3.2.2 共价晶体 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦共价晶体的概念、性质及结构特征，通过对比分子晶体与共价晶体，系统阐述共价晶体的构成微粒、作用力、典型实例及性质差异。课堂导入以碳和硅化合物熔沸点差异为问题，结合干冰（分子晶体）过渡到二氧化硅（共价晶体），搭建前后知识联系的学习支架。 其亮点在于运用数据对比表、晶胞结构分析（如金刚石键长键能计算）及探究讨论（如CO₂与SiO₂晶体类型差异原因），培养学生科学思维与探究能力。通过结构决定性质的核心观念，帮助学生构建晶体类型认知框架，既提升学生分析解决问题的能力，也为教师提供清晰的教学逻辑与丰富实例。

第二节 分子晶体与共价晶体 第2课时 共价晶体 第三章　晶体结构与性质 人教版化学 选择性必修2 物质结构与性质 共价晶体微观空间里没有分子 干冰 熔点/℃ -56.2 沸点/℃ -78.5 二氧化硅 熔点/℃ 1 723 沸点/℃ 2 230 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？ 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 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 新课导入 任务一 共价晶体的概念与性质 一、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 共价晶体 组成共价晶体的粒子和粒子间的作用力是什么？ SiO2晶体结构 原子 共价键 任务一 共价晶体的概念与性质 (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。 共价晶体的化学式：共价晶体不存在分子、整块晶体就是一个“巨分子” 单质的化学式：用元素符号表示如晶体硅 Si、金刚石 C； 化合物的化学式：按各原子数目的最简比写化学式。 石英晶体：SiO2，表示晶体中硅、氧原子个数比1：2， 不存在单个的SiO2分子。碳化硅SiC、氮化硅Si3N4 、 氮化硼BN 等 任务一 共价晶体的概念与性质 二、常见的共价晶体 以碳为中心 (1) 某些单质：金刚石、硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡(Sn)等晶体。 (2) 某些非金属化合物：碳化硅(SiC俗称金刚砂)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)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(ɑ-Al2O3)、Mn2O7、Cr2O3等。 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ ＞3500 3000 2700 1710 1410 1211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 分子晶体 氧气 氮气 水 硫化氢 甲烷 乙酸 熔点/℃ -218.3 -210.1 0 -85.6 -182 16.6 对比分子晶体和共价晶体的数据，共价晶体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，因此共价晶体与分子晶体相比，共价晶体熔点高、硬度大。 任务一 共价晶体的概念与性质 任务一 共价晶体的概念与性质 共价晶体的物理性质 ①熔点很高：共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合(共价键多)，要使物质熔化就要克服共价键，需要很高的能量。 ②硬度很大:硬度是衡量固体软硬程度的指标。硬度有不同的标度，最普通的硬度标度是画痕硬度，即摩氏硬度。 ③一般不导电，个别为半导体，如晶体硅、锗是半导体。 ④难溶于一般溶剂。 碳化硅 SiC 氮化硅Si3N4 金刚石、硅、锗晶体结构 碳化硅（SiC）砂轮 硬度、熔点：金刚石晶体＞碳化硅晶体＞晶体硅 【小结：共价晶体熔沸点大小的比较】 结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定，晶体的熔点、沸点越高。 【思考】都是共价晶体，为什么熔点：金刚石>碳化硅>硅？ 碳化硅 SiC 金刚石C、硅Si晶体结构 “C-C” 键能＞“Si-C”键能＞“Si-Si”键能 原子半径： C ＜ Si “C-C” 键长＜“Si-C”键长＜“Si-Si”键长 金刚石 碳化硅 硅 任务一 共价晶体的概念与性质 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空间网状结构 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 很高 较低 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 任务一 共价晶体的概念与性质 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。 任务一 共价晶体的概念与性质 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 1、金刚石 ②每个碳原子都采取____杂化; sp3 ③C—C键长相等，键角相等，键角为_________. 109°28' ④晶体中最小的碳环由___个碳组成，且_____同一平面内，最多有___个碳 原子在平面内； 6 不在 ①在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有 个 4 最小环为六元环 109º28´ ⑤ 晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：_________ 4 1:2 →12g金刚石含有___个C原子，含有____个C-C键 NA 2NA →即金刚石中，1molC平均拥有 mol C—C键 2 ⑥ 金刚石晶体中1个C碳原子被12个六元环共用。 C原子：C－C：六元环数目之比为1: 2：12 ⑤在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部4个， 该晶胞中实际含有的碳原子数为8×1/8+6×1/2+4=8个， 配位数：4。 1个碳环占有的碳原子为 6 × 1/12 = 0.5。 任务二 典型共价晶体的结构特征 ⑦金刚石晶体中1个C-C被 个六元环共用。 6 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 1、金刚石 在金刚石晶胞中占有的碳原子数____　 8 8×1/8+6×1/2+4=8 键能： 347.7 kJ/mol （很大） 键长：154 pm（很短） 熔点很高：> 3500 0C 硬度最大：摩氏10度 109º 28´，三维骨架，共价键（很多） 结构决定性质 黄色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。黄色与红色距离是 /4 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。 1mol Si中含有2mol Si－Si键。 ② 1个Si被12个环共用，1个Si－Si被6个环共用， 硅晶胞的硅硅共价键数：4×4 ＝16 晶胞中的硅原子数：8个 配位数：4 晶体硅中硅原子采取sp3杂化 任务二 典型共价晶体的结构特征 2、硅晶体 任务二 典型共价晶体的结构特征 3、SiC SiC 的球棍模型 SiC俗称“金刚砂”，类似于金刚石的构造。已知SiC晶体中只存在“Si-C”共价键，根据SiC中Si元素和C元素的比例，你能否在金刚石晶体的结构基础上将C原子和Si原子标示出来？ Si C 或 金刚石晶体 SiC晶胞结构 【思考与讨论】硅晶体结构与金刚石极其相似，只是将碳原子换成了硅原子。请推测晶体硅中 Si－Si 键的键参数与金刚石中 C－C 键的键参数相比，有什么变化？ 原子半径：Si C 键长变长，键能变小 硅晶体结构 > 熔点、硬度比金刚石小 探究课堂 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 4、二氧化硅 金刚石晶体结构模型 ① Si原子采取____杂化，正四面体内O—Si—O键角为________。 ② 每个Si原子与____个O原子形成____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原子和____个Si原子形成____个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为________。 ③ 最小环上有____个原子，包括____个O原子和____个Si原子。 sp3 109°28′ 4 4 2 2 1∶2 12 6 6 每个最小的环实际拥有的硅原子为6× = ，氧原子数为6× = 1 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 4、二氧化硅 Si原子个数与Si-O 共价键个数之是 ； O原子个数与Si-O 共价键个数之比是 。 1：4 1：2 ⑤ 60 g 二氧化硅含有_____个Si原子 含有_____个O原子 含有_____ 个Si-O键 NA 2NA 4NA ④ 1 mol SiO2中含 mol Si-O键 4 在SiO2晶体中，没有单个的SiO2分子存在。 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 4、二氧化硅 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。 ——低温石英 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 任务二 典型共价晶体的结构特征 三、典型共价晶体的结构分析 二氧化硅具有许多用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 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 有关资料报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，制得了与SiO2晶体结构相似，高熔点、高硬度的CO2 晶体。请思考以下问题 1.该CO2晶体属于分子晶体还是共价晶体？ 该二氧化碳晶体与二氧化硅晶体结构相似，且具备高熔点、高硬度特征，属于典型的共价晶体 2.1mol该二氧化碳晶体中含有的“C-O”键数目为？ 4NA 3.该CO2晶体的熔点、硬度与SiO2晶体相比如何？ 原子半径： C ＜ Si “C-O”键长 ＜ “Si-O”键长 “C-O”键能 ＞“Si-O”键能 熔点、硬度：该二氧化碳晶体＞二氧化硅晶体 任务二 典型共价晶体的结构特征 二氧化硅 熔点：1723℃ 干冰 熔点：-56.2℃ CO2晶体是分子晶体， CO2之间存在范德华力，这种分子间作用力很弱，较容易破坏它使晶体变成液体或气体，故CO2的熔点很低。 SiO2是共价晶体，晶体中不存在SiO2分子。由于晶体是由硅原子和氧原子按1：2的比例通过共价键结合形成的共价晶体，破坏这些共价键需要很高的能量，故SiO2的熔点很高。 【思考与讨论】碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔点很低，而SiO2晶体的熔点很高？ 探究课堂 【思考与讨论】 C和Si属于同一主族，为何二氧化硅晶体属于共价晶体，而干冰晶体属于分子晶体？ C是第二周期元素，原子半径较小，周围容纳不下4个O原子，电子云易于重叠形成双键，所以当C与O结合时，形成了双键，CO2以单个小分子就可以稳定存在，属于分子晶体。 Si是第三周期元素，原子半径较大，周围可以容纳4个O原子，不易形成双键，因此SiO2中，Si以单键结合了4个O，形成了空间网状结构，属于共价晶体。 干冰晶胞结构 二氧化硅晶胞结构 探究课堂 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 共价晶体的 结构特点 非密堆积 原子通过共价键形成空间网状结构 共价晶体的 性质特点 熔点高 (＞1000 ℃) 硬度大 【思考与讨论】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？ 探究课堂 分子晶体与共价晶体的比较 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空间网状结构 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 很高 较低 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 课堂小结 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 【思考与讨论】怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？ 在金刚石、硅和锗中，每个原子均以sp3杂化轨道与相邻的4个原子形成σ 键，整体上形成三维骨架结构，同属于共价晶体，熔点和硬度都较高。但金刚石、硅和锗的结构差别在于C、Si、Ge原子半径依次递增，C-C 、Si-Si 、Ge-Ge的键长依次递增，键长越大，键能越小，所以熔点和硬度依次降低。 探究课堂 1、天然金刚石 2、人工合成金刚石：高压合成、低压合成 以石墨为原料高压合成金刚石 以甲烷、氢气为原料低温低压合成金刚石 天然金刚石形成条件：高温高压 拓展延伸 比较物质的熔点的方法 共价 晶体 分子 晶体 有氢键 只有 范德华力 方 法 依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断 依据性质判断 判断 晶体的类型 键长越短 键能越大 熔点越高 氢键的 数目多少 相对分子 质量大小 判断 键能的大小 判断 分子间的作用力 课堂小结 $