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考点13　共价晶体（原子晶体）
【核心考点梳理】
考点一、共价晶体的概念及其性质
1．共价晶体的结构特点及物理性质
(1)概念
相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体，又称为原子晶体。
(2)构成微粒及微粒间作用
(3)物理性质
①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。
②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
2．常见共价晶体及物质类别
(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。
(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。
【典型例题】
例1．（2023·云南·马关县第一中学校高二阶段练习）下列有关原子晶体（共价晶体）的叙述错误的是
A．原子晶体中，只存在共价键
B．原子晶体具有空间网状结构
C．原子晶体中不存在独立的分子
D．原子晶体熔化时不破坏共价键
【答案】D
【详解】A．原子晶体中原子之间通过共价键相连，在原子晶体中只存在共价键，故A正确；
B．原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而形成的空间网状结构的晶体，故B正确；
C．原子晶体是由原子以共价键相结合而形成的，不存在独立的分子，故C正确；
D．原子晶体是原子间通过共价键结合而形成的，熔化时需要破坏共价键，故D错误；
故答案选D。
例2．（2023·全国·高二课时练习）下列事实能说明刚玉()是共价晶体的是
①是两性氧化物；②硬度很大；③它的熔点为2045℃；④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石。
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】B
【详解】Al2O3 是两性氧化物，属于物质的分类，与晶体类型无关，①错误；
硬度很大、熔点为2045℃(很高)，都是共价晶体的物理性质，②③正确；
红宝石、蓝宝石是刚玉在自然界中的存在形式，与晶体类型无关，④错误，正确的组合是②③；
故选B。
考点二、常见共价晶体结构分析
1．金刚石晶体
金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是六元环。
2.二氧化硅晶体
(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与 2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。
(2)低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。
【典型例题】
例1．（2022·吉林·梅河口市第五中学高二期末）下列关于和的描述不正确的是
A．为共价晶体，为分子晶体
B．两者中心原子采取的杂化方式不同
C．和都是非极性分子
D．晶体的熔点比晶体高
【答案】C
【详解】A．二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共价晶体，二氧化碳是由二氧化碳分子形成的分子晶体，故A正确；
B．二氧化硅晶体中每个硅原子周围有4个氧原子，则硅原子的杂化方式为sp3杂化，二氧化碳分子中碳原子的价层电子对数为2，孤对电子对数为0，碳原子的杂化方式为sp杂化，则两者中心原子采取的杂化方式不同，故B正确；
C．二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共价晶体，晶体中不存在分子，故C错误；
D．原子晶体的熔沸点高于分子晶体，二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共价晶体，二氧化碳是由二氧化碳分子形成的分子晶体，则二氧化硅晶体的熔点高于二氧化碳，故D正确；
故选C。
例2．（2023·宁夏·石嘴山市第三中学高二期中）二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法中，正确的是
A．硅原子的物质的量比氧原子的物质的量比硅氧键=1：2：4
B．CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同
C．晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp
D．晶体中最小环上的原子数为6
【答案】A
【详解】A．根据图知，该晶体中每个Si原子连接4个O原子、每个O原子连接2个Si原子，则Si、O原子个数之比为2∶4 =1∶2，每个Si原子含有4个硅氧键，则硅原子的物质的量比氧原子的物质的量比硅氧键=1∶2∶4，A正确；
B．CO2晶体是由分子构成的，SiO2晶体是由原子构成的，则前者为分子晶体、后者为共价晶体，晶体类型不同，B错误；
C．该晶体中每个Si原子形成4个共价键，每个O原子形成2个共价键且每个O原子还含有2个孤电子对，则Si、O原子的价层电子对数都是4，则Si、O原子都采用sp3杂化，C错误；
D．由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，所以最小环上的原子数为12，D错误；
故选A。
例3．（2023·河南·辉县市第一高级中学高二阶段练习）以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．18 g冰(图1)中含氢键数目为4NA
B．28 g晶体硅(图2)中含有Si－Si键数目为4NA
C．88 g干冰(图3)中含有0.5NA个晶胞结构单元
D．12 g石墨烯中含C－C键数目为3NA
【答案】C
【详解】A．由图可知，每个水分子与4个水分子形成4个氢键，每个水分子形成的氢键数目为4×=2个，则18 g冰中含氢键数目为×2×NA mol—1=2NA，故A错误；
B．由图可知，晶体硅中每个硅原子与4个硅原子形成4个硅硅键，每个硅原子形成的硅硅键数目为4×=2个，则28 g冰中含氢键数目为×2×NA mol—1=2NA，故B错误；
C．由晶胞结构可知，晶胞中含有二氧化碳的个数为8×+6×=4，则88 g干冰中含有的晶胞结构单元为××NA mol—1=0.5NA，故C正确；
D．由图可知，石墨烯中每个碳原子与3个碳原子形成碳碳键，每个碳原子形成的碳碳键数目为3×=1.5个，则12 g石墨烯中含碳碳键数目为×1.5×NA mol—1=1.5NA，故D错误；
故选C。
【必备知识基础练】
1．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1molSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1mol金刚石中含有4NA个C-C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
【答案】C
【解析】A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，A错误；
B．SiO2属于共价晶体，不存在SiO2分子，B错误；
C．金刚石的网状结构中，每个碳原子与周围的4个成键碳原子共同组成正四面体结构，每个碳原子都是SP3杂化，键角109°28′，由共价键形成的最小环上有6个碳原子，C正确；
D．金刚石中每个C原子与另外四个C原子形成4个C-C键，每个C-C键为两个C原子共享，因此属于每个C原子的成键数目是，1mol金刚石中含有个C原子，故含有个C-C键，D错误；
故选C。
2．（2023秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考期末）根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是
A．熔点2700℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3550℃，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】B
【解析】A.原子晶体的熔点高，但不能导电，因此熔点2700℃，导电性好，延展性强应该是金属晶体，故A错误；
B.无色晶体，熔点3500℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂，符合原子晶体的性质特点，故B正确；
C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点800℃，熔化时能导电，符合离子晶体的性质，属于离子晶体，故C错误；
D.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错误。
故选B。
【点睛】离子间通过离子键形成的晶体是离子晶体，分子间通过分子间作用力形成的晶体是分子晶体，原子间通过共价键形成的空间网状结构的晶体是原子晶体，由金属阳离子和自由电子构成的晶体是金属晶体。由于范德华力和氢键，作用力小，所以分子晶体的熔沸点比较低，硬度小。原子晶体的熔沸点高，不导电，一般不溶于其它溶剂，离子晶体的熔沸点也较高，水溶液或在熔融状态下可以导电，金属晶体的一般具有良好的导电和导热性，具有延展性。
3．（2022春·湖北武汉·高二校考期中）下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是
A．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
B．分子晶体中一定存在共价键
C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
D．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
【答案】A
【解析】A．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，A项正确；
B．分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体形成的晶体为分子晶体，稀有气体是单原子分子，原子间没有共价键，B项错误；
C．HF分子间存在氢键，HI分子间不存在氢键，故HI的沸点低于HF，C项错误；
D．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，D项错误；
答案选A。
4．（2022春·高二单元测试）碳有多种同分异构体，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】B
【解析】A．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．石墨烯晶体中，单层上的碳原子除形成单键外，还形成大键，不存在碳碳双键，B错误；
C．金刚石晶体中，每个碳原子形成4个键，采用杂化，C正确；
D．由金刚石晶体结构模型可知，最小的环为6元环，D正确；
答案选B。
5．（2022·高二课时练习）根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种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．氮化碳中碳元素显价，氮元素显价
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
【答案】D
【解析】A．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；
B．由于元素的非金属性，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价，氮元素显价，B正确；
C．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；
D．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；
故选D。
6．（2022·高二单元测试）下列说法错误的是
A．SiC和Si的结构相似，都属于共价晶体，熔点
B．B与Si的单质性质差异很大
C．和的价电子数相同
D．如图所示银的晶胞中含有4个银原子
【答案】B
【解析】A．碳化硅和硅都是共价晶体，共价晶体的熔点取决于共价键的强弱，碳硅键的键长小于硅硅键、键能大于硅硅键，则碳化硅的熔点高于硅，A正确；
B．由对角线规则可知，处于对角线上的硼与硅的单质性质相似，B错误；
C．和互为同位素，核外电子数和核外电子排布相同，则价电子数相同，C正确；
D．由晶胞结构可知，晶胞中银原子的个数为，D正确；
故选B。
7．（2022春·天津和平·高二耀华中学校考期末）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】D
【解析】A．在SiO2晶体中，最小的单元环是由6个硅原子和6个氧原子所组成的12元环，A不正确；
B．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．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．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。
8．（2022春·安徽亳州·高二亳州二中校考期末）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】B
【解析】A．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．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．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．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；
综上，本题选B。
【关键能力提升练】
9．（2022春·上海宝山·高二上海交大附中校考阶段练习）“天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅材料。碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性等性能，结构如图，下列叙述不正确的是
A．碳化硅中只含有极性键 B．碳化硅的熔点比金刚石低
C．碳化硅中含键 D．碳化硅为原子晶体
【答案】C
【解析】A．由图可知，碳化硅中只含有碳硅极性键，故A正确；
B．碳化硅和金刚石都是原子晶体，碳化硅中碳硅键的键能小于金刚石中碳碳键、键长大于金刚石中碳碳键，共价键弱于金刚石中碳碳键，所以碳化硅的熔点比金刚石低，故B正确；
C．由图可知，碳化硅中，1个碳原子与4故硅原子形成碳硅极性键，所以1mol碳化硅中含4mol碳硅键，故C错误；
D．由碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性可知，碳化硅为熔沸点高、硬度大的原子晶体，故D正确；
故选C。
10．（2022春·安徽滁州·高二校考期中）一种新型陶瓷的化学成分为BN晶体，该晶体具有高熔点、高硬度的特性，关于BN晶体的说法不正确的是（ ）
A．该晶体为原子晶体，具有金刚石的结构特征
B．该晶体中B的杂化类型是sp2杂化
C．该晶体中存在配位键
D．该晶体可作耐高温、耐磨材料
【答案】B
【解析】A．由题中信息可知，BN晶体具有高熔点、高硬度的特性，所以其为原子晶体，其结构应与金刚石相似，A正确；
B．结构与金刚石相似，则每个原子均采用sp3杂化，B错误；
C．由于B最外层只有3个电子，故其原子的最外层有空轨道，而N原子有孤电子对，故两者可形成配位键，C正确；
D．由题中信息可知，BN晶体具有高熔点、高硬度的特性，因此该晶体可作耐高温、耐磨材料；
答案选B。
11．（2022·高二单元测试）根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首届一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示.下列有关氮化碳的说法不正确的是
A．氮化碳属于共价晶体
B．氮化碳的分子式为C3N4
C．该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
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】B
【解析】A．由题给信息，氮化硅是超硬新材料，符合共价晶体的典型物理性质，故A正确；
B．因为氮化碳是原子晶体，不存在分子，故没有分子式，故B错误；
C．根据图中结构可知，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，属于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，也属于8电子稳定结构，故C正确；
D．根据图知，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；
故答案：B。
12.碳元素和硅元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为　　　　　　,微粒间存在的作用力是　　　　　　　　,SiC和晶体Si的熔点高低顺序是　　　　。
(2)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不能形成π键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成π键,而Si、O原子间不能形成π键:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。SiO2属于　　　　　晶体,CO2属于　　　　晶体,所以熔点CO2　　　　SiO2(填“<”“=”或“>”)。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是　　　　　　　　　　　　　　　(用“原子”或“分子”回答),熔化时克服的微粒间的作用力分别是　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)sp3　共价键　SiC>Si
(2)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,p轨道“肩并肩”重叠程度较小,故不能形成稳定的π键　共价　分子　<
(3)原子、原子、原子、分子　共价键、共价键、共价键、分子间作用力
【解析】(1)晶体硅中一个硅原子与周围4个硅原子相连形成正四面体结构,所以硅原子的杂化方式是sp3;因为Si—C的键长小于Si—Si的键长,所以熔点高低是碳化硅>晶体硅。
(2)SiO2为共价晶体,CO2为分子晶体,所以熔点高低是SiO2>CO2。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体,构成微粒为原子,熔化时破坏共价键;CO2为分子晶体,由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合。
13..回答下列问题：
（1）金刚砂（SiC）的硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于金刚石，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为_______________；在SiC中，与每个C原子距离相等且最近的C原子数目为_____________________；若晶胞的边长为，则金刚砂的密度表达式为_________________。
（2）硅的某种单质的晶胞结构如图乙所示。GaN晶体的结构与该硅晶体的结构相似，则GaN晶体中，每个Ga原子与_________________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为_____________________；若该硅晶体的密度为，阿伏加德罗常数的值为，则晶体中相距最近的两个硅原子之间的距离为______________cm（用代数式表示）。
【答案】（1）共价晶体；12；
（2）4；正四面体形；
【解析】（1）由题述信息可知，金刚砂（SiC）属于共价晶体；以晶胞顶点的C原子为例，距离该碳原子最近的碳原子位于晶胞的面心上，每个顶点C原子被8个晶胞共用，故与每个碳原子距离相等且最近的碳原子数目为；该晶胞中C原子个数为，Si原子个数为4，相当于每个晶胞中含有4个SiC，晶胞边长为，故。
（2）根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体形；在晶体Si的晶胞中含有的Si原子的数目是，则根据晶体的密度=可知，，晶胞的边长=，在晶胞中两个相距最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即。
【学科素养拔高练】
14．工业制玻璃时，主要反应的化学方程式为：
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
完成下列填空：
(1)钠原子核外电子排布式为___________。与电子排布式相比，轨道表示式增加了核外电子运动状态中___________的描述。
(2)上述反应中，反应物和生成物所形成晶体的晶体类型共有___________种，属于共价晶体的是___________。
(3)上述物质中的非金属元素原子半径由大到小的顺序为___________(用元素符号表示)。碳的非金属性弱于氧，从原子结构角度解释原因___________。
(4)向一定量的Na2CO3溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌。随着盐酸的加入，溶液中各种离子数目变化如图所示， b、c分别代表___________、___________(填离子符号)。
(5)室温下，同浓度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，对水电离程度的影响___________ (选填“前者大”或“后者大”)，作出判断并说明理由___________。
【答案】1s22s22p63s1或[Ar]3s1 电子云的伸展方向、电子的自旋 3 SiO2 Si、C、O 碳与氧原子电子层数相同，但碳的原子半径大于氧，对最外层电子吸引弱于氧，非金属性弱 CO HCO 前者大 Si的非金属性比C弱，所以H2SiO3酸性弱，Na2SiO3水解程度大
【详解】
(1)钠原子的核外电子数是11，其核外电子排布式为1s22s22p63s1[Ar]3s1；轨道表示式是表示原子核外电子排布的图式之一，又称电子排布图，用一个方框、圆圈或两条短线表示一个给定量子数的轨道，用箭头“↑”或“↓”来自旋状态不同电子，因此与电子排布式相比，轨道表示式增加了核外电子运动状态中电子云的伸展方向、电子的自旋的描述；
(2)上述反应中，碳酸钠和硅酸钠形成的是离子晶体，二氧化硅形成的是共价晶体，二氧化碳形成的是分子晶体，因此反应物和生成物所形成晶体的晶体类型共有3种，属于共价晶体的是SiO2；
(3)同周期自左向右原子半径逐渐减小，同主族从上到下原子半径逐渐增大，则上述物质中的非金属元素原子半径由大到小的顺序为Si＞C＞O。碳与氧原子电子层数相同，但碳的原子半径大于氧，对最外层电子吸引弱于氧，非金属性弱，所以碳的非金属性弱于氧；
(4)向一定量的Na2CO3溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌，发生的反应依次为Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl、NaHCO3+HCl＝NaCl+H2O+CO2↑。随着盐酸的加入，溶液中各种离子数目变化如图所示，因此a表示钠离子的，b代表碳酸根离子的，c代表碳酸氢根离子的，d代表氯离子的；
(5)由于Si的非金属性比C弱，所以H2SiO3酸性弱，Na2SiO3水解程度大，因此室温下，同浓度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，对水电离程度的影响前者大。考点13　共价晶体（原子晶体）
【核心考点梳理】
考点一、共价晶体的概念及其性质
1．共价晶体的结构特点及物理性质
(1)概念
相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体，又称为原子晶体。
(2)构成微粒及微粒间作用
(3)物理性质
①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。
②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
2．常见共价晶体及物质类别
(1)某些单质：如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。
(2)某些非金属化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
(3)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。
【典型例题】
例1．（2023·云南·马关县第一中学校高二阶段练习）下列有关原子晶体（共价晶体）的叙述错误的是
A．原子晶体中，只存在共价键
B．原子晶体具有空间网状结构
C．原子晶体中不存在独立的分子
D．原子晶体熔化时不破坏共价键
例2．（2023·全国·高二课时练习）下列事实能说明刚玉()是共价晶体的是
①是两性氧化物；②硬度很大；③它的熔点为2045℃；④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石。
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
考点二、常见共价晶体结构分析
1．金刚石晶体
金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是六元环。
2.二氧化硅晶体
(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与 2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。
(2)低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。
【典型例题】
例1．（2022·吉林·梅河口市第五中学高二期末）下列关于和的描述不正确的是
A．为共价晶体，为分子晶体
B．两者中心原子采取的杂化方式不同
C．和都是非极性分子
D．晶体的熔点比晶体高
例2．（2023·宁夏·石嘴山市第三中学高二期中）二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法中，正确的是
A．硅原子的物质的量比氧原子的物质的量比硅氧键=1：2：4
B．CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同
C．晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp
D．晶体中最小环上的原子数为6
例3．（2023·河南·辉县市第一高级中学高二阶段练习）以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．18 g冰(图1)中含氢键数目为4NA
B．28 g晶体硅(图2)中含有Si－Si键数目为4NA
C．88 g干冰(图3)中含有0.5NA个晶胞结构单元
D．12 g石墨烯中含C－C键数目为3NA
【必备知识基础练】
1．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1molSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1mol金刚石中含有4NA个C-C键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
2．（2023秋·河北唐山·高二开滦第一中学校考期末）根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是
A．熔点2700℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3550℃，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
3．（2022春·湖北武汉·高二校考期中）下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是
A．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
B．分子晶体中一定存在共价键
C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
D．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
4．（2022春·高二单元测试）碳有多种同分异构体，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
5．（2022·高二课时练习）根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种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．氮化碳中碳元素显价，氮元素显价
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
6．（2022·高二单元测试）下列说法错误的是
A．SiC和Si的结构相似，都属于共价晶体，熔点
B．B与Si的单质性质差异很大
C．和的价电子数相同
D．如图所示银的晶胞中含有4个银原子
7．（2022春·天津和平·高二耀华中学校考期末）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
8．（2022春·安徽亳州·高二亳州二中校考期末）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
【关键能力提升练】
9．（2022春·上海宝山·高二上海交大附中校考阶段练习）“天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅材料。碳化硅也叫金刚砂，硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性等性能，结构如图，下列叙述不正确的是
A．碳化硅中只含有极性键 B．碳化硅的熔点比金刚石低
C．碳化硅中含键 D．碳化硅为原子晶体
10．（2022春·安徽滁州·高二校考期中）一种新型陶瓷的化学成分为BN晶体，该晶体具有高熔点、高硬度的特性，关于BN晶体的说法不正确的是（ ）
A．该晶体为原子晶体，具有金刚石的结构特征
B．该晶体中B的杂化类型是sp2杂化
C．该晶体中存在配位键
D．该晶体可作耐高温、耐磨材料
11．（2022·高二单元测试）根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首届一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示.下列有关氮化碳的说法不正确的是
A．氮化碳属于共价晶体
B．氮化碳的分子式为C3N4
C．该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
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
12.碳元素和硅元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为　　　　　　,微粒间存在的作用力是　　　　　　　　,SiC和晶体Si的熔点高低顺序是　　　　。
(2)C、Si为同一主族的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键,SiO2中Si与O原子间不能形成π键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成π键,而Si、O原子间不能形成π键:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。SiO2属于　　　　　晶体,CO2属于　　　　晶体,所以熔点CO2　　　　SiO2(填“<”“=”或“>”)。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是　　　　　　　　　　　　　　　(用“原子”或“分子”回答),熔化时克服的微粒间的作用力分别是　　　　　　　　　　　　。
13.回答下列问题：
（1）金刚砂（SiC）的硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于金刚石，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为_______________；在SiC中，与每个C原子距离相等且最近的C原子数目为_____________________；若晶胞的边长为，则金刚砂的密度表达式为_________________。
（2）硅的某种单质的晶胞结构如图乙所示。GaN晶体的结构与该硅晶体的结构相似，则GaN晶体中，每个Ga原子与_________________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为_____________________；若该硅晶体的密度为，阿伏加德罗常数的值为，则晶体中相距最近的两个硅原子之间的距离为______________cm（用代数式表示）。
【学科素养拔高练】
14．工业制玻璃时，主要反应的化学方程式为：
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
完成下列填空：
(1)钠原子核外电子排布式为___________。与电子排布式相比，轨道表示式增加了核外电子运动状态中___________的描述。
(2)上述反应中，反应物和生成物所形成晶体的晶体类型共有___________种，属于共价晶体的是___________。
(3)上述物质中的非金属元素原子半径由大到小的顺序为___________(用元素符号表示)。碳的非金属性弱于氧，从原子结构角度解释原因___________。
(4)向一定量的Na2CO3溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌。随着盐酸的加入，溶液中各种离子数目变化如图所示， b、c分别代表___________、___________(填离子符号)。
(5)室温下，同浓度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，对水电离程度的影响___________ (选填“前者大”或“后者大”)，作出判断并说明理由___________。

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