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第二節
分子晶體與共價晶體
第2課時　
共價晶體
人教版（2019）化學選擇性必修二
第三章 晶體結構與性質
1.能辨識常見的共價晶體,并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒之間的作用對共價晶體物理性質的影響。
2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體,并能利用均攤法對晶胞進行分析。
CO2和SiO2的一些物理性質如下表所示，通過比較試判斷SiO2晶體是否屬于分子晶體。
干冰
SiO2
物質 熔點/℃ 沸點/℃
CO2 -56.2 （在527 kPa下測得） -78.5
SiO2 1 723 2 230
不是分子晶體
是共價晶體
常見的共價晶體
金剛石
單晶硅
SiO2
碳化硅
鍺
錫
共價晶體
1、定義
相鄰原子間以共價鍵相結合而形成的空間網狀結構的晶體。
共價晶體
構成粒子
原子
粒子間的作用力
共價鍵
注意：
共價晶體中都有共價鍵，但含有共價鍵的不一定是共價晶體。如CO2、H2O等分子晶體中也含有共價鍵。
整塊晶體是一個三維的共價鍵網狀結構，不存在單個的小分子，是一個“巨分子”。化學式表示原子個數比。
2、典型共價晶體類型
物質種類 實例
某些非金屬單質
某些非金屬化合物
某些氧化物
晶體硼、晶體硅、晶體鍺、金剛石等
碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
二氧化硅(SiO2)、剛玉(ɑ-Al2O3)等
觀察金剛石晶胞結構，思考下列問題。
(1)一個金剛石晶胞中，含有幾個碳原子？
(2)金剛石中,每個碳原子與多少個碳原子成鍵？碳原子采取什么雜化方式？
正四面體
在金剛石晶體中每個碳原子與4個碳原子成鍵
碳原子采取sp3雜化
最小環為六元環
3、常見的典型共價晶體
(1)金剛石
①碳原子采取 雜化,C—C—C夾角為 。
②每個碳原子與周圍緊鄰的 個碳原子以共價鍵結合,形成共價鍵三維骨架結構。
③最小碳環由6個碳原子組成,且最小碳環上有4個碳原子在同一平面內;每個碳原子被12個六元環共用。
sp3
109°28′
4
④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鍵數之比為：
1:( 4×）= 1:2
⑤每個碳原子可形成　　　個六元環,每個C-C鍵可以形成　　個六元環。
⑥在金剛石晶胞中占有的碳原子數_______。　
６
12
8
8×+6×+4=8
⑦12g 金剛石含有_____個C原子，含有_____ 個C-C鍵
NA
2NA
觀察SiO2晶胞和晶體結構，與金剛石晶體結構有什么相同點和不同點？
金剛石晶胞和晶體結構圖
SiO2晶胞和晶體結構圖
構成原子種類和數目不同。
原子雜化方式和空間結構相同。
3、常見的典型共價晶體
(2)二氧化硅(SiO2)
二氧化硅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(α -SiO2)。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
石英晶體中的硅氧四面體相連構成的螺旋鏈
①硅原子都采取sp3雜化，每個Si周圍有 個O，每個O周圍
有 個Si，在SiO2晶體中硅原子與氧原子個數之比是 .硅氧構成空間 形
4
2
正四面體
180
109 28
1:2
②最小的環是由6個Si原子和6個O原子組成的12元環。每個最小的環實際擁有的硅原子為6× = ，氧原子數為6× = 1。
晶體硅結構
二氧化硅晶體結構
SiO2晶體結構相當于在晶體硅結構中每2個Si原子中間插入1個O原子
③參照金剛石晶胞模型,在SiO2晶胞中有8個Si原子位于立方晶胞的頂點,有6個Si原子位于立方晶胞的面心,還有4個Si原子與16個O原子在晶胞內構成4個硅氧四面體,均勻排列于晶胞內。每個SiO2晶胞中含有 8個Si原子和16個O原子。
3、常見的典型共價晶體
(3)碳化硅(SiC)
(1)碳、硅原子都采取sp3雜化,C—Si鍵角為109°28′。
C
Si
109 28′
(2)每個硅(碳)原子與周圍緊鄰的4個碳(硅)原子以共價鍵結合成正四面體結構,向空間伸展形成空間網狀結構。
(3)最小環由6個原子組成且不在同一平面內,其中包括3個C原子和3個Si原子。
(4)每個SiC晶胞中含有4個C原子和4個Si原子。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
某些共價晶體的熔點和硬度
觀察比較下表中共價晶體熔點和硬度數據，它們有什么特點？
熔點很高；硬度很大
為什么共價晶體熔點很高？
熔化破壞共價鍵，需要很高的能量。
結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。
4、共價晶體的物理性質
①熔點很高；
②硬度很大；
③一般不導電(晶體硅半導體)；
④難溶于一般溶劑
(2)熔點和硬度的比較規律
(1)一般規律
結構相似的共價晶體,原子半徑越小,鍵長越 ,鍵能越 ,晶體的熔點越高,硬度越大。
短
大
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度* 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
某些共價晶體的熔點和硬度
下表為部分共價晶體的物理性質,結合前面學過的分子晶體的一些性質思考問題。
問題1:與分子晶體相比,共價晶體的熔點普遍較高,為什么
分子晶體中分子間是以較弱的分子間作用力(部分含氫鍵)相互作用的,而共價晶體中原子間是通過較強的共價鍵相互作用的,并且形成空間網狀結構,所以熔點普遍較高。
問題2:由表中數據可知,金剛石、硅和鍺的熔點和硬度均依次降低,如何解釋
三者的組成元素為同一主族元素,形成的晶體結構類似,結構相似的共價晶體,原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔點越高,硬度越大。
問題3:從哪些角度可以區分共價晶體與分子晶體
可以從構成微粒、微粒間作用力強弱、熔沸點、硬度等角度區分。
晶體類型 共價晶體 分子晶體
組成微粒
作用力
熔沸點
硬度
溶解性
導電性
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
固體和熔融狀態都不導電，部分溶于水導電
分子晶體和共價晶體的比較
判斷共價晶體和分子晶體類型的方法
(1)依據構成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷
構成共價晶體的微粒是原子,微粒間的作用力是共價鍵;構成分子晶體的微粒是分子或原子(稀有氣體),微粒間的作用力是分子間作用力。
(2)依據晶體的熔點判斷
共價晶體的熔點高,常在1 000 ℃以上;而分子晶體熔點低,常在數百攝氏度以下甚至更低。
(3)依據晶體的硬度與機械性能判斷
共價晶體硬度大,分子晶體硬度小且較脆。
(4)依據導電性判斷
分子晶體為非導體,但部分溶于水后能導電;原子晶體多數為非導體,但晶體硅、鍺是半導體。
(1).分子晶體中一定存在共價鍵。 (　　)
(2).干冰升華的過程中破壞了共價鍵。(　　)
(3).二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素形成的氧化物,但屬于不同的晶體類型。(　　)
(4).分子晶體的熔、沸點比較低,共價晶體的熔、沸點比較高。(　　)
(5).含有共價鍵的晶體都是共價晶體。(　　)
(6).SiO2是二氧化硅的分子式。(　　)
1、判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
√ 　　
√ 　　
×
×
×
×
2.下列有關晶體的說法正確的是(　 　)
A.分子晶體中均存在共價鍵
B.共價晶體中共價鍵越弱,熔點越低
C.晶體在受熱熔化過程中一定存在化學鍵的斷裂
D.共價晶體的原子間只存在共價鍵,而分子晶體內只存在范德華力
B
3、氮化硅(Si3N4)是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業上有廣泛的應用，它屬于( )
A.原子晶體 B.分子晶體
C.金屬晶體 D.離子晶體
A

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