新课标高中化学选修3第二节分子晶体与原子晶体共价晶体

第2课时 共价晶体

学业要求

素养对接

1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。

2.能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。

微观探析：共价晶体的结构特点。 模型认知：建立共价晶体模型，并利用共价晶体模型进行相关计算。

[知 识 梳 理]

一、共价晶体的结构和性质 1.共价晶体的结构特点 (1)构成微粒及作用力

共价晶体⎩⎨⎧构成微粒：原子

微粒间作用力：共价键

(2)空间构型：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。 2.共价晶体与物质的类别

物质种类 实例

某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si 3N 4)、氮化硼

(BN)等 某些氧化物

二氧化硅(SiO 2)等

3.共价晶体的熔、沸点

(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。

(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。 【自主思考】

1.含有共价键的晶体都是共价晶体吗？

提示 共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO 2、H 2O

等分子晶体中也含有共价键。

二、典型的共价晶体

1.金刚石

(1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。

(2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。

(3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。

2.晶体硅

把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构，不同的是Si—Si键长＞C—C 键长。

3.二氧化硅晶体

(1)Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。

(2)每个Si原子与4个O原子形成4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，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。

(3)最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。

【自主思考】

2.SiO2是二氧化硅的分子式吗？

提示二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。

[自我检测]

1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

(1)共价晶体内的共价键的键能越大，熔、沸点越高。()

(2)CO2和SiO2中中心原子的杂化方式相同。()

(3)共价晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键。()

(4)几乎所有的酸都属于分子晶体。()

(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同。()

答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×

2.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()

A.晶体中不存在独立的“分子”

B.碳原子间以共价键相结合

C.是自然界中硬度最大的物质

D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应

解析在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的；但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。

答案 D

3.下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是()

①Al2O3是两性氧化物②硬度很大③它的熔点为2 045 ℃④几乎不溶于水

⑤自然界中的刚玉有红定石和蓝定石

A.①②③

B.②③④

C.④⑤

D.②⑤

解析①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。

答案 B

学习任务一共价晶体与分子晶体的比较

【合作交流】

科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200 km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3 350 ℃)，不导电，硬度极高。而干冰容易气化，

碘晶体容易升华。

1.分子晶体和共价晶体的构成微粒相同吗？

提示不同。分子晶体为分子，共价晶体为原子。

2.分子晶体和共价晶体受热熔化时克服微粒间作用力相同吗？提示不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。

【点拨提升】

1.共价晶体与分子晶体的组成、结构和性质的比较

2.共价晶体与分子晶体的结构特征

(1)共价晶体的结构特征

在共价晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。

(2)分子晶体的结构特征

①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。

②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。

3.共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较

(1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体

理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。

(2)晶体类型相同

①共价晶体

一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。

②分子晶体

a.若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。

b.组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。

c.组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。

d.同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。【例1】氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下