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第2課時　共價晶體
［核心素養發展目標］　1.能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒之間的作用對共價晶體物理性質的影響。2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，并能利用均攤法對晶胞進行分析。
一、共價晶體的概念及性質
1.共價晶體的概念
晶體中相鄰原子間都以共價鍵結合，整個晶體是一個共價鍵三維骨架結構，叫作共價晶體。
2.構成微粒及微粒間作用力
3.常見的共價晶體與物質類別
物質類別 實例
某些單質 晶體硼(B)、晶體硅(Si)、晶體鍺(Ge)、金剛石、灰錫(Sn)等
某些非金屬化合物 二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
4.共價晶體的物理性質——熔、沸點很高
(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必須破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以共價晶體具有很高的熔點。
(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。
1.“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”。這種說法對嗎？為什么？
提示　此說法不對?！熬哂泄矁r鍵”并不是判定共價晶體的唯一條件，大部分分子晶體中也有共價鍵，如冰和干冰晶體都是分子晶體，但H2O和CO2中存在共價鍵。對共價晶體的認識除了要求“具有共價鍵”外，還要求形成晶體的粒子是原子。
2.金剛石、碳化硅、晶體硅均具有相似的結構，下表列出了它們的鍵長、鍵能、熔點和硬度的數據。
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
(1)使共價晶體熔化，需要破壞粒子間的作用力是什么？使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的這種具體的作用力又是什么？
提示　使共價晶體熔化，需要破壞共價鍵。使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的是C—C、C—Si、Si—Si。
(2)共價晶體的熔點和硬度等物理性質與共價晶體中共價鍵的鍵長、鍵能之間存在什么關系？
提示　結構相似的共價晶體，其原子間形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高，硬度就越大。
(3)如果不提供上述表格中的數據，根據元素周期表，你能判斷金剛石、碳化硅、晶體硅的鍵長、鍵能、熔點和硬度的相對大小嗎？說出你的判斷方法。
提示　能。根據元素周期表，碳和硅為同一主族元素，原子半徑：CC—Si>Si—Si，熔點和硬度大小順序為金剛石>碳化硅>晶體硅。
1.正誤判斷
(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體 (　　)
(2)共價晶體在固態或熔化時均不導電 (　　)
(3)共價晶體由于硬度及熔、沸點都較高，故常溫時不與其他物質反應 (　　)
(4)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素的氧化物，但屬于不同的晶體類型 (　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
2.下列有關共價晶體的敘述錯誤的是 (　　)
A.共價晶體中只存在共價鍵
B.共價晶體具有三維骨架結構
C.共價晶體中不存在獨立的分子
D.共價晶體熔化時不破壞共價鍵
答案　D
解析　共價晶體中原子間是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵，D項錯誤。
3.金剛石是典型的共價晶體，下列關于金剛石的說法錯誤的是 (　　)
A.晶體中不存在獨立的分子
B.碳原子間以共價鍵相結合
C.是自然界中硬度最大的物質
D.化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應
答案　D
解析　在金剛石中，碳原子之間以共價鍵結合形成三維骨架結構，不存在分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C項正確；由于金剛石是碳的單質，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成CO2或CO，故D項錯誤。
4.下列物質的晶體直接由原子構成的一組是 (　　)
①CO2?、赟iO2　③晶體Si　④白磷　⑤氨基乙酸?、薰虘BHe
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
答案　C
解析　CO2、白磷、氨基乙酸均屬于分子晶體，其晶體由分子構成；固態He為單質，屬于單原子的分子晶體；SiO2、晶體Si屬于共價晶體，其晶體直接由原子構成。
分子晶體與共價晶體熔、沸點和硬度的比較方法
(1)對于不同類型的晶體，一般來說，共價晶體的熔、沸點、硬度高于分子晶體。
(2)對于同一類型的晶體
①共價晶體的熔點高低、硬度大小取決于共價鍵的強弱。原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越強，熔點越高，硬度越大。
②分子晶體的熔、沸點高低取決于分子間作用力，分子間作用力與相對分子質量有關，同時還要考慮分子極性及是否存在氫鍵。
二、常見共價晶體結構分析
1.金剛石晶體
(1)在金剛石晶體中，每個碳原子以四個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子結合，C—C—C夾角為109°28'，即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價鍵三維骨架結構。
(2)晶體中最小的碳環由6個碳原子組成，且不在同一平面內，最多有4個碳原子在同一平面。
(3)每個C形成4個C—C，每個C—C占有個C，即C原子與C—C數目之比為1∶2。
(4)每個C原子被12個六元環共用，1個碳環占有的碳原子為個。
2.二氧化硅
(1)二氧化硅晶體
①1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個O原子和2個Si原子相結合。
②1 mol SiO2中含4 mol Si—O。
③最小環由6個Si原子和6個O原子組成。
④每個Si原子被12個12元環共用，每個O原子被6個12元環共用。
(2)低溫石英
低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，這一結構決定了它具有手性。
1.金剛石晶胞結構如圖所示，回答下列問題。
(1)一個金剛石晶胞中含有　　　　個碳原子。
提示　8
(2)已知晶胞參數為a pm，則金剛石的密度為　　　　 g·cm-3。
提示　
(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為　　 pm。
提示　a
(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關系？
提示　2r=a pm，即r=a pm。
2.依據金剛石的結構判斷12 g金剛石晶體中含C—C共價鍵的數目是多少？
提示　依據均攤法可知，金剛石中每個碳原子形成4個共價鍵，其中碳原子數與C—C共價鍵數之比是1∶2，故12 g金剛石中含有的C—C數目是2NA。
3.二氧化硅晶體中硅原子與和硅原子直接相連的氧原子構成的空間結構是什么？
提示　二氧化硅晶體中Si原子與其周圍相連的4個氧原子形成正四面體結構。
4.二氧化硅晶體中Si原子與Si—O數目之比是多少？60 g SiO2晶體中含Si—O的數目是多少？
提示　SiO2晶體中Si原子與Si—O數目之比為1∶4；60 g SiO2晶體中含Si—O的數目為4NA。
1.下列關于SiO2晶體結構的敘述正確的是 (　　)
A.存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角
B.最小的環為3個Si原子和3個O原子組成的六元環
C.最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶1
D.最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環
答案　D
解析　二氧化硅晶體中存在四面體結構單元，每個硅原子能形成4個共價鍵，每個氧原子能形成2個共價鍵，Si處于中心，O處于4個頂角，A錯誤；最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環，每個環實際占有的硅原子數為6×=、氧原子數為6×=1，故最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶2，B、C錯誤，D正確。
2.(2024·西安高二月考)碳化硅的晶體結構與金剛石晶體類似。碳化硅晶體中硅原子與Si—C的數目之比為 (　　)
A.1∶4　　　　　B.1∶3　　　　　C.1∶2　　　　　　D.1∶1
答案　A
解析　SiC屬于共價晶體，晶體中每個Si原子形成4個Si—C，故Si和Si—C數目之比為1∶4。
3.氮化鋁屬類金剛石氮化物、六方晶系，最高可穩定到2 200 ℃，硬度大，熱膨脹系數小，是良好的耐熱沖擊材料，氮化鋁晶胞結構如圖所示。下列有關描述錯誤的是 (　　)
A.AlN是共價晶體
B.與每個鋁原子距離相等且最近的氮原子共有4個
C.AlN屬于離子化合物
D.與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有12個
答案　C
解析　氮化鋁屬類金剛石氮化物，所以AlN是共價晶體，A項正確；AlN屬于共價化合物，C項錯誤；以頂角的鋁原子為研究對象，與之距離最近的鋁原子位于面心上，每個頂角上的鋁原子為8個晶胞共用，每個面上的鋁原子為2個晶胞共用，故與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有=12個，D項正確。
4.單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據回答問題：
金剛石 晶體硅 晶體硼
熔點/℃ >3 500 1 410 2 573
沸點/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 6.5 9.5
(1)晶體硼屬于　　　　晶體，理由是　　　　 　　　　。
(2)金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所示，下列判斷錯誤的是　　　　(填字母)。
A.金剛石中C—C的鍵角均為109°28'，所以金剛石和CH4的晶體類型相同
B.金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關
C.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻
(3)已知晶體硼的結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結構單元中有20個正三角形的面和一定數目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此結構單元是由　　　　個硼原子構成的，其中B—B的鍵角為　　　　，該結構單元共含有　　　　個B—B。
答案　(1)共價　晶體硼的熔、沸點高，硬度大
(2)ABC　(3)12　60°　30
解析　(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和晶體硅均為共價晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼屬于共價晶體。(2)選項A，金剛石是共價晶體，CH4是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項B，金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C的鍵能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔點很高與C—C鍵能有關；選項C，金剛石的熔點高，但在打孔過程中會產生很高的溫度，如不澆水冷卻，會導致鉆頭熔化。(3)從題圖可得出，每個頂角上的硼原子均被5個正三角形所共有，故分攤到每個正三角形的硼原子為個，每個正三角形含有×3個硼原子，每個結構單元含硼原子數為20××3=12，而每個B—B被2個正三角形所共有，故每個結構單元含B—B的個數為20××3=30。
課時對點練　［分值：100分］
(選擇題1~13題，每小題6分，共78分)
題組一　共價晶體及其性質
1.下列關于共價晶體的說法錯誤的是 (　　)
A.共價晶體熔點高低取決于共價鍵的強弱
B.共價晶體中所有原子之間以共價鍵結合成三維骨架結構
C.共價晶體中的共價鍵沒有方向性
D.共價晶體中必有共價鍵，不存在分子間作用力
答案　C
2.下列我國科研成果所涉及材料中，是共價晶體的是 (　　)
A.4.03米大口徑碳化硅反射鏡 B.2022年冬奧會聚氨酯速滑服 C.能屏蔽電磁波的碳包覆銀納米線 D.“玉兔二號”鈦合金篩網輪
答案　A
解析　碳化硅是由碳原子和硅原子形成的共價晶體，故A正確；聚氨酯是有機合成高分子材料，不是共價晶體，故B錯誤。
3.(2023·廣州高二期末)根據下列性質判斷，屬于共價晶體的物質是 (　　)
A.熔點為10.31 ℃，液態不導電，水溶液導電
B.無色晶體，熔點為3 550 ℃，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑
C.無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800 ℃，熔化時能導電
D.熔點為-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固態或液態不導電
答案　B
解析　熔點低，固態或液態不導電，硬度小，一般為分子晶體的特征，A、D項不正確；能溶于水不是共價晶體的特征，C項不正確。
4.下列關于SiO2和CO2的描述不正確的是 (　　)
A.SiO2為共價晶體，CO2為分子晶體
B.兩者中心原子采取的雜化方式不同
C.SiO2和CO2都是非極性分子
D.SiO2晶體的熔點比CO2晶體高
答案　C
解析　二氧化硅晶體中每個硅原子周圍有4個氧原子，則硅原子的雜化方式為sp3，二氧化碳分子中碳原子的價層電子對數為2，孤電子對數為0，碳原子的雜化方式為sp，故B正確；二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共價晶體，晶體中不存在分子，故C錯誤；共價晶體的熔、沸點高于分子晶體，則二氧化硅晶體的熔點高于二氧化碳晶體，故D正確。
題組二　共價晶體的晶體結構
5.單質硅的晶體結構如圖所示。下列關于單質硅晶體的說法不正確的是 (　　)
A.是一種三維骨架結構的晶體
B.晶體中每個硅原子與4個硅原子相連
C.晶體中最小環上的原子數目為8
D.晶體中最小環上的原子數目為6
答案　C
解析　單質硅是一種三維骨架結構的共價晶體，A正確；晶體中每個硅原子與4個硅原子相連，B正確；根據單質硅的晶體結構可判斷晶體中最小環上的原子數目為6，C錯誤、D正確。
6.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如圖為其晶體結構中最小的重復單元，其中每個原子最外層均滿足8電子穩定結構。下列有關說法正確的是 (　　)
A.磷化硼的化學式為BP，其晶體屬于分子晶體
B.磷化硼晶體的熔點高，且熔融狀態下能導電
C.磷化硼晶體中每個原子均參與形成4個共價鍵
D.磷化硼晶體在熔化時需克服范德華力
答案　C
解析　由磷化硼的晶胞結構可知，P位于頂角和面心，數目為×8+6×=4，B位于晶胞內，數目為4，故磷化硼的化學式為BP，磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，所以磷化硼晶體屬于共價晶體，A項錯誤；磷化硼屬于共價化合物，熔融狀態下不能導電，B項錯誤；由磷化硼晶胞結構可知，磷化硼晶體中每個原子均參與形成4個共價鍵，C項正確；磷化硼晶體為共價晶體，熔化時需克服共價鍵，D項錯誤。
7.如圖所示是某共價晶體A的空間結構的一個單元，A與某物質B反應生成C，其實質是在每個A—A中插入一個B原子，則C物質的化學式為 (　　)
A.AB B.A5B4 C.AB2 D.A2B5
答案　C
解析　由圖可知，每個A原子形成4個鍵，每個A—A中插入一個B原子，每個B原子形成2個鍵，故C物質中每個A原子形成4個A—B，每個B原子形成2個A—B，則A、B原子個數比為1∶2，所以其化學式是AB2。
8.我國科學家預測并合成了新型碳材料：T 碳。可以看做金剛石結構中的一個碳原子被四個碳原子構成的正四面體單元替代(如圖所示，所有小球代表碳原子)。下列說法不正確的是 (　　)
A.T 碳與金剛石互為同位素
B.T 碳與金剛石晶體中所含化學鍵類型相同
C.T 碳與金剛石中碳原子采取的雜化方式相同
D.T 碳與金剛石晶體類型相同，熔化時均需破壞共價鍵
答案　A
解析　T 碳是由C元素組成的單質，與金剛石互為同素異形體，A選項錯誤；T 碳晶體和金剛石晶體中含有的化學鍵均是共價鍵，B選項正確；T 碳與金剛石中的碳原子均采取sp3雜化，C選項正確；T 碳可以看作金剛石結構中的一個碳原子被四個碳原子構成的正四面體結構單元替代，屬于共價晶體，兩者熔化時均需破壞共價鍵，D選項正確。
9.(2024·大連高二期中)SiO2是合成“中國藍”的重要原料之一。如圖是SiO2晶胞中Si原子沿z軸方向在xy平面的投影圖(即俯視投影圖，O原子略去)，Si原子旁標注的數字是Si原子位于z軸的高度，SiA與SiB的距離是 (　　)
A.d B.d
C.d D.d
答案　B
解析　根據題圖可知，SiA與SiB的距離是面對角線長的一半，即d，故B正確。
10.根據量子力學計算，氮化碳結構有五種，其中一種β 氮化碳硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料，已知該氮化碳的二維晶體結構如圖所示。下列有關氮化碳的說法不正確的是 (　　)
A.該晶體中的碳、氮原子核外都滿足8電子穩定結構
B.氮化碳中碳元素顯+4價，氮元素顯-3價
C.該晶體中，C—N的鍵長比金剛石中C—C的鍵長短
D.氮化碳的分子式為C3N4
答案　D
解析　根據題圖可知，每個碳原子形成4個共價鍵，每個氮原子形成3個共價鍵，碳原子最外層形成四個共價鍵后滿足8電子穩定結構，氮原子最外層形成3個共價鍵后，也滿足8電子穩定結構，A正確；由于元素的電負性：N>C，所以形成共價鍵時，共用電子對偏向N原子，偏離C原子，所以氮化碳中碳元素顯+4價，氮元素顯-3價，B正確；由于氮化碳是共價晶體，不存在分子，因此沒有分子式，D錯誤。
11.(2023·麗江高二期末)利用反應CCl4+4NaC(金剛石)+4NaCl可實現人工合成金剛石。下列有關說法錯誤的是 (　　)
A.C(金剛石)屬于共價晶體
B.該反應利用了Na的強還原性
C.NaCl和C(金剛石)的晶體類型不同
D.每個金剛石晶胞中含有4個碳原子
答案　D
解析　反應中Na元素的化合價由0價升高為+1價，Na在該反應中作還原劑，反應利用了鈉的強還原性，故B正確；NaCl屬于離子晶體，金剛石屬于共價晶體，故C正確。
12.金剛石是由碳原子所形成的正四面體結構向空間無限延伸而得到的具有三維骨架結構的共價晶體。在立方體中，若一碳原子位于立方體體心，則與它直接相鄰的四個碳原子位于該立方體互不相鄰的四個頂角上(如圖中的小立方體)。請問，圖中與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子數為多少，它們分別位于大立方體的什么位置 (　　)
A.12，大立方體的12條棱的中點
B.8，大立方體的8個頂角
C.6，大立方體的6個面的中心
D.14，大立方體的8個頂角和6個面的中心
答案　A
解析　與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子分別位于大立方體的12條棱的中點，共12個。如圖所示：
13.硅是制作光伏電池的關鍵材料。在Si晶體中摻雜不同種類的元素，可形成多電子的n型或缺電子的p型半導體。n型和p型半導體相互疊加形成p n結，此時自由電子發生擴散運動，在交界面處形成電場。下列說法正確的是 (　　)
A.1 mol Si晶體中含有的Si—Si數目為4NA
B.若在Si晶體中摻入P元素，可得n型半導體
C.p n結中，n型一側帶負電，p型一側帶正電
D.光伏電池的能量轉化形式：光能→化學能→電能
答案　B
解析　硅晶體中，1個硅原子與4個硅原子形成4個Si—Si，1個Si—Si為2個硅原子共用，平均1 mol Si晶體中含有的Si—Si數目為2NA，故A錯誤；若在Si晶體中摻入P元素，P最外層是5個電子，可形成多電子的n型半導體，故B正確；光伏電池是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，能量轉化形式為光能→電能，故D錯誤。
14.(12分)(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結構如圖甲所示，則金剛砂晶體類型為　　　　　　；在SiC中，每個C原子周圍最近的C原子數目為　　??；若晶胞的邊長為a pm，阿伏加德羅常數的值為NA，則金剛砂的密度表達式為　　　　。
(2)硅的某種單質的晶胞結構如圖乙所示。GaN晶體晶胞結構與該硅晶體相似。則GaN晶體中，每個Ga原子與　　　個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為　　　　　　　。若該硅晶體的密度為ρ g·cm-3，阿伏加德羅常數的值為NA，則晶體中最近的兩個硅原子之間的距離為　　　　　cm(用代數式表示即可)。
答案　(1)共價晶體　12
g·cm-3
(2)4　正四面體形　×
解析　(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，硬度大，屬于共價晶體；每個碳原子周圍最近的碳原子數目為12；該晶胞中C原子個數為8×+6×=4，Si原子個數為4，晶胞邊長為a×10-10 cm，V=(a×10-10 cm)3，ρ== g·cm-3。
(2)根據物質的晶胞結構可知，在GaN晶體中，每個Ga原子與4個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為正四面體形。在晶體Si的晶胞中含有Si原子的數目是8×+6×+4=8，則1個晶胞的體積為 cm3= cm3，晶胞的邊長為 cm，在晶胞中兩個最近的Si原子之間的距離為晶胞體對角線長的，即 × cm。
15.(10分)氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質穩定，工業上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時反應獲得。
(1)氮化硅晶體屬于　　　　晶體。
(2)已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子、Si原子與Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩定結構，請寫出氮化硅的化學式：　　　　　　　　。
(3)現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，可得到較高純度的氮化硅。反應的化學方程式為　　　　。
(4)六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉化為立方氮化硼，其結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有　　　　個氮原子、　　　　　　個硼原子，立方氮化硼的密度是　　　　　　　 g·cm-3(只要求列算式，不必計算出數值，阿伏加德羅常數的值為NA)。
答案　(1)共價　(2)Si3N4
(3)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
(4)4　4　
解析　(4)立方氮化硼的結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，在金剛石的一個晶胞中含有C原子的個數：8×+6×+4=8，則在立方氮化硼晶胞中含有4個氮原子、4個硼原子；由于晶胞邊長為361.5 pm，所以立方氮化硼的密度是 g·cm-3。第2課時　共價晶體
［核心素養發展目標］　1.能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒之間的作用對共價晶體物理性質的影響。2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，并能利用均攤法對晶胞進行分析。
一、共價晶體的概念及性質
1.共價晶體的概念
晶體中相鄰原子間都以　　　　結合，整個晶體是一個共價鍵三維骨架結構，叫作共價晶體。
2.構成微粒及微粒間作用力
3.常見的共價晶體與物質類別
物質類別 實例
某些單質 晶體硼(B)、晶體硅(Si)、晶體鍺(Ge)、金剛石、灰錫(Sn)等
某些非金屬 化合物 二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
4.共價晶體的物理性質——熔、沸點很高
(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必須破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以共價晶體具有很高的熔點。
(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。
1.“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”。這種說法對嗎？為什么？
2.金剛石、碳化硅、晶體硅均具有相似的結構，下表列出了它們的鍵長、鍵能、熔點和硬度的數據。
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
(1)使共價晶體熔化，需要破壞粒子間的作用力是什么？使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的這種具體的作用力又是什么？
(2)共價晶體的熔點和硬度等物理性質與共價晶體中共價鍵的鍵長、鍵能之間存在什么關系？
(3)如果不提供上述表格中的數據，根據元素周期表，你能判斷金剛石、碳化硅、晶體硅的鍵長、鍵能、熔點和硬度的相對大小嗎？說出你的判斷方法。
1.正誤判斷
(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體 (　　)
(2)共價晶體在固態或熔化時均不導電 (　　)
(3)共價晶體由于硬度及熔、沸點都較高，故常溫時不與其他物質反應 (　　)
(4)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素的氧化物，但屬于不同的晶體類型 (　　)
2.下列有關共價晶體的敘述錯誤的是 (　　)
A.共價晶體中只存在共價鍵
B.共價晶體具有三維骨架結構
C.共價晶體中不存在獨立的分子
D.共價晶體熔化時不破壞共價鍵
3.金剛石是典型的共價晶體，下列關于金剛石的說法錯誤的是 (　　)
A.晶體中不存在獨立的分子
B.碳原子間以共價鍵相結合
C.是自然界中硬度最大的物質
D.化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應
4.下列物質的晶體直接由原子構成的一組是 (　　)
①CO2?、赟iO2?、劬wSi?、馨琢?br/>⑤氨基乙酸?、薰虘BHe
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
分子晶體與共價晶體熔、沸點和硬度的比較方法
(1)對于不同類型的晶體，一般來說，共價晶體的熔、沸點、硬度高于分子晶體。
(2)對于同一類型的晶體
①共價晶體的熔點高低、硬度大小取決于共價鍵的強弱。原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越強，熔點越高，硬度越大。
②分子晶體的熔、沸點高低取決于分子間作用力，分子間作用力與相對分子質量有關，同時還要考慮分子極性及是否存在氫鍵。
二、常見共價晶體結構分析
1.金剛石晶體
(1)在金剛石晶體中，每個碳原子以四個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子結合，C—C—C夾角為　　　　，即金剛石中的碳采取　　　雜化軌道形成共價鍵三維骨架結構。
(2)晶體中最小的碳環由　　個碳原子組成，且不在同一平面內，最多有　　個碳原子在同一平面。
(3)每個C形成4個C—C，每個C—C占有　　個C，即C原子與C—C數目之比為　　。
(4)每個C原子被　　個六元環共用，1個碳環占有的碳原子為　　個。
2.二氧化硅
(1)二氧化硅晶體
①1個Si原子和　　　個O原子形成4個　　　　，每個O原子和　　個Si原子相結合。
②1 mol SiO2中含　　 mol Si—O。
③最小環由　　個Si原子和　　個O原子組成。
④每個Si原子被　　個12元環共用，每個O原子被　　個12元環共用。
(2)低溫石英
低溫石英的結構中有頂角相連的　　　　　　　形成螺旋上升的長鏈，這一結構決定了它具有　　　。
1.金剛石晶胞結構如圖所示，回答下列問題。
(1)一個金剛石晶胞中含有　　　　個碳原子。
(2)已知晶胞參數為a pm，則金剛石的密度為________________g·cm-3。
(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為　　　　　 pm。
(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關系？
2.依據金剛石的結構判斷12 g金剛石晶體中含C—C共價鍵的數目是多少？
3.二氧化硅晶體中硅原子與和硅原子直接相連的氧原子構成的空間結構是什么？
4.二氧化硅晶體中Si原子與Si—O數目之比是多少？60 g SiO2晶體中含Si—O的數目是多少？
1.下列關于SiO2晶體結構的敘述正確的是 (　　)
A.存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角
B.最小的環為3個Si原子和3個O原子組成的六元環
C.最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶1
D.最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環
2.(2024·西安高二月考)碳化硅的晶體結構與金剛石晶體類似。碳化硅晶體中硅原子與Si—C的數目之比為 (　　)
A.1∶4 B.1∶3
C.1∶2 D.1∶1
3.氮化鋁屬類金剛石氮化物、六方晶系，最高可穩定到2 200 ℃，硬度大，熱膨脹系數小，是良好的耐熱沖擊材料，氮化鋁晶胞結構如圖所示。下列有關描述錯誤的是 (　　)
A.AlN是共價晶體
B.與每個鋁原子距離相等且最近的氮原子共有4個
C.AlN屬于離子化合物
D.與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有12個
4.單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據回答問題：
金剛石 晶體硅 晶體硼
熔點/℃ >3 500 1 410 2 573
沸點/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 6.5 9.5
(1)晶體硼屬于　　　　晶體，理由是_____________________________________。
(2)金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所示，下列判斷錯誤的是　　　　(填字母)。
A.金剛石中C—C的鍵角均為109°28'，所以金剛石和CH4的晶體類型相同
B.金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關
C.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻
(3)已知晶體硼的結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結構單元中有20個正三角形的面和一定數目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此結構單元是由　　　　個硼原子構成的，其中B—B的鍵角為　　　，該結構單元共含有　　　個B—B。
答案精析
一、
1.共價鍵
2.原子　共價鍵
深度思考
1.此說法不對?！熬哂泄矁r鍵”并不是判定共價晶體的唯一條件，大部分分子晶體中也有共價鍵，如冰和干冰晶體都是分子晶體，但H2O和CO2中存在共價鍵。對共價晶體的認識除了要求“具有共價鍵”外，還要求形成晶體的粒子是原子。
2.(1)使共價晶體熔化，需要破壞共價鍵。使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的是C—C、C—Si、Si—Si。
(2)結構相似的共價晶體，其原子間形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高，硬度就越大。
(3)能。根據元素周期表，碳和硅為同一主族元素，原子半徑：CC—Si>Si—Si，熔點和硬度大小順序為金剛石>碳化硅>晶體硅。
應用體驗
1.(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
2.D?。酃矁r晶體中原子間是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵，D項錯誤。］
3.D?。墼诮饎偸?，碳原子之間以共價鍵結合形成三維骨架結構，不存在分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C項正確；由于金剛石是碳的單質，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成CO2或CO，故D項錯誤。］
4.C?。跜O2、白磷、氨基乙酸均屬于分子晶體，其晶體由分子構成；固態He為單質，屬于單原子的分子晶體；SiO2、晶體Si屬于共價晶體，其晶體直接由原子構成。］
二、
1.(1)109°28'　sp3　(2)6　4　(3)　1∶2
(4)12　
2.(1)①4　共價鍵　2?、??、?　6　④12　6
(2)硅氧四面體　手性
深度思考
1.(1)8
(2)
(3)a
(4)2r=a pm，即r=a pm。
2.依據均攤法可知，金剛石中每個碳原子形成4個共價鍵，其中碳原子數與C—C共價鍵數之比是1∶2，故12 g金剛石中含有的C—C數目是2NA。
3.二氧化硅晶體中Si原子與其周圍相連的4個氧原子形成正四面體結構。
4.SiO2晶體中Si原子與Si—O數目之比為1∶4；60 g SiO2晶體中含Si—O的數目為4NA。
應用體驗
1.D?。鄱趸杈w中存在四面體結構單元，每個硅原子能形成4個共價鍵，每個氧原子能形成2個共價鍵，Si處于中心，O處于4個頂角，A錯誤；最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環，每個環實際占有的硅原子數為6×=、氧原子數為6×=1，故最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶2，B、C錯誤，D正確。］
2.A?。跾iC屬于共價晶體，晶體中每個Si原子形成4個Si—C，故Si和Si—C數目之比為1∶4。］
3.C?。鄣X屬類金剛石氮化物，所以AlN是共價晶體，A項正確；AlN屬于共價化合物，C項錯誤；以頂角的鋁原子為研究對象，與之距離最近的鋁原子位于面心上，每個頂角上的鋁原子為8個晶胞共用，每個面上的鋁原子為2個晶胞共用，故與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有=12個，D項正確。］
4.(1)共價　晶體硼的熔、沸點高，硬度大
(2)ABC　(3)12　60°　30
解析　(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和晶體硅均為共價晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼屬于共價晶體。(2)選項A，金剛石是共價晶體，CH4是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項B，金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C的鍵能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔點很高與C—C鍵能有關；選項C，金剛石的熔點高，但在打孔過程中會產生很高的溫度，如不澆水冷卻，會導致鉆頭熔化。(3)從題圖可得出，每個頂角上的硼原子均被5個正三角形所共有，故分攤到每個正三角形的硼原子為個，每個正三角形含有×3個硼原子，每個結構單元含硼原子數為20××3=12，而每個B—B被2個正三角形所共有，故每個結構單元含B—B的個數為20××3=30。(共78張PPT)
共價晶體
　第2課時
第三章　第二節
<<<
核心素養
發展目標
1.能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒之間的作用對共價晶體物理性質的影響。
2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，并能利用均攤法對晶胞進行分析。
內容索引
一、共價晶體的概念及性質
二、常見共價晶體結構分析
課時對點練
共價晶體的概念及性質
>
<
一
1.共價晶體的概念
晶體中相鄰原子間都以 結合，整個晶體是一個共價鍵三維骨架結構，叫作共價晶體。
一、共價晶體的概念及性質
共價鍵
2.構成微粒及微粒間作用力
原子
共價鍵
3.常見的共價晶體與物質類別
物質類別 實例
某些單質 晶體硼(B)、晶體硅(Si)、晶體鍺(Ge)、金剛石、灰錫(Sn)等
某些非金屬化合物 二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
4.共價晶體的物理性質——熔、沸點很高
(1)共價晶體由于原子間以較強的共價鍵相結合，熔化時必須破壞共價鍵，而破壞它們需要很高的溫度，所以共價晶體具有很高的熔點。
(2)結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。
1.“具有共價鍵的晶體叫做共價晶體”。這種說法對嗎？為什么？
深度思考
提示　此說法不對?！熬哂泄矁r鍵”并不是判定共價晶體的唯一條件，大部分分子晶體中也有共價鍵，如冰和干冰晶體都是分子晶體，但H2O和CO2中存在共價鍵。對共價晶體的認識除了要求“具有共價鍵”外，還要求形成晶體的粒子是原子。
2.金剛石、碳化硅、晶體硅均具有相似的結構，下表列出了它們的鍵長、鍵能、熔點和硬度的數據。
深度思考
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
深度思考
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
(1)使共價晶體熔化，需要破壞粒子間的作用力是什么？使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的這種具體的作用力又是什么？
提示　使共價晶體熔化，需要破壞共價鍵。使金剛石、碳化硅、晶體硅熔化分別破壞的是C—C、C—Si、Si—Si。
深度思考
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
(2)共價晶體的熔點和硬度等物理性質與共價晶體中共價鍵的鍵長、鍵能之間存在什么關系？
提示　結構相似的共價晶體，其原子間形成共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高，硬度就越大。
深度思考
晶體 鍵長/pm 鍵能/(kJ·mol-1) 熔點/℃ 硬度
金剛石 154 347.7 >3 500 10
碳化硅 184 318 2 700 9.5
晶體硅 235 226 1 410 6.5
(3)如果不提供上述表格中的數據，根據元素周期表，你能判斷金剛石、碳化硅、晶體硅的鍵長、鍵能、熔點和硬度的相對大小嗎？說出你的判斷方法。
深度思考
提示　能。根據元素周期表，碳和硅為同一主族元素，原子半徑：CC—Si>Si—Si，熔點和硬度大小順序為金剛石>碳化硅>晶體硅。
應用體驗
1.正誤判斷
(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體
(2)共價晶體在固態或熔化時均不導電
(3)共價晶體由于硬度及熔、沸點都較高，故常溫時不與其他物質反應
(4)二氧化硅和干冰雖然是同一主族元素的氧化物，但屬于不同的晶體類型
×
√
×
×
應用體驗
2.下列有關共價晶體的敘述錯誤的是
A.共價晶體中只存在共價鍵
B.共價晶體具有三維骨架結構
C.共價晶體中不存在獨立的分子
D.共價晶體熔化時不破壞共價鍵
√
應用體驗
共價晶體中原子間是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵，D項錯誤。
應用體驗
3.金剛石是典型的共價晶體，下列關于金剛石的說法錯誤的是
A.晶體中不存在獨立的分子
B.碳原子間以共價鍵相結合
C.是自然界中硬度最大的物質
D.化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應
√
應用體驗
在金剛石中，碳原子之間以共價鍵結合形成三維骨架結構，不存在分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C項正確；
由于金剛石是碳的單質，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成CO2或CO，故D項錯誤。
應用體驗
4.下列物質的晶體直接由原子構成的一組是
①CO2　②SiO2?、劬wSi?、馨琢住、莅被宜帷、薰虘BHe
A.①②③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.②③⑥ D.①②⑤⑥
√
應用體驗
CO2、白磷、氨基乙酸均屬于分子晶體，其晶體由分子構成；固態He為單質，屬于單原子的分子晶體；SiO2、晶體Si屬于共價晶體，其晶體直接由原子構成。
歸納總結
分子晶體與共價晶體熔、沸點和硬度的比較方法
(1)對于不同類型的晶體，一般來說，共價晶體的熔、沸點、硬度高于分子晶體。
(2)對于同一類型的晶體
①共價晶體的熔點高低、硬度大小取決于共價鍵的強弱。原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越強，熔點越高，硬度越大。
②分子晶體的熔、沸點高低取決于分子間作用力，分子間作用力與相對分子質量有關，同時還要考慮分子極性及是否存在氫鍵。
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常見共價晶體結構分析
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二
二、常見共價晶體結構分析
1.金剛石晶體
(1)在金剛石晶體中，每個碳原子以四個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子結合，C—C—C夾角為 ，即金剛石中的碳采取 雜化軌道形成共價鍵三維骨架結構。
109°28'
sp3
(2)晶體中最小的碳環由 個碳原子組
成，且不在同一平面內，最多有 個
碳原子在同一平面。
(3)每個C形成4個C—C，每個C—C占
有個C，即C原子與C—C數目之比為 。
(4)每個C原子被 個六元環共用，1個碳環占有的碳原子為個。
6
4
1∶2
12
2.二氧化硅
(1)二氧化硅晶體
①1個Si原子和 個O原子形成4個 ，每個
O原子和 個Si原子相結合。
②1 mol SiO2中含 mol Si—O。
③最小環由 個Si原子和 個O原子組成。
④每個Si原子被 個12元環共用，每個O原子被 個12元環共用。
4
共價鍵
2
4
6
6
12
6
(2)低溫石英
低溫石英的結構中有頂角相連的__________
形成螺旋上升的長鏈，這一結構決定了它具
有 。
硅氧四面體
手性
1.金剛石晶胞結構如圖所示，回答下列問題。
(1)一個金剛石晶胞中含有　　個碳原子。
(2)已知晶胞參數為a pm，則金剛石的密度為
　　　 　 g·cm-3。
深度思考
8
(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為　　 pm。
(4)碳原子的半徑為r，則a、r有什么關系？
深度思考
a
提示　2r=a pm，即r=a pm。
2.依據金剛石的結構判斷12 g金剛石晶體中含C—C共價鍵的數目是多少？
深度思考
提示　依據均攤法可知，金剛石中每個碳原子形成4個共價鍵，其中碳原子數與C—C共價鍵數之比是1∶2，故12 g金剛石中含有的C—C數目是2NA。
3.二氧化硅晶體中硅原子與和硅原子直接相連的氧原子構成的空間結構是什么？
深度思考
提示　二氧化硅晶體中Si原子與其周圍相連的4個氧原子形成正四面體結構。
4.二氧化硅晶體中Si原子與Si—O數目之比是多少？60 g SiO2晶體中含Si—O的數目是多少？
深度思考
提示　SiO2晶體中Si原子與Si—O數目之比為1∶4；60 g SiO2晶體中含Si—O的數目為4NA。
應用體驗
1.下列關于SiO2晶體結構的敘述正確的是
A.存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角
B.最小的環為3個Si原子和3個O原子組成的六元環
C.最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶1
D.最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環
√
應用體驗
二氧化硅晶體中存在四面體結構單元，每個硅原子能形成4個共價鍵，每個氧原子能形成2個共價鍵，Si處于中心，O處于4個頂角，A錯誤；
最小的環為6個Si原子和6個O原子組成的十二元環，每個環實際占有的硅原子數為6×=、氧原子數為6×=1，故最小的環上實際占有的Si原子和O原子個數之比為1∶2，B、C錯誤，D正確。
應用體驗
2.(2024·西安高二月考)碳化硅的晶體結構與金剛石晶體類似。碳化硅晶體中硅原子與Si—C的數目之比為
A.1∶4　　　　　B.1∶3　　　　　C.1∶2　　　　　　D.1∶1
√
SiC屬于共價晶體，晶體中每個Si原子形成4個Si—C，故Si和Si—C數目之比為1∶4。
應用體驗
3.氮化鋁屬類金剛石氮化物、六方晶系，最高可穩定到2 200 ℃，硬度大，熱膨脹系數小，是良好的耐熱沖擊材料，氮化鋁晶胞結構如圖所示。下列有關描述錯誤的是
A.AlN是共價晶體
B.與每個鋁原子距離相等且最近的氮原子共有4個
C.AlN屬于離子化合物
D.與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共有12個
√
應用體驗
氮化鋁屬類金剛石氮化物，所以AlN是共價晶
體，A項正確；
AlN屬于共價化合物，C項錯誤；
以頂角的鋁原子為研究對象，與之距離最近
的鋁原子位于面心上，每個頂角上的鋁原子為8個晶胞共用，每個面上的鋁原子為2個晶胞共用，故與每個鋁原子距離相等且最近的鋁原子共
有=12個，D項正確。
應用體驗
4.單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據回答問題：
金剛石 晶體硅 晶體硼
熔點/℃ >3 500 1 410 2 573
沸點/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 6.5 9.5
(1)晶體硼屬于　　　晶體，理由是　 　　　 　　　　。
共價
晶體硼的熔、沸點高，硬度大
應用體驗
從題表可知，晶體硼的熔、沸點以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和晶體硅均為共價晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼屬于共價晶體。
金剛石 晶體硅 晶體硼
熔點/℃ >3 500 1 410 2 573
沸點/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 6.5 9.5
應用體驗
(2)金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所示，下列判斷錯誤的是　　　(填字母)。
A.金剛石中C—C的鍵角均為109°28'，所以金剛
　石和CH4的晶體類型相同
B.金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關
C.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進
　行澆水冷卻
ABC
應用體驗
選項A，金剛石是共價晶體，CH4是分子晶體，
二者的晶體類型不同；
選項B，金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C
的鍵能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔
點很高與C—C鍵能有關；
選項C，金剛石的熔點高，但在打孔過程中會產生很高的溫度，如不澆水冷卻，會導致鉆頭熔化。
應用體驗
(3)已知晶體硼的結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結構單元中有20個正三角形的面和一定數目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此結構單元是由　 個硼原子構成的，其中B—B的鍵角為　　　，該結構單元共含有　　個B—B。
12
60°
30
應用體驗
從題圖可得出，每個頂角上的硼原子均被5個正三角形所共有，故分攤到每個正三角形的硼原子為×3個硼原子，每個結構
單元含硼原子數為20××3=12，而每個B—B被2個正三角形所共有，故每個結構單元含B—B的個數為20××3=30。
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課時對點練
題組一　共價晶體及其性質
1.下列關于共價晶體的說法錯誤的是
A.共價晶體熔點高低取決于共價鍵的強弱
B.共價晶體中所有原子之間以共價鍵結合成三維骨架結構
C.共價晶體中的共價鍵沒有方向性
D.共價晶體中必有共價鍵，不存在分子間作用力
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

A.4.03米大口徑碳化硅反射鏡 B.2022年冬奧會聚氨酯速滑服 C.能屏蔽電磁波的碳包覆銀納米線 D.“玉兔二號”鈦合金篩網輪
2.下列我國科研成果所涉及材料中，是共價晶體的是
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
碳化硅是由碳原子和硅原子形成的共價晶體，故A正確；
聚氨酯是有機合成高分子材料，不是共價晶體，故B錯誤。
15
3.(2023·廣州高二期末)根據下列性質判斷，屬于共價晶體的物質是
A.熔點為10.31 ℃，液態不導電，水溶液導電
B.無色晶體，熔點為3 550 ℃，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑
C.無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800 ℃，熔化時能導電
D.熔點為-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固態或液態不導電
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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熔點低，固態或液態不導電，硬度小，一般為分子晶體的特征，A、D項不正確；
能溶于水不是共價晶體的特征，C項不正確。
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4.下列關于SiO2和CO2的描述不正確的是
A.SiO2為共價晶體，CO2為分子晶體
B.兩者中心原子采取的雜化方式不同
C.SiO2和CO2都是非極性分子
D.SiO2晶體的熔點比CO2晶體高
√
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二氧化硅晶體中每個硅原子周圍有4個氧原子，則硅原子的雜化方式為sp3，二氧化碳分子中碳原子的價層電子對數為2，孤電子對數為0，碳原子的雜化方式為sp，故B正確；
二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共價晶體，晶體中不存在分子，故C錯誤；
共價晶體的熔、沸點高于分子晶體，則二氧化硅晶體的熔點高于二氧化碳晶體，故D正確。
15
題組二　共價晶體的晶體結構
5.單質硅的晶體結構如圖所示。下列關于單質硅晶體
的說法不正確的是
A.是一種三維骨架結構的晶體
B.晶體中每個硅原子與4個硅原子相連
C.晶體中最小環上的原子數目為8
D.晶體中最小環上的原子數目為6
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單質硅是一種三維骨架結構的共價晶體，A正確；
晶體中每個硅原子與4個硅原子相連，B正確；
根據單質硅的晶體結構可判斷晶體中最小環上的
原子數目為6，C錯誤、D正確。
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6.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如圖為其晶體結構中最小的重復單元，其中每個原子最外層均滿足8電子穩定結構。下列有關說法正確的是
A.磷化硼的化學式為BP，其晶體屬于分子晶體
B.磷化硼晶體的熔點高，且熔融狀態下能導電
C.磷化硼晶體中每個原子均參與形成4個共價鍵
D.磷化硼晶體在熔化時需克服范德華力
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由磷化硼的晶胞結構可知，P位于頂角和面心，
數目為×8+6×=4，B位于晶胞內，數目為4，
故磷化硼的化學式為BP，磷化硼是一種超硬耐
磨涂層材料，所以磷化硼晶體屬于共價晶體，A項錯誤；
磷化硼屬于共價化合物，熔融狀態下不能導電，B項錯誤；
由磷化硼晶胞結構可知，磷化硼晶體中每個原子均參與形成4個共價鍵，C項正確；
磷化硼晶體為共價晶體，熔化時需克服共價鍵，D項錯誤。
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7.如圖所示是某共價晶體A的空間結構的一個單元，A與某物質B反應生成C，其實質是在每個A—A中插入一個B原子，則C物質的化學式為
A.AB　B.A5B4　C.AB2　D.A2B5
√
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由圖可知，每個A原子形成4個鍵，每個A—A中插入一個B原子，每個B原子形成2個鍵，故C物質中每個A原子形成4個A—B，每個B原子形成2個A—B，則A、B原子個數比為1∶2，所以其化學式是AB2。
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8.我國科學家預測并合成了新型碳材料：T 碳?？梢钥醋鼋饎偸Y構中的一個碳原子被四個碳原子構成的正四面體單元替代(如圖所示，所有小球代表碳原子)。下列說法不正確的是
A.T 碳與金剛石互為同位素
B.T 碳與金剛石晶體中所含化學鍵類
　型相同
C.T 碳與金剛石中碳原子采取的雜化方式相同
D.T 碳與金剛石晶體類型相同，熔化時均需破壞共價鍵
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T 碳是由C元素組成的單質，與金剛石
互為同素異形體，A選項錯誤；
T 碳晶體和金剛石晶體中含有的化學鍵
均是共價鍵，B選項正確；
T 碳與金剛石中的碳原子均采取sp3雜化，C選項正確；
T 碳可以看作金剛石結構中的一個碳原子被四個碳原子構成的正四面體結構單元替代，屬于共價晶體，兩者熔化時均需破壞共價鍵，D選項正確。
15
9.(2024·大連高二期中)SiO2是合成“中國藍”的重要原料之一。如圖是SiO2晶胞中Si原子沿z軸方向在xy平面的投影圖(即俯視投影圖，O原子略去)，Si原子旁標注的數字是Si原子位于z軸的高度，
SiA與SiB的距離是
A.d　　B.d　　C.d　　D.d
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根據題圖可知，SiA與SiB的距離是面對角線長的一半，即d，故B正確。
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10.根據量子力學計算，氮化碳結構有五種，其中一種β 氮化碳硬度超過金剛石晶體，成為首屈一指的超硬新材料，已知該氮化碳的二維晶體結構如圖所示。下列有關氮化碳的說法不正確的是
A.該晶體中的碳、氮原子核外都滿足8電子穩定結構
B.氮化碳中碳元素顯+4價，氮元素顯-3價
C.該晶體中，C—N的鍵長比金剛石中C—C的鍵長短
D.氮化碳的分子式為C3N4
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根據題圖可知，每個碳原子形成4個共價鍵，每個氮原子形成3個共價鍵，碳原子最外層形成四個共價鍵后滿足8電子穩定結構，氮原子最外層形成3個共價鍵后，也滿足8電子穩定結構，A正確；
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由于元素的電負性：N>C，所以形成共價鍵時，共用電子對偏向N原子，偏離C原子，所以氮化碳中碳元素顯+4價，氮元素顯-3價，B正確；
由于氮化碳是共價晶體，不存在分子，因此沒有分子式，D錯誤。
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11.(2023·麗江高二期末)利用反應CCl4+4Na　　　 C(金剛石)+4NaCl可實現人工合成金剛石。下列有關說法錯誤的是
A.C(金剛石)屬于共價晶體
B.該反應利用了Na的強還原性
C.NaCl和C(金剛石)的晶體類型不同
D.每個金剛石晶胞中含有4個碳原子
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反應中Na元素的化合價由0價升高為+1價，Na在該反應中作還原劑，反應利用了鈉的強還原性，故B正確；
NaCl屬于離子晶體，金剛石屬于共價晶體，故C正確。
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12.金剛石是由碳原子所形成的正四面體結構向空間無限延伸而得到的具有三維骨架結構的共價晶體。在立方體中，若一碳原子位于立方體體心，則與它直接相鄰的四個碳原子位于該立方體互不相鄰的四個頂角上(如圖中的小立方體)。請問，圖中與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子數為多少，它們分別位于大立方體的什么位置
A.12，大立方體的12條棱的中點
B.8，大立方體的8個頂角
C.6，大立方體的6個面的中心
D.14，大立方體的8個頂角和6個面的中心
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與小立方體頂角的四個碳原子直接相鄰的碳原子分別位于大立方體的12條棱的中點，共12個。如圖所示：
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13.硅是制作光伏電池的關鍵材料。在Si晶體中摻雜不同種類的元素，可形成多電子的n型或缺電子的p型半導體。n型和p型半導
體相互疊加形成p n結，此時自由電子發生擴散運動，
在交界面處形成電場。
下列說法正確的是
A.1 mol Si晶體中含有的Si—Si數目為4NA
B.若在Si晶體中摻入P元素，可得n型半導體
C.p n結中，n型一側帶負電，p型一側帶正電
D.光伏電池的能量轉化形式：光能→化學能→電能
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硅晶體中，1個硅原子與4個硅原子形成
4個Si—Si，1個Si—Si為2個硅原子共用，
平均1 mol Si晶體中含有的Si—Si數目為
2NA，故A錯誤；
若在Si晶體中摻入P元素，P最外層是5個
電子，可形成多電子的n型半導體，故B
正確；
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光伏電池是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，能量轉化形式為光能→電能，故D錯誤。
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14.(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結構如圖甲所示，則金剛砂晶體類型為　　　　??；在SiC中，每個C原子周圍最近的C原子數目為　?。蝗艟О倪呴L為a pm，阿伏加德羅常數的值為NA，則金剛砂的密
度表達式為　　　　　　　　　。
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共價晶體
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g·cm-3
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金剛砂(SiC)的硬度為9.5，硬度大，屬于共價晶體；每個碳原子周圍最近的碳原子數目為12；該晶胞中C原子個數為8×+6×=4，Si原子個數為4，晶胞邊長為a×10-10 cm，V=(a×10-10 cm)3，ρ== g·cm-3。
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(2)硅的某種單質的晶胞結構如圖乙所示。GaN晶體晶胞結構與該硅晶體相似。則GaN晶體中，每個Ga原子與___
個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為　　　 　　。若該硅晶體的密度為ρ g·cm-3，阿伏加德羅常數的值為NA，則晶體中最近的兩個硅原子之間
的距離為　　　 　　cm(用代數式表示即可)。
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正四面體形
×
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根據物質的晶胞結構可知，在GaN晶體中，每個Ga原子與4個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為正四面體形。在晶體Si的晶胞中
含有Si原子的數目是8×+6×+4=8，則1個晶胞的體
積為 cm3= cm3，晶胞的邊長為 cm，在晶胞中兩個最近的Si原子之間的距離為晶胞體對角線長的× cm。
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15.氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點高、化學性質穩定，工業上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時反應獲得。
(1)氮化硅晶體屬于　　　晶體。
(2)已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子、Si原子與Si原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩定結構，請寫出氮化硅的化學式：　　　。
(3)現用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發生反應，可得到較高純
度的氮化硅。反應的化學方程式為　　　 　。
共價
Si3N4
3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl
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(4)六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉化為立方氮化硼，其結構與金剛石
相似，硬度與金剛石相當，晶胞邊長為361.5 pm，立方氮化硼
晶胞中含有　　個氮原子、　　個硼原子，立方氮化硼的密度是
______________________g·cm-3(只要求列算式，不必計算出數值，阿伏加德羅常數的值為NA)。
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立方氮化硼的結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當，在金剛石的一個晶胞中含有C原子的個數：8×+6×+4=8，則在立方氮化硼晶胞中含有4個氮原子、4個硼原子；由于晶胞邊長為361.5 pm，所以立方氮化硼的密度是 g·cm-3。
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