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第三章 晶體結構與性質
第二節 分子晶體與共價晶體
第2課時 共價晶體
想
想
一
碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸點為什么差距那么大？
分子式 室溫下狀態 熔點/℃ 沸點/℃
CO2 氣 態 －78.5 －56.6
SiO2 固 態 1723 2230
干冰
SiO2
碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2熔沸點為什么差距那么大？
干冰
SiO2
CO2 SiO2
構成粒子
粒子間 作用力
分子
范德華力
原子
共價鍵
強度：范德華力__共價鍵
<
熔沸點：CO2__SiO2
<
共價晶體
二、共價晶體
1、概念：
相鄰原子間以共價鍵相結合形成三維骨架結構的晶體。
注意：共價晶體中不存在單個分子，無分子式。
化學式表示原子最簡整數比！
具有共價鍵的晶體叫做共價晶體，這種說法對嗎？
不對，如干冰，冰等分子晶體也含有共價鍵。
2、典型的共價晶體
(1)某些單質：金剛石、硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)和灰錫(Sn)等
(2)某些非金屬化合物：
碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等
(3)極少數金屬氧化物：剛玉(Al2O3)
Al2O3有α型和γ型兩種結構，α-Al2O3屬于共價晶體，俗稱剛玉。
1、結合表格和已有知識，分析共價晶體有哪些物理特性？
某些共價晶體的熔點和硬度
原子晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/0C ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
熔點很高、硬度很大
2、怎樣從原子結構角度理解金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降？
從碳到硅，原子半徑增大，C—C、C—Si、Si—Si的鍵長依次增大，鍵能依次減小，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵，所以，金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降。
3、共價晶體的物理性質
(1)熔點很高
結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，共價鍵鍵能越大，晶體的熔點越高。
(2)硬度很大
(3)一般不導電，但晶體硅是半導體
(4)難溶于一般溶劑
分子晶體與共價晶體的比較
晶體類型 共價晶體 分子晶體
概念
組成微粒
作用力
熔沸點
硬度
溶解性
導電性
相鄰原子間以共價鍵相結合而形成三維骨架結構
只含分子的晶體
原子
分子
共價鍵
分子間作用力
很大
較小
很大
較小
不溶于任何溶劑
部分溶于水
不導電，個別為半導體
固體和熔化狀態都不導電，部分溶于水導電
1、有下列幾種晶體:
A.干冰 B.冰 C.水晶 D.金剛石
(1) 屬于共價晶體的是　　　　　（填序號，下同）。
(2) 屬于分子晶體的是　　　　　　。
(3) 含化學鍵且受熱熔化時化學鍵不發生變化的晶體
是　　　　　　，受熱熔化時需克服共價鍵的晶體
是　　　　　　。
(4) 晶體中存在氫鍵的是　　　。
(5) 晶體堆積方式密堆積的是　　　　。
A、B
C、D
A、B
C、D
B
A
共價鍵具有方向性和飽和性，
共價晶體屬于非密堆積。
——依據組成晶體的粒子和粒子間的作用力判斷
歸納總結
比較晶體的熔、沸點和硬度
判斷
晶體的類型
共價晶體
分子晶體
＞
判斷
鍵能的大小
原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，熔點越高
判斷
分子間作用力
的大小
有氫鍵
只有
范德華力
＞
相對分子質量越大，熔點越高
氫鍵越多，熔點越高
2、下列晶體性質的比較中錯誤的是(　　)
A．熔點：金剛石 > 碳化硅 > 晶體硅
B．沸點：NH3 > PH3
C．硬度：白磷 > 冰 > 二氧化硅
D．熔點：SiI4 > SiBr4 > SiCl4
C
4、根據下表中三種物質(晶體)的熔點，簡要解釋熔點產生差異的原因：
物質 SiO2 SiCl4 SiF4
熔點/℃ 1710 －70 －90.2
(2)SiCl4和SiF4：_______________________________
______________________________________________。
(1)SiO2和SiCl4：____________________________
_____________________________________________。
SiO2是共價晶體，微粒間作用力為共價鍵；
SiCl4是分子晶體，分子間作用力為范德華力，故SiO2熔點高于SiCl4
SiCl4和SiF4均為分子晶體，分子間作用力均為范德華力，根據分子結構相似的物質，相對分子質量越大，范德華力越大，可知SiCl4熔點高于SiF4
4、典型的共價晶體結構特征
(1)金剛石
②每個碳原子都采取_______;
sp3雜化
③所有的C—C鍵長相等，鍵角相等，鍵角為_________；
109°28'
①在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有_____個；
4
正四面體
4、典型的共價晶體結構特征
(1)金剛石
④晶體中最小的碳環由___個碳組成，且_____同一平面內；最多有___個碳原子在同一平面。
6
不在
⑤每個C-C鍵可以形成___個六元環,
每個碳原子可形成___個六元環。
12
6
4
4、典型的共價晶體結構特征
(1)金剛石
⑥1mol金剛石中含有___mol C－C鍵。
2
晶體中每個C參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故C原子與C—C鍵之比為____
1:( )= 1:2
4、典型的共價晶體結構特征
(1)金剛石
金剛石晶胞
⑦在金剛石晶胞中含有___個碳原子。　
8
4、典型的共價晶體結構特征
(2)SiO2晶體
Si
O
①在SiO2晶體中，每個硅原子采取____雜化與___個氧原子結合；每個氧原子與___個硅原子結合；在SiO2晶體中硅原子與氧原子個數之比是_____。_____單個的SiO2分子存在。
sp3
2
1:2
沒有
4
正四面體
4、典型的共價晶體結構特征
(2)SiO2晶體
②在SiO2晶體中，每個硅原子形成___個共價鍵；每個氧原子形成___個共價鍵；
4
2
③ 在SiO2晶體中，最小環為 元環，由 個Si原子和 個O原子構成。
12
6
6
1mol SiO2晶體中含有__mol Si－O鍵。
4
SiO2是自然界含量最高的固態二元氧化物，有多種結構，最常見的是低溫石英。低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環狀結構，這一結構決定了它具有手性。
石英的左、右型晶體
SiC晶體
SiC(碳化硅，俗稱金剛砂)的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中C原子和Si原子的位置是交相間排列的。金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合______個碳原子，含有共價鍵形成的原子環，其中最小的環上有____個硅原子。
4
3
1、正誤判斷
(1)金剛石晶體中最小碳環是六元環，且6個碳原子在同一平面內( )
(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環所共有，每個C—C被6個六元環共用( )
×
√
(3)1 mol金剛石晶體中含有4 mol碳碳鍵( )
(4)1 mol二氧化硅晶體中含有4 mol硅氧鍵( )
×
√
2、最近科學家在實驗室里成功地將CO2在高壓下轉化為類似SiO2的共價晶體。下列關于該CO2晶體的敘述中，不正確的是（ ）
A.該晶體中C、O原子個數比為1∶2
B.該晶體中O—C—O的鍵角為180°
C.該晶體的熔、沸點高，硬度大
D.該晶體中C、O原子最外層都滿足8電子結構
B

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