师：同学们，今天我们一起学习高二选择性必修2第三章第二节分子晶体和共价晶体的第二课时——共价晶体。通过本课时的学习，我们要达成两个目标：一是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；二是能结合具体实例说出共价晶体的粒子间相互作用与其性质，包括熔点、硬度等的关系。
我们知道，碳和硅在元素周期表中位于第四主族，它们的最高价氧化物分别为二氧化碳和二氧化硅，那它们的结构和性质会不会相似呢？我们来看下面的表格。从表格数据可以看到，二氧化碳的熔沸点很低，干冰容易升华，这是我们熟悉的知识。二氧化碳是分子晶体，粒子间的相互作用是分子间作用力，而二氧化硅的熔沸点很高。根据结构决定性质可知，二氧化硅内部的粒子间相互作用和晶体类型与二氧化碳不同。
我们回忆上节课归纳的常见分子晶体，其中提到二氧化硅和金刚石都不属于分子晶体，那它们属于什么晶体呢？这是金刚石的晶体结构图，晶体中只有碳原子，碳原子之间通过共价键连接。像这种晶体我们称之为共价晶体。所以，有的晶体微观空间里没有分子，共价晶体就是其中之一。金刚石、二氧化硅和单晶硅都是常见的共价晶体，我们后面还会接触到的碳化硅、氮化硅、锗等也都属于常见的共价晶体。
根据教材81页的描述，我们来了解关于共价晶体的基本知识。首先从构成粒子和粒子间相互作用的角度来认识共价晶体的晶体结构。共价晶体的构成粒子是原子，原子之间通过共价键相互结合。我们选取共价晶体中比较典型的金刚石为代表，来认识其晶体结构和性质。
活动一，先认识金刚石的晶胞。我们从教材金刚石晶体结构中截取一个晶胞出来，分析一个金刚石晶胞里含有多少个碳原子。通过观察，我们在晶胞的顶点、面心和晶胞内找到相应的碳原子。8个顶点都有一个碳原子，顶点对晶胞的贡献率为1/8，即该晶胞在顶点处完整占有8×1/8 = 1个碳原子；6个面心都有一个碳原子，面心对晶胞的贡献率为1/2，即该晶胞在面心处完整占有6×1/2 = 3个碳原子；而在晶胞体内，箭头所指完整占有4个碳原子。因此，一个金刚石晶胞内含有1 + 3 + 4 = 8个碳原子。
从晶体以及晶胞结构可以看出，每个碳原子的四个共价键都是向空间四个方向伸展的。我们来看活动二，每个碳原子的成键有什么特点？分析处于中心的碳原子能够产生四个完全相同的SP3杂化轨道，向空间四个方向伸展，形成四个完全相同的共价键。活动三，从结构的角度解释金刚石的高熔点和高硬度。左图是金刚石晶体的一个片段，我们可以看到每一个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的四个碳原子结合，键角为109度28分，即金刚石的碳原子采取SP3杂化轨道形成共价键三维骨架结构。从表格数据我们知道，金刚石中碳碳键的键长很短，键能很大。这一结构使金刚石在已知所有晶体中硬度最大，而且熔点也很高，超过3500摄氏度。高硬度和高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性。
二氧化硅也是一种典型的共价晶体。图中是金刚石晶体和二氧化硅晶体结构的对比，可以看到两者结构十分相似。二氧化硅晶体相当于把金刚石晶体中的碳原子替换成硅原子，而两个硅原子之间嵌入一个氧原子。前面我们提到硅和碳都同属于第四主族，它们最高价氧化物分别是二氧化硅和二氧化碳，化学式的写法很相似，但二氧化碳是分子晶体，内部存在一个个的二氧化碳分子；而二氧化硅是共价晶体，由硅原子和氧原子组成，不存在二氧化硅分子。那二氧化硅的化学式是如何写出来的呢？下面我们进入活动，了解二氧化硅的结构特点。
一、每个硅原子都采取SP3杂化轨道和4个氧原子形成4个共价键。
二、每个硅原子周围结合4个氧原子，同时每个氧原子跟两个硅原子相结合。实际上，二氧化硅晶体就是由硅原子和氧原子按1:2的比例组成的立体网状的晶体。我们再继续对比金刚石和二氧化硅的晶体结构，根据结构决定性质，二者的结构相似，性质也会具有相似性。二氧化硅和金刚石一样都是有共价键三维骨架结构的共价晶体，具有高硬度、高熔点的特性。二氧化硅的熔点为1713摄氏度。
二氧化硅是自然界中含量最高的固态二元氧化物，有多种结构。低温石英是最常见的一种，海滩两岸的黄沙、透明的水晶都是低温石英。低温石英结构中硅、氧四面体相连构成的螺旋链具有手性，形成石英的左右型晶体，用于制作石英表。以二氧化硅为原料，还可以生产我们熟悉的水泥和玻璃。除此以外，许多高科技产品也是以二氧化硅为原料进行生产，如单晶硅芯片、太阳能电池，还有光导纤维。
下面我们再了解一些常见的共价晶体。一、某些单质，如硼、硅、锗、灰锡等；二、某些非金属化合物，如氮化硅、碳化硅等，其中碳化硅俗称金刚砂，硬度很大，可用作机器的轴承以及各种耐磨材料，熔点很高，可用作耐温材料。
现在我们从构成粒子、结构和性质三个方面对共价晶体进行小结。首先看构成粒子，共价晶体的微观空间里只有原子；然后看结构，原子之间通过共价键结合，由于共价键具有饱和性和方向性，形成三维骨架结构；最后看性质，由于共价晶体所形成的共价键键长很短，键能很大，因此晶体具有高熔点、高硬度的特性。