3.2 分子晶体与共价晶体 讲义 -2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

第二节 分子晶体与共价晶体 知识1 分子晶体（molecular crystal）☆☆ 1.分子晶体的类型和性质☆ 项目 内容 定义 分子以分子间的作用力结合形成的晶体叫分子晶体 结构特点 （1） 构成粒子：分子 （2） 微粒间作用力：分子间作用力相互吸引，包括范德华力和氢键 常见分子晶体物质类别 所有非金属氢化物：H2O、NH3、CH4等。 部分非金属单质：卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等。 部分非金属氧化物：CO2、P4O10、SO2、SO3等。 几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。 绝大多数有机物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。 图示 图3.2-1 碳60的晶胞 常见堆积方式 范德华力 分子采用密堆积，若以一个分子为中心，每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2等 范德华力、氢键 分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰等 注意：氢键有方向性和饱和性，而范德华力无方向性和饱和性。 物理性质 熔、沸点：较低的，密度硬度较小，较易熔化和挥发。 导电性：一般是绝缘体，熔融状态不导电（固态和熔融状态下均不存在自有移动的离子或电子）。 溶解性：符合相似相溶规律。 注意：（1）熔、沸点高低的比较规律。 ①分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。 ②具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。 表3-2 某些分子晶体的熔点 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7 2.两种典型的分子晶体的结构和组成☆ 项目 结构模型 冰 图3.2-2 冰和液态水的结构对比表（虚线表示氢键） 构成 干冰 图3.2-3 干冰及其晶胞 构成 （1）水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。 （2）氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。 （1）干冰中CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键 （2）微粒个数及相互关系 ①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子 ②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个 · 例题 考点：常见分子晶体的结构 1．（2025春•封开县期中）如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列说法正确的是（　　） A．每个水分子与周围邻近的四个水分子间通过H—O键形成冰晶体 B．冰晶体熔化时，水分子之间的空隙增大 C．冰晶体是四面体型的空间网状结构，属于共价晶体 D．1mol冰晶体中含有2mol氢键 【解答】解：A．水分子中氧原子按sp3方式杂化，每个水分子都可以与另外四个水分子形成氢键结合成冰晶体，故A错误； B．由于氢键有方向性，分子之间的空隙较大，当晶体熔化时，氢键被破坏，水分子之间的空隙减小，故B错误； C．冰晶体虽然具有空间网状结构，但分子之间是氢键，所以是分子晶体，故C错误； D．每个H2O分子的2个H原子和另外2个H2O分子的O原子之间共形成2个氢键、该水分子内的氧原子与另2个水分子中的1个氢原子形成氢键，则按均摊法可知，1个水分子平均形成2个氢键，则1mol冰晶体中含有2mol氢键，故D正确； 故选：D。 考点：分子晶体的物理性质 2．（2025春•广东校级月考）下列有关物质结构与性质的说法合理的是（　　） A．OF2分子的极性强于H2O B．干冰和冰都采取分子密堆积 C．P4和CH4中键角都为109°28′ D．邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸 【解答】解：A．两原子的电负性差值越大极性越大，H元素与O元素电负性差值大于O元素与F元素电负性的差值，因此OF2分子的极性弱于H2O，故A错误； B．冰中含有氢键，采用非密堆积，故B错误； C．P4中的键角为60°，CH4中键角为109°28′，故C错误； D．邻羟基苯甲酸形成分子内氢键，对羟基苯甲酸形成分子间氢键，形成分子间氢键使物质的熔沸点升高，形成分子内氢键使物质的熔沸点降低，因此邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸，故D正确； 故选：D。羟基苯甲酸，故D正确； 故选：D。 知识2 共价晶体（covalent crystal）☆☆ 1.共价晶体的结构和物理性质☆ 项目 内容 定义 晶体中相邻原子间都以共价键结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，叫作共价晶体 结构特点 （1） 构成粒子：原子 （2） 微粒间作用力：共价键 （3） 空间结构：不存在单个的小分子，是一个“巨分子” 常见分子晶体物质类别 某些非金属单质：晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石（diamond）等 某些非金属化合物：碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物：二氧化硅（SiO2）等 物理性质 熔、沸点：很高。 （1） 共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必修破坏共价键，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。 （2） 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。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅（键长Si—Si>C—Si>C—C，键能C—C>C—Si>Si—Si）。 硬度：很大，如金刚石。 导电性：一般不导电。但晶体硅、锗是半导体。 溶解性：难溶于一般的溶剂。 2.典型的共价晶体☆ 项目 内容 金刚石 结构模型 图3.2-4 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 构成 （1） 每个碳原子采取sp3杂化C-C-C夹角为109°28’。 （2） 每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。 （3）最小的碳环由6个碳原子构成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环公用。 二氧化硅 结构模型 图3.2-5 石英晶体中的的硅氧四面体相连构成的螺旋链 图3.2-6 石英的左右晶体 图3.2-7 二氧化硅的晶体结构模型 构成 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，具有手性(左、右型) （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，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。 二氧化硅用途 制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 图示 单晶硅 单晶硅制的锌片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维 图3.2-8 以SiO2为原料制造的高科技产品 · 例题 考点：常见共价晶体的结构 3．（2026春•番禺区校级期中）AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是（　　） A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中所有原子均采取sp3杂化 D．晶体中所有原子的配位数均相同 【解答】解：A．因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于Al原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的，则N—Al的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN，故A错误； B．不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，故B正确； C．金刚石中每个C原子形成4个共价键（即C原子的价层电子对数为4），C原子无孤电子对，故C原子均采取sp3杂化；由于AlN、GaN与金刚石结构相似，则其晶体中所有原子均采取sp3杂化，故C正确； D．金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键，即C原子的配位数是4，由于AlN、GaN与金刚石结构相似，则其晶体中所有原子的配位数也均为4，故D正确； 故选：A。 考点：常见共价晶体的物理性质 4．（2025春•罗湖区校级期中）美国加州Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们，在40Gpa的高压容器中，用Nd：YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800K，二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是（　　） A．具有规则的几何外形 B．硬度与金刚石相近 C．熔化时破坏共价键 D．易升华，可用作制冷剂 【解答】解：根据题意可知在40Gpa的高压容器中，用Nd：YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800K，二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体，则此状态下的二氧化碳应为共价晶体，具有高熔点、高硬度的特点，硬度与金刚石相近，熔化时破坏共价键，不具有易升华性质，故D错误， 故选：D。 · 近5年高考真题 考点：常见共价晶体的结构 1．（2022•山东）AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是（　　） A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中所有原子均采取sp3杂化 D．晶体中所有原子的配位数均相同 【解答】解：A．因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于Al原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的，则N—Al的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN，故A错误； B．不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，故B正确； C．金刚石中每个C原子形成4个共价键（即C原子的价层电子对数为4），C原子无孤电子对，故C原子均采取sp3杂化；由于AlN、GaN与金刚石结构相似，则其晶体中所有原子均采取sp3杂化，故C正确； D．金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键，即C原子的配位数是4，由于AlN、GaN与金刚石结构相似，则其晶体中所有原子的配位数也均为4，故D正确； 故选：A。 考点：常见共价晶体的物理性质 2．（2024•山东）下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是（　　） A．金刚石（C） B．单晶硅（Si） C．金刚砂（SiC） D．氮化硼（BN，立方相） 【解答】解：金刚石（C）、单晶硅（Si）、金刚砂（SiC）、氮化硼（BN，立方相） 均为共价晶体，共价晶体中成键键长越短，键能越大，熔沸点越高，Si—Si键的键长最长，故键能最小，熔沸点最低，故B正确， 故选：B。 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 分子晶体与共价晶体 知识1 分子晶体（molecular crystal）☆☆ 1.分子晶体的类型和性质☆ 项目 内容 定义 分子以分子间的作用力结合形成的晶体叫分子晶体 结构特点 （1） 构成粒子：分子 （2） 微粒间作用力：分子间作用力相互吸引，包括范德华力和氢键 常见分子晶体物质类别 所有非金属氢化物：H2O、NH3、CH4等。 部分非金属单质：卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等。 部分非金属氧化物：CO2、P4O10、SO2、SO3等。 几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。 绝大多数有机物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。 图示 图3.2-1 碳60的晶胞 常见堆积方式 范德华力 分子采用密堆积，若以一个分子为中心，每个分子周围有12个紧邻的分子 如C60、干冰、I2、O2等 范德华力、氢键 分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个 如HF、NH3、冰等 注意：氢键有方向性和饱和性，而范德华力无方向性和饱和性。 物理性质 熔、沸点：较低的，密度硬度较小，较易熔化和挥发。 导电性：一般是绝缘体，熔融状态不导电（固态和熔融状态下均不存在自有移动的离子或电子）。 溶解性：符合相似相溶规律。 注意：（1）熔、沸点高低的比较规律。 ①分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。 ②具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。 表3-2 某些分子晶体的熔点 分子晶体 氧气 氮气 白磷 水 硫化氢 甲烷 乙酸 尿素 熔点/℃ -218.3 -210.1 44.2 0 -85.6 -182 16.6 132.7 2.两种典型的分子晶体的结构和组成☆ 项目 结构模型 冰 图3.2-2 冰和液态水的结构对比表（虚线表示氢键） 构成 干冰 图3.2-3 干冰及其晶胞 构成 （1）水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。 （2）氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。 （1）干冰中CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键 （2）微粒个数及相互关系 ①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子 ②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个 · 例题 考点：常见分子晶体的结构 1．（2025春•封开县期中）如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列说法正确的是（　　） A．每个水分子与周围邻近的四个水分子间通过H—O键形成冰晶体 B．冰晶体熔化时，水分子之间的空隙增大 C．冰晶体是四面体型的空间网状结构，属于共价晶体 D．1mol冰晶体中含有2mol氢键 考点：分子晶体的物理性质 2．（2025春•广东校级月考）下列有关物质结构与性质的说法合理的是（　　） A．OF2分子的极性强于H2O B．干冰和冰都采取分子密堆积 C．P4和CH4中键角都为109°28′ D．邻羟基苯甲酸的沸点低于对羟基苯甲酸 知识2 共价晶体（covalent crystal）☆☆ 1.共价晶体的结构和物理性质☆ 项目 内容 定义 晶体中相邻原子间都以共价键结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，叫作共价晶体 结构特点 （1） 构成粒子：原子 （2） 微粒间作用力：共价键 （3） 空间结构：不存在单个的小分子，是一个“巨分子” 常见分子晶体物质类别 某些非金属单质：晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石（diamond）等 某些非金属化合物：碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物：二氧化硅（SiO2）等 物理性质 熔、沸点：很高。 （1） 共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必修破坏共价键，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。 （2） 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。如熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅（键长Si—Si>C—Si>C—C，键能C—C>C—Si>Si—Si）。 硬度：很大，如金刚石。 导电性：一般不导电。但晶体硅、锗是半导体。 溶解性：难溶于一般的溶剂。 2.典型的共价晶体☆ 项目 内容 金刚石 结构模型 图3.2-4 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 构成 （1） 每个碳原子采取sp3杂化C-C-C夹角为109°28’。 （2） 每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。 （3）最小的碳环由6个碳原子构成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环公用。 二氧化硅 结构模型 图3.2-5 石英晶体中的的硅氧四面体相连构成的螺旋链 图3.2-6 石英的左右晶体 图3.2-7 二氧化硅的晶体结构模型 构成 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，具有手性(左、右型) （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，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。 二氧化硅用途 制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 图示 单晶硅 单晶硅制的锌片 硅太阳能电池 二氧化硅光导纤维 图3.2-8 以SiO2为原料制造的高科技产品 · 例题 考点：常见共价晶体的结构 3．（2026春•番禺区校级期中）AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是（　　） A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中所有原子均采取sp3杂化 D．晶体中所有原子的配位数均相同 考点：常见共价晶体的物理性质 4．（2025春•罗湖区校级期中）美国加州Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们，在40Gpa的高压容器中，用Nd：YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800K，二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是（　　） A．具有规则的几何外形 B．硬度与金刚石相近 C．熔化时破坏共价键 D．易升华，可用作制冷剂 · 近5年高考真题 考点：常见共价晶体的结构 1．（2022•山东）AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是（　　） A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中所有原子均采取sp3杂化 D．晶体中所有原子的配位数均相同 考点：常见共价晶体的物理性质 2．（2024•山东）下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是（　　） A．金刚石（C） B．单晶硅（Si） C．金刚砂（SiC） D．氮化硼（BN，立方相） 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $