第3章 第2节 第2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（人教版 单选版）

本讲义聚焦共价晶体核心知识点，系统梳理其结构特征（如金刚石的正四面体结构、二氧化硅的Si-O键连接方式）、性质特征（高熔点、高硬度）及与分子晶体的判断依据，形成从结构到性质再到应用的完整学习支架。 通过对比CO₂与SiO₂熔沸点差异、晶胞结构分析等探究活动，培养学生科学思维与科学探究能力，题点多维训练辅助教师授课，助力学生课后巩固知识、弥补盲点，体现学科特色教学方法。

第2课时　共价晶体 新知探究(一)——典型共价晶体的结构特征 1.共价晶体的构成 (1)构成微粒及作用: (2)共价晶体结构:整个晶体形成共价键三维骨架结构。 2.两种典型的共价晶体结构特征 (1)金刚石的晶体结构特征 ①在晶体中,每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合,成为正四面体。 ②晶体中C—C—C夹角为109°28',碳原子采取sp3杂化。 ③最小环上有6个碳原子,每个C原子被12个六元环共用。 ④晶体中碳原子个数与C—C数之比为1∶=1∶2,1 mol金刚石中有2 mol碳碳键。 (2)二氧化硅的晶体结构特征 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。 ②1 mol SiO2中含4 mol Si—O。 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。 应用化学　 1.下表中数据为二氧化碳(CO2)和二氧化硅(SiO2)的熔、沸点。 晶体 熔点/℃ 沸点/℃ CO2 -56.6(在527 kPa下测得) -78.5 SiO2 1 713 2 230 碳和硅元素位于元素周期表中同一主族,且二氧化碳和二氧化硅晶体均含有共价键,熔、沸点差距很大。请结合分子晶体的性质,判断SiO2固体是否属于分子晶体?并说明理由。 提示:分子晶体中分子间作用力小,晶体熔、沸点低,所以SiO2不是分子晶体,SiO2是共价晶体。 2.天然的金刚石和水晶都呈现规则多面体的外形,如图,体现了晶体的什么性质?其微观本质是什么? 提示:晶体呈现多面体外形体现了晶体的自范性,其微观本质是原子在三维空间里呈周期性有序排列。 [题点多维训练] 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体 (×) (2)具有共价键的晶体叫做共价晶体 (×) (3)SiO2表示二氧化硅分子 (×) (4)同一主族的氧化物,晶体类型可能不同 (√) 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.我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图,下列说法不正确的是 (　　) A.石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用 B.每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用 C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2,可用“SiO2”来表示石英的组成 D.在晶体中存在石英分子,故石英的分子式为SiO2 解析:选D　由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连,而每个氧原子与两个硅原子相连,在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2,“SiO2”仅表示石英的组成,不存在单个的SiO2分子。 4.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之间关系式为　　　　　　　　。  答案:(1)8×+6×+4=8 (2)　 (3)a　(4)2r=a pm 新知探究(二)——共价晶体的性质特征及物质类别　　　　　　 导学设计　 下表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/℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 1.为什么金刚石的熔点高、硬度大? 提示:金刚石晶体中C—C共价键的键能很大,很难破坏C—C共价键,因此,金刚石的熔点高、硬度大。 2.影响共价晶体的熔点和硬度的因素有　　　　(填序号),如何影响共价晶体的熔点和硬度?  ①构成共价晶体的原子种类数目;②构成共价晶体的原子间的共价键键能;③构成共价晶体的原子半径;④构成共价晶体的原子的相对原子质量。 提示:②③　构成共价晶体的原子间的共价键键能越大、共价晶体的原子半径越小,则晶体的熔点越高、硬度越大。 [系统融通知能] 1.共价晶体的性质特征 高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特征。一般难溶于常见溶剂,绝大部分共价晶体不导电。 [微点拨]　硬度大的物质不一定经得起锤击,如金刚石硬度最大,却很容易经锤击而破碎。物质经受锤击的性质属于延展性。 2.共价晶体熔、沸点高低及硬度大小比较 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、沸点越高,硬度越大。 3.常见共价晶体及类别 4.分子晶体与共价晶体的判断 依据 分子晶体 共价晶体 微粒种类 分子 原子 微粒间的作用力 分子间作用力 共价键 晶体的熔、沸点 熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低 熔点高,常在1 000 ℃以上 晶体的导电性 晶体不导电,但部分溶于水后能导电 绝大多数不导电,但晶体Si、Ge为半导体 晶体的硬度、 机械性能 硬度小且较脆 硬度大 物质的分类 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外) 金刚石、晶体硅、晶体硼等单质;碳化硅、二氧化硅等化合物 [题点多维训练] 1.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法中错误的是 (　　) AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 -68 2 300 >3 500 1 410 沸点/℃ 178 57 2 550 4 827 2 355 A.SiCl4是分子晶体 B.晶体硼是共价晶体 C.AlCl3是分子晶体,加热能升华 D.金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱 解析:选D　SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都属于分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,即在未熔化的温度下它就能汽化,故AlCl3加热能升华,A、C正确;单质B的熔、沸点高,所以晶体硼是共价晶体,B正确;C原子的半径比Si原子的半径小,金刚石中C—C的键长比晶体硅中Si—Si的键长短,金刚石中C—C的键能比晶体硅中Si—Si的键能大,金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si强,D错误。 2.碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较,正确的是 (　　) A.熔点从高到低的顺序:金刚石>碳化硅>晶体硅 B.熔点从高到低的顺序:金刚石>晶体硅>碳化硅 C.三种晶体中的结构单元都是三角锥结构 D.三种晶体都是共价晶体且均为电的良导体 解析:选A　碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的,这说明碳化硅形成的晶体是共价晶体。则形成共价晶体的原子半径越小,共价键键能越大,其熔、沸点越高,而原子半径:C<Si,则熔点从高到低的顺序:金刚石>碳化硅>晶体硅,A正确,B错误。三种晶体中的结构单元都是四面体结构,C错误。三种晶体都是共价晶体且都不是电的良导体,D错误。 3.据报道,某科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称这种化合物可能比金刚石更坚硬,其原因可能是 (　　) A.碳、氮原子构成平面结构的晶体 B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短 C.氮原子电子数比碳原子电子数多 D.碳、氮单质的化学性质均不活泼 解析:选B　碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬,说明该化合物为共价晶体,为立体结构,A错误;由于原子半径:N<C,原子半径越小,共价键的键长越短,则键能越大,所以碳氮化合物比金刚石更坚硬,B正确;共价晶体的熔、沸点和硬度,与共价键有关,与电子数的多少无关,C错误;碳、氮单质的化学性质均不活泼,与两种元素形成的化合物的性质无关,D错误。 4.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构,在金刚砂的三维骨架结构中,碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答: (1)金刚砂属于　　　　晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点　　　。  (2)在金刚砂的结构中,一个硅原子周围结合　　　个碳原子,键角是　　　　。  (3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环,其中最小的环上有　　　个硅原子。  解析:(1)根据题意可知金刚砂属于共价晶体,由于Si—C的键长大于C—C的键长,故Si—C的键能小,金刚砂的熔点比金刚石的熔点低。(2)Si原子与C原子交替以共价单键相结合,且Si、C原子都形成四个单键,故一个碳原子周围结合4个硅原子,同时一个硅原子周围结合4个碳原子。由于硅原子周围的四个碳原子在空间呈正四面体形排列,故键角为109°28'。(3)类比金刚石中最小的原子环中有6个碳原子可知,在金刚砂中,最小的环上应有3个硅原子和3个碳原子。 答案:(1)共价　低　(2)4　109°28'　(3)3 |思维建模| 分子晶体、共价晶体熔、沸点高低及硬度比较 (1)先判断晶体类型:一般来说,共价晶体>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、沸点及硬度越高。 ②分子晶体的熔、沸点高低及硬度大小取决于分子间作用力。分子间作用力与是否存在氢键、相对分子质量大小及分子极性有关。 学科网（北京）股份有限公司 $