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人教版選擇性必修2《物質結構與性質》
第2課時 共價晶體
第三章·第二節 分子晶體與共價晶體
雪花、鉆石、食鹽和銅都是晶體，那晶體之間有沒有什么不同呢，雪花、鉆石、食鹽和銅的微粒構成是一樣的嗎？
分子間作用力
分子晶體
共價鍵
水分子
碳原子
共價晶體
雪花
鉆石
離子鍵
離子晶體
鈉離子、氯離子
食鹽
金屬鍵
金屬晶體
銅原子、電子
銅
任務一 共價晶體
1.概念
相鄰原子之間以共價鍵相結合形成的具有三維骨架結構的晶體
2.構成微粒及微粒間作用力
構成微粒
原子
相互作用
共價鍵
判斷方法
注意：
不存在單個分子，無分子式。化學式表示原子最簡整數比。
原子晶體中唯一的作用力是共價鍵，即影響化學性質穩定性，又影響物理性質熔沸點、硬度的大小。
任務一 共價晶體
問題：“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，分子晶體中通常也含有共價鍵。如干冰，只有分子內部才通過共價鍵結合，而分子間通過范德華力結合成分子晶體；此外，某些離子晶體中也含共價鍵，如NaOH、NH4Cl。
任務一 共價晶體
3.常見的原子晶體
①某些單質：金剛石（C）、硅（Si）、鍺（Ge）、灰錫（Sn） 、硼（B）、高聚氮等
②某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等
③極少數金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)
硼
剛玉
碳化硅
任務一 共價晶體
4.物理特性
問題：下表列出了一些原子晶體的熔點和硬度，請根據表中數據分析：原子晶體的有什么特點？并從微觀角度解釋原因。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
熔點/℃ >3500 3000 2700 1710 1410 1211
①熔點高（結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩定，晶體的熔點、沸點越高。）
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
金剛石鉆石
氮化硅（Si3N4）航天耐高溫材料
碳化硅（SiC）
砂輪
任務一 共價晶體
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
很大
較小
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
固體和熔融態都不導電，部分溶于水導電
任務二 典型共價晶體的結構特征
1.金剛石晶體
①在晶體中每個碳原子以 個共價單鍵與 相鄰的 個碳原子相結合，成為正四面體，C-C-C夾角為 ，碳原子采取 雜化。
最小環為六元環
②晶體中最小的碳環有 個碳原子，且不在同一平面，最多 個碳原子在同一平面。
4
4
109°28'
sp3
6
4
③每個C形成4個C—C，每個C—C占有 個C，即C原子與C—C數目之比為 。1mol C原子中含 mol C-C共價鍵。
2
2
1：2
正四面體
任務二 典型共價晶體的結構特征
1.金剛石晶體
晶體結構
晶胞示意圖
在一個晶胞中，碳原子位于立方體的8個頂點、6個面心，以及晶胞的內部存在4個，故該晶胞中實際含有的碳原子數為8。
問題：根據下圖中金剛石的結構，應當如何選取其晶胞？計算出一個金剛石晶胞中有多少碳原子？
任務二 典型共價晶體的結構特征
1.金剛石晶體
任務二 典型共價晶體的結構特征
1.金剛石晶體
(1)與碳同族單質(如Si、Ge)都具有與金剛石相似的結構；
(2)第ⅣA族相鄰元素間也可形成相似結構的晶體(如SiC)；
(3) BN、GaAs等也可形成與金剛石結構相似的晶體。
金剛石
晶體硅
SiC
GaAs
任務二 典型共價晶體的結構特征
2.二氧化硅晶體
①每個Si原子周圍結合 個O原子；同時，每個O原子跟 個Si原子相結合。實際上，SiO2晶體是由Si原子和O原子按1︰2的比例所組成的立體網狀的晶體。
②1mol SiO2中含 Si—O鍵。
③最小的環是由 個Si原子和 個O原子組成的 元環
4
2
4mol
6
6
12
④ SiO2晶胞中包含有 個Si原子 個O原子。
8
16
任務二 典型共價晶體的結構特征
2.二氧化硅晶體
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)。低溫石英的結構中由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(左型與右型)，被廣泛應用在壓電材料，如制作石英手表。
任務二 典型共價晶體的結構特征
2.二氧化硅晶體
課堂練習
設NA為阿伏加德羅常數的值。下列說法中正確的是
A. 28 g晶體硅中含有Si—Si的個數為2NA
B. 124 g白磷(P4)晶體中含有P—P的個數為4NA
C. 12 g金剛石中含有C—C的個數為4NA
D. SiO2晶體中1 mol硅原子可與氧原子形成2NA個共價鍵(Si—O)
A
課堂練習
氮化鋁屬類金剛石氮化物、六方晶系，最高可穩定到2 200 ℃，硬度大，熱膨脹系數小，是良好的耐熱沖擊材料，氮化鋁晶胞結構如圖所示。下列有關描述錯誤的是
A. AlN是共價晶體
B. Al的配位數為4
C. AlN屬于離子化合物
D. 與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有12個
C

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