高中化学新人教版选择性必修第二册第二节第2课时共价晶体教案.pdf

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第三章晶体结构与性质
第二节分子晶体与共价晶体
第二课时共价晶体教案
【教材分析】
在介绍原子晶体时，从生活中比拟熟悉的金刚石入手，从原子间的相互连接方式认识原子晶体和原
子晶体的特性。在教学时要注意归纳比照，在学习完分子晶体和原子晶体的结构特点及其性质的一
般特点后，让学生理解分子晶体和原子晶体的晶体类型与性质之间的关系,注意区别二者的差异。
【教学目标与核心素养】
课程目标 学科素养
a. 宏观辨识与微观探析：结合常见的共价晶体
点。 的实例，认识物质的构成微粒、微粒间相互作用
，分析理解共价晶体的 与物质性质的关系。
物理特性。 b. 证据推理与模型认知：借助共价晶体等模型
认识晶体的结构特点，
【教学重难点】
教学重点：共价晶体的结构特点与性质之间的关系
教学难点：共价晶体的结构特点与性质之间的关系
【课前准备】
多媒体调试、讲义分发
【教学过程】
【导入新课】
纯洁的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。地壳中含有极少量的金刚石，它是天然存在的最
硬的物质。经过仔细的打磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品—钻石。
【讲解】
【典例剖析】
1. 金刚石晶体
(1) 在晶体中每个碳原子以四个共价单键与相邻的 4 个碳原子相结合，成为正四面体。向空间伸展
形成空间网状结构。
(2) 晶体中 C-C-C 夹角为 109°28'，碳原子采取了 sp3杂化。
(3) 最小环上有 6 个碳原子。 : .
(4) 每个碳原子被 12 个六元环共用。
(5) 晶体中碳原子个数与 C-C 键数之比为 1:(4×1/2)=1:2。
(6) 在一个晶胞中，碳原子位于立方体的 8 个顶点、6 个面心以及晶胞内部 4 个，由“均摊法〞可求
出该晶胞中实际含有的碳原子数为 8×(1/8)+6×(1/2)+4=8。
2. 二氧化硅晶体
(1)二氧化硅的结构
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点 1713℃，有多种结构，最常见的是低温石英
(αSiO )。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结
2
构，这一结构决定了它具有手性。
石英晶体中的硅氧四面体石英的左、右型晶体
相连构成的螺旋链
①每个硅原子与相邻的 4 个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，
4 个氧原子在正四面体的 4 个顶点。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。
②每个 Si 原子与 4 个 O 原子成键，每个 O 原子与 2 个 Si 原子成键，最小的环是 12 元环。每个最
小的环实际拥有的硅原子为 6×1/12=1/2，氧原子数为 6×1/6=1。
③1 mol SiO 晶体中含 Si—O 键数目为 4N ，在 SiO 晶体中 Si、O 原子均采取 sp3 杂化。
2 A 2
④正四面体内 O—Si—O 键角为 109°28′。
(2)二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料。
【过渡】SiO 是二氧化硅的分子式吗？
2
【讲解】
3. 共价晶体
(1) 共价晶体：所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体。
(2) 组成微粒：原子
(3) 微粒间的作用力：共价键，气化或熔化时破坏的作用力为共价键。
(4) 分类：
某些单质：如硼〔B〕、硅〔Si〕、锗〔Ge〕和锡〔Sn〕等
某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si N )等
3 4
极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al O )
2 3
(5) 共价晶体的通性
①熔点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，要使物质熔化就要克服共价键，需要很
高的能量。 : .
②硬度很大。
③一般不导电，但晶体硅是半导体。
④难溶于一般溶剂。
【答复】
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。
【思考讨论】
(1)观察比照金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞，并总结结构特征。
金刚石晶胞 碳化硅晶胞 二氧化硅晶胞
(2)“具有共价键的晶体叫做共价晶体〞这种说法对吗？为什么？
(3)怎么从原子结构的角度理解金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降？
【答复】
(1)金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞的结构特征
①金刚石(晶体硅)
金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有 1 个 C(Si)原子，晶胞内部有 4 个 C(Si)原子，每个金刚
石(晶体硅)晶胞中含有 8 个 C(Si)原子。
②碳化硅晶胞
a. 碳、硅原子都采取 sp3 杂化，C—Si 键角为 109°28′。
b. 每个硅(碳)原子与周围紧邻的 4 个碳(硅)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。
c. 最小碳环由 6 个原子组成且不在同一平面内，其中包括 3 个 C 原子和 3 个 Si 原子。
d. 每个 SiC 晶胞中含有 4 个 C 原子和 4 个 Si 原子。
③二氧化硅晶胞
SiO 晶体结构相当于在晶体硅结构中每 2 个 Si 原子中间插入一个 O 原子，参照金刚石晶胞模型，
2
在 SiO 晶胞中有 8 个 Si 原子位于立方晶胞的顶点，有 6 个 Si 原子位于立方晶胞的面心，还有 4 个
2
Si 原子与 16 个 O 原子在晶胞内构成 4 个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个 SiO 晶胞中含有 8
2
个 Si 原子和 16 个 O 原子。
(2)不对。如 HCl、H O、CO 、CH CH OH 分子中都有共价键，而它们都是分子晶体；如金刚石、
2 2 3 2
晶体 Si、SiC、SiO 中都有共价键，它们都是原子晶体；只有相邻原子间以共价键相结合形成空间
2
网状结构的晶体才是原子晶体。
(3)金刚石、硅、锗的键长依次增大，键能依次减小，熔点和硬度依次下降。
【学生活动】
晶体熔沸点上下的比拟方法
【讲解】
、沸点上下的比拟 : .
(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．假设分子间有氢键，那么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；NH ＞PH ；H O＞H Te。
3 3 2 2
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I ＞
2
Br ＞Cl ＞F ；SnH ＞GeH ＞SiH ＞CH 。
2 2 2 4 4 4 4
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＞N 。
2
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。
(3) 共价晶体和分子晶体熔点上下的根本思路
【课堂小结】


晶体类型 共价晶体 分子晶体
定义 相邻原 子间以共价键相结合 分子间以分子间作用力相结
而形成空间网状结构的晶体 合的晶体
组成粒子 原子 分子
粒子间作用 共价键 分子间作用力
力
熔、沸点 很高 较低
硬度 很大 较小
溶解性 不溶于任何溶剂 有一局部溶于水，一局部溶
于有机溶剂
导电性 不导电，个别为半导体 不导电，局部溶于水导电 : .
熔化时破坏 共价键 分子间作用力
的作用力
实例 金刚石 干冰

(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断
组成共价晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键；组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的
相互作用是分子间作用力。
(2)依据物质的分类判断
常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、
Si N 、C N 、SiO 等；
3 4 3 4 2
大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除 SiO
2
外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔点更高，常在 1 000 ℃至几千摄氏度；分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至
更低温度。
(4)依据导电性判断
共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于
水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。
(5)依据硬度和机械性能判断
共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。
【课堂检测】
1. 以下说法正确的选项是
A. 晶体中存在共价键 B. 溶于水能电离出 和 ，所以硫酸是离子化合物 C.
属于原子晶体，熔化破坏共价键和分子间作用力 D. 是分子晶体，加热升华过程中只需克
服分子间作用力
【答案】D
【解析】
A. 晶体中存在离子键，故 A 错误；
B. 溶于水能电离出 和 ，而硫酸是共价化合物，二者无因果关系，故 B 错误；
C. 属于原子晶体，熔化只破坏共价键，故 C 错误；
D. 是分子晶体，加热升华过程中，状态发生变化，分子不变，只需克服分子间作用力，故D 正
确；应选 D． : .
2. 图分别代表 NaCl、金刚石、干冰、石墨结构的一局部．以下说法正确的选项是
A. 如图，NaCl 晶体只有在熔融状态下离子键被完全破坏，才能形成自由移动的离子
B.