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第2课时　共价晶体
［核心素养发展目标］　能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。
1.概念
相邻原子间以　　　　结合而形成的具有　　　　　　　　　　结构的晶体。
2.构成微粒及微粒间作用
3.常见共价晶体及物质类别
物质类别 实例
某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些非金 属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等
4.常见共价晶体的结构
(1)金刚石晶体的结构分析
晶体结构 晶胞
①碳原子采取　　　　　杂化，键角为　　　　　； ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成　　　　　　结构，向空间伸展形成空间立体网状结构； ③最小碳环由　　个碳原子组成，每个碳原子被　　个六元环共用 晶胞的每个　　和　　　　均有1个C原子，晶胞内部有　　个C原子，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有　　个C原子
(2)二氧化硅晶体的结构分析
晶体结构 晶胞
①Si原子采取　　　杂化，正四面体内O—Si—O键角为　　　　； ②每个Si原子与　　个O原子形成　　个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被　　个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为　　　； ③最小环上有　　个原子，包括　　个O原子和　　个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为　　　 SiO2晶胞中有　　个Si原子位于立方晶胞的顶点，有　　个Si原子位于立方晶胞的面心，还有　　个Si原子与　　个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有　　　个Si原子和　　　　个O原子
5.共价晶体的物理性质
下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度：
晶体 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)347 大于3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 830 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7
思考下列问题：
(1)共价晶体的熔点和硬度有较大差异，其原因是什么？
(2)根据上表，可归纳共价晶体的特点：熔点　　　，硬度　　　　。另外，共价晶体一般不导电(晶体硅是半导体)，不溶于一般溶剂。
1.正误判断
(1)含有共价键的晶体不一定是共价晶体(　　)
(2)二氧化硅晶体的化学式为SiO2，也可以表示其分子式(　　)
(3)硬度很大、熔点很高的晶体可能是共价晶体(　　)
(4)共价晶体都不导电(　　)
(5)1 mol金刚石晶体中含有4 mol C—C键(　　)
2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　)
A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
3.氮化铝属于类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是(　　)
A.AlN是共价晶体
B.Al的配位数为4
C.AlN属于离子化合物
D.与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有12个
4.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ >3 500 1 412 2 573
沸点/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 7 9.5
(1)晶体硼属于　　　　晶体，理由是　　　　 　　　　。
(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是　　(填字母)。
A.金刚石的熔点高与C—C的键能无关
B.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2
C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由　　　　个硼原子构成的，其中B—B的键角为　　　　，该结构单元共含有　　　　个B—B。
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型 sp3 sp3 sp3
键角 109°28' 109°28' 109°28'
晶胞中微粒数目 8个C(Si) C：4个 Si：4个 Si：8个 O：16个
1 mol物质 中化学键数目 2NA个C—C键(Si—Si键) 4NA个C—Si键 4NA个Si—O键
答案精析
1.共价键　空间立体网状
2.原子　共价键
4.(1)sp3　109°28'　正四面体　6　12　顶点　面心　4
8　(2)sp3　109°28'　4　4　2　1∶2　12　6　6　4NA　8　6　4　16　8　16
5.(1)共价晶体中各原子以共价键结合，原子半径越小，键能越大，晶体的稳定性越强，晶体的熔点就越高，硬度也越大。
(2)高　大
应用体验
1.(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2.A　［晶体硅中每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，1个硅原子分得的共价键数为4×=2，A正确；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。］
3.C　［氮化铝属于类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项正确、C项错误；每个黑球周围有4个白球，每个白球周围有4个黑球，故Al、N的配位数都为4，B项正确；以顶角的铝原子为研究对象，与之距离最近的铝原子位于面心上，每个顶角上的铝原子为8个晶胞共用，每个面上的铝原子为2个晶胞共用，故与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有=12个，D项正确。］
4.(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大
(2)B　(3)12　60°　30
解析　(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼属于共价晶体。(2)选项A，金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高与C—C键能有关；选项B，金刚石中每个C形成4个C—C，每个C—C连2个C，故碳原子个数与C—C数之比为1∶2；选项C，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却，会导致钻头熔化。(3)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××3=12，而每个B—B被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B的个数为20××3=30。(共64张PPT)
共价晶体
第3章　第2节
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第2课时
核心素养
发展目标
能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。
1.概念
相邻原子间以 结合而形成的具有 结构的晶体。
2.构成微粒及微粒间作用
原子
共价键
共价键
空间立体网状
3.常见共价晶体及物质类别
物质类别 实例
某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些非金属化合物 碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
某些氧化物 二氧化硅(SiO2)等
4.常见共价晶体的结构
(1)金刚石晶体的结构分析
晶体结构 晶胞

晶体结构 晶胞
①碳原子采取 杂化，键角为 ； ②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成 结构，向空间伸展形成空间立体网状结构； ③最小碳环由 个碳原子组成，每个碳原子被 个六元环共用 晶胞的每个 和 均有1个C原子，晶胞内部有 个C原子，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有 个C原子
sp3
109°28'
正四面体
6
12
顶点
面心
4
8
(2)二氧化硅晶体的结构分析
晶体结构 晶胞

晶体结构 晶胞
①Si原子采取 杂化，正四面体内O—Si—O键角为 ； ②每个Si原子与 个O原子形成 个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被 个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为 ； ③最小环上有 个原子，包括 个O原子和 个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为____ SiO2晶胞中有 个Si原子位于立方晶胞的顶点，有
个Si原子位于立方晶胞的面心，还有 个Si原子与 个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有 个Si原子和 个O原子
sp3
109°28'
4
4
2
1∶2
12
6
6
4NA
8
6
4
16
8
16
5.共价晶体的物理性质
下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度：
晶体 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)347 大于3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 830 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7
思考下列问题：
(1)共价晶体的熔点和硬度有较大差异，其原因是什么？
答案　共价晶体中各原子以共价键结合，原子半径越小，键能越大，晶体的稳定性越强，晶体的熔点就越高，硬度也越大。
(2)根据上表，可归纳共价晶体的特点：熔点　　，硬度　　。另外，共价晶体一般不导电(晶体硅是半导体)，不溶于一般溶剂。
高
大
晶体 键能/(kJ·mol-1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)347 大于3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 830 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 412 7
1.正误判断
(1)含有共价键的晶体不一定是共价晶体
(2)二氧化硅晶体的化学式为SiO2，也可以表示其分子式
(3)硬度很大、熔点很高的晶体可能是共价晶体
(4)共价晶体都不导电
(5)1 mol金刚石晶体中含有4 mol C—C键
√
×
√
×
×
2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B.124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D.SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
√
晶体硅中每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，1个硅原子分得
的共价键数为4×=2，A正确；
白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B错误；
SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。
3.氮化铝属于类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是
A.AlN是共价晶体
B.Al的配位数为4
C.AlN属于离子化合物
D.与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有12个
√
氮化铝属于类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，
A项正确、C项错误；
每个黑球周围有4个白球，每个白球周围有4个黑球，
故Al、N的配位数都为4，B项正确；
以顶角的铝原子为研究对象，与之距离最近的铝原子位于面心上，每个顶角上的铝原子为8个晶胞共用，每个面上的铝原子为2个晶胞共用，
故与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有=12个，D项正确。
4.单质硼有无定形和晶体两种，
参考右表数据回答问题：
(1)晶体硼属于　 　晶体，理
由是______________________
_____。
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ >3 500 1 412 2 573
沸点/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 7 9.5
共价
晶体硼的熔、沸点高，硬
度大
从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼属于共价晶体。
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ >3 500 1 412 2 573
沸点/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 7 9.5
(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是　(填字母)。
A.金刚石的熔点高与C—C的键能无关
B.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2
C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
B
选项A，金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的键能
大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高与C—C
键能有关；
选项B，金刚石中每个C形成4个C—C，每个C—C连2个
C，故碳原子个数与C—C数之比为1∶2；
选项C，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却，会导致钻头熔化。
(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十
面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的
面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。
通过观察图形及推算，得出此结构单元是由　个硼
原子构成的，其中B—B的键角为　　，该结构单元共含有　个B—B。
12
60°
30
从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形
所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个
正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数
为20××3=12，而每个B—B被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B的个数为20××3=30。
归纳总结
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞
中心原子杂化类型 sp3 sp3 sp3
键角 109°28' 109°28' 109°28'
归纳总结
金刚石(晶体硅) 碳化硅 二氧化硅
晶胞中微粒数目 8个C(Si) C：4个 Si：4个 Si：8个
O：16个
1 mol物质中化学键数目 2NA个C—C键(Si—Si键) 4NA个C—Si键 4NA个Si—O键
课时对点练
题组一　共价晶体及其性质
1.下列关于共价晶体的说法错误的是
A.共价晶体熔点高低取决于共价键的强弱
B.共价晶体中所有原子之间以共价键结合成空间网状结构
C.共价晶体中存在独立的“分子”
D.共价晶体中必有共价键，不存在分子间作用力
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2.(2024·昆明检测)下列说法错误的是
A.凡是共价晶体都含有共价键
B.凡是共价晶体都有正四面体结构
C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构
D.凡是共价晶体都具有很高的熔点
√
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共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，所以共价晶体中都含有共价键，故A正确；
共价晶体具有空间立体网状结构，并不都是正四面体结构，故B错误；共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，具有三维骨架结构，故C正确；
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，故D正确。
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3.下列事实能说明刚玉(Al2O3)是共价晶体的是
①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
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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2 045 ℃(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。
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题组二　共价晶体的结构
4.二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是
A.n(Si)∶n(O)∶n(Si—O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
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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n(Si)∶
n(O)∶n(Si—O键)=1∶2∶4，A正确；
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；
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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对孤电子对，则
Si、O原子的价电子对数都是4，则Si、O原子都采
用sp3杂化，C错误；
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。
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5.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是
A.磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体
B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键
D.磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
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由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶角和面心，数目
为×8+6×=4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼
的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所
以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；
磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；
由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项正确；
磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。
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6.最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T 碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代(如图所示，所有小球代表碳原子)。下列说法不正确的是
A.T 碳与金刚石互为同位素
B.T 碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同
C.T 碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同
D.T 碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键
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T 碳是由C元素组成的单质，与金刚石互
为同素异形体，A选项错误；
T 碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均
是共价键，B选项正确；
T 碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，C选项正确；
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正四面体结构单元替代，属于共价晶体，两者熔化时均需破坏共价键，D选项正确。
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7.根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β 氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为一种超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示(实际结构为空间网状结构)。下列有关氮化碳的说法不正确的是
A.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
B.氮化碳中碳显+4价，氮显-3价
C.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
D.氮化碳的分子式为C3N4
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碳原子最外层有4个电子，形成4个共价键后满足8电
子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成3个共
价键后也满足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
用电子偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮显-3价，B正确；
氮化碳是共价晶体，不存在分子，D错误。
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8.据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是
A.该晶体不可用作制冷剂
B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料
C.该晶体具有很高的熔点
D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键
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由题述信息可知，制得的CO2晶体为共价晶体，具有很高的熔点，不易升华，不可用作制冷剂，故A、C项正确；
共价晶体硬度大，可用作耐磨材料，故B项正确；
CO2共价晶体的结构类似于SiO2的结构，碳原子和氧原子间应为单键，每个碳原子形成4个C—O键，故D项错误。
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9.下列排序不正确的是
A.晶体的熔点：SiO2>CaCl2>H2O>CO2
B.硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅
C.熔点：Na>Mg>Al
D.熔点：NaF>NaCl>NaBr>NaI
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一般情况下，共价晶体的熔点高于离子晶体的熔点，所以SiO2>CaCl2，常温下H2O为液体，CO2为气体，则晶体熔点由高到低顺序为SiO2>
CaCl2>H2O>CO2，故A正确；
共价晶体中，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：C—C碳化硅>晶体硅，故B正确；
金属晶体中金属离子的电荷数越多、半径越小，金属键越强，其熔点越高，则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na，故C错误；
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F、Cl、Br、I的离子半径逐渐增大，则晶格能由大到小的顺序为NaF>
NaCl>NaBr>NaI，熔点由高到低的顺序是NaF>NaCl>NaBr>NaI，故D正确。
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10.氮化硼是一种新合成的结构材料，它具有硬度大、耐磨、耐高温的性质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间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
√
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由题意知氮化硼具有硬度大、耐磨、耐高温的性质，故推测其为共价晶体，熔化时克服的微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，A项错误；
冰和干冰熔化时克服的均是分子间作用力，C项错误；
碘和金刚砂熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，D项错误。
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11.(2023·山东日照高二期中)有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是
A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：
NaClB.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成
的正八面体空隙中
C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键
D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50%
√
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NaCl与CsCl均为离子晶体，离子半
径：Na+CsCl，
A项错误；
NaCl晶体中Na+和Cl-的配位数均为6，根据图示， Na+ 位于最近的 Cl- 形成的正八面体空隙中，B项正确；
1个CuS晶胞中共含有8个正四面体空隙，有 8×+6×=4 个S2-，根据化学式CuS， Cu2+ 也有4个，填充率为 ×100%=50%，D项正确。
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12.Ge、GaAs、CdTe、CdSe等均为重要的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。其中CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构，晶胞结构如图所
示，已知A的原子分数坐标为(，，)。
下列说法不正确的是
A.Se基态原子价电子排布式为3d104s24p4
B.B原子的分数坐标为(，，)
C.晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个
D.第4周期主族元素中第一电离能介于Ga、As之间的有3种
√
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Se是34号元素，基态原子核外有34个电子，其
基态原子价电子排布式为4s24p4，A错误；
由晶胞结构示意图可知，A、B原子分别位于两
条体对角线上，根据相对位置分析，B原子的分数坐标为()，
B正确；
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晶胞中，Cd原子位于晶胞的顶点和面心， 以
顶角的Cd原子为中心，每个晶胞有3个Cd原子
距离最近且相等，每个顶点属于8个晶胞，且
每个面上的Cd原子属于2个晶胞，故与Cd原子距离最近且相等的原子有12个，C正确；
同周期元素第一电离能从左到右有增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素反常，Ga、As分别是ⅢA、ⅤA族元素，因此第4周期主族元素中的第一电离能介于Ga、As之间的元素有Ca、Ge、Se， D正确。
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13.(2023·青岛月考)某些共价晶体的熔点如下表所示：
根据右表中的数据回答下
列问题：
(1)从原子结构角度分析，
金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是__________________________
_________________________。
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共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗
熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211
碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键键能逐渐减小
金刚石、硅、锗晶体的结构相似，都属于共价晶体，由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键的键能逐渐减小，所以金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低。
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(2)ⅣA族与ⅤA族元素组
成的晶体多是共价晶体，
如氮化碳、氮化硅等。写
出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　(用化学式表示)。
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共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗
熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211
C3N4>Si3N4
由于C的原子半径比Si的原子半径小，则键长：C—N键Si—N键，故熔点：C3N4>Si3N4。
14.(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a pm，则金刚砂的
密度为　　　 　　　　　 g·cm-3(列出计算表达式)。
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共价晶体
12
　
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=12；
该晶胞中C原子个数为8×+6×=4，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a×10-10 cm，故ρ== g·
cm-3。
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(2)氮化镓的结构与金刚石相似，金刚石的晶胞结构如图乙
所示。
①氮与镓之间形成的化学键类型为　　　，镓原子的配位
数为　 ，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为
　　　 　　。
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共价键
4
正四面体形
根据氮化镓的结构与金刚石相似可知，GaN为共价晶体，氮与镓之间形成的化学键类型为共价键，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。
②若该金刚石晶体的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中相距最近的两个碳原子之间的距离为
　　 　　cm(用代数式表示)。
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×
在金刚石晶胞中含有的碳原子的数目是8×+6×+4=8，
则根据晶体的密度ρ=可知，V= cm3= cm3，
晶胞的边长为= cm，在晶胞中两个相距最近
的碳原子之间的距离为晶胞体对角线长的× cm。
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15.“张亭栋研究小组”受民间中医启发，发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮(N)、磷(P)、砷(As)为ⅤA族元素，该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。
(1)氮原子的价电子排布式为　　　，N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。
2s22p3
N>P>As
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氮原子的原子序数为7，价电子排布式为2s22p3；N、P、As位于同一主族，随着原子序数逐渐增大，原子半径逐渐增大，原子失去电子的能力逐渐增强，原子的第一电离能逐渐减小，所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As。
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(2)立方氮化硼晶体(BN)是一种超硬材料，有优异的耐磨
性，其晶胞如图所示。
①立方氮化硼是　 　晶体，晶体中氮原子的杂化轨道类
型为　　 　，硼原子的配位数为　　。
共价
sp3杂化
4
立方氮化硼晶体超硬，具有优异的耐磨性，推测立方氮化硼晶体为共价晶体；立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构，硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构，因此晶体中氮原子的杂化轨道类型为sp3；硼原子的配位数为4。
②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目
之比为　 　。
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3∶1
硼原子最外层有3个电子，形成4个共价键，所以含有1个配位键，故硼原子与氮原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。
(3)六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼晶胞中含
有　个氮原子、　个硼原子，立方氮化硼的密度是　 g·
cm-3(只要求列算式，不必计算出数值。阿伏加德罗常数的值为NA)。
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4
　
金刚石晶胞中有8个碳原子，则BN晶胞中也有8个原子，硼原子、氮原子各4个。BN的摩尔质量为25 g·mol-1，一个晶胞的质量为×25 g，除以一个晶胞的体积(361.5×10-10)3 cm3，即为晶体的密度。作业20　共价晶体
（选择题1~12题，每小题5分，共60分）
题组一　共价晶体及其性质
1.下列关于共价晶体的说法错误的是 （　　）
A.共价晶体熔点高低取决于共价键的强弱
B.共价晶体中所有原子之间以共价键结合成空间网状结构
C.共价晶体中存在独立的“分子”
D.共价晶体中必有共价键，不存在分子间作用力
2.（2024·昆明检测）下列说法错误的是 （　　）
A.凡是共价晶体都含有共价键
B.凡是共价晶体都有正四面体结构
C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构
D.凡是共价晶体都具有很高的熔点
3.下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是 （　　）
①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
题组二　共价晶体的结构
4.二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是 （　　）
A.n（Si）∶n（O）∶n（Si—O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
5.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是 （　　）
A.磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体
B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C.磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键
D.磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
6.最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T 碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代（如图所示，所有小球代表碳原子）。下列说法不正确的是 （　　）
A.T 碳与金刚石互为同位素
B.T 碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同
C.T 碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同
D.T 碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键
7.根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β 氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为一种超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示（实际结构为空间网状结构）。下列有关氮化碳的说法不正确的是 （　　）
A.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构
B.氮化碳中碳显+4价，氮显-3价
C.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
D.氮化碳的分子式为C3N4
8.据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是 （　　）
A.该晶体不可用作制冷剂
B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料
C.该晶体具有很高的熔点
D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键
9.下列排序不正确的是 （　　）
A.晶体的熔点：SiO2>CaCl2>H2O>CO2
B.硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅
C.熔点：Na>Mg>Al
D.熔点：NaF>NaCl>NaBr>NaI
10.氮化硼是一种新合成的结构材料，它具有硬度大、耐磨、耐高温的性质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间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
11.（2023·山东日照高二期中）有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是 （　　）
A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：NaClB.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成的正八面体空隙中
C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键
D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50%
12.Ge、GaAs、CdTe、CdSe等均为重要的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。其中CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构，晶胞结构如图所示，已知A的原子分数坐标为（，，）。下列说法不正确的是 （　　）
A.Se基态原子价电子排布式为3d104s24p4
B.B原子的分数坐标为（，，）
C.晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个
D.第4周期主族元素中第一电离能介于Ga、As之间的有3种
13.（8分）（2023·青岛月考）某些共价晶体的熔点如下表所示：
共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗
熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211
根据上表中的数据回答下列问题：
（1）从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是　　　 　　　　。
（2）ⅣA族与ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　　　　　　　　（用化学式表示）。
14.（14分）（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a pm，则金刚砂的密度为　　　　　　　　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。
（2）氮化镓的结构与金刚石相似，金刚石的晶胞结构如图乙所示。
①氮与镓之间形成的化学键类型为　　　　　　　　，镓原子的配位数为　　　　　　　　　，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　　　　　　。
②若该金刚石晶体的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中相距最近的两个碳原子之间的距离为　　　　cm（用代数式表示）。
15.（18分）“张亭栋研究小组”受民间中医启发，发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮（N）、磷（P）、砷（As）为ⅤA族元素，该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。
（1）氮原子的价电子排布式为　　　　，N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。
（2）立方氮化硼晶体（BN）是一种超硬材料，有优异的耐磨性，其晶胞如图所示。
①立方氮化硼是　　　　晶体，晶体中氮原子的杂化轨道类型为　　　，硼原子的配位数为　　。
②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目之比为　　　　。
（3）六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼晶胞中含有　　个氮原子、　　个硼原子，立方氮化硼的密度是　g·cm-3（只要求列算式，不必计算出数值。阿伏加德罗常数的值为NA）。
答案精析
1.C
2.B　［共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，所以共价晶体中都含有共价键，故A正确；共价晶体具有空间立体网状结构，并不都是正四面体结构，故B错误；共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，具有三维骨架结构，故C正确；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，故D正确。］
3.B　［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2 045 ℃(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。］
4.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n(Si)∶n(O)∶n(Si—O键)=1∶2∶4，A正确；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；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对孤电子对，则Si、O原子的价电子对数都是4，则Si、O原子都采用sp3杂化，C错误；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。］
5.C　［由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶角和面心，数目为×8+6×=4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。］
6.A　［T 碳是由C元素组成的单质，与金刚石互为同素异形体，A选项错误；T 碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键，B选项正确；T 碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，C选项正确；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正四面体结构单元替代，属于共价晶体，两者熔化时均需破坏共价键，D选项正确。］
7.D　［碳原子最外层有4个电子，形成4个共价键后满足8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成3个共价键后也满足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，共用电子偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮显-3价，B正确；氮化碳是共价晶体，不存在分子，D错误。］
8.D　［由题述信息可知，制得的CO2晶体为共价晶体，具有很高的熔点，不易升华，不可用作制冷剂，故A、C项正确；共价晶体硬度大，可用作耐磨材料，故B项正确；CO2共价晶体的结构类似于SiO2的结构，碳原子和氧原子间应为单键，每个碳原子形成4个C—O键，故D项错误。］
9.C　［一般情况下，共价晶体的熔点高于离子晶体的熔点，所以SiO2>CaCl2，常温下H2O为液体，CO2为气体，则晶体熔点由高到低顺序为SiO2>CaCl2>H2O>CO2，故A正确；共价晶体中，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：C—C碳化硅>晶体硅，故B正确；金属晶体中金属离子的电荷数越多、半径越小，金属键越强，其熔点越高，则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na，故C错误；F、Cl、Br、I的离子半径逐渐增大，则晶格能由大到小的顺序为NaF>NaCl>NaBr>NaI，熔点由高到低的顺序是NaF>NaCl>NaBr>NaI，故D正确。］
10.B　［由题意知氮化硼具有硬度大、耐磨、耐高温的性质，故推测其为共价晶体，熔化时克服的微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时克服的均是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，D项错误。］
11.A　［NaCl与CsCl均为离子晶体，离子半径：Na+CsCl，A项错误；NaCl晶体中Na+和Cl-的配位数均为6，根据图示， Na+ 位于最近的 Cl- 形成的正八面体空隙中，B项正确；1个CuS晶胞中共含有8个正四面体空隙，有 8×+6×=4 个 S2- ，根据化学式CuS， Cu2+ 也有4个，填充率为 ×100%=50%，D项正确。］
12.A　［Se是34号元素，基态原子核外有34个电子，其基态原子价电子排布式为4s24p4，A错误；由晶胞结构示意图可知，A、B原子分别位于两条体对角线上，根据相对位置分析，B原子的分数坐标为(，，)，B正确；晶胞中，Cd原子位于晶胞的顶点和面心， 以顶角的Cd原子为中心，每个晶胞有3个Cd原子距离最近且相等，每个顶点属于8个晶胞，且每个面上的Cd原子属于2个晶胞，故与Cd原子距离最近且相等的原子有12个，C正确；同周期元素第一电离能从左到右有增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素反常，Ga、As分别是ⅢA、ⅤA族元素，因此第4周期主族元素中的第一电离能介于Ga、As之间的元素有Ca、Ge、Se， D正确。］
13.(1)碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键键能逐渐减小　(2)C3N4>Si3N4
解析　(1)金刚石、硅、锗晶体的结构相似，都属于共价晶体，由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键的键能逐渐减小，所以金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低。(2)由于C的原子半径比Si的原子半径小，则键长：C—N键Si—N键，故熔点：C3N4>Si3N4。
14.(1)共价晶体　12　
(2)①共价键　4　正四面体形　②×
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=12；该晶胞中C原子个数为8×+6×=4，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a×10-10 cm，故ρ== g·cm-3。
(2)①根据氮化镓的结构与金刚石相似可知，GaN为共价晶体，氮与镓之间形成的化学键类型为共价键，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。②在金刚石晶胞中含有的碳原子的数目是8×+6×+4=8，则根据晶体的密度ρ=可知，V= cm3= cm3，晶胞的边长为= cm，在晶胞中两个相距最近的碳原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即× cm。
15.(1)2s22p3　N>P>As
(2)①共价　sp3杂化　4　②3∶1
(3)4　4　
解析　(1)氮原子的原子序数为7，价电子排布式为2s22p3；N、P、As位于同一主族，随着原子序数逐渐增大，原子半径逐渐增大，原子失去电子的能力逐渐增强，原子的第一电离能逐渐减小，所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As。
(2)①立方氮化硼晶体超硬，具有优异的耐磨性，推测立方氮化硼晶体为共价晶体；立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构，硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构，因此晶体中氮原子的杂化轨道类型为sp3；硼原子的配位数为4。②硼原子最外层有3个电子，形成4个共价键，所以含有1个配位键，故硼原子与氮原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。
(3)金刚石晶胞中有8个碳原子，则BN晶胞中也有8个原子，硼原子、氮原子各4个。BN的摩尔质量为25 g·mol-1，一个晶胞的质量为×25 g，除以一个晶胞的体积(361.5×10-10)3 cm3，即为晶体的密度。

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