2025年高二化学选择性必修2（人教版）同步课件 第三章 第二节 第2课时 共价晶体

共价晶体

第2课时第三章

第二节<<<

核心素养

发展目标1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。2.能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。

内容索引一、共价晶体的概念及性质二、常见共价晶体结构分析课时对点练共价晶体的概念及性质><一1.共价晶体的概念晶体中相邻原子间都以

结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，叫作共价晶体。一、共价晶体的概念及性质共价键2.构成微粒及微粒间作用力原子共价键3.常见的共价晶体与物质类别物质类别实例某些单质晶体硼(B)、晶体硅(Si)、晶体锗(Ge)、金刚石、灰锡(Sn)等某些非金属化合物二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等4.共价晶体的物理性质——熔、沸点很高(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必须破坏共价键，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。

1.“具有共价键的晶体叫做共价晶体”。这种说法对吗？为什么？深度思考提示此说法不对。“具有共价键”并不是判定共价晶体的唯一条件，大部分分子晶体中也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2中存在共价键。对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。

2.金刚石、碳化硅、晶体硅均具有相似的结构，下表列出了它们的键长、键能、熔点和硬度的数据。深度思考晶体键长/pm键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石154347.7>350010碳化5晶体硅23522614106.5

深度思考晶体键长/pm键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石154347.7>350010碳化5晶体硅23522614106.5(1)使共价晶体熔化，需要破坏粒子间的作用力是什么？使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的这种具体的作用力又是什么？提示使共价晶体熔化，需要破坏共价键。使金刚石、碳化硅、晶体硅熔化分别破坏的是C—C、C—Si、Si—Si。

深度思考晶体键长/pm键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石154347.7>350010碳化5晶体硅23522614106.5(2)共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？提示结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。

深度思考晶体键长/pm键能/(kJ·mol-1)熔点/℃硬度金刚石154347.7>350010碳化5晶体硅23522614106.5(3)如果不提供上述表格中的数据，根据元素周期表，你能判断金刚石、碳化硅、晶体硅的键长、键能、熔点和硬度的相对大小吗？说出你的判断方法。

深度思考提示能。根据元素周期表，碳和硅为同一主族元素，原子半径：C<Si，因此键长大小顺序为C—C<C—Si<Si—Si，键能大小顺序为C—C>C—Si>Si—Si，熔点和硬度大小顺序为金刚石>碳化硅>晶体硅。

应用体验1.正误判断(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体(2)共价晶体在固态或熔化时均不导电(3)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应(4)二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素的氧化物，但属于不同的晶体类型×√××

应用体验2.下列有关共价晶体的叙述错误的是A.共价晶体中只存在共价键B.共价晶体具有三维骨架结构C.共价晶体中不存在独立的分子D.共价晶体熔化时不破坏共价键√

应用体验共价晶体中原子间是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键，D项错误。

应用体验3.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法错误的是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√

应用体验在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成三维骨架结构，不存在分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2或CO，故D项错误。

应用体验4.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是①CO2

②SiO2

③晶体Si

④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA.①②③④⑤⑥

B.②③④⑥C.②③⑥

D.①②⑤⑥√

应用体验CO2、白磷、氨基乙酸均属于分子晶体，其晶体由分子构成；固态He为单质，属于单原子的分子晶体；SiO2、晶体Si属于共价晶体，其晶体直接由原子构成。

归纳总结分子晶体与共价晶体熔、沸点和硬度的比较方法(1)对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点、硬度高于分子晶体。(2)对于同一类型的晶体①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高，硬度越大。②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。返回常见共价晶体结构分析><二二、常见共价晶体结构分析1.金刚石晶体(1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为

，即金刚石中的碳采取

杂化轨道形成共价键三维骨架结构。109°28'sp3

64

1∶212

2.二氧化硅(1)二氧化硅晶体①1个Si原子和

个O原子形成4个

，每个O原子和

个Si原子相结合。②1molSiO2中含

molSi—O。③最小环由

个Si原子和

个O原子组成。④每个Si原子被

个12元环共用，每个O原子被

个12元环共用。4共价键2466126(2)低温石英低温石英的结构中有顶角相连的__________形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有

。硅氧四面体手性

1.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有

个碳原子。(2)已知晶胞参数为apm，则金刚石的密度为

g·cm-3。

深度思考8

(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为

pm。(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？

深度思考

2.依据金刚石的结构判断12g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？深度思考提示依据均摊法可知，金刚石中每个碳原子形成4个共价键，其中碳原子数与C—C共价键数之比是1∶2，故12g金刚石中含有的C—C数目是2NA。

3.二氧化硅晶体中硅原子与和硅原子直接相连的氧原子构成的空间结构是什么？深度思考提示二氧化硅晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。

4.二氧化硅晶体中Si原子与Si—O数目之比是多少？60gSiO2晶体中含Si—O的数目是多少？深度思考提示SiO2晶体中Si原子与Si—O数目之比为1∶4；60gSiO2晶体中含Si—O的数目为4NA。

应用体验1.下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是A.存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B.最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环C.最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1D.最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环√

应用体验

应用体验2.(2024·西安高二月考)碳化硅的晶体结构与金刚石晶体类似。碳化硅晶体中硅原子与Si—C的数目之比为A.1∶4

B.1∶3

C.1∶2

D.1∶1√SiC属于共价晶体，晶体中每个Si原子形成4个Si—C，故Si和Si—C数目之比为1∶4。

应用体验3.氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2200℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是A.AlN是共价晶体B.与每个铝原子距离相等且最近的氮原子共有4个C.AlN属于离子化合物D.与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个√

应用体验

应用体验4.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：

金刚石晶体硅晶体硼熔点/℃>350014102573沸点/℃510023552823硬度106.59.5(1)晶体硼属于

晶体，理由是

。

共价晶体硼的熔、沸点高，硬度大

应用体验从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼属于共价晶体。

金刚石晶体硅晶体硼熔点/℃>350014102573沸点/℃510023552823硬度106.59.5

应用体验(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断错误的是

(填字母)。A.金刚石中C—C的键角均为109°28'，所以金刚

石和CH4的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与C—C的键能无关C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进

行浇水冷却ABC

应用体验选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高与C—C键能有关；选项C，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却，会导致钻头熔化。

应用体验(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由

个硼原子构成的，其中B—B的键角为

，该结构单元共含有

个B—B。

1260°30

应用体验

返回课时对点练题组一共价晶体及其性质1.下列关于共价晶体的说法错误的是A.共价晶体熔点高低取决于共价键的强弱B.共价晶体中所有原子之间以共价键结合成三维骨架结构C.共价晶体中的共价键没有方向性D.共价晶体中必有共价键，不存在分子间作用力√123456789101112131415

A.4.03米大口径碳化硅反射镜B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线D.“玉兔二号”钛合金筛网轮2.下列我国科研成果所涉及材料中，是共价晶体的是√1234567891011121314151234567891011121314碳化硅是由碳原子和硅原子形成的共价晶体，故A正确；聚氨酯是有机合成高分子材料，不是共价晶体，故B错误。153.(2023·广州高二期末)根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是A.熔点为10.31℃，液态不导电，水溶液导电B.无色晶体，熔点为3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电D.熔点为-56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态不导电√123456789101112131415熔点低，固态或液态不导电，硬度小，一般为分子晶体的特征，A、D项不正确；能溶于水不是共价晶体的特征，C项不正确。1234567891011121314154.下列关于SiO2和CO2的描述不正确的是A.SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体B.两者中心原子采取的杂化方式不同C.SiO2和CO2都是非极性分子D.SiO2晶体的熔点比CO2晶体高√1234567891011121314151234567891011121314二氧化硅晶体中每个硅原子周围有4个氧原子，则硅原子的杂化方式为sp3，二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp，故B正确；二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共价晶体，晶体中不存在分子，故C错误；共价晶体的熔、沸点高于分子晶体，则二氧化硅晶体的熔点高于二氧化碳晶体，故D正确。15题组二共价晶体的晶体结构5.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是A.是一种三维骨架结构的晶体B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连C.晶体中最小环上的原子数目为8D.晶体中最小环上的原子数目为6√123456789101112131415单质硅是一种三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误、D正确。1234567891011121314156.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是A.磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键D.磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力√1234567891011121314151234567891011121314

157.如图所示是某共价晶体A的空间结构的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式为A.AB

B.A5B4

C.AB2

D.A2B5√1234567891011121314由图可知，每个A原子形成4个键，每个A—A中插入一个B原子，每个B原子形成2个键，故C物质中每个A原子形成4个A—B，每个B原子形成2个A—B，则A、B原子个数比为1∶2，所以其化学式是AB2。158.我国科学家预测并合成了新型碳材料：T⁃碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代(如图所示，所有小球代表碳原子)。下列说法不正确的是A.T⁃碳与金刚石互为同位素B.T⁃碳与金刚石晶体中所含化学键类

型相同C.T⁃碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同D.T⁃碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键1234567891011121314√151234567891011121314T⁃碳是由C元素组成的单质，与金刚石互为同素异形体，A选项错误；T⁃碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键，B选项正确；T⁃碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，C选项正确；T⁃碳可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体结构单元替代，属于共价晶体，两者熔化时均需破坏共价键，D选项正确。15

√1234567891011121314

1510.根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β⁃氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关氮化碳的说法不正确的是A.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构B.氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价C.该晶体中，C—N的键长比金刚石中C—C的键长短D.氮化碳的分子式为C3N4√123456789101112131415根据题图可知，每个碳原子形成4个共价键，每个氮原子形成3个共价键，碳原子最外层形成四个共价键后满足8电子稳定结构，氮原子最外层形成3个共价键后，也满足8电子稳定结构，A正确；1234567891011121314由于元素的电负性：N>C，所以形成共价键时，共用电子对偏向N原子，偏离C原子，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价，B正确；由于氮化碳是共价晶体，不存在分子，因此没有分子式，D错误。1511.(2023·丽江高二期末)利用反应CCl4+4Na

C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是A.C(金刚石)属于共价晶体B.该反应利用了Na的强还原性C.NaCl和C(金刚石)的晶体类型不同D.每个金刚石晶胞中含有4个碳原子√1234567891011121314151234567891011121314反应中Na元素的化合价由0价升高为+1价，Na在该反应中作还原剂，反应利用了钠的强还原性，故B正确；NaCl属于离子晶体，金刚石属于共价晶体，故C正确。1512.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置A.12，大立方体的12条棱的中点B.8，大立方体的8个顶角C.6，大立方体的6个面的中心D.14，大立方体的8个顶角和6个面的中心1234567891011121314√15与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：12345678910111213141513.硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同种类的元素，可形成多电子的n型或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p⁃n结，此时自由电子发生扩散运动，在交界面处形成电场。下列说法正确的是A.1molSi晶体中含有的Si—Si数目为4NAB.若在Si晶体中掺入P元素，可得n型半导体C.p⁃n结中，n型一侧带负电，p型一侧带正电D.光伏电池的能量转化形式：光能→化学能→电能1234567891011121314√151234567891011121314硅晶体中，1个硅原子与4个硅原子形成4个Si—Si，1个Si—Si为2个硅原子共用，平均1

mol

Si晶体中含有的Si—Si数目为2NA，故A错误；若在Si晶体中掺入P元素，P最外层是5个电子，可形成多电子的n型半导体，故B正确；151234567891011121314光伏电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，能量转化形式为光能→电能，故D错误。1514.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为

；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为

；若晶胞的边长为apm，阿伏加德罗常数的值为NA，则金刚砂的密度表达式为

。