《分子晶体与共价晶体 第2课时》示范公开课教学设计【化学人教版高中选择性必修2(新课标)】.pdfVIP

分子晶体与共价晶体

第2课时

◆教学目标

1.知道共价晶体的结构特点，认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构，能借助共价晶体

模型说明共价晶体中粒子间的相互作用。

2.能结合具体事例，说出共价晶体的粒子间相互作用与物质宏观性质（熔点、硬度等）的关

系。

◆教学重难点

共价晶体的结构特点与性质之间的关系。

◆教学过程

一、新课导入

纯净的金刚石是无色透明，正八面体形状的固体。地壳中含有极少量的金刚石，它是天然存

在的最硬的物质。经过打磨后，可以成为璀璨夺目的钻石。

钻石切割流程：现在钻坯上沿钻石的天然纹理方向划线，再沿线劈割或锯切。“天然纹理”

是金刚石微观原子有序排列的宏观表现。

金刚石与众不同的性质让人们一直好奇它是由什么组成的，它的

结构是怎样的，下面几个实验是人类对它结构、组成的探索。

实验1：在密闭的并含有足量氧气的容器中分别加热金刚石和石

墨，实验检测结果：所得唯一产物都是CO；

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实验2：当年有科学家用放大镜在阳光下观察金刚石的精细结

构，结果金刚石化作一缕轻烟消失的无影无踪。

实验3：1799年法国化学家将金刚石隔绝空气后加热，金刚石变

成了石墨；

实验4：1955年美国科学家从天然金刚石的成因中得到启示，设计了一种静压装置，在1000K、

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710kPa的条件下，经催化剂的作用，终于将石墨转化为金刚石。

石墨怎样转化为金刚石？

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二、讲授新课

二、共价晶体

【模型搭建】

在金刚石的晶体中，每个碳原子都采取sp3杂化与相邻4个碳原子形成4个σ键，并不断延

伸形成三维立体网状结构。

请同学们搭建金刚石的结构模型，搭建过程中注意观察碳原子之间的几何关系。

【提问】（1）在金刚石晶体中，相邻C-C间的夹

角为多少？每个碳原子紧邻的碳原子数是多少？

最小环由多少个碳原子构成？这些原子是否在同

一平面内？

【讲解】相邻C-C间的夹角为109°28′；

每个碳原子紧邻的碳原子数是4；

最小环由6个碳原子构成，它们不在同一平面内。

1.共价晶体的概念与特征

定义：像金刚石一样，晶体的微观空间里没有分子，相邻原子间以共价键相结合而形成三维

骨架结构的晶体，叫做共价晶体。

共价晶体概念中的要点：

构成粒子：原子

粒子间作用力：共价键

空间结构：三维骨架结构

金刚石的晶胞是怎样的呢？

在金刚石的三维结构中通过合适的选取碳原子，可以得到一个立方体晶胞。

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【提问】（2）在金刚石晶胞中，碳原子分布在立方体的什么位置？一个金刚石晶胞平均占有

几个碳原子？

【讲解】晶胞立方体的每个顶点上各有一个碳原子，共8个；在每一个面的中心有一个碳原

子，共6个；在体内共4个原子。

一个晶胞平均占有碳原子数=8×1/8+6×1/2+4=8个。

2.共价晶体的性质

金刚石里的C-C共价键的键长是154pm，很短；键能347.7kJ/mol，很大；

这一结构使金刚石在所有已知晶体中硬度最大，而且熔点3500℃，很高。

高熔点、高硬度是许多有共价键三维骨架架构的共价晶体的特性。

【提问】（3）为什么共价晶体普遍具有熔点高、硬度大的特点？

【讲解】共价晶体中，所有原子均以共价键结合，形成的是三维骨架结构。

无论是熔化还是发生形变，都必须破坏晶体中的共价键，而共价键的键能相对较大（尤其是

与范德华力、氢键相比），破坏它们需要很大的能量，因此需要很高的温度或者很强的外力。

碳、硅、锗是同一主族的元素，硅和锗形成的晶体与金刚石是的结构极其相似，只是将碳原

子换成了硅原子或锗原子。

【提问】（4）怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降？

【讲解】金刚石、硅、锗三者同属共价晶体，熔点和硬度都较高。

而三者的核心差别在碳、硅、锗原子半径依次递增，C-C、Si-Si、Ge-Ge的键长依次递增，

键长越大，键能越小，所以熔点和硬度依次下降。

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【提问】（5）从共价晶体的概念及元素