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第2课时 共价晶体
［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。
一、共价晶体的概念及性质
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。
2.构成微粒及微粒间作用力
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？
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。
晶体 | 键长/pm | 键能/(kJ·mol-1) | 熔点/℃ | 硬度 |
金刚石 | 154 | 347.7 | >3 500 | 10 |
碳化硅 | 184 | 318 | 2 700 | 9.5 |
晶体硅 | 235 | 226 | 1 410 | 6.5 |
(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？
(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？
(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。
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( )
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
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
4.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )
①CO2②SiO2③晶体Si ④白磷
⑤氨基乙酸 ⑥固态He
A.①②③④⑤⑥B.②③④⑥
C.②③⑥D.①②⑤⑥
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。
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。
(2)晶体中最小的碳环由个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有个碳原子在同一平面。
(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有个C，即C原子与C—C数目之比为。
(4)每个C原子被个六元环共用，1个碳环占有的碳原子为个。
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。
②1 mol SiO2中含 mol Si—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。
(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。
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a pm，则金刚石的密度为________________g·cm-3。
(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？
2.依据金刚石的结构判断12 g金刚石晶体中含C—C共价键的数目是多少？
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？
4.二氧化硅晶体中Si原子与Si—O数目之比是多少？60 g SiO2晶体中含Si—O的数目是多少？
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∶1
D.最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环
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∶4B.1∶3
C.1∶2D.1∶1
3.氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，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( )
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