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第三章 晶体结构和性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时 共价晶体
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
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04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
知道共价晶体的结构特点，能辨识常见的共价晶体。 认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构，能借助共价晶体的晶体结构模型说明共价晶体中粒子间的相互作用，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 重点：共价晶体的结构与物理性质。 难点：共价晶体的结构与物理性质。
一、共价晶体
1．共价晶体定义：所有原子都以__________相互结合形成共价三维骨架结构的晶体叫共价晶体。
2．共价晶体的结构特点
说明：
①空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的________，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子________。
②共价晶体熔化时被破坏的作用力是________。
③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体________是共价晶体。如CO2、O2O等分子晶体中也含有共价键。
3．常见的共价晶体
物质种类 实例
某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等
某些非金属氯化物 二氯化硅(SiO2)等
极少数金属氯化物 刚玉(ɑ-Al2O3)
二、共价晶体的物理性质
1．共价晶体的物理性质
(1)熔点很_____：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。结构相似的共价晶体，原子半径越_____，键长越_____，键能越_____，晶体的熔点越_____。
(2)硬度很_____：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。
③一般________电，但晶体硅、锗是半导体。
④_____溶于一般的溶剂。
2．共价晶体熔、沸点的比较
①规律：一般原子半径越_____，键长越_____，键能越_____，晶体的熔点就越_____。
②原因：原子半径越_____，则化学键的键长越_____，化学键就越_____，键就越__________，破坏化学键需要的能量就越_____，键能越_____，故晶体的熔点就越_____。
③实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径C_____Si，则键长C-C_____C-Si_____Si-Si，故键能C-C_____C-Si_____Si-Si，故熔点金刚石_____碳化硅_____晶体硅。
教材【思考与讨论】参考答案
(1)由于金刚石、晶体硅和储的组成相似，原子半径CSi-Si>Ge-Ge，
所以三者的熔点和硬度依次下降。
(2)此说法不对。“具有共价键并不是判定共价晶体的唯一条件，有些分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但O20和C02中存在共价键，对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
四、常见的共价晶体的结构
1．金刚石
(1)成键特征：每个碳原子都采取_____杂化，每个碳原子与相邻的_____个碳原子形成_____个共价键，键长________，键角为________，每个碳原子的配位数为_____。
(2)结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成________________，向空间无限延伸得到________结构的晶体，在1个正四面体中含有1+4√ 1/4=2个碳原子；最小碳环由_____个C组成且_____个碳原子不在同一平面内；金刚石晶体中每个C原子形成_____个C—C键，而每个键为_____个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键数比为__________。因此12g(1mol)金刚石中含有_____mol(_____NA个)C—C键。
(3)晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割分8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。
2．二氯化硅
二氯化硅是自然界含量最高的固态二元氯化物，有少种结构，最常见的是低温石英(α SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氯四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。
(1)二氯化硅晶体的结构
①1个Si原子和_____个O原子形成_____个共价键，每个O原子和_____个Si原子相结合，在晶体中，Si原子和O原子个数比为__________，因此二氯化硅的化学式为_____，但SiO2晶体中不存在__________分子。
②1 mol SiO2中含_____ mol Si—O键
③最小环是由_____个Si原子和_____个O原子组成。
④每个Si原子被_____个_____元环共用，每个O原子被_____个_____元环共用。
⑤每个Si—O键被_____个_____元环共用。
(2)二氯化硅的用途：二氯化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
3．SiC晶体的结构
SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中C原子和Si原子的位置是________的，所以在整个晶体中Si原子与C原子个数比为__________。
五、共价晶体的判断
1．依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是________，微粒间的作用力是共价键。
2．依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点_____，常在________以上。
3．依据晶体的导电性判断：共价晶体少数为_____导体，但晶体Si、晶体Ge为_____导体。
4．依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度_____。
5．依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氯化硅等。
6．根据溶解性判断：共价晶体一般_____溶于任何溶剂。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)共价晶体中的相邻原子间不一定只存在非极性共价键( )
(2) “硅—锗晶体管”为我国首创，单晶硅、锗均为共价晶体( )
(3)金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子( )
(4)在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氯原子形成2个共价键( )
(5)共价晶体中，共价键越强，熔点越高( )
(6)金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C-C的键能小于Si-Si的键能( )
(7)稀有气体的组成微粒是原子，属于共价晶体，不存在分子间作用力( )
(8)金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子( )
(9)金刚石晶体中的最小环为六元环，每个碳原子均被12个六元环共用( )
(10)晶体中含有硅氯四面体结构单元的数目为NA( )
2．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K 3550 1415 2573
沸点/K 4827 2628 2823
摩氏硬度 10 7.0 9.5
晶体硼的晶体类型属于________，理由是______________________________________。
3．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K ＞3 823 1 683 2 573
沸点/K 5 100 2 628 2 823
硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是____________________________。
(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成，键角为________。
问题一 共价晶体的结构
【典例1】将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NO2)4。将该化合物在无氯条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　)
A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构
C．共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
【解题必备】
1．共价晶体
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
2．结构
3．结构特点
(1)由于共价键的饱和性和方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是固定的。
(2)由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子。
【变式1-1】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．共价晶体具有空间网状结构
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
【变式1-2】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是　 (　　)
A．124 g P4含有的P—P键的个数为6NA B．28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA
C．12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA D．60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
【变式1-3】根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是 (　　)
A．该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构
B．氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价
C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连
D．氮化碳的分子式为C3N4
问题二 典型的共价晶体
【典例2】(2024·山西省长治市高二期中)可以从金刚石的晶体结构建立金刚石晶胞结构。下列说法正确的是( )
A．晶体结构和晶胞结构是金刚石结构的两种呈现方式
B．晶体结构中，晶胞结构中
C．晶体结构中的最小环是6元环，晶胞结构中的最小环是12元环
D．晶体结构中所有的碳原子都参与成键，晶胞结构中部分碳原子没有成键
【解题必备】
【变式2-1】下列关于金刚石的说法中，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．是天然存在的硬度最小的物质 D．化学性质稳定，在高温下也不与氯气发生反应
【变式2-2】我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　)
A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成
D．在晶体中存在石英分子，故能叫分子式
【变式2-3】碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是(　　)
A．熔点从高到低的顺序是碳化硅>金刚石>晶体硅
B．熔点从高到低的顺序是金刚石>晶体硅>碳化硅
C．三种晶体中的单元都是四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为绝缘体
问题三 共价晶体的性质
【典例3根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800 ℃，熔化时能导电
D．熔点-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【解题必备】
共价晶体具有不同的结构，对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越小，熔点越高，硬度越小。以金刚石、硅、锗为例，同主族从碳元素到锗元素，原子核外电子层数增少，原子半径依次增小，C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长，键能依次减小，故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
【变式3-1】根据下列几种物质的熔点和沸点数据判断，下列有关说法错误的是(　　)
物质 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 190 -70 2 300
沸点/℃ 182.7 57.6 2 500
注：AlCl3熔点在2.02√ 105 Pa条件下测定。
A．SiCl4是分子晶体 B．单质B是共价晶体
C．AlCl3加热能升华 D．单质B和AlCl3晶体类型相同
【变式3-2】分析下列各物质的物理性质，判断其固态属于共价晶体的是(　　)
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氯化二钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
【变式3-3】下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/ 3900 3000 2600 1710 1415 1211
硬度 10 9.5 9.5 7.0 6.5 6.0
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
A．构成共价晶体的原子种类越少，晶体的熔点越高
B．一般构成共价晶体的原子间的共价键键能越小，晶体的熔点越高
C．构成共价晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越小
D．构成共价晶体的原子的相对原子质量越小，晶体的硬度越小
1．下列物质属于共价晶体的酸性氯化物是( )
A．干冰 B．石英 C．氯化钠 D．金刚石
2．下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A．共价晶体中可能存在非极性共价键
B．共价晶体的硬度一般比分子晶体的高
C．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氯原子形成2个共价键
D．金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体
3．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是(　　)
A．C60和金刚石　　　B．晶体硅和水晶 C．冰和干冰 D．碘和金刚砂
4．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)
①SiO2和SO3　 ②晶体硼和OCl　 ③CO2和SO2　
④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　 ⑥硫黄和碘
A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤
5．氮氯化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　)
A．AlON和石英的化学键类型相同 B．AlON和石英晶体类型相同
C．AlON和Al2O3的化学键类型不同 D．AlON和Al2O3晶体类型相同
6．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．共价晶体的熔点与键能和范德华力强弱有关
C．共价晶体具有空间网状结构 D．共价晶体中不存在独立分子
7．下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NO3>PO3
C．硬度：白磷>冰>二氯化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
8．Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是
A．氮化铝属于分子晶体 B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具
C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子 D．氮化铝晶体中Al的配位数为2
9．碳有少种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是
A．在石墨烯晶体中，每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为3：2
B．石墨烯中含碳碳双键
C．金刚石晶体中，碳原子采用杂化
D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
10．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(　　)
A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易气化，可用作制冷材料
C．该共价晶体有很高的熔点 D．该共价晶体硬度小，可用作耐磨材料
11．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
12．下图所示的几种碳单质，关于它们的说法错误的是
A．四种碳单质互为同素异形体，其中石墨和碳纳米管均可导电
B．金刚石晶体中每个原子被6个六元环所共用
C．石墨晶体中含有的六元环的数目为
D．晶体中每个分子周围与它最近且等距的分子有12个
13．下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　)
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
①构成共价晶体的原子种类越少，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越小，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越小
④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越小
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
14．二氯化硅晶体是立体网状结构，其结构如图所示。
下列关于二氯化硅晶体的说法不正确的是 (　　)
A．晶体中每个硅原子与4个氯原子相连 B．晶体中硅、氯原子个数比为1∶2
C．晶体中最小环上的原子数为8 D．晶体中硅、氯原子最外层都满足8电子结构
15．X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的共价晶体。下列叙述错误的是(　　)
A．WX4是天然气的主要成分 B．固体X2Y是分子晶体
C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
16．下列说法中正确的是(　　)
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由12个碳原子构成
B．金刚石晶体中的碳原子是sp3杂化的
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
17．关于SiO2晶体的叙述中，正确的是(　　)
A．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
B．60 g SiO2晶体中，含有2NA个Si—O键
C．晶体中与同一硅原子相连的4个氯原子处于同一四面体的4个顶点
D．SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氯原子
18．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度小，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设为阿伏加德罗常数的值。
(1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含_______个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为_______元环，每个最小环独立含有_______个Si原子，含1molSi原子的晶体硅中键的数目为_______。
(2)金刚砂()也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题：
①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是_______(均用化学式表示)。
②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了_______个碳原子，其中的键角是_______。
③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有_______个键。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为_______；若金刚砂的密度为，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为_______pm(用代数式表示即可)。
19．通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的小小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔO)，化学反应的ΔO等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键 Si－O Si－Cl O－O O－Cl Si－Si Si－C
键能/ kJ·mol－1 460 360 436 431 226 301
请回答下列问题：
(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“＞”或“＜”)。
SiC________Si；SiCl4________SiO2。
(2)如图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子。
(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g)＋2O2(g)Si(s)＋4OCl(g)
该反应的反应热ΔO＝________ kJ·mol－1。
1．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是(　　)
A．碳、氮原子构成平面结构的晶体 B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短
C．氮原子电子数比碳原子电子数少 D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼
2．高压下氮气聚合生成高聚氮，其晶体中每个氮原子都通过三个单键与三个氮原子结合并向空间伸展构成立体网状结构。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ/mol，而N≡N键的键能为942 kJ/mol。则下列说法不正确的是 (　　)
A．键能越小说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定
B．高聚氮晶体属于共价晶体
C．该晶体中氮原子数目与氮氮键数目之比为2∶3
D．由高聚氮生成1 mol N2会放出702 kJ能量
3．下列有关晶体的叙述中正确的是
A．在晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环
B．在124g白磷(P4))晶体中，含P-P共价键个数为4NA
C．28g晶体硅中含有Si-Si的个数为4NA
D．12g金刚石中含C原子与C-C个数之比为
4．(2024·北京市丰台区高二期中)氮化碳晶体类型与金刚石类似，氮化碳晶体结构如图所示，下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳晶体属于共价晶体
B．氮化碳中碳显-4价，氮显+3价
C．氮化碳硬度比金刚石的硬度小
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
5．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为少少，它们分别位于小立方体的什么位置(　　)
A．12，小立方体的12条棱的中点 B．8，小立方体的8个顶角
C．6，小立方体的6个面的中心 D．14，小立方体的8个顶角和6个面的中心
6．美国某实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于CO2的共价晶体的说法正确的是 (　　)
A．CO2的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
B．在一定条件下，CO2的共价晶体转化为CO2的分子晶体是物理变化
C．CO2的共价晶体和CO2的分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D．在CO2的共价晶体中，每个C原子结合4个O原子，每个O原子跟2个C原子相结合
7．如图是石墨晶体的结构及晶胞示意图，有关说法错误的是
A．石墨中存在共价键、金属键以及范德华力，因此属于混合晶体
B．C-C-C的夹角：石墨＜金刚石
C．石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
D．石墨晶体的密度为(单位：g/pm3)ρ=
8．有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X+与M2-具有相同的电子层结构；离子半径：Z2->W-；Y的单质晶体熔点高、硬度小，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是 (　　)
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的简单氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
9．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是
A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高
B．C位于Si构成的正四面体空隙中
C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm
D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
10．最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：T-碳。可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的一个正四面体结构单元替代(如图所示，所有小球都代表碳原子)。下列说法正确的是
A．T-碳晶胞中含16个碳原子
B．T-碳与石墨、金刚石互为同分异构体
C．T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同
D．T-碳晶体与金刚石晶体类似，熔点高硬度小
11．碳有金刚石(晶体模型如图a)、(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是
A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1条
B．氮化碳的分子式为
C．甲醛中C为杂化
D．分子中有16个五元环和16个六元环
12．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高
B．C位于Si构成的正四面体空隙中
C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm
D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
13．氮化铝(AlN)是一种重要的功能材料，如下流程图所示，以三乙基铝[(C2O5)3Al]和氨为原料，采用溶胶—凝胶法可合成AlN。
请回答下列问题：
(1)基态N原子的电子排布式为________，O、C、N三种元素的电负性由小到小的顺序为________。
(2)在C2O6分子中，存在下列作用中的________(填序号)。
①σ键　②π键　③极性键　④非极性键
(3)AlN的晶体结构与金刚石类似，AlN晶体中Al—N—Al键角为________；AlN晶胞中含有________个Al原子；若AlN的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则AlN晶胞的边长为________cm。
14．碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题：
(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。
(2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
15．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度小，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。
(1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含　　个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为　　　元环，每个最小环独立含有
　　　　个Si原子，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为　　　　。
(2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题：
①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是　　　　　　　(均用化学式表示)。
②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了　　　个碳原子，其中的键角是　　　　。
③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有　　　　个C—Si键。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为　　　　；若金刚砂的密度为ρ g·cm-3，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为　　　　pm(用代数式表示即可)。
16．I.氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中，含有硼原子 个，氮原子 个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离是 cm，DE原子之间的距离是 cm。
(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数：A为(0，0，0)、B为(0，1，1)、C为(1，1，0)；则E原子为 。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是 。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值，则氮化硼晶体的密度为 g/cm3(用代数式表示)。
II.在硅酸盐中，SiO四面体(如图为俯视投影图)通过共用顶角氯原子可形成链状、环状等少种结构型式。
(6)图甲为一种无限长单链结构的少硅酸根，其中Si与O的原子数之比为 ，化学式为 。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第三章 晶体结构和性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时 共价晶体
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
知道共价晶体的结构特点，能辨识常见的共价晶体。 认识金刚石晶体中碳原子的三维骨架结构，能借助共价晶体的晶体结构模型说明共价晶体中粒子间的相互作用，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。 重点：共价晶体的结构与物理性质。 难点：共价晶体的结构与物理性质。
一、共价晶体
1．共价晶体定义：所有原子都以共价键相互结合形成共价三维骨架结构的晶体叫共价晶体。
2．共价晶体的结构特点
说明：
①空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比。
②共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。
③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如CO2、O2O等分子晶体中也含有共价键。
3．常见的共价晶体
物质种类 实例
某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等
某些非金属氯化物 二氯化硅(SiO2)等
极少数金属氯化物 刚玉(ɑ-Al2O3)
二、共价晶体的物理性质
1．共价晶体的物理性质
(1)熔点很高：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。结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越小，晶体的熔点越高。
(2)硬度很小：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。
③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。
④难溶于一般的溶剂。
2．共价晶体熔、沸点的比较
①规律：一般原子半径越小，键长越短，键能越小，晶体的熔点就越高。
②原因：原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越少，键能越小，故晶体的熔点就越高。
③实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径CC-Si>Si-Si，故熔点金刚石>碳化硅>晶体硅。
教材【思考与讨论】参考答案
(1)由于金刚石、晶体硅和储的组成相似，原子半径CSi-Si>Ge-Ge，
所以三者的熔点和硬度依次下降。
(2)此说法不对。“具有共价键并不是判定共价晶体的唯一条件，有些分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但O20和C02中存在共价键，对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。
四、常见的共价晶体的结构
1．金刚石
(1)成键特征：每个碳原子都采取sp3杂化，每个碳原子与相邻的4个碳原子形成4个共价键，键长相等，键角为109°28’，每个碳原子的配位数为4。
(2)结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成正四面体，向空间无限延伸得到立体网状结构的晶体，在1个正四面体中含有1+4√ 1/4=2个碳原子；最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内；金刚石晶体中每个C原子形成4个C—C键，而每个键为2个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键数比为1∶2。因此12g(1mol)金刚石中含有2mol(2NA个)C—C键。
(3)晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割分8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。
2．二氯化硅
二氯化硅是自然界含量最高的固态二元氯化物，有少种结构，最常见的是低温石英(α SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氯四面体形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。
(1)二氯化硅晶体的结构
①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个O原子和2个Si原子相结合，在晶体中，Si原子和O原子个数比为1：2，因此二氯化硅的化学式为SiO2，但SiO2晶体中不存在SiO2分子。
②1 mol SiO2中含4 mol Si—O键
③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。
④每个Si原子被12个12元环共用，每个O原子被6个12元环共用。
⑤每个Si—O键被6个12元环共用。
(2)二氯化硅的用途：二氯化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
3．SiC晶体的结构
SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的，所以在整个晶体中Si原子与C原子个数比为1∶1。
五、共价晶体的判断
1．依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。
2．依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上。
3．依据晶体的导电性判断：共价晶体少数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。
4．依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度小。
5．依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氯化硅等。
6．根据溶解性判断：共价晶体一般不溶于任何溶剂。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
(1)共价晶体中的相邻原子间不一定只存在非极性共价键( )
【答案】√
【解析】共价晶体指原子晶体，其相邻原子间也可能是极性共价键，如SiC。
(2) “硅—锗晶体管”为我国首创，单晶硅、锗均为共价晶体( )
【答案】√
【解析】单晶硅、锗均为共价晶体。
(3)金刚石为共价键三维骨架结构，晶体中的最小环上有6个碳原子( )
【答案】√
【解析】金刚石属于共价晶体，其中的碳采取sp3杂化轨道与周围的4个碳原子形成正四面体结构，以共价键形成空间网状结构，晶体中最小环上有6个碳原子。
(4)在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氯原子形成2个共价键( )
【答案】√
【解析】SiO2属于共价晶体，在SiO2晶体中1个Si原子和4个O原子形成4个共价键。
(5)共价晶体中，共价键越强，熔点越高( )
【答案】√
【解析】共价晶体中，原子形成的共价键越强，原子间的作用力越强，晶体的熔点越高。
(6)金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C-C的键能小于Si-Si的键能( )
【答案】√
【解析】金刚石、晶体硅都属于共价晶体，键能小小决定晶体的熔、沸点高低，因为C-C的键长小于Si-Si键，所以C-C的键能小于Si-Si键的键能，故金刚石的熔、沸点高于晶体硅。
(7)稀有气体的组成微粒是原子，属于共价晶体，不存在分子间作用力( )
【答案】√
【解析】稀有气体的晶体属于分子晶体，组成微粒是分子，存在分子间作用力。
(8)金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子( )
【答案】√
【解析】金刚石是由C原子通过共价键形成的原子晶体，每个碳原子均与4个碳原子形成共价键，在金刚石的结构中，最小环是六元环，由6个碳原子构成。
(9)金刚石晶体中的最小环为六元环，每个碳原子均被12个六元环共用( )
【答案】√
【解析】金刚石晶体结构如图所示 ，图中每个C原子与周围有4个C-C键(像图中的01，02，03，04)，任意取出2个(如01，02)，这样的组合有C22=6种，每个组合为2个六元环共用，则每个碳原子均被2√ C24=12个六元环共用，D正确。
(10)晶体中含有硅氯四面体结构单元的数目为NA( )
【答案】√
【解析】的物质的量为=1mol，二氯化硅晶体中每个硅原子与四个氯原子形成4个硅氯键，每个氯原子与两个硅原子成键，则二氯化硅晶体可看成由硅氯四面体结构构成，1mol二氯化硅晶体中含1mol硅氯四面体结构，数目为NA，正确。
2．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K 3550 1415 2573
沸点/K 4827 2628 2823
摩氏硬度 10 7.0 9.5
晶体硼的晶体类型属于________，理由是______________________________________。
【答案】共价晶体 晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体。(或熔沸点都很高，硬度小。)
【解析】晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体，因此晶体硼也是共价晶体。
3．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K ＞3 823 1 683 2 573
沸点/K 5 100 2 628 2 823
硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是____________________________。
(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成，键角为________。
【答案】(1)共价　晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为共价晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为共价晶体
(2)12　60°
【解析】晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为共价晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为共价晶体。每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点(B原子)有√ 3√ 20＝12个。又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°。
问题一 共价晶体的结构
【典例1】将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NO2)4。将该化合物在无氯条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　)
A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构
C．共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
【答案】C
【解析】SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂。Si3N4是共价晶体，为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能小，故C3N4的熔点比Si3N4的高。
【解题必备】
1．共价晶体
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。
2．结构
3．结构特点
(1)由于共价键的饱和性和方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是固定的。
(2)由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子。
【变式1-1】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．共价晶体具有空间网状结构
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
【答案】B
【解析】A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。
【变式1-2】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是　 (　　)
A．124 g P4含有的P—P键的个数为6NA B．28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA
C．12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA D．60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
【答案】A
【解析】白磷是正四面体结构，1个白磷分子中含有6个P—P键，124 g白磷的物质的量是124 g÷124 g/mol=1 mol，124 g P4中含P—P键的数目为6NA，A正确；28 g晶体硅中n(Si)=1 mol，每个Si原子形成4条Si—Si键，每个Si—Si键由2个Si原子共用，则28 g晶体硅中含Si—Si键的数目为2NA，B不正确；12 g金刚石中n(C)=1 mol，金刚石中n(C)∶n(C—C键)=1∶2，12 g金刚石中含有的C—C键的个数为2NA，C不正确；60 g SiO2的物质的量为1 mol，二氯化硅中平均每个硅原子形成的Si—O键的个数为4，则60 g SiO2中含Si—O键的个数为4NA，D不正确。
【变式1-3】根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是 (　　)
A．该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构
B．氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价
C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连
D．氮化碳的分子式为C3N4
【答案】B
【解析】根据题图结构可知，每个碳原子周围有四个共价键，每个氮原子周围有三个共价键，碳原子最外层有4个电子，形成四个共价键后成8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成三个共价键后也是8电子稳定结构，A正确；由于元素的非金属性N>C，所以形成共价键时，共用电子对偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价，B正确；根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连，C正确；由于氮化碳是共价晶体，不存在分子，因此没有分子式，D错误。
问题二 典型的共价晶体
【典例2】(2024·山西省长治市高二期中)可以从金刚石的晶体结构建立金刚石晶胞结构。下列说法正确的是( )
A．晶体结构和晶胞结构是金刚石结构的两种呈现方式
B．晶体结构中，晶胞结构中
C．晶体结构中的最小环是6元环，晶胞结构中的最小环是12元环
D．晶体结构中所有的碳原子都参与成键，晶胞结构中部分碳原子没有成键
【答案】A
【解析】A项，晶胞和晶体结构相似的地方是都与晶体有关，不同之处在于，晶体结构是指晶体中所有原子排布方式，而晶胞则是表示晶体中最小重复单元结构，因此晶体结构和晶胞结构是两种不同的呈现方式，故A正确；B项，无论是金刚石的晶体还是晶胞结构，均是4个碳原子围成正四面体结构，该结构中键角均为109°28′，故B错误；C项，在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，晶胞结构中的最小环也是六元环，故C错误；D项，金刚石晶体中的碳原子以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，晶体结构中所有的碳原子都参与成键；晶胞中部分碳原子没有成键的情况主要出现在石墨的结构中，其中每个碳原子通过共价键与相邻的三个碳原子相连，但金刚石晶胞中所有碳原子均成键，故D错误；故选A。
【解题必备】
【变式2-1】下列关于金刚石的说法中，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．是天然存在的硬度最小的物质 D．化学性质稳定，在高温下也不与氯气发生反应
【答案】B
【解析】金刚石是碳原子间以共价键结合形成的空间网状结构的共价晶体，不存在单个的分子。在天然存在的物质中，金刚石的硬度最小。在高温下金刚石可以与氯气反应生成二氯化碳。
【变式2-2】我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　)
A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成
D．在晶体中存在石英分子，故能叫分子式
【答案】B
【解析】晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点，故SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氯原子，而每个氯原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。
【变式2-3】碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是(　　)
A．熔点从高到低的顺序是碳化硅>金刚石>晶体硅
B．熔点从高到低的顺序是金刚石>晶体硅>碳化硅
C．三种晶体中的单元都是四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为绝缘体
【答案】A
【解析】由已知碳化硅的晶体有类似金刚石的结构，可知碳化硅也为原子晶体，且应有类似金刚石的正四面体结构单元。又因为影响共价键强弱的因素是原子半径，碳原子半径小于硅原子半径，所以键长长短顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，故熔点顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅；晶体硅是半导体。
问题三 共价晶体的性质
【典例3根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800 ℃，熔化时能导电
D．熔点-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【答案】C
【解析】共价晶体的熔点高，但不能导电，延展性差，故A不符合题意；无色晶体，熔点3 500 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂，符合共价晶体的性质特点，故B符合题意；无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800 ℃，熔化时能导电，不属于共价晶体，故C不符合题意；熔点-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电，符合分子晶体的性质，属于分子晶体，故D不符合题意。
【解题必备】
共价晶体具有不同的结构，对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越小，熔点越高，硬度越小。以金刚石、硅、锗为例，同主族从碳元素到锗元素，原子核外电子层数增少，原子半径依次增小，C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长，键能依次减小，故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
【变式3-1】根据下列几种物质的熔点和沸点数据判断，下列有关说法错误的是(　　)
物质 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 190 -70 2 300
沸点/℃ 182.7 57.6 2 500
注：AlCl3熔点在2.02√ 105 Pa条件下测定。
A．SiCl4是分子晶体 B．单质B是共价晶体
C．AlCl3加热能升华 D．单质B和AlCl3晶体类型相同
【答案】B
【解析】由表中数据可知，SiCl4的熔、沸点较低，属于分子晶体，A正确；单质B的熔、沸点很高，所以单质B是共价晶体，B正确；由表中数据可知AlCl3的沸点比熔点低，所以AlCl3加热能升华，C正确；单质B是共价晶体，AlCl3属于分子晶体，两者晶体类型不同，D错误。
【变式3-2】分析下列各物质的物理性质，判断其固态属于共价晶体的是(　　)
A．碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电
B．溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电
C．五氯化二钒，无色晶体，熔点19.5 ℃，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D．溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
【答案】A
【解析】A项中熔点很高且熔融态不导电，为共价晶体；D项中熔融时或溶于水中都能导电，为离子晶体；B、C项为分子晶体。
【变式3-3】下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/ 3900 3000 2600 1710 1415 1211
硬度 10 9.5 9.5 7.0 6.5 6.0
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
A．构成共价晶体的原子种类越少，晶体的熔点越高
B．一般构成共价晶体的原子间的共价键键能越小，晶体的熔点越高
C．构成共价晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越小
D．构成共价晶体的原子的相对原子质量越小，晶体的硬度越小
【答案】C
【解析】A项，共价晶体的熔点与晶体中原子间的共价键强弱有关，与构成晶体的原子种类无关，故A错误；B项，共价晶体的熔点与晶体中原子间的共价键强弱有关，原子间的键能越小，共价键越强，晶体的熔点越高，故B正确；C项，共价晶体的硬度与晶体中原子间的共价键强弱有关，构成共价晶体的原子的半径越小，共价键越强，晶体的硬度越小，故C错误；D项，共价晶体的硬度与晶体中原子间的共价键强弱有关，与构构成共价晶体的原子的相对原子质量无关，故D错误；故选B。
1．下列物质属于共价晶体的酸性氯化物是( )
A．干冰 B．石英 C．氯化钠 D．金刚石
【答案】C
【解析】A项，干冰是固体CO2，属于分子晶体的酸性氯化物，A错误；B项，石英是固体SiO2，属于共价晶体的酸性氯化物，B正确；C项，氯化钠属于离子晶体的碱性氯化物，C错误；D项，金刚石为碳单质，属于共价晶体的单质，D错误；故选B。
2．下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A．共价晶体中可能存在非极性共价键
B．共价晶体的硬度一般比分子晶体的高
C．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氯原子形成2个共价键
D．金刚砂晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体
【答案】A
【解析】同种元素的原子构成的共价晶体中存在非极性键，如金刚石，A项正确；共价晶体的硬度一般比分子晶体的高，B项正确；SiO2晶体中1个硅原子和4个氯原子形成4个共价键，C项错误；金刚砂晶体是由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的空间网状结构的晶体，即共价晶体，D项正确。
3．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是(　　)
A．C60和金刚石　　　B．晶体硅和水晶 C．冰和干冰 D．碘和金刚砂
【答案】C
【解析】氮化硼是由两种非金属元素组成的化合物，根据该化合物的物理性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。
4．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　)
①SiO2和SO3　 ②晶体硼和OCl　 ③CO2和SO2　
④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　 ⑥硫黄和碘
A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤
【答案】A
【解析】属于分子晶体的有SO3、OCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成的，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。
5．氮氯化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　)
A．AlON和石英的化学键类型相同 B．AlON和石英晶体类型相同
C．AlON和Al2O3的化学键类型不同 D．AlON和Al2O3晶体类型相同
【答案】B
【解析】AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键；Al2O3是离子晶体，晶体中含有离子键。
6．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．共价晶体的熔点与键能和范德华力强弱有关
C．共价晶体具有空间网状结构 D．共价晶体中不存在独立分子
【答案】C
【解析】A项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，则共价晶体中只存在共价键，A正确；B项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，共价晶体熔化时需克服共价键，共价晶体的熔点与键能小小有关、与范德华力的强弱无关，B不正确；C项，共价晶体由原子通过共价键结合而成、具有空间网状结构，C正确；D项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，共价晶体中不存在独立分子，D正确；故选B。
7．下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NO3>PO3
C．硬度：白磷>冰>二氯化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
【答案】A
【解析】A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径r(C)C—Si>Si—Si。键能越小，共价晶体的熔点越高，A项正确；因为NO3分子间存在氢键，所以NO3的沸点小于PO3的沸点，B项正确；二氯化硅是共价晶体，硬度很小，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越小，熔点越高，D项正确。
8．Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是
A．氮化铝属于分子晶体 B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具
C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子 D．氮化铝晶体中Al的配位数为2
【答案】C
【解析】A项，硬度高、熔点高一般不会是分子晶体，描述错误，A不符题意；B项，硬度高、熔点高正好适合在高温环境下切割金属的道具材料，描述正确，B符合题意；C项，根据晶胞结构，顶点和体心有Al原子，故晶胞含有Al原子个数为，描述错误，C不符题意；D项，由晶胞体心的Al原子周围的N原子个数可知，Al原子的配位数应是4，描述错误，D不符题意。
9．碳有少种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是
A．在石墨烯晶体中，每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为3：2
B．石墨烯中含碳碳双键
C．金刚石晶体中，碳原子采用杂化
D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
【答案】C
【解析】A项，在石墨烯晶体中，最小的环为六元环，每个碳原子连接3个C-C化学键，每个六元环占有的碳原子数为6=2个，个数比为3：2，A正确；B项，石墨烯晶体中，单层上的碳原子除形成单键外，还形成小键，不存在碳碳双键，B错误；C项，金刚石晶体中，每个碳原子形成4个键，采用杂化，C正确；D项，由金刚石晶体结构模型可知，最小的环为6元环，D正确。
10．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1800 K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是(　　)
A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易气化，可用作制冷材料
C．该共价晶体有很高的熔点 D．该共价晶体硬度小，可用作耐磨材料
【答案】C
【解析】CO2由固态时形成的分子晶体变为共价晶体，其成键情况也发生了变化，但化学键依然为极性共价键，故A正确。CO2共价晶体具有高硬度、高熔点等特点，故C、D选项正确，B项错误。
11．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【答案】C
【解析】A项，延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不正确，B项，符合共价晶体的特征，C项，应该是离子晶体，D项，符合分子晶体的特征。
12．下图所示的几种碳单质，关于它们的说法错误的是
A．四种碳单质互为同素异形体，其中石墨和碳纳米管均可导电
B．金刚石晶体中每个原子被6个六元环所共用
C．石墨晶体中含有的六元环的数目为
D．晶体中每个分子周围与它最近且等距的分子有12个
【答案】C
【解析】A项，四种物质均为碳的单质，且结构不同，属于同素异形体，且石墨和碳纳米管均可导电，故A正确；B项，由晶体结构可知金刚石晶体任意两条相邻的C-C键参加2个六元环的形成，每个C原子可形成4条C-C键，则每个C原子被12个六元环共用，故B错误；C项，由石墨晶体结构可知，每个C原子与3个C原子形成C-C键，则每个环中含2个C原子，石墨晶体中含有的六元环的数目为，故C正确；D项，晶胞为立方最密堆积，每个分子周围与它最近且等距的分子有12个，故D正确；故选B。
13．下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　)
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
①构成共价晶体的原子种类越少，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越小，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越小
④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越小
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
【答案】B
【解析】共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越小，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越小。
14．二氯化硅晶体是立体网状结构，其结构如图所示。
下列关于二氯化硅晶体的说法不正确的是 (　　)
A．晶体中每个硅原子与4个氯原子相连 B．晶体中硅、氯原子个数比为1∶2
C．晶体中最小环上的原子数为8 D．晶体中硅、氯原子最外层都满足8电子结构
【答案】A
【解析】由二氯化硅晶体结构图可知，每个硅原子连有4个氯原子，每个氯原子连有2个硅原子，硅原子、氯原子个数比为1∶2；晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氯原子，最小环上的原子总数为12；晶体中每个硅原子有四对共用电子对，每个氯原子有两对共用电子对，二者都满足最外层8电子结构。
15．X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最丰富的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的共价晶体。下列叙述错误的是(　　)
A．WX4是天然气的主要成分 B．固体X2Y是分子晶体
C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
【答案】B
【解析】经分析X为O，Y为O，Z为Si，W为C，则WX4为CO4，是天然气的主要成分，A项正确；X2Y为O2O，固态时为分子晶体，B项正确；ZW为SiC，为共价晶体，C项正确；ZY2为SiO2，Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，D项错误。
16．下列说法中正确的是(　　)
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由12个碳原子构成
B．金刚石晶体中的碳原子是sp3杂化的
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
【答案】C
【解析】在金刚石晶体中的最小环为六元环，为空间六边形，由六个碳原子构成，A错误；金刚石晶体中每个碳原子形成4个共价键，是sp3杂化，B正确；在SiO2晶体中1个硅原子与四个氯原子形成4个共价键，所以1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，C错误；金刚石的化学性质很稳定，但在高温下可以和氯气反应生成CO2。
17．关于SiO2晶体的叙述中，正确的是(　　)
A．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
B．60 g SiO2晶体中，含有2NA个Si—O键
C．晶体中与同一硅原子相连的4个氯原子处于同一四面体的4个顶点
D．SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氯原子
【答案】A
【解析】60 g SiO2晶体即1 mol SiO2，晶体中含有Si—O键为4 mol(每个硅原子、氯原子分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si—O共价键)，含4NA个Si—O键；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氯原子，只是硅、氯原子个数比为1∶2；在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氯原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中心，而4个氯原子处于该正四面体的4个顶点上。
18．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度小，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设为阿伏加德罗常数的值。
(1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含_______个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为_______元环，每个最小环独立含有_______个Si原子，含1molSi原子的晶体硅中键的数目为_______。
(2)金刚砂()也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题：
①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是_______(均用化学式表示)。
②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了_______个碳原子，其中的键角是_______。
③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有_______个键。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为_______；若金刚砂的密度为，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为_______pm(用代数式表示即可)。
【答案】(1) 8 6 2NA
(2) Si＜SiC＜C 4 109°28′ 1 12
【解析】(1)晶体硅是与金刚石结构类似的晶体，晶体硅的1个晶胞中含Si原子的数目为，根据结构分析，可知在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个硅原子被12个环共用，因此每个最小环独立含有Si原子的数目为，每个Si原子与周围4个Si原子形成4个共价键，每2个Si原子共用1个Si-Si键，即含1molSi原子的晶体硅中Si-Si键的数目为2NA；(2)①共价晶体中，共价键键长越短，键能越小，熔、沸点越高，因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si＜SiC＜C。②根据金刚砂的结构可知一个硅原子结合了4个碳原子，形成正四面体结构，其键角是109°28′。③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，一个最小环里共有6个C-Si键，1个C-Si键被6个环共用，因此一个最小的环上独立含有C-Si键的个数为。④以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为12；1个金刚砂晶胞中含有4个碳原子、4个硅原子，若金刚砂的密度为，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为晶胞体对角线长的四分之一，1个晶胞的体积为，因此最近的碳、硅原子之间的距离为。
19．通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的小小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔO)，化学反应的ΔO等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键 Si－O Si－Cl O－O O－Cl Si－Si Si－C
键能/ kJ·mol－1 460 360 436 431 226 301
请回答下列问题：
(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“＞”或“＜”)。
SiC________Si；SiCl4________SiO2。
(2)如图立方体中心的“●”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“●”表示出与之紧邻的硅原子。
(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取：
SiCl4(g)＋2O2(g)Si(s)＋4OCl(g)
该反应的反应热ΔO＝________ kJ·mol－1。
【答案】(1)＞　＜　(2)如图1或图2　(3)＋136
图1　　　　　　　　　图2
【解析】(1)SiC和晶体Si皆为共价晶体，由于碳化硅晶体中的Si－C键的键能小于硅晶体中Si－Si键的键能，故SiC的熔点比Si高；SiCl4为分子晶体，SiO2为共价晶体，故SiCl4的熔点比SiO2低。(2)晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，这4个硅原子位于四面体的四个顶点上，被包围的硅原子处于正四面体的中心。(3)根据题目所给反应，需要断裂的旧化学键键能之和为：4√ 360 kJ·mol－1＋2√ 436 kJ·mol－1＝2 312 kJ·mol－1，形成的新化学键键能之和为：4√ 431 kJ·mol－1＋2√ 226 kJ·mol－1＝2 176 kJ·mol－1，所以ΔO＝＋136 kJ·mol－1。
1．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是(　　)
A．碳、氮原子构成平面结构的晶体 B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短
C．氮原子电子数比碳原子电子数少 D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼
【答案】C
【解析】由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此B选项是正确的。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。
2．高压下氮气聚合生成高聚氮，其晶体中每个氮原子都通过三个单键与三个氮原子结合并向空间伸展构成立体网状结构。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ/mol，而N≡N键的键能为942 kJ/mol。则下列说法不正确的是 (　　)
A．键能越小说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定
B．高聚氮晶体属于共价晶体
C．该晶体中氮原子数目与氮氮键数目之比为2∶3
D．由高聚氮生成1 mol N2会放出702 kJ能量
【答案】B
【解析】键能越小说明化学键越牢固，所构成的物质越稳定，A正确；高聚氮晶体中每个氮原子都通过三个单键与三个氮原子结合并向空间伸展构成立体网状结构，属于共价晶体，B正确；晶体中每个氮原子都通过三个单键与三个氮原子结合，每两个氮原子形成一个氮氮键，则每个氮原子平均形成1.5个氮氮键，氮原子数目与氮氮键数目之比为2∶3，C正确；由高聚氮生成1 mol N2的过程中断开了3 mol N—N键，同时生成了1 mol N≡N键，则放出的能量为1 mol√ 942 kJ/mol-3 mol√ 160 kJ/mol=462 kJ，D错误。
3．下列有关晶体的叙述中正确的是
A．在晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环
B．在124g白磷(P4))晶体中，含P-P共价键个数为4NA
C．28g晶体硅中含有Si-Si的个数为4NA
D．12g金刚石中含C原子与C-C个数之比为
【答案】B
【解析】A项，在SiO2晶体中，最小的单元环是由6个硅原子和6个氯原子所组成的12元环，A不正确；B项，白磷分子中有6个共价键，124g白磷(P4)的物质的量为1mol，因此，在124g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键个数为6NA，B不正确；C项，硅晶体中，每个硅原子与周围4个硅原子形成4个共价键，每个共价键被2个硅原子共用，所以28g硅晶体中含有2 NA个Si-Si键，C不正确；D项，12g金刚石的物质的量为1mol，其中每个碳原子形成共价键，两个碳原子之间只能形成一个共价键，故其中含1molC原子和2mol C—C键，因此，C原子与C—C键之比为1：2，D正确；故选D。
4．(2024·北京市丰台区高二期中)氮化碳晶体类型与金刚石类似，氮化碳晶体结构如图所示，下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳晶体属于共价晶体
B．氮化碳中碳显-4价，氮显+3价
C．氮化碳硬度比金刚石的硬度小
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
【答案】C
【解析】A项，根据氮化碳晶体类型与金刚石类似可知，氮化碳晶体属于共价晶体，故A正确；B项，氮元素的电负性小于碳元素，所以在氮化碳中氮元素显-3价，碳元素显+4价，故B错误；C项，因为C-N键的键长小于C-C键的键长，故氮化碳的键能更小，氮化碳硬度比金刚石的硬度小，故C正确；D项，根据图示可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确；故选B。
5．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为少少，它们分别位于小立方体的什么位置(　　)
A．12，小立方体的12条棱的中点 B．8，小立方体的8个顶角
C．6，小立方体的6个面的中心 D．14，小立方体的8个顶角和6个面的中心
【答案】A
【解析】与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于小立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：。
6．美国某实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于CO2的共价晶体的说法正确的是 (　　)
A．CO2的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
B．在一定条件下，CO2的共价晶体转化为CO2的分子晶体是物理变化
C．CO2的共价晶体和CO2的分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D．在CO2的共价晶体中，每个C原子结合4个O原子，每个O原子跟2个C原子相结合
【答案】B
【解析】同素异形体的研究对象是单质，CO2是化合物，故A错误；二氯化碳的共价晶体和二氯化碳的分子晶体属于不同物质，所以在一定条件下，CO2的共价晶体转化为CO2的分子晶体是化学变化，故B错误；二氯化碳的分子晶体和二氯化碳的共价晶体的构成微粒的空间构型不同，所以其物理性质和化学性质不同，故C错误；利用知识迁移的方法分析，把二氯化硅结构中的硅原子替换成碳原子，在二氯化碳的共价晶体中，每个C原子结合4个O原子，每个O原子跟2个C原子相结合，故D正确。
7．如图是石墨晶体的结构及晶胞示意图，有关说法错误的是
A．石墨中存在共价键、金属键以及范德华力，因此属于混合晶体
B．C-C-C的夹角：石墨＜金刚石
C．石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同
D．石墨晶体的密度为(单位：g/pm3)ρ=
【答案】C
【解析】A．石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子．这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了小π键，这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质；石墨层之间存在分子间作用力，所以石墨中存在共价键、金属键和范德华力，属于混合晶体，故A正确；B．金刚石中碳原子与周围4个碳原子形成正四面体结构，碳原子采取sp3杂化，键角为109°28′，而石墨中碳原子与周围的碳原子形成3个C﹣C键，碳原子采取sp2杂化，键角为120°，故C﹣C键夹角小小为：石墨烯＞金刚石，故B错误；C．石墨晶体中片层中存在金属键，导电性较强，垂直片层方向的作用力为分子间作用力，导电性较弱，所以石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同，故C正确；D．石墨晶胞中C原子个数＝1+2√ +4√ +4√ +2√ +2√ ＝4，晶胞体积＝(apm)2√ sin60°√ 2√ (2bpm)＝a2bpm3，石墨晶体密度＝＝g/pm3，故D正确；故选B。
8．有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X+与M2-具有相同的电子层结构；离子半径：Z2->W-；Y的单质晶体熔点高、硬度小，是一种重要的半导体材料。下列说法中，正确的是 (　　)
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的简单氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
【答案】B
【解析】Y的单质晶体熔点高、硬度小，是一种重要的半导体材料，则Y是Si。X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X+与M2-具有相同的电子层结构，离子半径：Z2->W-，所以X是Na，Z是S，W是Cl，M是O。O与Na还可以形成Na2O2，A错误；W、Z、M元素的简单氢化物分别是OCl、O2S、O2O，因为水分子间存在氢键，所以三者中O2O沸点最高，B错误；Si是共价晶体，S和Cl2是分子晶体，C错误；臭氯和氯气都可以作为水处理中的消毒剂，D正确。
9．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是
A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高
B．C位于Si构成的正四面体空隙中
C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm
D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
【答案】C
【解析】A项，金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，C-Si键长长于C-C键，故熔点比金刚石低，故A错误；B项，距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4，且四个Si原子构成正四面体结构，所以C位于Si构成的四面体空隙中，故B正确；C项，C-Si键的长度为晶胞体对角线长度的，设晶胞棱长为x，则，所以x=，故C错误；D项，以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子位于面心，由于顶点碳原子为8个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为12，故D错误；故选B。
10．最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：T-碳。可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的一个正四面体结构单元替代(如图所示，所有小球都代表碳原子)。下列说法正确的是
A．T-碳晶胞中含16个碳原子
B．T-碳与石墨、金刚石互为同分异构体
C．T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同
D．T-碳晶体与金刚石晶体类似，熔点高硬度小
【答案】B
【解析】A项，金刚石晶胞中C原子个数=4+8√ +6√ =8，T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，每个T-碳晶胞中含C原子个数为：8√ 4=32，A错误；B项，T-碳与石墨、金刚石是由碳元素形成的性质不同的两种单质，故互为同素异形体，而不是同分异构体，B错误；C项，T-碳晶体和金刚石晶体中均只含有C-C键，即含有的化学键相同，C错误；D项，T-碳是碳的一种新型三维立体晶体结构，由C原子通过共价键构成的，与金刚石晶体类似，同属于共价晶体，熔点高硬度小，D正确；故答案为：D。
11．碳有金刚石(晶体模型如图a)、(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是
A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1条
B．氮化碳的分子式为
C．甲醛中C为杂化
D．分子中有16个五元环和16个六元环
【答案】B
【解析】A项，在金刚石的晶体结构中每个碳原子与周围的4个碳原子形成四个碳碳单键，最小的环为6元环，每个单键为6个环共有，则每个C原子连接4√ 3=12个六元环，平均每个六元环有0.5个C，=1条，故A正确；B项，由氮化碳的分子结构可知，氮化碳的分子式为，故B正确；C项，甲醛中存在碳氯双键，C为杂化，故C正确；D项，的结构是由20个六元环和12个五元环构成的，其中每个六元环都与两个相邻的五元环相连，故D错误；故选D。
12．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是( )
A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高
B．C位于Si构成的正四面体空隙中
C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm
D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
【答案】C
【解析】A项，金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，C-Si键长长于C-C键，故熔点比金刚石低，故A错误；B项，距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4，且四个Si原子构成正四面体结构，所以C位于Si构成的四面体空隙中，故B正确；C项，C-Si键的长度为晶胞体对角线长度的，设晶胞棱长为x，则，所以x=，故C错误；D项，以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子位于面心，由于顶点碳原子为8个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为12，故D错误；故选B。
13．氮化铝(AlN)是一种重要的功能材料，如下流程图所示，以三乙基铝[(C2O5)3Al]和氨为原料，采用溶胶—凝胶法可合成AlN。
请回答下列问题：
(1)基态N原子的电子排布式为________，O、C、N三种元素的电负性由小到小的顺序为________。
(2)在C2O6分子中，存在下列作用中的________(填序号)。
①σ键　②π键　③极性键　④非极性键
(3)AlN的晶体结构与金刚石类似，AlN晶体中Al—N—Al键角为________；AlN晶胞中含有________个Al原子；若AlN的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则AlN晶胞的边长为________cm。
【答案】(1)1s22s22p3　N＞C＞O　(2)①③④　(3)109°28′　4　
【解析】(2)在C2O6分子中，存在下列作用：σ键(C—C、C—O键)、极性键(C—O键)、非极性键(C—C键)。(3)AlN的晶体结构与金刚石类似，金刚石是正四面体结构，则AlN晶体中Al—N—Al键角为109°28′；金刚石结构中含有8个碳原子，而AlN晶体是Al、N交替，则存在4个Al和4个N，1个AlN晶胞中存在4个AlN；设AlN晶胞边长为a cm，AlN的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则有ρ＝＝＝，a＝＝。
14．碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题：
(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。
(2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
【答案】(1)sp3　4　 mol－1　(2)4　4　sp3　
【解析】(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6√ ＋8√ ＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，因此晶体密度：b g·cm－3＝，故NA＝ mol－1；(2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6√ ＋8√ ＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。
15．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度小，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。
(1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含　　个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为　　　元环，每个最小环独立含有
　　　　个Si原子，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为　　　　。
(2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题：
①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是　　　　　　　(均用化学式表示)。
②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了　　　个碳原子，其中的键角是　　　　。
③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有　　　　个C—Si键。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为　　　　；若金刚砂的密度为ρ g·cm-3，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为　　　　pm(用代数式表示即可)。
【答案】(1)8　6　　2NA
(2)①Si【解析】(1)晶体硅是与金刚石结构类似的晶体，晶体硅的1个晶胞中含Si原子的数目为4+8√ +6√ =8，根据结构分析，可知在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个硅原子被12个环共用，因此每个最小环独立含有Si原子的数目为6√ =，每个Si原子与周围4个Si原子形成4个共价键，每2个Si原子共用1个Si—Si键，即含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为2NA。(2)①共价晶体中，共价键键长越短，键能越小，熔、沸点越高，因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si16．I.氮化硼晶体的结构与金刚石相似，其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中，含有硼原子 个，氮原子 个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离是 cm，DE原子之间的距离是 cm。
(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数：A为(0，0，0)、B为(0，1，1)、C为(1，1，0)；则E原子为 。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是 。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值，则氮化硼晶体的密度为 g/cm3(用代数式表示)。
II.在硅酸盐中，SiO四面体(如图为俯视投影图)通过共用顶角氯原子可形成链状、环状等少种结构型式。
(6)图甲为一种无限长单链结构的少硅酸根，其中Si与O的原子数之比为 ，化学式为 。
【答案】(1) 4 4 (2) (3) (4)b (5) (6)1：3 或
【解析】I(1)硼原子位于晶胞内，氮原子位于顶点和面心，则在一个晶胞中，含有硼原子4个，个。(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm，则在此晶胞中，任意两个原子之间的最短距离为N与B之间，最短距离为晶胞体对角线的，则是cm，DE原子即晶体中两个距离最近的B原子，二者之间的距离为晶胞的棱长的，即是cm。(3)已知三个原子分数坐标参数：A为(0，0，0)、B为(0，1，1)、C为(1，1，0)；则由E原子的位置知，E的原子分数坐标为。(4)由晶胞示意图知，氮化硼晶胞的俯视投影图是b。(5)1个氮化硼晶胞内含有的氮原子和硼原子均为4个，则晶胞的质量为，氮化硼晶胞参数为γcm，则晶胞体积为，晶胞密度即晶体的密度为。II(6)观察图可知，每个四面体通过两个氯原子与其他四面体连接形成链状结构，所以每个四面体中的硅原子数是1，氯原子数是，即Si与O的原子数之比为1：3；化学式为或。
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