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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
金剛石俗稱"金剛鉆"。也就是我們常說的鉆石的原身，它是一種由碳元素組成的礦物，是自然界由單質元素組成的粒子物質，是碳同素異形體
(金剛石，石墨烯，富勒烯，碳納米管，藍絲黛爾石等)。金剛石的用途非常廣泛，例如:工藝品和工業中的切割工具。
石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石， 也是貴重寶石。中國也擁有制造金剛石的技術。需要注意，石墨與金剛石物理性質完全不同。
【思考】金剛石與石墨是相同的晶體嗎？
掌握共價晶體的概念，能夠區分共價晶體和分子晶體。
了解金剛石等典型共價晶體的結構特征，能描述金剛石、二氧化硅等共價晶體的結構與性質的關系。
1. 運用“結構決定性質、性質反映結構”的化學觀，從微觀角度分析比較分子晶體、共價晶體的本質區別及性質上的差異。（宏觀辨識與微觀探析）
2. 通過建立模型解決分子晶體、共價晶體的相關問題。（證據推理與模型認知）
通過金剛石晶體的結構認識晶體內粒子和粒子間的作用力是什么？
組成的粒子：_______
粒子間的作用力： _______
金剛石的多面體外形
晶體結構
晶胞示意圖
晶胞示意圖
原子
共價鍵
所有原子都以共價鍵相互結合形成三維的立體網狀結構的晶體叫共價晶體。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”。
1.概念
一、共價晶體
注：晶體中沒有單個分子存在；化學式只代表原子個數比。
2.構成共價晶體的微粒：
3.常見的共價晶體：
①某些單質：如硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和錫（Sn）等
②某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化
硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、Si3N4(氮化硅)、C3N4(氮化碳)等
③極少數金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)
共價晶體
構成微粒
微粒間相互作用
原子
共價鍵
晶體氣化或熔化時破壞的作用力為共價鍵。
對比分子晶體和共價晶體的數據，共價晶體有何物理特性？原因是什么？
共價晶體熔化時破環共價鍵，共價鍵比分子間作用力強得多
共價晶體 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
4.共價晶體的物理性質：
①熔點很高
共價晶體中，原子間以較強的共價鍵相結合，要使物質熔化就要克服共價鍵，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、典型共價晶體
1．金剛石
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_______雜化;
③C原子與C—C鍵數之比為： 。
④晶體中最小的碳環由___個碳組成，且_____同一平面內；
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。
4
sp3
1 ：2
6
不在
12
6
⑥金剛石晶胞中C原子配位數為___
4
⑦金剛石晶胞中含有的C原子數為___
8
⑧12g 金剛石含有_____個C原子，含有_____ 個C-C鍵
NA
2NA
配位數：一個C原子周圍最鄰近的C原子數
用Si代替C原子形成的是什么晶體？
預測硅的熔點和金剛石的熔點，哪個高？
金剛石和硅的結構相似，Si-Si鍵鍵長大于C-C鍵的，因此對應的鍵能較小，熔點較低；
2．二氧化硅晶體
每兩個硅原子之間增加一個氧原子,即形成SiO2的晶體結構。
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
180
109 28
Si
O
共價鍵
二氧化硅晶體結構示意圖
SiO2的結構特征：
① 在SiO2晶體中，每個硅原子與 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 .
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
1：2
4
2
⑤60g 二氧化硅含有_____個Si原子
含有_____個O原子
含有_____ 個Si-O鍵
NA
2NA
4NA
③ 在SiO2 晶體中，最小環為 元環。
④每個環中平均含有硅原子
每個環中平均含有Si－O鍵
硅原子個數與Si－O 共價鍵個數之是 ；
氧原子個數與Si－O 共價鍵個數之比是 。
12
=6×1/12=1/2
=12×1/6=2
1：4
1：2
單晶硅
硅太陽能電池
硅制作的芯片
二氧化硅-光導纖維
晶體SiO2的多種重要用途：
制造： 水泥、玻璃、人造寶石、單晶硅、硅光電池、芯片、 光導纖維
1.金剛石、二氧化硅的比較：
金剛石 二氧化硅
晶體形狀
晶體中的鍵或作用力
由最少原子形成環的形狀與個數
中心原子成鍵數
每個環上鍵的平均數
正四面體空間網狀
共價鍵
共價鍵
6個原子不共面
12個原子不共面
４
4
6×1/6=1
12×1/6=2
正四面體空間網狀
【小結】
2.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
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
用Si代替部分C原子形成的是什么晶體？
碳化硅又稱金鋼砂或耐火砂，英文名 Silicon Carbide，化學式 SiC。 純碳化硅是無色透明的晶體。
共價晶體間比較熔沸點高低的方法：
鍵長越短，鍵能越大，對應共價晶體的熔沸點、硬度越大。
【練習】晶體硅、碳化硅(SiC )的結構與金剛石相似，比較這三種共價晶體的熔沸點高低？
金剛石 ＞ SiC ＞ 晶體硅
結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，共價鍵越強，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。
結構
性質
應用
共價晶體
構 成 微 粒
微粒間的作用力
物 理 特 性
典 型 晶 體
結 構 特 征
1. 關于SiO2晶體的敘述中，正確的是(　　)
A. 通常狀況下，60 g SiO2晶體中含有的分子數為NA
B. 60 g SiO2晶體中，含有2NA個Si—O鍵
C. 晶體中與同一硅原子相連的4個氧原子處于同一四面體的4個頂點
D. SiO2晶體中含有1個硅原子和2個氧原子
C
2、下列各組物質的晶體中，化學鍵的類型相同，晶體的類型也相同的是（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2O
C. BN和HCl D. CCl4和KCl
B
3、下列物質的晶體直接由原子構成的一組是（ ）①CO2 ②SiO2 ③晶體Si ④白磷 ⑤氨基乙酸 ⑥Fe ⑦Na2O ⑧固態He
A. ①②③④⑤⑥⑦⑧ B. ②③④⑥⑧
C. ②③⑧ D. ①②⑤⑦⑧
C

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