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第三章 第二節 分子晶體與共價晶體
第2課時 共價晶體
物質 熔點/℃ 沸點/℃
CO2 -56.2 （在527 kPa下測得） -78.5
SiO2 1 723 2 230
干冰
SiO2
CO2（干冰）和SiO2的一些物理性質如下表所示，通過比較試判斷：SiO2是分子晶體嗎？為什么熔點SiO2遠高于CO2？
新課導入
學習目標
1. 了解共價晶體的概念。
2. 認識常見的共價晶體，能區分分子晶體和共價晶體。
3. 掌握典型共價晶體的結構特點。
一、共價晶體
1. 概念 ：所有原子都以共價鍵相互結合形成三維骨架結構（即立體網狀結構）的晶體。
共價晶體
構成粒子
原子
粒子間的作用力
共價鍵
新知梳理
共價鍵
2. 常見共價晶體及物質類別
(1)某些單質：如金剛石、硅(Si)、鍺(Ge)、硼(B)和灰錫(Sn)等。
(2)某些非金屬化合物：如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)（俗名：金剛砂）、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
Si
O
1. 熔點很高：共價晶體中原子間以較強的共價鍵相結合，使物質熔化要斷裂共價鍵，需要很高的能量。
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。
二、共價晶體的物理性質
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔 點 ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
[思考1]從原子結構的角度理解金剛石、硅、鍺的熔點和硬度依次下降。
結構相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，硬度越大，金剛石＞晶體硅＞晶體鍺。
[思考2]“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”，這種說法對嗎？為什么？
不對。CO2分子中有共價鍵，是分子晶體；只有相鄰原子間以共價鍵相結合形成空間網狀結構的晶體才是原子晶體。
(1)在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有____個;
(2)每個碳原子都采取_________;
(3)所有的C—C鍵長相等，鍵角相等，鍵角為_________；
(4)晶體中最小的碳環由___個碳組成，且_____同一平面內；
(5)晶體中每個C參與了 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 ；
三、典型共價晶體
1. 金剛石
sp3雜化
109°28'
6
不在
4
4
1 : 2
(6)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；
(7)在金剛石晶胞中占有的碳原子數_____;
(8)12 g 金剛石含有_____個C原子，含有______個C-C鍵?！?br/>8
NA
6
12
2NA
金剛石鍵長很短，熔點高，硬度最大
(1) 二氧化硅的結構
把金剛石晶體中的碳原子換為硅原子,每兩個硅原子之間增加一個氧原子，即形成SiO2的晶體結構。
①在SiO2晶體中，每個硅原子采取sp3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 。沒有單個的SiO2分子存在。
4
1：2
2
Si
O
2. 二氧化硅
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；
③在SiO2 晶體中，最小環為 元環。
4
2
12
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。
氧硅四面體構成的螺旋鏈
石英的左、右型晶體
(2)二氧化硅的用途
玻璃
單晶硅
水泥
硅光電池
芯片
光纖
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1000℃以上；而分子晶體熔點低，常在數百攝氏度以下甚至更低。
3. 還可以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。
四、分子晶體和共價晶體的判斷方法
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。
【注意】
(1)共價晶體熔化時破壞的作用力：共價鍵
(2)由原子構成的晶體不一定是共價晶體
如：金屬單質（金屬晶體）
(3)具有共價鍵的晶體不一定是共價晶體
如：石墨（混合晶體）
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
粒子間作用力
熔沸點
相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間網狀結構
分子間以分子間作用力結合
原子
分子
共價鍵
分子間作用力
很高
較低
歸納總結
晶體類型 共價晶體 分子晶體
硬 度
溶解性
導電性
熔化時破壞的作用力
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
一定破壞分子間作用力（有時還破壞氫鍵，特例：S8熔化還破壞共價鍵）
破壞共價鍵
1. 美國《科學》雜志曾報道：在40 GPa的高壓下，用激光加熱到1800 K，人們成功制得了共價晶體CO2，下列對該物質的推斷一定不正確的是（ ）
A. 該共價晶體中含有極性鍵
B. 該共價晶體易氣化，可用作制冷材料
C. 該共價晶體有很高的熔、沸點
D. 該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料
課堂練習
B
2. 下列說法中，正確的是（ ）
A. 冰融化時，分子中H—O發生斷裂
B. 共價晶體中，共價鍵越強，熔點越高
C. 分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子晶體的溶、沸點一定越高
D. 分子晶體中，分子間作用力越大，對應的物質越穩定
B
3.碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示，
(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質形式，它們互為_____________。
(2)在石墨烯晶體中，每個C原子連接_____個六元環，每個六元環占有____個C原子。
(3)在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環也為六元環，每個C原子連接________個六元環。
同分異構體
3
2
12
石墨烯晶體
金剛石晶體
(4)已知晶體硼的基本結構單元是由B原子構成的正二十面體(如上圖所示)，其中有20個等邊三角形的面和一定數目的頂點，每個頂點各有一個B原子。通過觀察圖形及推算，可知此結構單元是由________個硼原子構成的，其中B—B鍵間的鍵角是________(填角度)。
12
60°
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