資源簡介

基礎課時15　共價晶體
學習目標　1.知道共價晶體的概念及典型的共價晶體，認識共價晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。2.借助金剛石、二氧化硅等模型認識共價晶體的結構特點及物理性質。
一、共價晶體的概念和組成
(一)知識梳理
1.共價晶體的結構特點及物理性質
(1)概念
相鄰原子間以共價鍵相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。
(2)構成微粒及微粒間作用
(3)空間結構：整塊晶體是一個三維的共價鍵網狀結構，不存在單個的小分子，是一個“巨分子”。
(4)物理性質
①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導電。
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。
2.常見共價晶體及物質類別
(1)某些單質：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。
(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)極少數金屬氧化物，如剛玉(α－Al2O3)等。
(二)互動探究
C60是一種碳原子簇，它由60個碳原子構成像足球一樣的32面體，包括20個正六邊形，12個正五邊形。這60個C原子在空間進行排列時，形成一個化學鍵最穩定的空間排列位置，恰好與足球表面的排列一致。這個結構的提出是受到建筑學家富勒的啟發，富勒曾設計一種用六邊形和五邊形構成的球形薄殼建筑結構，因此科學家把C60叫做足球烯，也叫做富勒烯。
【問題討論】
問題1　金剛石晶體和富勒烯晶體的構成微粒相同嗎？
提示　不同。富勒烯晶體的構成微粒為分子，金剛石晶體的構成微粒為原子。
問題2　金剛石晶體和富勒烯晶體受熱熔化時克服的微粒間作用力相同嗎？
提示　不同。前者受熱熔化時克服共價鍵，后者受熱熔化時克服分子間作用力。
問題3　以金剛石為例，說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同？
提示　①構成微粒不同，共價晶體中只存在原子，沒有分子。②微粒間作用力不同，共價晶體中原子間只存在共價鍵，而分子晶體中分子之間存在分子間作用力。
【探究歸納】
1.分子晶體和共價晶體的比較
晶體類型 分子晶體 共價晶體
定義 分子間通過分子間作用力結合形成的晶體 相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間網狀結構的晶體
組成微粒 分子 原子
物質類別 多數非金屬單質和共價化合物 金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等
微粒間的作用力 分子間作用力 共價鍵
熔化時需 克服的作用力 較弱的分子間作用力 很強的共價鍵
物理性質 熔、沸點 較低 很高
硬度 較小 很大
導電性 固態和熔融態時一般都不導電，但某些分子晶體溶于水能導電，如HCl 固態和熔融態時多數不導電，但晶體Si、晶體Ge為半導體，能導電
溶解性 相似相溶 難溶于一般溶劑
決定熔、沸點 高低的因素 分子間作用力的強弱 共價鍵的強弱
典型例子 干冰、冰 金剛石、二氧化硅
2.共價晶體熔、沸點高低的判斷
一般來說，對結構相似的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。
3.正確理解共價晶體
(1)共價晶體中不存在單個分子，化學式僅僅表示的是物質中的原子個數比關系，不是分子式。
(2)由原子組成的晶體不一定是共價晶體。如：稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。
(3)共價晶體中一定存在共價鍵，但晶體中有共價鍵卻不一定都是共價晶體，還可以是分子晶體或離子晶體。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.根據下列性質判斷，屬于共價晶體的物質是(　　)
A.熔點為2 700 ℃，導電性好，延展性強
B.無色晶體，熔點為3 500 ℃，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，固態或液態時不導電
答案　B
解析　根據共價晶體的性質判斷，共價晶體沒有自由移動的電子，不導電，A錯誤；共價晶體熔點高，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑，B正確；共價晶體難溶于水，C錯誤；共價晶體熔點高，難溶于水，硬度大，D錯誤。
2.我國的激光技術在世界上處于領先地位，據報道，有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是(　　)
A.碳、氮原子構成平面結構的晶體
B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短
C.氮原子電子數比碳原子電子數多
D.碳、氮的單質的化學性質均不活潑
答案　B
解析　碳、氮原子結合成的碳氮化合物比金剛石更堅硬，說明該化合物為共價晶體，為立體三維骨架結構，A錯誤；由于原子半徑：N3.有下列幾種晶體：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金剛石，E.晶體氬，F.干冰。
①屬于分子晶體的是____________(填字母，下同)，直接由原子構成的分子晶體是____________。
②屬于共價晶體的化合物是____________。
③直接由原子構成的晶體是____________。
④受熱熔化時，化學鍵不發生變化的是____________，需克服共價鍵的是____________。
答案　①BCEF　E　②A　③ADE　④BCF　AD
解析　根據構成晶體的粒子不同，分子晶體僅由分子組成，共價晶體中無分子。分子晶體有B、C、E、F，其中晶體氬是單原子分子構成的晶體；共價晶體和單原子分子晶體都由原子直接構成，共價晶體有A、D，但化合物只有A；分子晶體熔化時，一般不破壞化學鍵；共價晶體熔化時，破壞化學鍵。
二、常見共價晶體的結構特征
(一)知識梳理
　兩種典型的共價晶體
(1)金剛石
①碳原子采取sp3雜化，C—C—C夾角為109°28′。
②每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結合，形成共價鍵三維骨架結構。
③金剛石里的C—C共價鍵的鍵長短，鍵能大，這一結構使金剛石的熔點高，硬度大。
(2)二氧化硅晶體
①SiO2是自然界含量最高的固態二元氧化物，熔點高。
②SiO2有多種結構，最常見結構是低溫石英，其結構中，頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈(如圖1)，這一結構決定了它具有手性(如圖2)，被廣泛用作壓電材料，如制作石英手表。
③二氧化硅的用途：二氧化硅是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和光導纖維的原料。
(二)互動探究
下表是某些共價晶體的熔點和硬度。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/ ℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
【問題討論】
問題1　結合金剛石的結構分析，該晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是多少？12 g金剛石中C—C共價鍵數是多少？為什么金剛石的熔點高、硬度大？
提示　金剛石晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是1∶2；12 g金剛石晶體中含有2NA C—C共價鍵；金剛石晶體中C—C共價鍵的鍵能很大，很難破壞C—C共價鍵，因此，金剛石的熔點高、硬度大。
問題2　分析二氧化硅的結構模型(如圖)，判斷晶體中最小的環上有多少個原子？晶體中硅原子和與硅原子直接相連的氧原子構成的空間構型是什么？60 g SiO2晶體中Si—O的數目是多少？
晶體結構
提示　SiO2晶體中最小環上有12個原子，其中有6個Si原子和6個O原子；晶體中Si原子和其周圍相連的4個氧原子形成正四面體結構；60 g SiO2晶體中Si—O的數目是4NA。
【探究歸納】
1.金剛石的結構分析(晶胞結構如圖)
(1)每個碳原子都采取sp3雜化，與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合，正四面體形結構，鍵角109°28′。
(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鍵，每個C占有2個C—C鍵，即C原子與C—C鍵之比為1∶2。
(4)每個C原子被12個六元環共用。每個C—C鍵被6個六元環共用。
2.二氧化硅的結構分析(晶體結構如圖)
(1)1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。
(2)1 mol SiO2中含4 mol Si—O鍵。
(3)最小環是由6個Si原子和6個O原子組成。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，每個Si—O鍵被6個12元環共用。
1.下列關于SiO2晶體空間結構的敘述中正確的是(　　)
A.最小的環上，有3個硅原子和3個氧原子
B.最小的環上，硅原子數和氧原子數之比為1∶2
C.最小的環上，有6個硅原子和6個氧原子
D.存在四面體結構單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角
答案　C
解析　SiO2晶體中，每個硅原子與4個氧原子成鍵，每個氧原子與2個硅原子成鍵，晶體中的硅氧四面體中Si原子處于中心，O原子處于4個頂角。最小的環是十二元環，環上有6個Si原子、6個O原子，Si、O原子數之比是1∶1。
2.已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于C3N4晶體的說法錯誤的是(　　)
A.該晶體屬于共價晶體，其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固
B.該晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子
C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構
D.該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成三維骨架結構
答案　D
解析　C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，該晶體為共價晶體，其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固，A正確；碳原子最外層有4個電子，氮原子最外層有5個電子，則該晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子，B正確；構成該晶體的微粒間只以單鍵結合，每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子，則晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構，C正確；金剛石只含有非極性共價鍵，但是C3N4晶體中碳、氮之間以極性共價鍵結合，原子間以極性鍵形成三維骨架結構，D錯誤。
3.(1)單質硅存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以____________相結合，其晶胞中共有8個原子，其中在面心位置貢獻____________個原子。
(2)金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結構(如圖所示)，在金剛砂的空間網狀結構中，碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結合。試回答：
①金剛砂屬于____________晶體，金剛砂的熔點比金剛石的熔點____________。
②在金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合了____________個碳原子，其鍵角是____________。
③金剛砂的結構中含有共價鍵形成的原子環，其中最小的環上有____________個硅原子。
答案　(1)共價鍵　3
(2)①共價　低　②4　109°28′　③3
解析　(1)硅晶體和金剛石晶體相似，即硅原子間以共價鍵相結合。晶胞每個面心上的硅原子為2個晶胞共有，則面心位置貢獻的原子為6×＝3個。(2)①由于金剛砂是空間網狀結構，碳原子和硅原子交替以共價單鍵結合，所以金剛砂是共價晶體；硅原子的半徑比碳原子的半徑大，所以金剛砂的熔點比金剛石的低。②硅和碳是同主族元素，所以硅原子周圍同樣有4個碳原子，鍵角為109°28′。③構成的六元環中，有3個碳原子、3個硅原子。
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)共價晶體的概念和組成
1.下列晶體中①SiO2　②CO2　③P4　④晶體硅　⑤H2SO4　⑥P2O5　⑦SO3　⑧SiC　⑨冰醋酸　⑩金剛石，屬于共價晶體的一組是(　　)
A.①③④⑤⑥⑩ B.①④⑧⑩
C.③④⑧⑨⑩ D.全部
答案　B
解析　十種物質中屬于分子晶體的有CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的四種物質均為共價晶體。
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.共價晶體具有空間網狀結構
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　A項，共價晶體中原子之間通過共價鍵相連；B項，共價晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結合而成的空間網狀結構；C項，共價晶體是由原子以共價鍵相結合形成的，不存在獨立的分子；D項，共價晶體中原子是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵。
3.氮氧化鋁(AlON)屬于共價晶體，是一種高強度透明材料，下列敘述錯誤的是(　　)
A.AlON和SiO2所含化學鍵的類型相同
B.電解熔融AlON可得到Al
C.AlON中N元素的化合價為－1
D.AlON和SiO2的晶體類型相同
答案　B
解析　AlON和SiO2均屬于共價晶體，均只含有共價鍵，A、D項正確；AlON屬于共價晶體，熔融時不導電，B項錯誤；AlON中O為－2價，Al為＋3價，所以N元素的化合價為－1，C項正確。
4.美國《科學》雜志曾報道：在40 GPa的高壓下，用激光加熱到1 800 K，人們成功制得了共價晶體CO2，下列對該物質的推斷一定不正確的是(　　)
A.該共價晶體中含有極性鍵
B.該共價晶體易氣化，可用作制冷材料
C.該共價晶體有很高的熔、沸點
D.該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料
答案　B
解析　共價晶體具有高硬度，高熔、沸點等性質，不易氣化，不可用作制冷材料，B項錯誤。
5.科學家成功地在高壓下將CO2轉化為具有類似SiO2結構的共價晶體，下列關于CO2的共價晶體說法，正確的是(　　)
A.CO2的共價晶體和分子晶體互為同分異構體
B.在一定條件下，CO2共價晶體轉化為CO2分子晶體是物理變化
C.CO2的共價晶體和CO2分子晶體具有相同的物理性質和化學性質
D.在CO2的共價晶體中，每一個C原子周圍結合4個O原子，每一個O原子跟2個C原子相結合
答案　D
解析　CO2的共價晶體不存在分子形式，與分子晶體不互為同分異構體，故A錯誤；二氧化碳共價晶體和二氧化碳分子晶體不是一種物質，所以在一定條件下，CO2共價晶體轉化為分子晶體是化學變化不是物理變化，故B錯誤；二氧化碳分子晶體和二氧化碳共價晶體的構成微粒不同，空間構型不同，所以其物理性質和化學性質不同，故C錯誤；利用知識遷移的方法分析，把二氧化硅結構中的硅原子替換成碳原子，所以在二氧化碳的共價晶體中，每個C原子周圍結合4個O原子，每個O原子跟兩個C原子相結合，故D正確。
(二)常見共價晶體的結構特征
6.碳有多種同分異構體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A.在石墨烯晶體中，每個正六元環擁有的共價鍵和碳原子數之比為3∶2
B.石墨烯中含碳碳雙鍵
C.金剛石晶體中，碳原子采用sp3雜化
D.金剛石晶體中最小的碳環上有6個碳原子
答案　B
解析　在石墨烯晶體中，最小的環為六元環，每個碳原子連接3個C—C化學鍵，每個六元環占有的碳原子數為6×＝2個，個數比為3∶2，A正確；石墨烯晶體中，單層上的碳原子除形成單鍵外，還形成大π鍵，不存在碳碳雙鍵，B錯誤；金剛石晶體中，每個碳原子形成4個σ鍵，采用sp3雜化，C正確；由金剛石晶體結構模型可知，最小的環為6元環，D正確。
7.我們可以將SiO2的晶體結構想象為：在晶體硅的Si—Si之間插入O原子。根據SiO2晶體結構圖，下列說法不正確的是(　　)
A.石英晶體中每個Si原子通過Si—O極性鍵與4個O原子作用
B.每個O原子也通過Si—O極性鍵與2個Si原子作用
C.石英晶體中Si原子與O原子的原子個數比為1∶2，可用SiO2來表示石英的組成
D.在晶體中存在石英分子，故能叫分子式
答案　D
解析　晶體硅的結構是五個硅原子形成正四面體結構，其中有一個位于正四面體的中心，另外四個位于四面體的頂角，故SiO2的結構為每個硅原子周圍有四個氧原子，A正確；每個氧原子周圍有兩個硅原子，B正確；在晶體中Si原子與O原子的原子個數比為1∶2，SiO2僅表示石英的組成，故沒有單個的SiO2分子，C正確，D錯誤。
8.氮化硼(BN)晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩定相，與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示，下列關于這兩種晶體的說法正確的是(　　)
A.六方相氮化硼與石墨一樣可以導電
B.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
C.兩種晶體均為分子晶體
D.六方相氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間結構為平面三角形
答案　D
解析　A項，六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動的電子或離子，所以不導電，錯誤。B項，立方相氮化硼中只含有σ鍵，錯誤。C項，立方相氮化硼是共價晶體，錯誤。D項，由六方相氮化硼的晶體結構可知，每個硼原子與相鄰3個氮原子構成平面三角形，正確。
9.現有兩組物質的熔點數據如表所示，根據表中數據回答下列問題。
A組 B組
金剛石：3 550 ℃ HF：－83 ℃
晶體硅：1 410 ℃ HCl：－115 ℃
晶體硼：2 300 ℃ HBr：－89 ℃
二氧化硅：1 710 ℃ HI：－51 ℃
(1)A組屬于____________晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是____________。
(2)B組中HF熔點反常是由于__________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)B組晶體不可能具有的性質是____________。
①硬度小　②水溶液能導電　③固體能導電　④液體狀態能導電
答案　(1)共價　共價鍵
(2)HF分子間能形成氫鍵，熔化時需要消耗的能量更多
(3)③④
解析　(1)A組熔點很高，應是共價晶體，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵；(2)B組是分子晶體，且結構相似，一般是相對分子質量越大，熔點越高；HF的相對分子質量最小但熔點比HCl高，出現反常的原因是HF分子間存在氫鍵，HF熔化時除了破壞分子間作用力，還要破壞氫鍵，所需能量更高，因而熔點更高；(3)分子晶體在固態和熔化狀態都不導電。
B級　素養培優練
10.金剛石、石墨、C60和石墨烯的結構示意圖分別如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A.金剛石和石墨烯中碳原子的雜化方式不相同
B.金剛石、石墨、C60和石墨烯的關系：互為同素異形體
C.這四種物質完全燃燒后的產物都是CO2
D.石墨與C60的晶體類型相同
答案　D
解析　金剛石中每個碳原子形成4個C—C σ鍵，金剛石中碳原子采取sp3雜化，石墨烯中每個碳原子形成3個碳碳σ鍵，碳原子上沒有孤電子對，石墨烯中碳原子采取sp2雜化，A項正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質，互為同素異形體，B項正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質，四種物質完全燃燒后的產物都是CO2，C項正確；石墨不屬于分子晶體，C60屬于分子晶體，石墨和C60的晶體類型不同，D項錯誤。
11.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空間網狀結構的共價晶體。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：
12.我國科學家預言的T 碳已被合成。T 碳的晶體結構可看作將金剛石中的碳原子用由四個碳原子組成的正四面體結構單元取代所得，金剛石和T 碳的晶胞如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.金剛石中每個碳原子被12個最小環共用
B.T 碳晶胞由32個碳原子組成
C.T 碳屬于共價晶體
D.T 碳中鍵角是109°28′
答案　D
解析　在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環為六元環，每個C原子連接4個碳原子，連接的4個C原子中每個C原子形成3個六元環，所以金剛石晶體中每個C原子能形成12個六元環，A正確；由晶胞結構可知，在T 碳晶胞中四個碳原子組成的正四面體結構單元有8個位于頂角，6個位于面心，4個位于體內，個數為：8×＋6×＋4＝8，則碳原子個數為32，B正確；由晶胞結構可知T 碳也是以四面體為結構單元的空間網狀結構，為共價晶體，C正確；T 碳中4個碳原子圍成正四面體結構，該結構中鍵角為60°，D錯誤。
13.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，如圖為其晶胞，其中的每個原子均滿足8電子穩定結構。下列說法不正確的是(　　)
A.磷化硼晶體的熔點很高
B.磷化硼晶體的化學式為BP，屬于共價晶體
C.磷化硼晶體中每個原子均形成4條共價鍵
D.磷化硼晶體結構中粒子的空間堆積方式與干冰相同
答案　D
解析　磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，說明磷化硼是共價晶體，其熔點很高，A正確；由磷化硼晶胞結構可知，每個晶胞含有4個B原子和4個P原子，B、P原子個數之比為1∶1，故磷化硼的化學式為BP，屬于共價晶體，B正確；該晶胞配位數為4，即每個原子均形成4條共價鍵，C正確；干冰晶體是面心立方結構，8個CO2分子位于晶胞頂角，6個CO2分子位于晶胞的6個面心，與磷化硼晶胞結構不同，D錯誤。
14.碳化硅也叫金剛砂，硬度大，具有耐熱性、耐氧化和耐腐蝕性等性能，結構如圖，下列敘述不正確的是(　　)
A.碳化硅為共價晶體
B.碳化硅的熔點比金剛石低
C.1 mol碳化硅中含2 mol Si—C
D.碳和硅原子的雜化方式相同
答案　C
解析　碳化硅也叫金剛砂，硬度大，具有耐熱性，碳化硅為共價晶體，A正確；碳化硅和金剛石都是共價晶體，Si原子半徑大于C原子，Si—C鍵的鍵長比C—C鍵的長，鍵能小，故碳化硅的熔點比金剛石低，B正確；碳化硅中，1個C和4個Si形成4個Si—C，故1 mol碳化硅中含4 mol Si—C，C錯誤；碳化硅中，碳和硅都形成了4個鍵，其中碳和硅原子都采取sp3雜化，D正確。
15.請按要求填空：
(1)C、N元素形成的新材料具有如圖所示的晶胞結構，該晶體的化學式為____________。
(2)氮化碳和氮化硅晶體結構相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點高、化學性質穩定。
①氮化硅的硬度____________(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
②已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且氮原子與氮原子不直接相連、硅原子與硅原子不直接相連，同時每個原子都滿足最外層8電子穩定結構，請寫出氮化硅的化學式：____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結構與晶體硅相似。在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____________，GaN屬于____________晶體。
答案　(1)C3N4　(2)①小于　硅原子半徑大于碳原子半徑，氮原子和碳原子形成的共價鍵鍵長比氮原子和硅原子形成的共價鍵鍵長短，故氮碳鍵的鍵能大，硬度大　②Si3N4　(3)4　正四面體形　共價
解析　(1)根據題給晶胞的結構可知，該晶胞中含有碳原子個數為8×＋4×＝3，含有氮原子個數為4，則該晶體的化學式為C3N4。(2)②N的最外層電子數為5，要滿足8電子穩定結構，需要形成3個共價鍵，Si的最外層電子數為4，要滿足8電子穩定結構，需要形成4個共價鍵，所以氮化硅的化學式為Si3N4。(3)GaN的晶體結構與晶體硅相似，則GaN屬于共價晶體，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。基礎課時15　共價晶體
學習目標　1.知道共價晶體的概念及典型的共價晶體,認識共價晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。2.借助金剛石、二氧化硅等模型認識共價晶體的結構特點及物理性質。
一、共價晶體的概念和組成
(一)知識梳理
1.共價晶體的結構特點及物理性質
(1)概念
相鄰原子間以　　　　相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。
(2)構成微粒及微粒間作用
(3)空間結構:整塊晶體是一個三維的共價鍵　　　　結構,不存在單個的小分子,是一個“巨分子”。
(4)物理性質
①共價晶體中,由于各原子均以強的共價鍵相結合,因此一般熔點很高,硬度很大,難溶于常見溶劑,一般不導電。
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。
2.常見共價晶體及物質類別
(1)某些單質:如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。
(2)某些非金屬化合物:如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)極少數金屬氧化物,如剛玉(α-Al2O3)等。
(二)互動探究
C60是一種碳原子簇,它由60個碳原子構成像足球一樣的32面體,包括20個正六邊形,12個正五邊形。這60個C原子在空間進行排列時,形成一個化學鍵最穩定的空間排列位置,恰好與足球表面的排列一致。這個結構的提出是受到建筑學家富勒的啟發,富勒曾設計一種用六邊形和五邊形構成的球形薄殼建筑結構,因此科學家把C60叫做足球烯,也叫做富勒烯。
【問題討論】
問題1　金剛石晶體和富勒烯晶體的構成微粒相同嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　金剛石晶體和富勒烯晶體受熱熔化時克服的微粒間作用力相同嗎
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　以金剛石為例,說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.分子晶體和共價晶體的比較
晶體類型 分子晶體 共價晶體
定義 分子間通過分子間作用力結合形成的晶體 相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間網狀結構的晶體
組成微粒 分子 原子
物質類別 多數非金屬單質和共價化合物 金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等
微粒間的作用力 分子間作用力 共價鍵
熔化時需 克服的作用力 較弱的分子間作用力 很強的共價鍵
熔、沸點 較低 很高
硬度 較小 很大
導電性 固態和熔融態時一般都不導電,但某些分子晶體溶于水能導電,如HCl 固態和熔融態時多數不導電,但晶體Si、晶體Ge為半導體,能導電
溶解性 相似相溶 難溶于一般溶劑
決定熔、沸點 高低的因素 分子間作用力的強弱 共價鍵的強弱
典型例子 干冰、冰 金剛石、二氧化硅
2.共價晶體熔、沸點高低的判斷
一般來說,對結構相似的共價晶體來說,鍵長越短,鍵能越大,晶體的熔、沸點越高。例如:金剛石>碳化硅>晶體硅。
3.正確理解共價晶體
(1)共價晶體中不存在單個分子,化學式僅僅表示的是物質中的原子個數比關系,不是分子式。
(2)由原子組成的晶體不一定是共價晶體。如:稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。
(3)共價晶體中一定存在共價鍵,但晶體中有共價鍵卻不一定都是共價晶體,還可以是分子晶體或離子晶體。
1.根據下列性質判斷,屬于共價晶體的物質是 (　　)
A.熔點為2 700 ℃,導電性好,延展性強
B.無色晶體,熔點為3 500 ℃,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,固態或液態時不導電
2.我國的激光技術在世界上處于領先地位,據報道,有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松,與此同時再用射頻電火花噴射氮氣,此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱,這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是 (　　)
A.碳、氮原子構成平面結構的晶體
B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短
C.氮原子電子數比碳原子電子數多
D.碳、氮的單質的化學性質均不活潑
3.有下列幾種晶體:A.水晶,B.冰醋酸,C.白磷,D.金剛石,E.晶體氬,F.干冰。
①屬于分子晶體的是　　　　　　(填字母,下同),直接由原子構成的分子晶體是　　　　　　。
②屬于共價晶體的化合物是　　　　　　。
③直接由原子構成的晶體是　　　　　　。
④受熱熔化時,化學鍵不發生變化的是　　　　　　　　　　,
需克服共價鍵的是　　　　　　。
二、常見共價晶體的結構特征
(一)知識梳理
　兩種典型的共價晶體
(1)金剛石
①碳原子采取　　　　雜化,C—C—C夾角為　　　　。
②每個碳原子與周圍緊鄰的　　　　個碳原子以共價鍵結合,形成共價鍵三維骨架結構。
③金剛石里的C—C共價鍵的鍵長　　　　　,鍵能　　　　　　,這一結構使金剛石的熔點　　　　　　,硬度　　　　　　。
(2)二氧化硅晶體
①SiO2是自然界含量最高的固態二元氧化物,熔點　　　　。
②SiO2有多種結構,最常見結構是低溫石英,其結構中,頂角相連的　　　　　　形成螺旋上升的長鏈(如圖1),這一結構決定了它具有手性(如圖2),被廣泛用作壓電材料,如制作　　　　手表。
③二氧化硅的用途:二氧化硅是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和　　　　　　的原料。
(二)互動探究
下表是某些共價晶體的熔點和硬度。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/ ℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
【問題討論】
問題1　結合金剛石的結構分析,該晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是多少 12 g金剛石中C—C共價鍵數是多少 為什么金剛石的熔點高、硬度大
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　分析二氧化硅的結構模型(如圖),判斷晶體中最小的環上有多少個原子 晶體中硅原子和與硅原子直接相連的氧原子構成的空間構型是什么 60 g SiO2晶體中Si—O的數目是多少
晶體結構
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.金剛石的結構分析(晶胞結構如圖)
(1)每個碳原子都采取sp3雜化,與相鄰的4個碳原子以共價鍵相結合,正四面體形結構,鍵角109°28'。
(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鍵,每個C占有2個C—C鍵,即C原子與C—C鍵之比為1∶2。
(4)每個C原子被12個六元環共用。每個C—C鍵被6個六元環共用。
2.二氧化硅的結構分析(晶體結構如圖)
(1)1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。
(2)1 mol SiO2中含4 mol Si—O鍵。
(3)最小環是由6個Si原子和6個O原子組成。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,每個Si—O鍵被6個12元環共用。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列關于SiO2晶體空間結構的敘述中正確的是 (　　)
A.最小的環上,有3個硅原子和3個氧原子
B.最小的環上,硅原子數和氧原子數之比為1∶2
C.最小的環上,有6個硅原子和6個氧原子
D.存在四面體結構單元,O原子處于中心,Si原子處于4個頂角
2.已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度,且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于C3N4晶體的說法錯誤的是 (　　)
A.該晶體屬于共價晶體,其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固
B.該晶體中每個碳原子連接4個氮原子,每個氮原子連接3個碳原子
C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構
D.該晶體與金剛石相似,都是原子間以非極性鍵形成三維骨架結構
3.(1)單質硅存在與金剛石結構類似的晶體,其中原子與原子之間以　　　　　　相結合,其晶胞中共有8個原子,其中在面心位置貢獻　　　　　　　　　　 個原子。
(2)金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結構(如圖所示),在金剛砂的空間網狀結構中,碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結合。試回答:
①金剛砂屬于　　　　　　晶體,金剛砂的熔點比金剛石的熔點　　　　　　。
②在金剛砂的結構中,一個硅原子周圍結合了　　　　個碳原子,其鍵角是　　　　　　。
③金剛砂的結構中含有共價鍵形成的原子環,其中最小的環上有　　　　　　個硅原子。
:課后完成　第三章　基礎課時15(共60張PPT)
基礎課時 共價晶體
15
第三章
晶體結構與性質
第二節　分子晶體與共價晶體
1.知道共價晶體的概念及典型的共價晶體，認識共價晶體中的微粒種類及微粒間的相互作用。
2.借助金剛石、二氧化硅等模型認識共價晶體的結構特點及物理性質。
學習目標
一、共價晶體的概念和組成
二、常見共價晶體的結構特征
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、共價晶體的概念和組成
對點訓練
(一)知識梳理
1.共價晶體的結構特點及物理性質
(1)概念
相鄰原子間以________相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。
(2)構成微粒及微粒間作用
共價鍵
原子
共價鍵
(3)空間結構：整塊晶體是一個三維的共價鍵______結構，不存在單個的小分子，是一個“巨分子”。
(4)物理性質
①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導電。
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。
網狀
2.常見共價晶體及物質類別
(1)某些單質：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。
(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)極少數金屬氧化物，如剛玉(α－Al2O3)等。
(二)互動探究
C60是一種碳原子簇，它由60個碳原子構成像足球一樣的32面體，包括20個正六邊形，12個正五邊形。這60個C原子在空間進行排列時，形成一個化學鍵最穩定的空間排列位置，恰好與足球表面的排列一致。這個結構的提出是受到建筑學家富勒的啟發，富勒曾設計一種用六邊形和五邊形構成的球形薄殼建筑結構，因此科學家把C60叫做足球烯，也叫做富勒烯。
【問題討論】
問題1　金剛石晶體和富勒烯晶體的構成微粒相同嗎？
提示　不同。富勒烯晶體的構成微粒為分子，金剛石晶體的構成微粒為原子。
問題2　金剛石晶體和富勒烯晶體受熱熔化時克服的微粒間作用力相同嗎？
提示　不同。前者受熱熔化時克服共價鍵，后者受熱熔化時克服分子間作用力。
問題3　以金剛石為例，說明共價晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同？
提示　①構成微粒不同，共價晶體中只存在原子，沒有分子。②微粒間作用力不同，共價晶體中原子間只存在共價鍵，而分子晶體中分子之間存在分子間作用力。
【探究歸納】
1.分子晶體和共價晶體的比較
晶體類型 分子晶體 共價晶體
定義 分子間通過分子間作用力結合形成的晶體 相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間網狀結構的晶體
組成微粒 分子 原子
物質類別 多數非金屬單質和共價化合物 金剛石、晶體硅、碳化硅、二氧化硅等
微粒間的作用力 分子間作用力 共價鍵
熔化時需 克服的作用力 較弱的分子間作用力 很強的共價鍵
晶體類型 分子晶體 共價晶體
物理性質 熔、沸點 較低 很高
硬度 較小 很大
導電性 固態和熔融態時一般都不導電，但某些分子晶體溶于水能導電，如HCl 固態和熔融態時多數不導電，但晶體Si、晶體Ge為半導體，能導電
溶解性 相似相溶 難溶于一般溶劑
決定熔、沸點高低的因素 分子間作用力的強弱 共價鍵的強弱
典型例子 干冰、冰 金剛石、二氧化硅
2.共價晶體熔、沸點高低的判斷
一般來說,對結構相似的共價晶體來說，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔、沸點越高。例如：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。
3.正確理解共價晶體
(1)共價晶體中不存在單個分子，化學式僅僅表示的是物質中的原子個數比關系，不是分子式。
(2)由原子組成的晶體不一定是共價晶體。如：稀有氣體組成的晶體屬于分子晶體。
(3)共價晶體中一定存在共價鍵，但晶體中有共價鍵卻不一定都是共價晶體,還可以是分子晶體或離子晶體。
1.根據下列性質判斷，屬于共價晶體的物質是(　　)
A.熔點為2 700 ℃，導電性好，延展性強
B.無色晶體，熔點為3 500 ℃，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，固態或液態時不導電
B
解析　根據共價晶體的性質判斷，共價晶體沒有自由移動的電子，不導電，A錯誤；共價晶體熔點高，不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑，B正確；共價晶體難溶于水，C錯誤；共價晶體熔點高，難溶于水，硬度大，D錯誤。
2.我國的激光技術在世界上處于領先地位，據報道，有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。據稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是(　　)
A.碳、氮原子構成平面結構的晶體
B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短
C.氮原子電子數比碳原子電子數多
D.碳、氮的單質的化學性質均不活潑
B
解析　碳、氮原子結合成的碳氮化合物比金剛石更堅硬，說明該化合物為共價晶體，為立體三維骨架結構，A錯誤；由于原子半徑：N3.有下列幾種晶體：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金剛石，E.晶體氬，F.干冰。
①屬于分子晶體的是____________(填字母，下同)，直接由原子構成的分子晶體是____________。
②屬于共價晶體的化合物是____________。
③直接由原子構成的晶體是____________。
④受熱熔化時，化學鍵不發生變化的是____________，需克服共價鍵的是____________。
BCEF
E
A
ADE
BCF
AD
解析　根據構成晶體的粒子不同，分子晶體僅由分子組成，共價晶體中無分子。分子晶體有B、C、E、F，其中晶體氬是單原子分子構成的晶體；共價晶體和單原子分子晶體都由原子直接構成，共價晶體有A、D，但化合物只有A；分子晶體熔化時，一般不破壞化學鍵；共價晶體熔化時，破壞化學鍵。
二、常見共價晶體的結構特征
對點訓練
(一)知識梳理
兩種典型的共價晶體
(1)金剛石
①碳原子采取________雜化，C—C—C夾角為________________。
②每個碳原子與周圍緊鄰的____個碳原子以共價鍵結合，形成共價鍵三維骨架結構。
③金剛石里的C—C共價鍵的鍵長____，鍵能____，這一結構使金剛石的熔點____，硬度____。
sp3
109°28′
4
短
大
高
大
(2)二氧化硅晶體
①SiO2是自然界含量最高的固態二元氧化物，熔點高。
②SiO2有多種結構，最常見結構是低溫石英，其結構中，頂角相連的____________形成螺旋上升的長鏈(如圖1)，這一結構決定了它具有手性(如圖2)，被廣泛用作壓電材料，如制作______手表。
③二氧化硅的用途：二氧化硅是制造水泥、玻璃、單晶硅、硅光電池、芯片和__________的原料。
硅氧四面體
石英
光導纖維
(二)互動探究
下表是某些共價晶體的熔點和硬度。
【問題討論】
問題1　結合金剛石的結構分析，該晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是多少？12 g金剛石中C—C共價鍵數是多少？為什么金剛石的熔點高、硬度大？
提示　金剛石晶體中碳原子數和碳碳共價鍵數之比是1∶2；12 g金剛石晶體中含有2NA C—C共價鍵；金剛石晶體中C—C共價鍵的鍵能很大，很難破壞C—C共價鍵，因此，金剛石的熔點高、硬度大。
共價晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點/ ℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
問題2　分析二氧化硅的結構模型(如圖)，判斷晶體中最小的環上有多少個原子？晶體中硅原子和與硅原子直接相連的氧原子構成的空間構型是什么？60 g SiO2晶體中Si—O的數目是多少？
提示　SiO2晶體中最小環上有12個原子，其中有6個Si原子和6個O原子；晶體中Si原子和其周圍相連的4個氧原子形成正四面體結構；60 g SiO2晶體中Si—O的數目是4NA。
晶體結構
【探究歸納】
1.金剛石的結構分析(晶胞結構如圖)
(1)每個碳原子都采取sp3雜化，與相鄰的4個碳原子以
共價鍵相結合，正四面體形結構，鍵角109°28′。
(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鍵，每個C占有2個C—C鍵，即C原子與C—C鍵之比為1∶2。
(4)每個C原子被12個六元環共用。每個C—C鍵被6個六元環共用。
2.二氧化硅的結構分析(晶體結構如圖)
(1)1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。
(2)1 mol SiO2中含4 mol Si—O鍵。
(3)最小環是由6個Si原子和6個O原子組成。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，每個Si—O鍵被6個12元環共用。
1.下列關于SiO2晶體空間結構的敘述中正確的是(　　)
A.最小的環上，有3個硅原子和3個氧原子
B.最小的環上，硅原子數和氧原子數之比為1∶2
C.最小的環上，有6個硅原子和6個氧原子
D.存在四面體結構單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角
C
解析　SiO2晶體中，每個硅原子與4個氧原子成鍵，每個氧原子與2個硅原子成鍵，晶體中的硅氧四面體中Si原子處于中心，O原子處于4個頂角。最小的環是十二元環，環上有6個Si原子、6個O原子，Si、O原子數之比是1∶1。
2.已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構成該晶體的微粒間只以單鍵結合。下列關于C3N4晶體的說法錯誤的是(　　)
A.該晶體屬于共價晶體，其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固
B.該晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子
C.該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構
D.該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成三維骨架結構
D
解析　C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，該晶體為共價晶體，其化學鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固，A正確；碳原子最外層有4個電子，氮原子最外層有5個電子，則該晶體中每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子，B正確；構成該晶體的微粒間只以單鍵結合，每個碳原子連接4個氮原子，每個氮原子連接3個碳原子，則晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結構，C正確；金剛石只含有非極性共價鍵，但是C3N4晶體中碳、氮之間以極性共價鍵結合，原子間以極性鍵形成三維骨架結構，D錯誤。
3.(1)單質硅存在與金剛石結構類似的晶體，其中原子與原子之間以___________相結合，其晶胞中共有8個原子，其中在面心位置貢獻_______個原子。
(2)金剛砂(SiC)與金剛石具有相似的晶體結構(如圖所示)，在金剛砂的空間網狀結構中，碳原子、硅原子交替以共價單鍵相結合。試回答：
①金剛砂屬于___________晶體，金剛砂的熔點比金剛石的熔點____________。
②在金剛砂的結構中，一個硅原子周圍結合了___個碳原子，其鍵角是______。
③金剛砂的結構中含有共價鍵形成的原子環,其中最小的環上有_____個硅原子。
共價鍵
3
共價
低
4
109°28′
3
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)共價晶體的概念和組成
1.下列晶體中①SiO2　②CO2　③P4　④晶體硅　⑤H2SO4　⑥P2O5　⑦SO3　
⑧SiC　⑨冰醋酸　⑩金剛石，屬于共價晶體的一組是(　　)
A.①③④⑤⑥⑩ B.①④⑧⑩
C.③④⑧⑨⑩ D.全部
B
解析　十種物質中屬于分子晶體的有CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的四種物質均為共價晶體。
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.共價晶體具有空間網狀結構
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
解析　A項，共價晶體中原子之間通過共價鍵相連；B項，共價晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結合而成的空間網狀結構；C項，共價晶體是由原子以共價鍵相結合形成的，不存在獨立的分子；D項，共價晶體中原子是通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵。
D
3.氮氧化鋁(AlON)屬于共價晶體，是一種高強度透明材料，下列敘述錯誤的是(　　)
A.AlON和SiO2所含化學鍵的類型相同
B.電解熔融AlON可得到Al
C.AlON中N元素的化合價為－1
D.AlON和SiO2的晶體類型相同
解析　AlON和SiO2均屬于共價晶體，均只含有共價鍵，A、D項正確；AlON屬于共價晶體，熔融時不導電，B項錯誤；AlON中O為－2價，Al為＋3價，所以N元素的化合價為－1，C項正確。
B
4.美國《科學》雜志曾報道：在40 GPa的高壓下，用激光加熱到1 800 K，人們成功制得了共價晶體CO2，下列對該物質的推斷一定不正確的是(　　)
A.該共價晶體中含有極性鍵
B.該共價晶體易氣化，可用作制冷材料
C.該共價晶體有很高的熔、沸點
D.該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料
解析　共價晶體具有高硬度，高熔、沸點等性質，不易氣化，不可用作制冷材料，B項錯誤。
B
5.科學家成功地在高壓下將CO2轉化為具有類似SiO2結構的共價晶體，下列關于CO2的共價晶體說法，正確的是(　　)
A.CO2的共價晶體和分子晶體互為同分異構體
B.在一定條件下，CO2共價晶體轉化為CO2分子晶體是物理變化
C.CO2的共價晶體和CO2分子晶體具有相同的物理性質和化學性質
D.在CO2的共價晶體中，每一個C原子周圍結合4個O原子，每一個O原子跟2個C原子相結合
D
解析　CO2的共價晶體不存在分子形式，與分子晶體不互為同分異構體，故A錯誤；二氧化碳共價晶體和二氧化碳分子晶體不是一種物質，所以在一定條件下，CO2共價晶體轉化為分子晶體是化學變化不是物理變化，故B錯誤；二氧化碳分子晶體和二氧化碳共價晶體的構成微粒不同，空間構型不同，所以其物理性質和化學性質不同，故C錯誤；利用知識遷移的方法分析，把二氧化硅結構中的硅原子替換成碳原子，所以在二氧化碳的共價晶體中，每個C原子周圍結合4個O原子，每個O原子跟兩個C原子相結合，故D正確。
(二)常見共價晶體的結構特征
6.碳有多種同分異構體，其中石墨烯與金剛石的晶體結構如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A.在石墨烯晶體中，每個正六元環擁有的
共價鍵和碳原子數之比為3∶2
B.石墨烯中含碳碳雙鍵
C.金剛石晶體中，碳原子采用sp3雜化
D.金剛石晶體中最小的碳環上有6個碳原子
B
7.我們可以將SiO2的晶體結構想象為：在晶體硅的Si—Si之間插入O原子。根據SiO2晶體結構圖，下列說法不正確的是(　　)
A.石英晶體中每個Si原子通過Si—O極性鍵與4個O原子作用
B.每個O原子也通過Si—O極性鍵與2個Si原子作用
C.石英晶體中Si原子與O原子的原子個數比為1∶2，可用SiO2來表示石英的組成
D.在晶體中存在石英分子，故能叫分子式
D
解析　晶體硅的結構是五個硅原子形成正四面體結構，其中有一個位于正四面體的中心，另外四個位于四面體的頂角，故SiO2的結構為每個硅原子周圍有四個氧原子，A正確；每個氧原子周圍有兩個硅原子，B正確；在晶體中Si原子與O原子的原子個數比為1∶2，SiO2僅表示石英的組成，故沒有單個的SiO2分子，C正確，D錯誤。
8.氮化硼(BN)晶體有多種相結構。六方相氮化硼是通常存在的穩定相，與石墨相似，具有層狀結構，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優異的耐磨性。它們的晶體結構如圖所示，下列關于這兩種晶體的說法正確的是(　　)
A.六方相氮化硼與石墨一樣可以導電
B.立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大
C.兩種晶體均為分子晶體
D.六方相氮化硼晶體層內一個硼原子與相鄰氮原子構成的空間結構為平面三角形
D
解析　A項，六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動的電子或離子，所以不導電，錯誤。B項，立方相氮化硼中只含有σ鍵，錯誤。C項，立方相氮化硼是共價晶體，錯誤。D項，由六方相氮化硼的晶體結構可知，每個硼原子與相鄰3個氮原子構成平面三角形，正確。
9.現有兩組物質的熔點數據如表所示，根據表中數據回答下列問題。
A組 B組
金剛石：3 550 ℃ HF：－83 ℃
晶體硅：1 410 ℃ HCl：－115 ℃
晶體硼：2 300 ℃ HBr：－89 ℃
二氧化硅：1 710 ℃ HI：－51 ℃
(1)A組屬于___________晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是____________。
(2)B組中HF熔點反常是由于____________________________________________。
(3)B組晶體不可能具有的性質是____________。
①硬度小　②水溶液能導電　③固體能導電　④液體狀態能導電
共價
共價鍵
HF分子間能形成氫鍵,熔化時需要消耗的能量更多
③④
解析　(1)A組熔點很高，應是共價晶體，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵；(2)B組是分子晶體，且結構相似，一般是相對分子質量越大，熔點越高；HF的相對分子質量最小但熔點比HCl高，出現反常的原因是HF分子間存在氫鍵，HF熔化時除了破壞分子間作用力，還要破壞氫鍵，所需能量更高，因而熔點更高；(3)分子晶體在固態和熔化狀態都不導電。
B級　素養培優練
10.金剛石、石墨、C60和石墨烯的結構示意圖分別如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A.金剛石和石墨烯中碳原子的雜化方式不相同
B.金剛石、石墨、C60和石墨烯的關系：互為同素異形體
C.這四種物質完全燃燒后的產物都是CO2
D.石墨與C60的晶體類型相同
D
解析　金剛石中每個碳原子形成4個C—C σ鍵，金剛石中碳原子采取sp3雜化，石墨烯中每個碳原子形成3個碳碳σ鍵，碳原子上沒有孤電子對，石墨烯中碳原子采取sp2雜化，A項正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質，互為同素異形體，B項正確；金剛石、石墨、C60和石墨烯是碳元素形成的不同單質，四種物質完全燃燒后的產物都是CO2，C項正確；石墨不屬于分子晶體，C60屬于分子晶體，石墨和C60的晶體類型不同，D項錯誤。
11.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空間網狀結構的共價晶體。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
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：
12.我國科學家預言的T -碳已被合成。T -碳的晶體結構可看作將金剛石中的碳原子用由四個碳原子組成的正四面體結構單元取代所得，金剛石和T- 碳的晶胞如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.金剛石中每個碳原子被12個最小環共用
B.T- 碳晶胞由32個碳原子組成
C.T -碳屬于共價晶體
D.T -碳中鍵角是109°28′
D
13.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，如圖為其晶胞，其中的每個原子均滿足8電子穩定結構。下列說法不正確的是(　　)
A.磷化硼晶體的熔點很高
B.磷化硼晶體的化學式為BP，屬于共價晶體
C.磷化硼晶體中每個原子均形成4條共價鍵
D.磷化硼晶體結構中粒子的空間堆積方式與干冰相同
D
解析　磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，說明磷化硼是共價晶體，其熔點很高，A正確；由磷化硼晶胞結構可知，每個晶胞含有4個B原子和4個P原子，B、P原子個數之比為1∶1，故磷化硼的化學式為BP，屬于共價晶體，B正確；該晶胞配位數為4，即每個原子均形成4條共價鍵，C正確；干冰晶體是面心立方結構，8個CO2分子位于晶胞頂角，6個CO2分子位于晶胞的6個面心，與磷化硼晶胞結構不同，D錯誤。
14.碳化硅也叫金剛砂，硬度大，具有耐熱性、耐氧化和耐腐蝕性等性能，結構如圖，下列敘述不正確的是(　　)
A.碳化硅為共價晶體
B.碳化硅的熔點比金剛石低
C.1 mol碳化硅中含2 mol Si—C
D.碳和硅原子的雜化方式相同
C
解析　碳化硅也叫金剛砂，硬度大，具有耐熱性，碳化硅為共價晶體，A正確；碳化硅和金剛石都是共價晶體，Si原子半徑大于C原子，Si—C鍵的鍵長比C—C鍵的長，鍵能小，故碳化硅的熔點比金剛石低，B正確；碳化硅中，1個C和4個Si形成4個Si—C，故1 mol碳化硅中含4 mol Si—C，C錯誤；碳化硅中，碳和硅都形成了4個鍵，其中碳和硅原子都采取sp3雜化，D正確。
15.請按要求填空：
(1)C、N元素形成的新材料具有如圖所示的晶胞結構，該晶體的化學式為____________。
C3N4
(2)氮化碳和氮化硅晶體結構相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點高、化學性質穩定。
①氮化硅的硬度____________(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是____________________________________________________________________
_____________________________________________________。
②已知氮化硅的晶體結構中，原子間都以單鍵相連，且氮原子與氮原子不直接相連、硅原子與硅原子不直接相連，同時每個原子都滿足最外層8電子穩定結構，請寫出氮化硅的化學式：__________。
小于
硅原子半徑大于碳原子半徑，氮原子和碳原子形成的共價鍵鍵長比氮原子和硅原子形成的共價鍵鍵長短，故氮碳鍵的鍵能大，硬度大
Si3N4
解析 (2)②N的最外層電子數為5，要滿足8電子穩定結構，需要形成3個共價鍵，Si的最外層電子數為4，要滿足8電子穩定結構，需要形成4個共價鍵，所以氮化硅的化學式為Si3N4。
(3)第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結構與晶體硅相似。在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____________，GaN屬于____________晶體。
4
正四面體形
共價
解析 (3)GaN的晶體結構與晶體硅相似，則GaN屬于共價晶體，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。
解析 (3)GaN的晶體結構與晶體硅相似，則GaN屬于共價晶體，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。

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