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《分子晶体与共价晶体》第二课时
教学设计
课题
《分子晶体与共价晶体》
单元
3
学科
化学
年级
高二
教材
分析
本章内容比较系统地介绍了晶体结构与性质，内容比较丰富。第三章作为选修性必修2结尾章，与前两章一起构成“原子、分子、晶体的结构与性质”三位一体的物质结构与性质模块的基本内容。本节教学内容是人教版高中化学选择性必修第二册第三章《晶体结构与性质》第二节《分子晶体与共价晶体》第二课时。
本节安排了“共价晶体”这部分内容。学生通过学习这部分知识，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。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。
教学目标与核心素养
宏观辨识与微观探析：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。
证据推理与模型认知：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。
重点
难点
共价晶体
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
思考：所有晶体的微观空间里都有分子吗？
思考
通过思考，引发学生兴趣，提高学生学习积极性。
讲授新课
第一节
分子晶体与共价晶体
第二课时
共价晶体
一、共价晶体
1.定义
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叫共价晶体。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”。
2.构成共价晶体的微粒
共价晶体是由原子构成的，微粒间的作用力是共价键，气化或熔化时破坏的作用力为共价键。
3.常见的共价晶体
①某些单质：如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等
②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等
③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)
4.共价晶体的物理性质
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。
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
③一般不导电，但晶体硅是半导体
④难溶于一般溶剂
二、典型的共价晶体
1．金刚石
金刚石的结构特征：
在金刚石晶体里
①每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。
②这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。
③所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；
④最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；
⑤每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1
：（4
x
?）=
1：2
2．二氧化硅晶体
把金刚石晶体中的碳原子换为硅原子,每两个硅原子之间增加一个氧原子,即形成SiO2的晶体结构。
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(αSiO2)。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，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。
SiO2的结构特征：
在SiO2晶体中
①每个Si原子都采取SP3杂化和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。
②最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。
③1mol
SiO2中含4mol
Si—O键
晶体SiO2的多种重要用途：
制造：
水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、光导纤维
三、分子晶体与共价晶体的比较
四、分子晶体与共价晶体的判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。
构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键;构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断。
共价晶体的熔点高,常在1000℃以上;而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。
(3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。
共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。
(4)依据导电性判断。
分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。
【思考与讨论】
（1）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
C一C键，si一si键，Ge一Ge键键长增长，键越长，越不稳定，所以依次下降。
（2）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
不对，共价晶体的网状结构是共价键形成的，而有的分子晶体中也存在共价键，比如干冰、冰等。
【课堂练习】
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
1.分子晶体中一定存在共价键。
( )
2.干冰升华的过程中破坏了共价键。( )
3.二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物,但属于不同的晶体类型。( )
4.分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。( )
5.含有共价键的晶体都是共价晶体。( )
6.SiO2是二氧化硅的分子式。( )
答案：(1)×
(2)×
(3)
√
(4)√
(5)×
(6)
×
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．共价晶体具有空间网状结构
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
解析:选D。A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。
3.3.下列说法正确的是( )
A.共价晶体中只存在非极性共价键
B.因为HCl的相对分子质量大于HF,所以HCl晶体的熔点高于HF
C.干冰升华时,分子内共价键不会发生断裂
D.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物
解析:选C。共价晶体中可能存在极性共价键,如SiO2、SiC等,A项不正确;HF晶体中存在氢键,熔点高于HCl晶体,B项不正确;干冰升华是物理变化,分子间作用力被破坏,但分子内共价键不断裂,C项正确;金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物,也可能是共价化合物,如AlCl3等,D项不正确。
4.在学习分子晶体后,某化学兴趣小组的同学查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:
根据这些数据分析,你认为属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2
B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2
D.全部
答案：B
5.硅是一种重要的非金属单质,硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。
(1)基态硅原子的核外电子排布式为
。?
(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似,晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小为 。?
(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出),并进行必要的标注。
(4)根据下表中三种物质(晶体)的熔点回答以下问题。
简要解释熔点产生差异的原因:
①SiO2和SiCl4:??
。?
②SiCl4和SiF4:??
。
答案：（1）1s22s22p63s23p2
（2）109°28'
（3）
（4）①SiO2是共价晶体,微粒间作用力为共价键;SiCl4是分子晶体,分子间作用力为范德华力,故SiO2熔点高于SiCl4
②SiCl4和SiF4均为分子晶体,分子间作用力均为范德华力,根据分子结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,可知SiCl4熔点高于SiF4
思考
认真思考
能辨识常见的共价晶体。
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。
能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体。
能利用均摊法对晶胞进行分析。
检测反馈
课堂小结
一、共价晶体
板书
一、共价晶体
21世纪教育网
www.21cnjy.com
精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共26张PPT)
第三章
晶体结构与性质
第一节
分子晶体与共价晶体
第二课时
共价晶体
新课讲解
课程学习目标
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。
1
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。
2
新课讲解
导入
思考：所有晶体的微观空间里都有分子吗？
新课讲解
一、共价晶体
1.定义
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叫共价晶体。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”。
新课讲解
一、共价晶体
2.构成共价晶体的微粒
共价晶体是由原子构成的，
微粒间的作用力是共价键，气化或熔化时破坏的作用力为共价键。
共价晶体
构成微粒
微粒间作用力
原子
共价键
一、共价晶体
新课讲解
3.常见的共价晶体
①某些单质：如硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等
②某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等
③极少数金属氧化物，如刚玉(Al2O3)
一、共价晶体
新课讲解
4.共价晶体的物理性质
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。
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
③一般不导电，但晶体硅是半导体
④难溶于一般溶剂
二、典型的共价晶体
新课讲解
1．金刚石
新课讲解
在金刚石晶体里
①每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。
②这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。
③所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；
④最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；
⑤每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1
：（4
x
?）=
1：2
金刚石的结构特征：
二、典型的共价晶体
新课讲解
二、典型的共价晶体
2．二氧化硅晶体
把金刚石晶体中的碳原子换为硅原子,每两个硅原子之间增加一个氧原子,即形成SiO2的晶体结构。
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α?SiO2)。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，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。
石英的左右型晶体
石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链
新课讲解
二、典型的共价晶体
在SiO2晶体中
①每个Si原子都采取SP3杂化和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。
②最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。
③1mol
SiO2中含4mol
Si—O键
SiO2的结构特征：
新课讲解
二、典型的共价晶体
晶体SiO2的多种重要用途：
制造：
水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、光导纤维
新课讲解
三、分子晶体与共价晶体的比较
晶体类型
分子晶体
共价晶体
定 义
相邻分子通过分子间作用力结合形成的晶体
相邻原子间以共价键结合而形成的三维网状结构的晶体
构成微粒
分子或原子(稀有气体)
原子
微粒间的
作用力
分子间作用力(氢键、范德华力)
共价键(极性键、非极性键)
新课讲解
晶体类型
分子晶体
共价晶体
物理性质
熔点
较低
很高
硬度
较小
很大
导电性
固态和熔融时都不导电,但某些分子晶体溶于水能导电,如HCl
固态和熔融时一般都不导电,但Si、Ge为半导体
溶解性
相似相溶
难溶于一般溶剂
影响熔点高低的因素
分子间作用力的强弱
共价键的强弱
三、分子晶体与共价晶体的比较
新课讲解
三、分子晶体与共价晶体的比较
晶体类型
分子晶体
共价晶体
典型实例
除共价晶体外的绝大多数非金属单质、非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物
①某些单质:金刚石、晶体硅、硼、锗、灰锡等。
②某些非金属化合物:SiO2、SiC、BN、Si3N4等
新课讲解
四、分子晶体与共价晶体的判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。
构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键;构成分子晶体的微粒是分子或原子(稀有气体),微粒间的作用力是分子间作用力。
(2)依据晶体的熔点判断。
共价晶体的熔点高,常在1000℃以上;而分子晶体熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低。
(3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。
共价晶体硬度大,分子晶体硬度小且较脆。
(4)依据导电性判断。
分子晶体为非导体,但部分溶于水后能导电;原子晶体多数为非导体,但晶体硅、锗是半导体。
思考与讨论
新课讲解
（1）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
（2）“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？
C一C键，si一si键，Ge一Ge键键长增长，键越长，越不稳定，所以依次下降。
不对，共价晶体的网状结构是共价键形成的，而有的分子晶体中也存在共价键，比如干冰、冰等。
1.分子晶体中一定存在共价键。
( )
2.干冰升华的过程中破坏了共价键。( )
3.二氧化硅和干冰虽然是同一主族元素形成的氧化物,但属于不同的晶体类型。( )
4.分子晶体的熔、沸点比较低,共价晶体的熔、沸点比较高。( )
5.含有共价键的晶体都是共价晶体。( )
6.SiO2是二氧化硅的分子式。( )
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
√
×
×
课堂练习
×
×
√
课堂练习
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．共价晶体具有空间网状结构
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
解析:A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。
D
课堂练习
C
3.下列说法正确的是( )
A.共价晶体中只存在非极性共价键
B.因为HCl的相对分子质量大于HF,所以HCl晶体的熔点高于HF
C.干冰升华时,分子内共价键不会发生断裂
D.金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物
解析:共价晶体中可能存在极性共价键,如SiO2、SiC等,A项不正确;HF晶体中存在氢键,熔点高于HCl晶体,B项不正确;干冰升华是物理变化,分子间作用力被破坏,但分子内共价键不断裂,C项正确;金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物,也可能是共价化合物,如AlCl3等,D项不正确。
课堂练习
4.在学习分子晶体后,某化学兴趣小组的同学查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:
?
B
氯化物
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
CaCl2
熔点/℃
801
712
190
-68
782
沸点/℃
1
465
1
418
230
57
1
600
根据这些数据分析,你认为属于分子晶体的是( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2
B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2
D.全部
课堂练习
5.硅是一种重要的非金属单质,硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。
(1)基态硅原子的核外电子排布式为
。?
(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似,晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小为 。?
(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出),并进行必要的标注。
1s22s22p63s23p2
109°28'
课堂练习
(4)根据下表中三种物质(晶体)的熔点回答以下问题。
物质
SiO2
SiCl4
SiF4
熔点/℃
1
710
-70.4
-90.2
简要解释熔点产生差异的原因:
①SiO2和SiCl4:??
。?
②SiCl4和SiF4:??
。
SiO2是共价晶体,微粒间作用力为共价键;SiCl4是分子晶体,分子间作用力为范德华力,故SiO2熔点高于SiCl4
SiCl4和SiF4均为分子晶体,分子间作用力均为范德华力,根据分子结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,可知SiCl4熔点高于SiF4
课堂小结
一、共价晶体
共价晶体
结构粒子
粒子间相互作用力
原子
共价键
空间结构
共价晶体
坚硬难溶
谢谢
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