鲁科版高中化学选择性必修2第3章不同聚集状态的物质与性质3.2.3共价晶体课件（46张）
文档属性
| 名称 | 鲁科版高中化学选择性必修2第3章不同聚集状态的物质与性质3.2.3共价晶体课件（46张） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 7.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-12 08:55:29 | ||
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文档简介
(共46张PPT)
常见的金属晶体结构模型
实例 Po(钋) Li、Na、K、Ba、W、Fe Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Mg、Zn、Ti
堆积类型
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
空间利用率
密度
6
8
12
12
1
2
4
6
52%
68%
74%
74%
简单立方堆积
体心立方密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
常见的离子晶体模型
晶胞
配位数
晶胞中微粒数
阴、阳离子个数比
化学式
最近且距离相等的同种离子
符合类型物质
Cl－配位数为6，Na＋配位数为6
Cl－配位数为8，Cs＋配位数为8
Zn2＋配位数为4，S2－配位数为4
F－配位数为4，Ca2＋配位数为8
Na＋为4，Cl－为4
Cs＋为1，Cl－为1
Zn2＋为4，S2－为4
F－为8，Ca2＋为4
1∶1
1∶1
1∶1
2∶1
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
Na＋为12，Cl－为12
Cs＋为6，Cl－为6
Zn2＋为12，S2－为12
F－为6，Ca2＋为12
Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
BaF2、PbF2、CeO2等
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
学习目标定位
一、共价晶体的结构与特征
1、概念：
也叫原子晶体，相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
(1)构成共价晶体的基本微粒是原子。
(2)形成共价晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
一、共价晶体的结构与特征
2、原子晶体的结构特征
(1)由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
(2)原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
3、常见的原子晶体：
①常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。
②某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
二、常见的共价晶体
1、金刚石
(1)在晶体中每个碳原子以 个共价单键对称地与相邻的 个碳原子相结合，形成 结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为 ，碳原子采取了 。
(3)最小环上有 个碳原子。晶胞中所含微粒数有 个C。
4
4
正四面体
109.5°
sp3杂化
6
8
二、常见的共价晶体
1、金刚石
(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为 。1 mol C原子组成的金刚石中含有 C—C键。每个C—C被 个碳环共用。每个环平均有 个C—C。
(5)每个碳原子被 个碳环共用。每个环平均有 个碳原子。
(6)晶体中C—C键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
1C~6种双键组合~12环，1环~6C~6*1/12=1/2C
1C-C~与3C-C形成组合~6环，1环~6C-C~6*1/6=1C-C
1:2
6
1
12
1/2
2mol
二、常见的共价晶体
2、二氧化硅
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合 个O原子，同时每个O原子与 个Si原子结合。在二氧化碳晶体中，硅原子采取 ，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是 ，位于四面体四个顶点上的原子是 。晶胞中所含微粒数有 个O， 个Si。
(3)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是 ，包括 个O原子和 个Si原子。
(4)每个Si被 个环共用。每个O被 个环共用。每个环平均有 个O和 个Si。
1 mol二氧化硅晶体中含有 mol Si—O键。
4
2
Si
O
16
8
sp3杂化
109.5°
12
6
6
4
12
6
1
1/2
二、常见的共价晶体
3、晶体硅
把金刚石中的 C 原子换成 Si 原子，分别得到晶体硅的结构模型和晶胞模型，不同的是 Si—Si 键键长 C—C 键键长。
4、碳化硅（SiC）
碳化硅也叫金刚砂，是人工合成的无机
非金属材料，碳化硅晶体结构类似于金
刚石晶体结构。
其中碳原子和硅原子的位置是交替的，所以整个晶体中硅和碳的原子个数比为
>
1:1
二、常见的共价晶体
4、碳化硅（SiC）
(1)在碳化硅晶体中，每个Si周围结合 个C，每个C周围结合 个Si。
(2)在碳化硅晶体中，硅原子、碳原子采取 ，Si—C键与Si—C键的夹角是 。
(3)碳化硅晶体中最小环上的原子数是 ，包括 个C原子和 个Si原子。
(4)碳化硅晶胞中所含微粒数有 个C， 个Si。
(5)每个Si被 个环共用。每个C被 个环共用。每个环平均有 个C和 个Si。
(6)1 mol碳化硅晶体中含有 mol Si—C键。
4
4
sp3杂化
109.5°
6
3
3
4
4
4
12
12
1/4
1/4
总结归纳
即使在含有多种元素原子的共价晶体里，也不存在单个的分子。
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键数目
环上平均拥有的原子数
sp3
sp3
sp3
109°28′
109°28′
109°28′
8个C
4个C 4个Si
8个Si 16个O
2NA个C—C
4NA个C—Si
4NA个Si—O
1/2个C
1/4个C 1/4个Si
1个O 1/2个Si
三、共价晶体的物理性质
共价晶体中各原子均以共价键结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。
(1)熔点很高。
(2)硬度很大。金刚石是天然存在的最硬的物质。
(3)一般不导电。
(4)不溶于一般溶剂。
(5)原子晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
判断正误
(1)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体( )
(2)含有共价键的晶体不一定是共价晶体( )
(3)二氧化硅晶体的化学式为SiO2，也可以表示其分子式( )
(4)硬度很大、熔点很高的晶体可能是共价晶体( )
(5)共价晶体都不导电( )
(6)1 mol金刚石晶体中含有4 mol C—C键( )
跟踪强化
2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成4NA个共价键(Si—O键)
跟踪强化
1、下表是某些原子晶体的熔点和硬度。
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高 ③构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大 ④构成原子晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
原子晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 350 3 000 2 600 1 713 1 415 1 211
硬度 10 9.5 9 7.5 7 6.0
跟踪强化
(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。
12
60°
30
跟踪强化
2、下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
跟踪强化
3、SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温、常压下，SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4
常见的金属晶体结构模型
实例 Po(钋) Li、Na、K、Ba、W、Fe Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Mg、Zn、Ti
堆积类型
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
空间利用率
密度
6
8
12
12
1
2
4
6
52%
68%
74%
74%
简单立方堆积
体心立方密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
常见的离子晶体模型（P101）
晶胞
配位数
晶胞中微粒数
阴、阳离子个数比
化学式
最近且距离相等的同种离子
符合类型物质
Cl－配位数为6，Na＋配位数为6
Cl－配位数为8，Cs＋配位数为8
Zn2＋配位数为4，S2－配位数为4
F－配位数为4，Ca2＋配位数为8
Na＋为4，Cl－为4
Cs＋为1，Cl－为1
Zn2＋为4，S2－为4
F－为8，Ca2＋为4
1∶1
1∶1
1∶1
2∶1
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
Na＋为12，Cl－为12
Cs＋为6，Cl－为6
Zn2＋为12，S2－为12
F－为6，Ca2＋为12
Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
BaF2、PbF2、CeO2等
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
常见的共价晶体模型
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键数目
环上平均拥有的原子数
sp3
sp3
sp3
109°28′
109°28′
109°28′
8个C
4个C 4个Si
8个Si 16个O
2NA个C—C
4NA个C—Si
4NA个Si—O
1/2个C
1/4个C 1/4个Si
1个O 1/2个Si
东校高二化学组
学习目标定位
一、分子晶体的结构与分类
1、概念：
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。构成微粒是分子，微粒间作用力是分子间作用力。
2、常见物质类型：
类型 实例
部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等
部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等
非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
多数有机物的晶体 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
一、分子晶体的结构与分类
3、结构：
(1)密堆积
只有范德华力，无分子间氢键的分子晶体呈紧密堆积。这类晶体每个分子周围一般有十二个紧邻的分子，如：I2、干冰、C60、O2等。
(2)非密堆积
存在分子间氢键的分子晶体因为氢键的方向性和饱和性呈现非紧密堆积，晶体的空间利用率不高，留有相当大的空隙。如HF、NH3、冰等。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(1)单质碘
①碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到 4 个碘分子。
②氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞大小不同而已。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(2)干冰
①构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。常温下CO2是气态的，将CO2气体加压到6.06×106Pa时，就会凝结成雪花状的固态CO2。汽化时周围温度降低且不会产生液体，常用在低温试验和人工降雨场合做制冷剂。
②从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。
③干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(3)冰晶体
①构成冰晶体的结构微粒是H2O分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。
②由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，比较松散。因此液态水变成固态水密度会减小。
③在冰晶体中，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合。
总结归纳
若分子间不存在氢键，则分子晶体的微粒排列时尽可能采用紧密堆积方式；若分子间存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，则晶体不能采用紧密堆积方式。
单质碘 干冰 冰
晶胞或结构模型
微粒间作用力 范德华力 范德华力 范德华力和氢键
晶胞中微粒数 4 4
配位数 12 4
总结归纳
一般来说，分子在无方向性的分子间作用力作用下堆积时，尽可能利用空间紧密地堆积到一起，这一点与金属晶体相似。但分子的形状、极性以及分子之间是否存在氢键等，都会影响分子的堆积方式。
如苯甲酸晶体及其晶体模型：
同一平面内分子通过氢键相互连接，平面间通过范德华力维系。
三、分子晶体的性质
1、分子晶体的物理性质
(1)分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般具有较低的熔点和沸点，较小的硬度、较强的挥发性。
(2)分子晶体在固态、熔融时均不导电。
(3)不同分子晶体在溶解度上存在较大差别，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有较大差别。(相似相溶)
(4)稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。(原子组成的分子晶体)
(5)分子晶体汽化或熔融时，克服分子间作用力，不破坏化学键。
三、分子晶体的性质
2、分子晶体的熔沸点比较
(1)组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2 > N2，HI > HBr > HCl。
(2)相对分子质量相等或相近时，极性分子间的范德华力大，相应晶体的熔、沸点高。如CO > N2。
(3)分子间含有氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O > H2Te > H2Se > H2S，HF > HCl，NH3 > PH3。
(4)在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷 > 异戊烷 > 新戊烷。
跟踪强化
(1)分子晶体结构一定遵循紧密堆积原理( )
(2)分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键( )
(3)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力，不破坏化学键( )
(4)分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高( )
(5)分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定( )
(6)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同( )
(7)分子晶体在熔融状态或溶于水均不导电( )
×
√
√
×
×
×
×
四、晶体结构的复杂性
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。
1、石墨晶体的结构与性质
(1)结构模型
(2)结构特点
①石墨晶体是层状结构，同层中每个碳原子以sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构。
四、晶体结构的复杂性
1、石墨晶体的结构与性质
(2)结构特点
②在同一平面的碳原子还各剩下一个未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子形成大π键，具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。
③层与层之间以范德华力相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。
所以，石墨晶体中存在的作用力有共价键、范德华力、类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体。
四、晶体结构的复杂性
1、石墨晶体的结构与性质
(3)性质
熔点高、质软、导电。
(4)用途
制造电极（导电）、润滑剂（易滑动）、铅笔芯（质软）、原子反应堆中的中子减速剂（稳定）等。
四、晶体结构的复杂性
2、黑磷晶体的结构与性质
①黑磷有正交、简单立方和菱方等三种晶型。
其中，正交晶型的黑磷具有半导体性质，可用作电学和光学材料。
②该晶体与石墨相似，具有层状结构。层间依靠范德华力结合，层内每个磷原子与其他三个磷原子相连，形成二维皱褶蜂巢型结构。因此，正交晶型黑磷晶体属于混合型晶体。二维的单层黑磷又称为磷烯，它具有比石墨烯更大的带隙。
③磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同微粒间的作用，这也使这类晶体具有重要应用。例如：
①BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，它是一种重要的压电材料。近年来，一类与BaTiO3结构类似的有机/无机杂化材料在光电材料领域获得突破。该类材料由CH3NH和Pb2＋、Sn2＋等金属阳离子以及Cl－、Br－、I－等卤素阴离子组成，无机组分和有机组分特性的优异组合，使其可作为薄膜太阳能电池材料。
②Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子，是人体和动物骨骼的主要无机成分。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同微粒间的作用。
③Na2SiO3中并不存在单个的简单SiO32-，
Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅
氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角O
原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO32-}∞
单元，再与金属阳离子以离子键相互作用。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。
可以想象，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
(3)金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。
跟踪强化
(1)石墨属于共价晶体，能导电，也属于电解质( )
(2)石墨中含有范德华力，所以石墨的熔点低( )
(3)石墨的硬度比金刚石大( )
(4)石墨能导电，所以属于金属晶体( )
(5)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性
( )
×
×
×
×
√
跟踪强化
1、下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
跟踪强化
(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，其中含有二十个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。
若将晶体硼结构单元中的每一个顶角都削去，余下的部分和C60晶体的结构相同，则C60是由 个正六边形和 个正五边形构成。
正六边形的个数就是原来正三角形的个数，正五边形的个数就是原来顶角的个数
12
20
跟踪强化
(4)硅酸盐中Si元素一般显+4价，如下图所示是一种无限长单键的多聚硅酸根离子的结构，其中“ ”表示Si原子，“o”表示氧原子，则该长链硅酸根离子的通式为 。
1．硅酸盐与二氧化硅一样，都以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可以表示成 ，其中○表示氧原子，黑点表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成不同的多聚硅酸根离子。如图所示为某无限长单键的多聚硅酸根离子的结构，试确定该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为
A．1∶2 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶5
跟踪强化
2、SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温、常压下，SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4
常见的金属晶体结构模型
实例 Po(钋) Li、Na、K、Ba、W、Fe Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Mg、Zn、Ti
堆积类型
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
空间利用率
密度
6
8
12
12
1
2
4
6
52%
68%
74%
74%
简单立方堆积
体心立方密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
常见的离子晶体模型
晶胞
配位数
晶胞中微粒数
阴、阳离子个数比
化学式
最近且距离相等的同种离子
符合类型物质
Cl－配位数为6，Na＋配位数为6
Cl－配位数为8，Cs＋配位数为8
Zn2＋配位数为4，S2－配位数为4
F－配位数为4，Ca2＋配位数为8
Na＋为4，Cl－为4
Cs＋为1，Cl－为1
Zn2＋为4，S2－为4
F－为8，Ca2＋为4
1∶1
1∶1
1∶1
2∶1
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
Na＋为12，Cl－为12
Cs＋为6，Cl－为6
Zn2＋为12，S2－为12
F－为6，Ca2＋为12
Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
BaF2、PbF2、CeO2等
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
学习目标定位
一、共价晶体的结构与特征
1、概念：
也叫原子晶体，相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
(1)构成共价晶体的基本微粒是原子。
(2)形成共价晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
一、共价晶体的结构与特征
2、原子晶体的结构特征
(1)由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
(2)原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
3、常见的原子晶体：
①常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等。
②某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
二、常见的共价晶体
1、金刚石
(1)在晶体中每个碳原子以 个共价单键对称地与相邻的 个碳原子相结合，形成 结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为 ，碳原子采取了 。
(3)最小环上有 个碳原子。晶胞中所含微粒数有 个C。
4
4
正四面体
109.5°
sp3杂化
6
8
二、常见的共价晶体
1、金刚石
(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为 。1 mol C原子组成的金刚石中含有 C—C键。每个C—C被 个碳环共用。每个环平均有 个C—C。
(5)每个碳原子被 个碳环共用。每个环平均有 个碳原子。
(6)晶体中C—C键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
1C~6种双键组合~12环，1环~6C~6*1/12=1/2C
1C-C~与3C-C形成组合~6环，1环~6C-C~6*1/6=1C-C
1:2
6
1
12
1/2
2mol
二、常见的共价晶体
2、二氧化硅
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合 个O原子，同时每个O原子与 个Si原子结合。在二氧化碳晶体中，硅原子采取 ，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是 ，位于四面体四个顶点上的原子是 。晶胞中所含微粒数有 个O， 个Si。
(3)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是 ，包括 个O原子和 个Si原子。
(4)每个Si被 个环共用。每个O被 个环共用。每个环平均有 个O和 个Si。
1 mol二氧化硅晶体中含有 mol Si—O键。
4
2
Si
O
16
8
sp3杂化
109.5°
12
6
6
4
12
6
1
1/2
二、常见的共价晶体
3、晶体硅
把金刚石中的 C 原子换成 Si 原子，分别得到晶体硅的结构模型和晶胞模型，不同的是 Si—Si 键键长 C—C 键键长。
4、碳化硅（SiC）
碳化硅也叫金刚砂，是人工合成的无机
非金属材料，碳化硅晶体结构类似于金
刚石晶体结构。
其中碳原子和硅原子的位置是交替的，所以整个晶体中硅和碳的原子个数比为
>
1:1
二、常见的共价晶体
4、碳化硅（SiC）
(1)在碳化硅晶体中，每个Si周围结合 个C，每个C周围结合 个Si。
(2)在碳化硅晶体中，硅原子、碳原子采取 ，Si—C键与Si—C键的夹角是 。
(3)碳化硅晶体中最小环上的原子数是 ，包括 个C原子和 个Si原子。
(4)碳化硅晶胞中所含微粒数有 个C， 个Si。
(5)每个Si被 个环共用。每个C被 个环共用。每个环平均有 个C和 个Si。
(6)1 mol碳化硅晶体中含有 mol Si—C键。
4
4
sp3杂化
109.5°
6
3
3
4
4
4
12
12
1/4
1/4
总结归纳
即使在含有多种元素原子的共价晶体里，也不存在单个的分子。
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键数目
环上平均拥有的原子数
sp3
sp3
sp3
109°28′
109°28′
109°28′
8个C
4个C 4个Si
8个Si 16个O
2NA个C—C
4NA个C—Si
4NA个Si—O
1/2个C
1/4个C 1/4个Si
1个O 1/2个Si
三、共价晶体的物理性质
共价晶体中各原子均以共价键结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。
(1)熔点很高。
(2)硬度很大。金刚石是天然存在的最硬的物质。
(3)一般不导电。
(4)不溶于一般溶剂。
(5)原子晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
判断正误
(1)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体( )
(2)含有共价键的晶体不一定是共价晶体( )
(3)二氧化硅晶体的化学式为SiO2，也可以表示其分子式( )
(4)硬度很大、熔点很高的晶体可能是共价晶体( )
(5)共价晶体都不导电( )
(6)1 mol金刚石晶体中含有4 mol C—C键( )
跟踪强化
2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成4NA个共价键(Si—O键)
跟踪强化
1、下表是某些原子晶体的熔点和硬度。
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高②构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高 ③构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大 ④构成原子晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
原子晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 350 3 000 2 600 1 713 1 415 1 211
硬度 10 9.5 9 7.5 7 6.0
跟踪强化
(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。
12
60°
30
跟踪强化
2、下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
跟踪强化
3、SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温、常压下，SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4
常见的金属晶体结构模型
实例 Po(钋) Li、Na、K、Ba、W、Fe Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt Mg、Zn、Ti
堆积类型
结构示意图
配位数
晶胞中的微粒数
空间利用率
密度
6
8
12
12
1
2
4
6
52%
68%
74%
74%
简单立方堆积
体心立方密堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
常见的离子晶体模型（P101）
晶胞
配位数
晶胞中微粒数
阴、阳离子个数比
化学式
最近且距离相等的同种离子
符合类型物质
Cl－配位数为6，Na＋配位数为6
Cl－配位数为8，Cs＋配位数为8
Zn2＋配位数为4，S2－配位数为4
F－配位数为4，Ca2＋配位数为8
Na＋为4，Cl－为4
Cs＋为1，Cl－为1
Zn2＋为4，S2－为4
F－为8，Ca2＋为4
1∶1
1∶1
1∶1
2∶1
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
Na＋为12，Cl－为12
Cs＋为6，Cl－为6
Zn2＋为12，S2－为12
F－为6，Ca2＋为12
Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
BaF2、PbF2、CeO2等
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
常见的共价晶体模型
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型
键角
晶胞中微粒数目
1 mol物质中化学键数目
环上平均拥有的原子数
sp3
sp3
sp3
109°28′
109°28′
109°28′
8个C
4个C 4个Si
8个Si 16个O
2NA个C—C
4NA个C—Si
4NA个Si—O
1/2个C
1/4个C 1/4个Si
1个O 1/2个Si
东校高二化学组
学习目标定位
一、分子晶体的结构与分类
1、概念：
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。构成微粒是分子，微粒间作用力是分子间作用力。
2、常见物质类型：
类型 实例
部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等
部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等
非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
多数有机物的晶体 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
一、分子晶体的结构与分类
3、结构：
(1)密堆积
只有范德华力，无分子间氢键的分子晶体呈紧密堆积。这类晶体每个分子周围一般有十二个紧邻的分子，如：I2、干冰、C60、O2等。
(2)非密堆积
存在分子间氢键的分子晶体因为氢键的方向性和饱和性呈现非紧密堆积，晶体的空间利用率不高，留有相当大的空隙。如HF、NH3、冰等。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(1)单质碘
①碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到 4 个碘分子。
②氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞大小不同而已。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(2)干冰
①构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子，微粒间的相互作用力是范德华力。常温下CO2是气态的，将CO2气体加压到6.06×106Pa时，就会凝结成雪花状的固态CO2。汽化时周围温度降低且不会产生液体，常用在低温试验和人工降雨场合做制冷剂。
②从结构模型可以看出：干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。
③干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。
二、常见的分子晶体模型
1、典型的分子晶体
(3)冰晶体
①构成冰晶体的结构微粒是H2O分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键。
②由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，比较松散。因此液态水变成固态水密度会减小。
③在冰晶体中，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合。
总结归纳
若分子间不存在氢键，则分子晶体的微粒排列时尽可能采用紧密堆积方式；若分子间存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，则晶体不能采用紧密堆积方式。
单质碘 干冰 冰
晶胞或结构模型
微粒间作用力 范德华力 范德华力 范德华力和氢键
晶胞中微粒数 4 4
配位数 12 4
总结归纳
一般来说，分子在无方向性的分子间作用力作用下堆积时，尽可能利用空间紧密地堆积到一起，这一点与金属晶体相似。但分子的形状、极性以及分子之间是否存在氢键等，都会影响分子的堆积方式。
如苯甲酸晶体及其晶体模型：
同一平面内分子通过氢键相互连接，平面间通过范德华力维系。
三、分子晶体的性质
1、分子晶体的物理性质
(1)分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般具有较低的熔点和沸点，较小的硬度、较强的挥发性。
(2)分子晶体在固态、熔融时均不导电。
(3)不同分子晶体在溶解度上存在较大差别，并且同一分子晶体在不同的溶剂中溶解度也有较大差别。(相似相溶)
(4)稀有气体固态时形成分子晶体，微粒之间只存在分子间作用力，分子内不存在化学键。(原子组成的分子晶体)
(5)分子晶体汽化或熔融时，克服分子间作用力，不破坏化学键。
三、分子晶体的性质
2、分子晶体的熔沸点比较
(1)组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2 > N2，HI > HBr > HCl。
(2)相对分子质量相等或相近时，极性分子间的范德华力大，相应晶体的熔、沸点高。如CO > N2。
(3)分子间含有氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O > H2Te > H2Se > H2S，HF > HCl，NH3 > PH3。
(4)在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔、沸点越低。如沸点：正戊烷 > 异戊烷 > 新戊烷。
跟踪强化
(1)分子晶体结构一定遵循紧密堆积原理( )
(2)分子晶体中一定存在范德华力，可能有共价键( )
(3)分子晶体的状态变化，只需克服分子间作用力，不破坏化学键( )
(4)分子晶体的相对分子质量越大，熔、沸点越高( )
(5)分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定( )
(6)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同( )
(7)分子晶体在熔融状态或溶于水均不导电( )
×
√
√
×
×
×
×
四、晶体结构的复杂性
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。
1、石墨晶体的结构与性质
(1)结构模型
(2)结构特点
①石墨晶体是层状结构，同层中每个碳原子以sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构。
四、晶体结构的复杂性
1、石墨晶体的结构与性质
(2)结构特点
②在同一平面的碳原子还各剩下一个未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子形成大π键，具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。
③层与层之间以范德华力相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。
所以，石墨晶体中存在的作用力有共价键、范德华力、类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体。
四、晶体结构的复杂性
1、石墨晶体的结构与性质
(3)性质
熔点高、质软、导电。
(4)用途
制造电极（导电）、润滑剂（易滑动）、铅笔芯（质软）、原子反应堆中的中子减速剂（稳定）等。
四、晶体结构的复杂性
2、黑磷晶体的结构与性质
①黑磷有正交、简单立方和菱方等三种晶型。
其中，正交晶型的黑磷具有半导体性质，可用作电学和光学材料。
②该晶体与石墨相似，具有层状结构。层间依靠范德华力结合，层内每个磷原子与其他三个磷原子相连，形成二维皱褶蜂巢型结构。因此，正交晶型黑磷晶体属于混合型晶体。二维的单层黑磷又称为磷烯，它具有比石墨烯更大的带隙。
③磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同微粒间的作用，这也使这类晶体具有重要应用。例如：
①BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，它是一种重要的压电材料。近年来，一类与BaTiO3结构类似的有机/无机杂化材料在光电材料领域获得突破。该类材料由CH3NH和Pb2＋、Sn2＋等金属阳离子以及Cl－、Br－、I－等卤素阴离子组成，无机组分和有机组分特性的优异组合，使其可作为薄膜太阳能电池材料。
②Ca5(PO4)3OH含有一种阳离子和多种阴离子，是人体和动物骨骼的主要无机成分。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(1)物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同微粒间的作用。
③Na2SiO3中并不存在单个的简单SiO32-，
Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅
氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角O
原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO32-}∞
单元，再与金属阳离子以离子键相互作用。
四、晶体结构的复杂性
3、晶体结构复杂性的原因
(2)金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。
可以想象，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
(3)金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。
跟踪强化
(1)石墨属于共价晶体，能导电，也属于电解质( )
(2)石墨中含有范德华力，所以石墨的熔点低( )
(3)石墨的硬度比金刚石大( )
(4)石墨能导电，所以属于金属晶体( )
(5)物质组成的复杂性及微粒间的作用存在键型过渡导致了晶体结构的复杂性
( )
×
×
×
×
√
跟踪强化
1、下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
跟踪强化
(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，其中含有二十个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。
若将晶体硼结构单元中的每一个顶角都削去，余下的部分和C60晶体的结构相同，则C60是由 个正六边形和 个正五边形构成。
正六边形的个数就是原来正三角形的个数，正五边形的个数就是原来顶角的个数
12
20
跟踪强化
(4)硅酸盐中Si元素一般显+4价，如下图所示是一种无限长单键的多聚硅酸根离子的结构，其中“ ”表示Si原子，“o”表示氧原子，则该长链硅酸根离子的通式为 。
1．硅酸盐与二氧化硅一样，都以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可以表示成 ，其中○表示氧原子，黑点表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成不同的多聚硅酸根离子。如图所示为某无限长单键的多聚硅酸根离子的结构，试确定该阴离子中硅原子与氧原子的个数之比为
A．1∶2 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶5
跟踪强化
2、SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行下列推测，不正确的是( )
A．SiCl4晶体是分子晶体
B．常温、常压下，SiCl4是气体
C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D．SiCl4的熔点高于CCl4