高中 化学 选择性必修2 第三章 晶体结构与性质《第二节 第2课时 共价晶体》教学设计.docxVIP

第2课时共价晶体

[课程标准]1.能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述共价晶体中微粒排列的周期性规律。2.借助金刚石和晶体硅等的模型认识共价晶体的结构特点，并能说明共价晶体中的微粒及微粒间的相互作用。

任务一共价晶体的结构和性质

材料1：部分共价晶体的物理性质：

共价晶体

金刚石

氮化硼

碳化硅

石英

硅

锗

熔点

/℃

3500

3000

2700

1710

1410

1211

硬度

10

9.5

9.5

7

6.5

6.0

材料2：根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，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，其二维晶体结构如图所示。

问题1：由材料1表中数据可知，共价晶体的熔点普遍较高、硬度较大，为什么？

问题2：根据表中数据，金刚石、硅和锗的熔点和硬度均依次降低，如何解释？

问题3：由材料2推测氮化碳所属的晶体类型是什么？

问题4：根据图示推测氮化碳结构是什么样的？其中碳和氮的价态是多少？化学式是什么？

提示：问题1：共价晶体中原子间是通过较强的共价键相互作用的，并且形成三维骨架结构，所以普遍熔点较高、硬度较大。

问题2：三者的组成元素为同主族元素，形成的晶体结构相似，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，硬度越大。

问题3：根据β-氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于共价晶体。

问题4：分析氮化碳二维晶体结构可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连。氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，其化学式为C3N4。

1．共价晶体

(1)共价晶体定义：所有原子都以共价键相互结合形成共价三维骨架结构的晶体叫共价晶体。

(2)共价晶体的结构特点

说明：①空间结构：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”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比。

②共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。

③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。

2．常见的共价晶体

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

某些化合物

碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等

某些非金属氧化物

二氧化硅(SiO2)等

极少数金属氧化物

刚玉(α-Al2O3)

3.共价晶体的物理性质

(1)共价晶体的物理性质

①熔点很高：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。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。

②硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。

③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。

④难溶于一般的溶剂。

(2)共价晶体熔、沸点的比较

①规律：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。

②原因：原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越多，键能越大，故晶体的熔点就越高。

③实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径：CSi，则键长：C—CC—SiSi—Si，故键能：C—CC—SiSi—Si，故熔点：金刚石碳化硅晶体硅。

1．正误判断，错误的说明原因。

(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体。

答案：错误，由原子直接构成的晶体不一定是共价晶体，也可以是分子晶体。

(2)具有共价键的晶体一定是共价晶体。

答案：错误，可以是分子晶体。

(3)SiO2和干冰都是同一主族元素的氧化物，二者晶体类型相同。

答案：错误，SiO2是共价晶体而干冰是分子晶体。

(4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时都不与其他物质反应。

答案：错误，共价晶体常温时有些可以与其他物质反应。

2．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：

金刚石

晶体硅

晶体硼

熔点/℃

3550

1415

2573

沸点/℃

4827

2628

2823

摩氏硬度

10

7.0

9.5

晶体硼的晶体类型属于__________，理由是________________________________________________________________________

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