键的键能大，破坏时需要消耗较高的能量，因此共价晶体的熔点较高，硬度较大。 (4)怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降？ 2026/3/9 吗喽🐒 一、共价晶体 5. 分子晶体与原子晶体的比较 晶体类型 共价晶体 分子晶体 概念 组成微粒 作用力 熔沸点 硬度 溶解性 导电性 相邻原子间以共价键相结合而形成三维骨架结构 分子间以分子间作用力结合 原子 分子 共价键 分子间作用力 很大 较小 很大 较小 不溶于任何溶剂 部分溶于水 不导电，个别为半导体 固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电 例1 下列物质中，均直接由原子构成的是( ) ①干冰晶体 ②二氧化硅 ③水蒸气 ④金刚石 ⑤单晶硅 ⑥白磷 ⑦硫黄 ⑧液氨 ⑨氖晶体 A.②③④⑤ B.②③④⑤⑨ C.②④⑤⑨ D.②④⑤⑥⑦⑨ √ 例2 现有以下8种晶体： A.干冰 B. C.金刚石 D. E.晶体硅 F.水晶 G.冰 H.晶体氩 (1)属于分子晶体，且分子的空间结构为直线形的是____(填字母，下同)。 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 13 A.干冰 B. C.金刚石 D. E.晶体硅 F.水晶 G.冰 H.晶体氩 (2)通过非极性键形成的共价晶体是____，晶体内不含化学键的是___。 (3)直接由原子构成的晶体是________。 (4)受热熔化时，化学键发生变化的是______，干冰的熔点比冰的熔 点低得多，原因是___________________________________________ _____________________________________________________。 干冰中分子之间只存在范德华力，冰中 分子之间存在范德华力和氢键，且氢键的强度比范德华力大 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 14 (5)金刚石、 、晶体硅都是同主族元素组成的晶体，它们的熔点高 低顺序为________ ________ ________(用名称填空)，其原因是_ ___________________________________________________________ __________________________________________。 金刚石 碳化硅 晶体硅 金刚石、碳化硅、晶体硅都是共价晶体，键长：，则共价键强度： 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 15 例5 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 √ 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 16 例6 根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是( ) 物质 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/ 190 2300 1410 沸点/ 180 57.6 2550 4827 2355 A. 是分子晶体 B.晶体硼是共价晶体 C. 是分子晶体，加热能升华 D.金刚石中的比晶体硅中的 弱 √ 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 17 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 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。 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 1. 金刚石晶体 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 晶体中最小的碳环由 个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有____个碳原子在同一平面。 4 正四面体 sp3 109º28’ 6 4 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 1. 金刚石晶体 ③ 每个C形成___个C－C，每个C－C占有____个C，即C原子与C－C数目之比为________。 ④ 金刚石晶体中1个C被_____个环共用，1个碳环占有的碳原子为______，1个 C－C键被_____个环共用，1mol 金刚石存在_______C－C键， 4 2 1:2 12 0.5 6 2mol 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 1. 金刚石晶体 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8r＝，r＝ 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 2. 单晶硅Si晶体 硅晶体和金刚石晶体结构相同： ① 硅晶体中每个Si原子与它直接相邻的4个Si原子形成正四面体结构，Si－Si－Si的夹角为109°28′，每个Si形成4个Si－Si键，Si：Si－Si＝1:2。 ② 1个Si被12个环共用，1个Si－Si被6个环共用，1mol Si中含有2mo lSi－Si键 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 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 3. 碳化硅晶体 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 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 4. 二氧化硅晶体 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。 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 4. 二氧化硅晶体 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 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 4. 二氧化硅晶体 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，而没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性(左、右型)，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链 石英的左、右型晶体 石英手表 低温石英 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 4. 二氧化硅晶体 水泥 单晶硅 玻璃 单晶硅制的芯片 硅太阳能 电池 二氧化硅 光导纤维 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 科学  技术  社会 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。 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 科学  技术  社会 （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）。 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 科学  技术  社会 （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 2026/3/9 吗喽🐒 二、常见共价晶体的结构特征 锗Ge硅Si 主要应用：低压、低频、中功率晶体管、光电探测器，取代了笨重的电子管，导致了集成电路的可能性 砷化镓GaAs 磷化铟InP 主要应用：毫米波器件、发光器件、卫星通讯、移动通讯、光通讯、GPS导航等，较好的电子迁移率、带隙等材料特性，资源稀缺，有毒性，污染环境 碳化硅Sic、氮化铝AlN、氮化镓GaN、氧化锌ZnO、金刚石C 主要应用：高温、高频、抗辐射、大功率器件；蓝、绿、紫光二极管、半导体激光器，更优的电子迁移率、带隙、击穿电压 、高频、高温特性 第一代 半导体 第二代 半导体 第三代 半导体 第三代半导体：中国半导体的希望！ 例3 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( ) A.金刚石中的键角均为 ,所以金刚 石和 的晶体类型相同 B.金刚石的熔点高与 的键能无关 C.金刚石中碳原子个数与数之比为 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 √ 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 32 例4 下列关于 和金刚石的叙述正确的是( ) A.的晶体结构中，每个原子与2个 原子直接相连 B.通常状况下，晶体中含有的分子数为 表示阿伏伽 德罗常数的值 C.金刚石的三维骨架结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子 D.金刚石中含有个表示阿伏伽德罗常数的值 √ 2026/3/9 吗喽🐒 课堂练习 33 $