第3章 第2节 第3课时 共价晶体-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2教师用书word（鲁科版 山东专用）

本讲义聚焦共价晶体核心知识点，系统梳理其概念、常见物质及结构特征，从金刚石、二氧化硅晶胞的杂化方式、键角、原子构成分析，到键能与熔点硬度关系比较，通过表格对比和题点训练搭建学习支架。 以“结构决定性质”化学观念为统领，通过晶胞结构模型建构培养科学思维，结合高考真题训练提升科学探究能力。课中辅助教师解析微观结构，课后助力学生通过习题巩固键能与性质关系，有效查漏补缺。

第三课时　共价晶体 新知探究(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 常见 共价 晶体 ①某些非金属单质,如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等; ②某些非金属化合物,如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等; ③某些氧化物,如二氧化硅(SiO2)等 2.常见共价晶体的结构 (1)金刚石晶体的结构 晶体结构 晶胞 特 点 ①碳原子采取sp3杂化,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立体网状结构; ③最小碳环由6个碳原子组成,每个碳原子被12个六元环共用 晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子,晶胞内部有4个C原子,内部的C在晶胞的体对角线长的处,每个金刚石晶胞中含有8个C原子 (2)二氧化硅晶体的结构 晶体结构 晶胞 特 点 ①Si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,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; ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点,有6个Si原子位于立方晶胞的面心,还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子 [题点多维训练] 1.(2025·天津实验中学高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是 (　　) ①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥ C.②③⑥ D.①②⑤⑥ 解析:选C　共价晶体直接由原子构成。CO2、白磷、氨基乙酸、固态He为分子晶体,前三者直接由分子构成,固体He由单原子分子构成,即由原子直接构成。 2.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是 (　　) A.是一种立体网状结构的晶体 B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连 C.晶体中最小环上的原子数目为8 D.晶体中最小环上的原子数目为6 解析:选C　单质硅是一种立体网状结构的共价晶体,A正确;晶体中每个硅原子与4个硅原子相连,B正确;根据单质硅的晶胞结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6,C错误,D正确。 3. [双选]氮化铝属于类金刚石氮化物、六方晶系,最高可稳定到2 200 ℃,硬度大,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料,氮化铝晶胞结构如图所示。 下列有关描述正确的是 (　　) A.AlN是离子晶体 B.Al的配位数为4 C.AlN属于离子化合物 D.与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有12个 解析:选BD　氮化铝属于类金刚石氮化物,所以AlN是共价晶体,A项错误、C项错误;每个黑球周围有4个白球,每个白球周围有4个黑球,故Al、N的配位数都为4,B项正确;以顶角的铝原子为研究对象,与之距离最近的铝原子位于面心上,每个顶角上的铝原子为8个晶胞共用,每个面上的铝原子为2个晶胞共用,故与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有=12个,D项正确。 新知探究(二)——共价晶体的判断及性质比较　　 导学设计 　　下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度: 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.共价晶体的熔点和硬度有较大差异,其原因是什么? 提示:共价晶体中各原子以共价键结合,原子半径越小,键能越大,晶体的稳定性越强,晶体的熔点就越高,硬度也越大。 2.根据上表,可归纳共价晶体的特点:熔点　　　,硬度　　　　。另外,共价晶体一般不导电(晶体硅是半导体),不溶于一般溶剂。  提示:高　大 [系统融通知能] 1.共价晶体的结构特征 (1)在共价晶体中,各原子间均以共价键结合,因为共价键有方向性和饱和性,所以中心原子周围的原子数目是有限的,原子不采取密堆积方式。 (2)空间网状结构 共价晶体的构成微粒是原子,不存在单个分子,其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。 2.共价晶体熔点和硬度的影响因素 对于结构相似的共价晶体来说,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的稳定性越强,熔点越高,硬度越大。 3.共价晶体的判断依据 (1)根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。 (2)根据共价晶体的物理性质判断。 由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合,故共价晶体:①熔点很高;②硬度大;③一般不导电;④难溶于一般溶剂。 (3)记住常见的共价晶体。 物质 金刚石 碳化硅 二氧化硅 晶胞 每个晶胞中 微粒数目 8个C C:4个 Si:4个 Si:8个 O:16个 1 mol物质中化学键物质的量 2 mol C—C键 2 mol C—Si键 4 mol Si—O键 [微点拨]　①共价晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2 800 ℃)>SiO2(1 710 ℃)、钨(3 410 ℃)>SiO2(1 710 ℃)。②共价晶体中只存在共价键,不存在离子键和范德华力。③碳化硅晶体与金刚石结构相似,其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。 [题点多维训练] 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 解析:选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。 2.(2025·甘肃卷)物质的结构决定性质,下列事实与结构因素无关的是 (　　) 选项 事实 结构因素 A K与Na产生的焰色不同 能量量子化 B SiH4的沸点高于CH4 分子间作用力 C 金属有良好的延展性 离子键 D 刚玉(Al2O3)的硬度大,熔点高 共价晶体 解析:选C　焰色试验的本质是电子跃迁释放特定波长的光,不同元素的不同原子能级(能量量子化)导致焰色差异,结构因素正确,A不符合题意;SiH4和CH4均为分子晶体,沸点差异由分子间作用力(范德华力)强弱决定,结构因素正确,B不符合题意;金属延展性源于金属键的特性(自由电子使原子层滑动),而离子键对应离子晶体(延展性差),结构因素“离子键”错误,C符合题意;刚玉(Al2O3)的硬度大,熔点高,说明其具有共价晶体的特征,结构因素正确,D不符合题意。 3.下表列出的是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/℃ 大于3 500 3 000 2 830 1 710 1 412 1 211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6 分析表中的数据并判断,下列叙述正确的是 (　　) A.构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高 B.构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越低 C.构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大 D.构成共价晶体的原子的半径越小,晶体的硬度越大 解析:选D　共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键的键能有关,而原子间的共价键的键能与原子的半径有关。 4.单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据回答: 物质 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ >3 500 1 412 2 573 沸点/℃ 4 827 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶体硼的晶体类型属于　　　　　　　　,理由是 　　。  (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,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点各有一个硼原子。通过观察图形及推算,得出此基本结构单元由　　　　个硼原子构成,其中B—B键的键角为　　　　,共含有　　　　个B—B键。  解析:(1)晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体硅和金刚石之间,而金刚石和晶体硅均为共价晶体,且从周期表中位置看硼与碳相邻,与硅处于对角线处(相似),也能推知晶体硼属于共价晶体。 (2)B原子个数为20××3=12,正三角形键角为60°,B—B键个数为20××3=30。 答案:(1)共价晶体　晶体硼的熔、沸点和硬度均介于金刚石和晶体硅之间,而金刚石和晶体硅都是共价晶体　(2)12　60°　30 学科网（北京）股份有限公司 $