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高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体示范课ppt课件
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体示范课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了知识点一，共价键，常见的共价晶体，知识点二，共价键三维骨架，°28′，sp3，硅氧四面体，随堂练学以致用，BCEF等内容，欢迎下载使用。
[素养发展目标] 1．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相互作用及其对共价晶体物理性质的影响，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2．能利用共价晶体的通性判断常见的共价晶体，并能用“均摊法”对晶胞进行分析。
知识点一 共价晶体的构成及物理性质
2．共价晶体的物理性质(1)共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，一般熔点___，硬度___。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越___，键能越___，晶体的熔点越___。(3)难溶于一般溶剂。
1．怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？提示：金刚石、硅和锗的原子半径依次增大，键长依次增长，键能依次减小，故熔点和硬度依次下降。2．碳和硅同主族，为什么它们的氧化物CO2和SiO2的物理性质差异很大？提示：CO2形成的晶体是分子晶体，晶体的构成微粒是分子，CO2分子之间通过范德华力相结合。SiO2形成的晶体是共价晶体，晶体的构成微粒是原子，晶体中不存在小分子，硅原子和氧原子之间通过共价键相结合。共价键比范德华力强。
3．根据下列物质的物理性质，你能判断出下列晶体的类型吗？(1)CO与金属Fe形成的Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K。(2)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电。(3)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电。(4)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大。(5)氮化碳(C3N4)的硬度比金刚石还大，不溶于水，也不导电。提示：(1)分子晶体。(2)共价晶体。(3)分子晶体。(4)共价晶体。(5)共价晶体。
共价晶体和分子晶体的判断方法(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断构成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下，甚至更低。
(3)依据晶体的导电性判断共价晶体多数为绝缘体，但晶体Si、晶体Ge为半导体；分子晶体为绝缘体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl晶体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断共价晶体的硬度大，机械强度高；分子晶体的硬度小且较脆。
1．(2022·马关第一中学高二阶段练习)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．共价晶体具有共价键三维骨架结构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
2．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是( )A．共价晶体的硬度通常比分子晶体的大B．共价晶体的熔、沸点较高C．有些分子晶体的水溶液能导电D．金刚石、水晶和干冰均属于共价晶体解析：共价晶体中原子间通过共价键结合成共价键三维骨架结构，因此硬度大，熔、沸点较高。分子晶体熔融时不导电，但有的溶于水时能导电，如H2SO4晶体等。干冰是固态二氧化碳，属于分子晶体。
3．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是共价晶体的是( )①是两性氧化物 ②硬度很大 ③熔点为2 045 ℃ ④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石A．①②B．②③C．①④D．③④解析：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。
知识点二 共价晶体的结构特征
1．共价晶体的结构特征共价晶体中，原子间通过共价键结合形成__________________结构。
2．金刚石晶体的结构特征 (1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为___________，即金刚石中的碳采取______杂化轨道形成共价键三维骨架结构。(2)晶体中最小的碳环由__个碳原子构成，且不在同一平面内，最多有__个碳原子在同一平面。
(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有__个C，即C原子与C—C个数之比为_______。(4)每个C原子被____个六元环共用，1个六元环平均占有的碳原子有_______个。
3．二氧化硅晶体的结构特征(1)二氧化硅晶体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。②1 ml SiO2中含__ ml Si—O。③最小环由__个Si原子和__个O原子构成。④每个Si原子被____个十二元环共用，每个O原子被__个十二元环共用。
(2)低温石英低温石英的结构中有顶角相连的_____________形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有_____(左、右型)，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。
1．“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？提示：不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都含有共价键，但它们形成的晶体都是分子晶体；只有相邻原子间相结合形成共价键三维骨架结构的晶体才是共价晶体。
2．金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有几个碳原子？(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为多少？(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为多少？(4)若碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
1．下列关于金刚石的说法错误的是( )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．是自然界中硬度最大的物质D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应解析：在金刚石中，碳原子之间相结合形成共价键三维骨架结构，不存在具有固定组成的小分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键的键能很大，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确。金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。
2．单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅的说法不正确的是( )A．是一种具有共价键三维骨架结构的晶体B．晶体中每个硅原子与4个硅原子相连C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中硅原子采取sp3杂化解析：单质硅是一种具有共价键三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，硅原子采取sp3杂化，B、D正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数为6，C错误。
3．下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是( )A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B．最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角解析：SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中，Si原子处于中心、O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
1．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 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．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料C．该共价晶体有很高的熔、沸点D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料
2．氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。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的类型相同的是( )A．硫酸钠和金刚石B．冰和干冰C．晶体硅和水晶D．苯和四氯化碳解析：氮化硼超硬、耐磨、耐高温，是一种共价晶体，熔化时破坏共价键。A选项中的硫酸钠熔化时破坏离子键，A选项错误；B、D选项中的四种物质都是分子晶体，熔化时都破坏分子间作用力，B、D选项错误；C选项中的两种物质均为共价晶体，熔化时均破坏共价键，C选项正确。
3．如图所示是某共价晶体A的空间结构的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为( )A．ABB．A5B4 C．AB2D．A2B5解析：由题图可知，每个A原子形成4个键，每个A—A中插入一个B原子，每个B原子形成2个键，故C物质中每个A原子形成4个A—B，每个B原子形成2个B—A，则A、B原子个数比为1∶2，所以其化学式可能是AB2。
4．某石英结构如图所示，我们可以将此晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据晶体结构图，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原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用C. 1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml硅氧键D.在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，故二氧化硅的分子式为SiO2
解析：SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，A、B项正确； SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O，故1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml硅氧键，C项正确；“SiO2”仅表示石英中Si、O原子个数比为1∶2，没有单个的SiO2分子，不存在分子式，D项错误。
5．现有下列几种晶体：A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。请回答下列问题：(1)属于分子晶体的是________(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。(2)属于共价晶体的化合物是________。(3)直接由原子构成的晶体是________。(4)晶体中存在化学键，受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
[基础检测]1．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )A．熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电B．无色晶体，熔点为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．熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态不导电解析：熔点低，固态或液态不导电，硬度小，一般为分子晶体的特征，A、D项不正确；能溶于水不是共价晶体的特征，C项不正确。
2．下列叙述不正确的是( )A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C的键能大于Si—Si的键能B．二氧化硅晶体中不存在独立的SiO2分子，因为它具有共价键三维骨架结构C．稀有气体形成的晶体属于共价晶体，因为其构成微粒是原子，不存在分子间作用力D．CO2晶体是分子晶体，SiO2晶体是共价晶体解析：稀有气体形成的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项不正确。
3．下列有关晶体的叙述正确的是( )A．在SiO2晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环B．在124 g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键的个数为4NAC．28 g晶体硅中含Si—Si的个数为4NAD．12 g金刚石中含C原子与C—C的个数之比为1∶2
解析：A.在SiO2晶体中，最小的环是由6个硅原子和6个氧原子组成的十二元环，A不正确；B.1个白磷分子中有6个P—P共价键，124 g白磷(P4)的物质的量为1 ml，因此，在124 g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键个数为6NA，B不正确；C.晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅(或碳)原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4× ＝2，C不正确；D.12 g金刚石的物质的量为1 ml，其中每个碳原子都形成4个共价键，两个碳原子之间只能形成一个共价键，故其中含1 ml C原子和2 ml C—C，因此，C原子与C—C的个数之比为1∶2，D正确。
4.磷化硼是一种超硬、耐磨的涂层材料，如图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )A．磷化硼晶体的化学式为BP，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形成4条共价键D．磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与干冰相同
解析：A.晶胞中，P位于顶角和面心，数目为 ＝4，B位于晶胞内，数目为4，则磷化硼晶体的化学式为BP，由磷化硼是一种超硬、耐磨的涂层材料可知，它属于共价晶体，故A错误；B.磷化硼晶体是共价晶体，熔点高，但熔融状态下没有自由移动的离子或电子，所以不能导电，故B错误；C.该晶胞中每个原子均形成4条共价键，故C正确；D.磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与干冰不同，故D错误。
5．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，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。下列推断正确的是( )A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同B．Si3N4晶体具有共价键三维骨架结构C．Si3N4中一个Si周围有3个氮，1个氮周围有4个硅D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
解析：SiCl4是分子晶体，Si3N4是共价晶体，A项错误；Si3N4是共价晶体，具有共价键三维骨架结构，B项正确；Si3N4中一个Si周围有4个氮，1个氮周围有3个硅，C项错误；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，D项错误。
6．我国科学家预测并合成了新型碳材料：T－碳。其可以看作金刚石结构中的碳原子被四个碳原子构成的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－碳与石墨、金刚石互为同分异构体B．T－碳晶体与金刚石晶体类似，属于共价晶体C．T－碳晶体与金刚石晶体含有的化学键类型不同D．T－碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式不同
解析：A.根据题干信息和T－碳的晶胞的结构图可知，T－碳是由C元素组成的单质，与石墨、金刚石互为同素异形体，A选项错误；B.T－碳可以看作金刚石结构中的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，B选项正确；C.T－碳晶体与金刚石晶体含有的化学键均是碳碳单键，属于非极性共价键，C选项错误；D.T－碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，杂化方式相同，D选项错误。
8．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答相关问题。(1)基态硅原子的核外电子排布式为________________。(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si之间的夹角为________。解析：晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si之间的夹角为109°28′。
1s22s22p63s23p2
(3)请在下图中补充完整SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。 解析：题图给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si中“插入”一个氧原子，所以只要在每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。
(4)下表列有三种物质的熔点： 简要解释熔点产生差异的原因：①SiO2和SiCl4__________________________________________________________________________________________________________；
SiO2是共价晶体，微粒间的作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间的作用力为范德华力，故SiO2的熔点高于SiCl4
②SiCl4和 SiF4_____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般共价晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。
SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间的作用力均为范德华力。组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，故SiCl4的熔点高于SiF4
9．(1)C、N元素形成的新材料具有如图所示结构。一个N原子周围结合________个C原子，一个C原子周围结合________个N原子，该晶体的化学式为________。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石，其原因是 ____________________________________________________________________。
C3N4与金刚石都是共价晶体，C—N的键长比C—C的键长小，键能大，硬度大
(2)氮化硅是一种高温结构陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。①氮化硅晶体属于________晶体。②已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：________。
(3)如图是氮化镓的晶胞结构。Ga原子的价层电子排布式为____________，一个N原子周围结合________个Ga原子，一个Ga原子周围结合________个N原子，氮化镓的化学式为________，氮化镓中镓原子的杂化方式为________。
[素养提升]10．与石墨结构相似的六方氮化硼(BN)晶体在高温、高压下可以转化为立方氮化硼(BN)，立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当。下列关于该物质的分析正确的是( )A．六方氮化硼转化为立方氮化硼是化学变化B．立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为＋3价C．和Si—Si相比，B—N的键长更长D．晶体硅比立方氮化硼的熔点更高，硬度更大
解析：由题干信息可知，六方氮化硼和立方氮化硼的结构不同，性质不同，故六方氮化硼转化为立方氮化硼的过程中有新物质生成，属于化学变化，A正确；由于N的电负性大于B，故立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为－3价，B错误；Si的原子半径大于B和N，则立方氮化硼中B—N的键长比晶体硅中Si—Si的键长更短，键能更大，故立方氮化硼比晶体硅的熔点更高，硬度更大，C、D错误。
11．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石的结构和金刚石相似，其结构单元如图所示。下列有关说法不正确的是( )A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元B．1 ml Si形成2 ml Si—OC．图示结构单元中实际占有8个硅原子D．方英石晶体中，Si—O之间的夹角为109°28′
解析：由方英石晶胞结构示意图可知，方英石晶体中存在着SiO4结构单元，A项正确；1 ml Si形成4 ml Si—O，B项错误；题图所示的结构单元中实际占有的硅原子数： ＝8，C项正确；方英石晶体中存在着SiO4结构单元，说明Si—O之间的夹角为109°28′，D项正确。
12．(2022·衡阳高二月考)如图所示晶体的硬度比金刚石大，且原子间以单键结合，则下列有关该晶体的判断正确的是( )A．该晶体为片层结构B．该晶体的化学式可表示为Y3X4C．X的配位数是4D．X、Y元素分别位于元素周期表第ⅢA、ⅣA族
解析：A.该晶体硬度大，为共价键三维骨架结构，而不是片层结构，A错误；B.在晶体中每个X周围有3个Y原子；每个Y原子周围有4个X原子，则Y、X原子个数比是3∶4，故该晶体的化学式可表示为Y3X4，B正确；C.在晶体中与X连接的Y原子个数是3，所以X的配位数是3，C错误；D.X形成3个共用电子对，则说明X原子最外层有5个电子，达到最外层8电子稳定结构需3个电子，所以X为第ⅤA族元素；Y形成4个共用电子对，说明Y原子最外层有4个电子，达到最外层8电子稳定结构需4个电子，则Y位于元素周期表第ⅣA族，D错误。
13．《科学》杂志曾报道合成了一种新的具有超高热导率的半导体材料——砷化硼(BAs)。通过反应4BI3(g)＋As4(g) 4BAs(s，晶体)＋6I2(g)可制备BAs晶体。下列说法错误的是( )A．图(a)表示As4的结构，As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶1B．图(b)表示晶态单质硼的B12基本结构单元,该基本结构单元为正二十面体C．图(b)所示晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，它属于共价晶体D．图(c)表示BAs晶胞结构，As原子的配位数为4
解析：A.As是第ⅤA族元素，As4分子中成键电子对数目为6，孤电子对数目为4，则成键电子对与孤电子对数目之比为3∶2，故A错误；B.由题图可知，该基本结构单元为正二十面体，故B正确；C.晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，熔点高，则它属于共价晶体，故C正确；D.由BAs晶胞结构知，大球表示As原子，As原子的配位数为4，故D正确。
14．(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，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晶体与该硅晶体结构相似，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ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________________cm。
[素养发展目标] 1．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相互作用及其对共价晶体物理性质的影响，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。2．能利用共价晶体的通性判断常见的共价晶体，并能用“均摊法”对晶胞进行分析。
知识点一 共价晶体的构成及物理性质
2．共价晶体的物理性质(1)共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，一般熔点___，硬度___。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越___，键能越___，晶体的熔点越___。(3)难溶于一般溶剂。
1．怎样从原子结构的角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？提示：金刚石、硅和锗的原子半径依次增大，键长依次增长，键能依次减小，故熔点和硬度依次下降。2．碳和硅同主族，为什么它们的氧化物CO2和SiO2的物理性质差异很大？提示：CO2形成的晶体是分子晶体，晶体的构成微粒是分子，CO2分子之间通过范德华力相结合。SiO2形成的晶体是共价晶体，晶体的构成微粒是原子，晶体中不存在小分子，硅原子和氧原子之间通过共价键相结合。共价键比范德华力强。
3．根据下列物质的物理性质，你能判断出下列晶体的类型吗？(1)CO与金属Fe形成的Fe(CO)5的熔点为253 K，沸点为376 K。(2)碳化铝，黄色晶体，熔点2 200 ℃，熔融态不导电。(3)溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不导电。(4)硼，熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大。(5)氮化碳(C3N4)的硬度比金刚石还大，不溶于水，也不导电。提示：(1)分子晶体。(2)共价晶体。(3)分子晶体。(4)共价晶体。(5)共价晶体。
共价晶体和分子晶体的判断方法(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断构成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上；而分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下，甚至更低。
(3)依据晶体的导电性判断共价晶体多数为绝缘体，但晶体Si、晶体Ge为半导体；分子晶体为绝缘体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl晶体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断共价晶体的硬度大，机械强度高；分子晶体的硬度小且较脆。
1．(2022·马关第一中学高二阶段练习)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．共价晶体具有共价键三维骨架结构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
2．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是( )A．共价晶体的硬度通常比分子晶体的大B．共价晶体的熔、沸点较高C．有些分子晶体的水溶液能导电D．金刚石、水晶和干冰均属于共价晶体解析：共价晶体中原子间通过共价键结合成共价键三维骨架结构，因此硬度大，熔、沸点较高。分子晶体熔融时不导电，但有的溶于水时能导电，如H2SO4晶体等。干冰是固态二氧化碳，属于分子晶体。
3．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是共价晶体的是( )①是两性氧化物 ②硬度很大 ③熔点为2 045 ℃ ④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石A．①②B．②③C．①④D．③④解析：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。
知识点二 共价晶体的结构特征
1．共价晶体的结构特征共价晶体中，原子间通过共价键结合形成__________________结构。
2．金刚石晶体的结构特征 (1)在金刚石晶体中，每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，C—C—C夹角为___________，即金刚石中的碳采取______杂化轨道形成共价键三维骨架结构。(2)晶体中最小的碳环由__个碳原子构成，且不在同一平面内，最多有__个碳原子在同一平面。
(3)每个C形成4个C—C，每个C—C占有__个C，即C原子与C—C个数之比为_______。(4)每个C原子被____个六元环共用，1个六元环平均占有的碳原子有_______个。
3．二氧化硅晶体的结构特征(1)二氧化硅晶体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。②1 ml SiO2中含__ ml Si—O。③最小环由__个Si原子和__个O原子构成。④每个Si原子被____个十二元环共用，每个O原子被__个十二元环共用。
(2)低温石英低温石英的结构中有顶角相连的_____________形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有_____(左、右型)，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。
1．“具有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法对吗？为什么？提示：不对。如HCl、H2O、CO2、CH3CH2OH分子中都含有共价键，但它们形成的晶体都是分子晶体；只有相邻原子间相结合形成共价键三维骨架结构的晶体才是共价晶体。
2．金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有几个碳原子？(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为多少？(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为多少？(4)若碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
1．下列关于金刚石的说法错误的是( )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．是自然界中硬度最大的物质D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应解析：在金刚石中，碳原子之间相结合形成共价键三维骨架结构，不存在具有固定组成的小分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键的键能很大，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确。金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。
2．单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅的说法不正确的是( )A．是一种具有共价键三维骨架结构的晶体B．晶体中每个硅原子与4个硅原子相连C．晶体中最小环上的原子数为8D．晶体中硅原子采取sp3杂化解析：单质硅是一种具有共价键三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，硅原子采取sp3杂化，B、D正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数为6，C错误。
3．下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是( )A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B．最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角解析：SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键、每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中，Si原子处于中心、O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
1．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 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．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料C．该共价晶体有很高的熔、沸点D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料
2．氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。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的类型相同的是( )A．硫酸钠和金刚石B．冰和干冰C．晶体硅和水晶D．苯和四氯化碳解析：氮化硼超硬、耐磨、耐高温，是一种共价晶体，熔化时破坏共价键。A选项中的硫酸钠熔化时破坏离子键，A选项错误；B、D选项中的四种物质都是分子晶体，熔化时都破坏分子间作用力，B、D选项错误；C选项中的两种物质均为共价晶体，熔化时均破坏共价键，C选项正确。
3．如图所示是某共价晶体A的空间结构的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为( )A．ABB．A5B4 C．AB2D．A2B5解析：由题图可知，每个A原子形成4个键，每个A—A中插入一个B原子，每个B原子形成2个键，故C物质中每个A原子形成4个A—B，每个B原子形成2个B—A，则A、B原子个数比为1∶2，所以其化学式可能是AB2。
4．某石英结构如图所示，我们可以将此晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据晶体结构图，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原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用C. 1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml硅氧键D.在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，故二氧化硅的分子式为SiO2
解析：SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，A、B项正确； SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O，故1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml硅氧键，C项正确；“SiO2”仅表示石英中Si、O原子个数比为1∶2，没有单个的SiO2分子，不存在分子式，D项错误。
5．现有下列几种晶体：A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。请回答下列问题：(1)属于分子晶体的是________(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。(2)属于共价晶体的化合物是________。(3)直接由原子构成的晶体是________。(4)晶体中存在化学键，受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
[基础检测]1．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )A．熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液导电B．无色晶体，熔点为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．熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态不导电解析：熔点低，固态或液态不导电，硬度小，一般为分子晶体的特征，A、D项不正确；能溶于水不是共价晶体的特征，C项不正确。
2．下列叙述不正确的是( )A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C的键能大于Si—Si的键能B．二氧化硅晶体中不存在独立的SiO2分子，因为它具有共价键三维骨架结构C．稀有气体形成的晶体属于共价晶体，因为其构成微粒是原子，不存在分子间作用力D．CO2晶体是分子晶体，SiO2晶体是共价晶体解析：稀有气体形成的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项不正确。
3．下列有关晶体的叙述正确的是( )A．在SiO2晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环B．在124 g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键的个数为4NAC．28 g晶体硅中含Si—Si的个数为4NAD．12 g金刚石中含C原子与C—C的个数之比为1∶2
解析：A.在SiO2晶体中，最小的环是由6个硅原子和6个氧原子组成的十二元环，A不正确；B.1个白磷分子中有6个P—P共价键，124 g白磷(P4)的物质的量为1 ml，因此，在124 g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键个数为6NA，B不正确；C.晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅(或碳)原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4× ＝2，C不正确；D.12 g金刚石的物质的量为1 ml，其中每个碳原子都形成4个共价键，两个碳原子之间只能形成一个共价键，故其中含1 ml C原子和2 ml C—C，因此，C原子与C—C的个数之比为1∶2，D正确。
4.磷化硼是一种超硬、耐磨的涂层材料，如图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )A．磷化硼晶体的化学式为BP，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形成4条共价键D．磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与干冰相同
解析：A.晶胞中，P位于顶角和面心，数目为 ＝4，B位于晶胞内，数目为4，则磷化硼晶体的化学式为BP，由磷化硼是一种超硬、耐磨的涂层材料可知，它属于共价晶体，故A错误；B.磷化硼晶体是共价晶体，熔点高，但熔融状态下没有自由移动的离子或电子，所以不能导电，故B错误；C.该晶胞中每个原子均形成4条共价键，故C正确；D.磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与干冰不同，故D错误。
5．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，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。下列推断正确的是( )A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同B．Si3N4晶体具有共价键三维骨架结构C．Si3N4中一个Si周围有3个氮，1个氮周围有4个硅D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
解析：SiCl4是分子晶体，Si3N4是共价晶体，A项错误；Si3N4是共价晶体，具有共价键三维骨架结构，B项正确；Si3N4中一个Si周围有4个氮，1个氮周围有3个硅，C项错误；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，D项错误。
6．我国科学家预测并合成了新型碳材料：T－碳。其可以看作金刚石结构中的碳原子被四个碳原子构成的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－碳与石墨、金刚石互为同分异构体B．T－碳晶体与金刚石晶体类似，属于共价晶体C．T－碳晶体与金刚石晶体含有的化学键类型不同D．T－碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式不同
解析：A.根据题干信息和T－碳的晶胞的结构图可知，T－碳是由C元素组成的单质，与石墨、金刚石互为同素异形体，A选项错误；B.T－碳可以看作金刚石结构中的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，B选项正确；C.T－碳晶体与金刚石晶体含有的化学键均是碳碳单键，属于非极性共价键，C选项错误；D.T－碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，杂化方式相同，D选项错误。
8．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答相关问题。(1)基态硅原子的核外电子排布式为________________。(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si之间的夹角为________。解析：晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si之间的夹角为109°28′。
1s22s22p63s23p2
(3)请在下图中补充完整SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。 解析：题图给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si中“插入”一个氧原子，所以只要在每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。
(4)下表列有三种物质的熔点： 简要解释熔点产生差异的原因：①SiO2和SiCl4__________________________________________________________________________________________________________；
SiO2是共价晶体，微粒间的作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间的作用力为范德华力，故SiO2的熔点高于SiCl4
②SiCl4和 SiF4_____________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般共价晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。
SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间的作用力均为范德华力。组成和结构相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔点越高，故SiCl4的熔点高于SiF4
9．(1)C、N元素形成的新材料具有如图所示结构。一个N原子周围结合________个C原子，一个C原子周围结合________个N原子，该晶体的化学式为________。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石，其原因是 ____________________________________________________________________。
C3N4与金刚石都是共价晶体，C—N的键长比C—C的键长小，键能大，硬度大
(2)氮化硅是一种高温结构陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。①氮化硅晶体属于________晶体。②已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：________。
(3)如图是氮化镓的晶胞结构。Ga原子的价层电子排布式为____________，一个N原子周围结合________个Ga原子，一个Ga原子周围结合________个N原子，氮化镓的化学式为________，氮化镓中镓原子的杂化方式为________。
[素养提升]10．与石墨结构相似的六方氮化硼(BN)晶体在高温、高压下可以转化为立方氮化硼(BN)，立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当。下列关于该物质的分析正确的是( )A．六方氮化硼转化为立方氮化硼是化学变化B．立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为＋3价C．和Si—Si相比，B—N的键长更长D．晶体硅比立方氮化硼的熔点更高，硬度更大
解析：由题干信息可知，六方氮化硼和立方氮化硼的结构不同，性质不同，故六方氮化硼转化为立方氮化硼的过程中有新物质生成，属于化学变化，A正确；由于N的电负性大于B，故立方氮化硼(BN)中氮元素的化合价为－3价，B错误；Si的原子半径大于B和N，则立方氮化硼中B—N的键长比晶体硅中Si—Si的键长更短，键能更大，故立方氮化硼比晶体硅的熔点更高，硬度更大，C、D错误。
11．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石的结构和金刚石相似，其结构单元如图所示。下列有关说法不正确的是( )A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元B．1 ml Si形成2 ml Si—OC．图示结构单元中实际占有8个硅原子D．方英石晶体中，Si—O之间的夹角为109°28′
解析：由方英石晶胞结构示意图可知，方英石晶体中存在着SiO4结构单元，A项正确；1 ml Si形成4 ml Si—O，B项错误；题图所示的结构单元中实际占有的硅原子数： ＝8，C项正确；方英石晶体中存在着SiO4结构单元，说明Si—O之间的夹角为109°28′，D项正确。
12．(2022·衡阳高二月考)如图所示晶体的硬度比金刚石大，且原子间以单键结合，则下列有关该晶体的判断正确的是( )A．该晶体为片层结构B．该晶体的化学式可表示为Y3X4C．X的配位数是4D．X、Y元素分别位于元素周期表第ⅢA、ⅣA族
解析：A.该晶体硬度大，为共价键三维骨架结构，而不是片层结构，A错误；B.在晶体中每个X周围有3个Y原子；每个Y原子周围有4个X原子，则Y、X原子个数比是3∶4，故该晶体的化学式可表示为Y3X4，B正确；C.在晶体中与X连接的Y原子个数是3，所以X的配位数是3，C错误；D.X形成3个共用电子对，则说明X原子最外层有5个电子，达到最外层8电子稳定结构需3个电子，所以X为第ⅤA族元素；Y形成4个共用电子对，说明Y原子最外层有4个电子，达到最外层8电子稳定结构需4个电子，则Y位于元素周期表第ⅣA族，D错误。
13．《科学》杂志曾报道合成了一种新的具有超高热导率的半导体材料——砷化硼(BAs)。通过反应4BI3(g)＋As4(g) 4BAs(s，晶体)＋6I2(g)可制备BAs晶体。下列说法错误的是( )A．图(a)表示As4的结构，As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶1B．图(b)表示晶态单质硼的B12基本结构单元,该基本结构单元为正二十面体C．图(b)所示晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，它属于共价晶体D．图(c)表示BAs晶胞结构，As原子的配位数为4
解析：A.As是第ⅤA族元素，As4分子中成键电子对数目为6，孤电子对数目为4，则成键电子对与孤电子对数目之比为3∶2，故A错误；B.由题图可知，该基本结构单元为正二十面体，故B正确；C.晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，熔点高，则它属于共价晶体，故C正确；D.由BAs晶胞结构知，大球表示As原子，As原子的配位数为4，故D正确。
14．(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，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晶体与该硅晶体结构相似，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ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________________cm。
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