第2课时 共价晶体
1.（2024·郑州高二检测）如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金刚石的说法正确的是（ ）
A.金刚石晶体中碳碳键之间的夹角为120°
B.金刚石晶胞中六元环中的碳原子在同一平面内
C.每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构
D.金刚石晶体中碳原子与碳碳键数目之比为1∶4
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SiO2分子，因为它具有硅、氧原子通过共价键形成的空间网状结构
C.稀有气体的晶体属于共价晶体，因为其组成粒子是原子，不存在分子间作用力
D.空间结构为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28'，有可能为60°
3.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
4.一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于B4C的推断正确的是（ ）
A.B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的
B.B4C是一种共价晶体
C.B4C是一种分子晶体
D.B4C晶体中存在离子键
5.（2024·西安高二检测）氮化铝属类金刚石氮化物、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.与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个
6.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/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
A.构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
B.构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高
C.构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大
D.构成共价晶体的共价键键长越长，晶体的硬度越大
7.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.固态X2Y是分子晶体
C.ZW是共价晶体
D.ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
8.氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示。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.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C.氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连
9.（2024·泉州高二检测）新型SiC增强铝基复合材料，可展开柔性砷化镓太阳能电池系统，助力“天问一号”开展火星探测。回答下列问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能级符号为 ，基态Ga原子的价层电子排布式是 。
（2）第三周期元素中，第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅外，还有 （填元素符号）。
（3）碳化硅和硅晶体都具有金刚石型结构，碳化硅熔点高于硅的原因是 。
（4）GaAs的晶胞如图所示。
①GaAs的熔点为1 238 ℃，该晶体的类型为 。
②下列说法正确的是 （填字母）。
A.砷化镓是离子化合物
B.GaP与GaAs互为等电子体
C.电负性：As＜Ga
10.金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2 700 ℃，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原子位于Si原子构成的正四面体空隙中
C.C—Si的键长为a pm，则晶胞边长为2a pm
D.金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
11.（2024·泰安高二检测）立方氮化硼硬度高、耐磨性好，在机械加工行业有广泛应用。制备立方氮化硼的一种方法为BCl3（g）＋NH3（g）BN（s）＋3HCl（g），下列说法错误的是（ ）
A.反应混合物中所有化学键均为共价键
B.元素电负性大小为N＞B
C.BCl3和BN均为共价晶体
D.形成BCl3时B原子先激发后杂化，其激发态价层电子轨道表示式为
12.氮氧化铝（AlON）是新型透明高硬度防弹铝材料，属于共价晶体，主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是（ ）
A.基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1
B.制备AlON的原料N2中N原子采取sp2杂化
C.AlON和水晶的化学键类型相同
D.AlON的熔点比AlCl3的熔点高
13.（2024·武汉高二检测）我国科学家预言的T-碳已被合成。T-碳的晶体结构可看作将金刚石中的碳原子用由四个碳原子组成的正四面体结构单元取代所得，金刚石和T-碳的晶胞如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.金刚石中每个碳原子被12个最小环共用
B.每个T-碳晶胞平均含有24个碳原子
C.T-碳属于分子晶体
D.T-碳中键角是109°28'
14.（1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为 ；在SiC中，每个C原子周围最近且等距离的C原子数目为 ；若晶胞的边长为a pm，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol－1，则金刚砂的密度表达式为 。
（2）硅的某种单质的晶胞如图乙所示。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（用代数式表示即可）。
第2课时 共价晶体
1.C 金刚石晶体中每个碳原子和周围四个碳原子形成共价键，形成立体网状结构，碳碳键之间的夹角为109°28'，A错误；金刚石晶胞中最小的环为六元环，每个环中最多有4个碳原子在同一平面内，B错误；每个碳原子与其他4个碳原子相连，形成正四面体结构，C正确；金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳形成碳碳键，碳原子与碳碳键数目之比为1∶＝1∶2，D错误。
2.C 稀有气体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.A A项，金刚石属于共价晶体，其中的碳原子采取sp3杂化形成共价键三维骨架结构，晶体中最小环上有6个碳原子，正确；B项，分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体是单原子分子，没有共价键，错误；C项，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，错误；D项，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，错误。
4.B B4C由非金属元素组成，可用于制作切削工具和高温热交换器，说明熔点高，应为共价晶体，不存在单个分子，构成微粒为原子，碳、硼原子之间以共价键结合。
5.C 氮化铝属类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项正确；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；AlN属于共价化合物，C项错误；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相等且最近的铝原子共有＝12个，D项正确。
6.B 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，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
7.D 由题给信息分析可知，X为H，Y为O，Z为Si，W为C。WX4为CH4，是天然气的主要成分，A项正确；X2Y为H2O，固态H2O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。
8.B A项，根据氮化碳的硬度比金刚石大判断，氮化碳属于共价晶体；B项，氮的非金属性强于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价；C项，晶体结构模型中虚线部分（正方形）是晶体的最小结构单元，该正方形顶点的原子被4个正方形共用，边上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4×＋4×＝3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。
9.（1）3p 4s24p1 （2）Mg、S （3）碳化硅和硅晶体都是共价晶体，原子半径：C＜Si，共价键键长：C—Si小于Si—Si，键能：C—Si大于Si—Si，熔点：碳化硅高于硅 （4）①共价晶体 ②B
解析：（2）第三周期元素从左至右，第一电离能呈增大趋势，其中基态Mg和P原子3p能级轨道分别为全空和半充满，比较稳定，其第一电离能大于同周期相邻元素，则第一电离能：Na＜Al＜Mg＜Si＜S＜P＜Cl＜Ar，所以第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅外，还有Mg、S。（4）①GaAs的熔点为1 238 ℃，熔点较高，则该晶体为共价晶体。②砷化镓是共价化合物，A项错误；P和As位于同一主族，所以GaP与GaAs互为等电子体，B项正确；As和Ga位于同一周期，同一周期主族元素从左到右电负性逐渐增大，所以电负性：As＞Ga，C项错误。
10.B 金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，键长：C—Si＞C—C，故其熔点比金刚石低，A错误；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原子位于Si原子构成的正四面体空隙中，B正确；C—Si的长度为晶胞体对角线长度的，设晶胞棱长为x，则×x＝a pm，所以x＝ pm＝ pm，C错误；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，由于每个顶角碳原子被8个晶胞共用，面心碳原子为2个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为3×8×＝12，D错误。
11.C 四种物质均为非金属元素形成的化合物，B—Cl、N—H、B—N、H—Cl均为共价键，A正确；同主族由上而下，元素电负性变小，则元素电负性大小为N＞B，B正确；立方氮化硼硬度高、耐磨性好，为共价晶体，而BCl3为分子晶体，C错误；BCl3中B原子激发态价层电子轨道表示式为D正确。
12.B 基态铝原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，价层电子排布式为3s23p1，A正确；氮气分子中含有氮氮三键，为直线形结构，其结构式为N≡N，氮原子的杂化方式为sp，B错误；氮氧化铝（AlON）属于共价晶体，水晶（SiO2）属于共价晶体，化学键都是共价键，C正确；氮氧化铝（AlON）属于共价晶体，氯化铝为共价化合物，但属于分子晶体，所以AlON的熔点比AlCl3的熔点高，D正确。
13.A 在金刚石晶体中，每个C原子能形成12个六元环，A正确；由晶胞结构可知，在T-碳晶胞中四个碳原子组成的正四面体结构单元有8个位于顶点、6个位于面心、4个位于体内，个数为8×＋6×＋4＝8，则碳原子个数为32，B错误；由晶胞结构可知T-碳也是以四面体为结构单元的空间网状结构，为共价晶体，C错误；T-碳中4个碳原子围成正四面体结构，该结构中键角为60°，D错误。
14.（1）共价晶体 12
（2）4 正四面体形 ×
解析：（1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，硬度很大，属于共价晶体；以顶角碳原子为研究对象，与其距离最近的碳原子位于该顶角所在面的面心上，所以每个碳原子周围最近且等距离的碳原子数目为12；该晶胞中C原子个数为8×＋6×＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10 cm，体积V＝（a×10－10 cm）3，故密度ρ＝＝
。（2）根据图乙所示的晶体结构可知，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Si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a＝＝cm，在晶胞中2个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即× cm。
4 / 4第2课时 共价晶体
课程 标准 1.能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述共价晶体中粒子排列的周期性规律。 2.借助金刚石和二氧化硅等的模型认识共价晶体的结构特点，并能说明共价晶体中的粒子及粒子间的相互作用力
分点突破（一） 共价晶体的组成与性质
1.共价晶体的概念
所有原子都以 相互结合形成共价键三维骨架结构的晶体叫做共价晶体。
2.共价晶体的结构特点
（1）构成粒子及粒子间的相互作用力
共价晶体
（2）空间结构：整块晶体是共价键三维骨架结构，不存在单个的小分子，某些共价晶体的化学式体现晶体中原子个数比。
3.常见的共价晶体
物质种类 实例
某些 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等
某些 二氧化硅（SiO2）等
4.共价晶体的熔、沸点
（1）由于共价晶体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 的熔点。
（2）结构相似的共价晶体，其熔、沸点高低取决于共价键的键能大小。一般来说，键长越 、键能越 ，共价晶体的熔、沸点越 。
（3）若未告知键长和键能的数据时，可以通过比较原子半径的大小来确定共价键的强弱。如比较金刚石（C—C）、晶体硅（Si—Si）、碳化硅（Si—C）的熔、沸点，其中原子半径：Si＞C，则熔、沸点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
5.共价晶体与分子晶体的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
定义 相邻原子间以共价键结合而成的具有三维骨架结构的晶体 只含分子的晶体
组成粒子 原子 分子
粒子间的作用力 共价键（极性键、非极性键） 范德华力（某些含氢键）
熔化时需克 服的作用力 很强的共价键 较弱的分子间作用力
物理性质 熔、沸点 很高 较低
硬度 很大 较小
导电性 固态和熔融状态时都不导电，但个别为半导体 固态和熔融状态时都不导电，但某些分子晶体溶于水导电，如HCl
溶解性 难溶于一般溶剂 相似相溶
决定熔、沸点 高低的因素 共价键的强弱 分子间作用力的大小
1.“含有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法是否正确？为什么？
2.下表为部分共价晶体的物理性质，结合前面学过的分子晶体的一些性质思考问题。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
（1）与分子晶体相比，共价晶体的熔点普遍较高，为什么？
（2）由表中的数据可知，金刚石、碳化硅和硅的熔点和硬度均依次降低，如何解释这一变化趋势？
（3）共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键长、键能之间存在什么关系？
1.共价晶体一定具有的性质是（ ）
A.熔点高 B.易导热
C.能导电 D.良好的延展性
2.（2024·北京朝阳区高二检测）我国首辆火星车“祝融号”的车身选用高强韧性的新型铝基碳化硅复合材料。碳化硅（SiC）属于（ ）
A.共价晶体 B.分子晶体
C.离子晶体 D.金属晶体
3.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个氧原子形成2个共价键
D.金刚砂（SiC）晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形成的具有空间网状结构的晶体
4.下列晶体性质的比较中不正确的是（ ）
A.沸点：NH3＞PH3
B.熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4
C.硬度：白磷＞冰＞二氧化硅
D.硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
分点突破（二） 典型共价晶体的结构
1.金刚石的晶体结构
（1）在晶体中每个碳原子以 个共价单键对称地与相邻的 个碳原子相结合，成为正四面体。
（2）晶体中C—C—C夹角为 ，碳原子采取 杂化。
（3）最小环上有 个碳原子。
（4）晶体中碳原子个数与C—C个数之比为1∶＝1∶2。
2.二氧化硅的晶体结构
（1）二氧化硅晶体
①1个Si原子和 个O原子形成4个 ，每个O原子和 个Si原子相结合。
②1 mol SiO2中含 mol Si—O。
③最小环由 个Si原子和 个O原子组成。
④每个Si原子被 个12元环共用，每个O原子被 个12元环共用。
（2）低温石英
在低温石英的结构中，顶角相连的 形成螺旋上升的长链，这一结构决定了它具有手性。
（3）二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
3.金刚石和二氧化硅晶体结构的比较
金刚石 二氧化硅
晶体结构模型
结构特点 （1）每个碳原子都采取sp3杂化，与相邻的4个碳原子以共价键相结合，形成正四面体结构，键角为109°28' （2）晶体中最小的碳环由6个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有4个碳原子在同一平面 （3）C原子数与 C—C数之比为1∶2 （4）每个C原子被12个六元环共用，1个碳环占有的碳原子数为0.5个 （5）每个C—C被6个六元环共用 （1）1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 （2）1 mol SiO2中含4 mol Si—O （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个十二元环共用，每个O原子被6个十二元环共用 （5）每个Si—O被6个十二元环共用
提醒
（1）SiO2晶体的结构相当于将金刚石中的C原子全都换为Si原子，同时在每两个Si原子中心连线的中间添加一个O原子，在晶体中只存在Si—O，不存在Si—Si和O—O。
（2）金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目：①金刚石（或晶体硅）中，1 mol C（或Si）原子形成2 mol C—C（或Si—Si）；②碳化硅晶体中，1 mol碳原子或 1 mol 硅原子均形成4 mol C—Si；③SiO2晶体中，1 mol SiO2晶体中有4 mol Si—O。
1.金刚石是典型的共价晶体，天然的金刚石经常呈现规则多面体的外形。
（1）金刚石中每个碳原子采取什么杂化方式？和几个碳原子相连？空间结构是什么？
（2）金刚石晶体中碳原子数和碳碳共价键数之比是多少？12 g金刚石中含C—C数目是多少？
2.SiO2是另一种典型的共价晶体。它是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1 713 ℃，有多种结构，最常见的是低温石英（α-SiO2）。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶都是低温石英，其结构如图。
（1）分析二氧化硅的结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个原子？晶体中硅原子和与硅原子直接相连的氧原子构成的空间结构是什么？
（2）二氧化硅晶体中Si原子与Si—O数目之比是多少？60 g SiO2晶体中含Si—O的数目是多少？
1.中国火星探测器“祝融号”在一种比空气还轻的气凝胶材料保护下成功着陆火星。有种气凝胶材料的主要成分为SiO2，有关其描述错误的是（ ）
A.由原子构成 B.含极性键
C.熔点高 D.极性分子
2.（2024·合肥高二检测）金刚石是典型的共价晶体，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
3.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（ ）
A.金刚石中C—C—C的夹角均为109°28'，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C的键能无关
C.金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶2
D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
4.下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是（ ）
A.存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
B.最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环
C.最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1
D.最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环
分子晶体、共价晶体的判断（归纳与论证）
【典例1】 回答下列问题：
（1）（2023·浙江1月选考）Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。该晶体类型是 ，该化合物的化学式为 。
（2）（2023·山东高考）卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。
－40 ℃时，F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下，HOF为无色气体，固态HOF的晶体类型为 。
【典例2】 按要求填空：
（1）（经典高考）Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4，常温常压下SnCl4为无色液体，其固体的晶体类型为 。
（2）（经典高考）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 。
【规律方法】
分子晶体、共价晶体的判断方法
（1）依据构成晶体的粒子和粒子间作用力判断
晶体类型 构成粒子 粒子间作用力
共价晶体 原子 共价键
分子晶体 分子（稀有气体为原子） 分子间作用力
（2）依据物质的类别判断
①常见的共价晶体有：金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。
②部分非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体锗、晶体硼、灰锡等除外）、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
（3）依据物理性质判断
晶体类型 共价晶体 分子晶体
熔、沸点 高（一般高于1 000 ℃） 低（常在几百摄氏度以下）
导电性 多数不导电，但晶体硅、锗为半导体 不导电，但部分分子晶体溶于水后能导电
硬度 大 小，且质脆
【迁移应用】
1.（2024·嘉兴高二检测）已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于C3N4晶体的说法错误的是（ ）
A.该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间网状结构
B.该晶体的熔点比金刚石高
C.该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
D.该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C更牢固
2.有下列物质：①水晶、②冰醋酸、③氧化钙、④白磷、⑤晶体氩、⑥氢氧化钠、⑦金刚石、⑧过氧化钠、⑨碳化钙、⑩碳化硅、 干冰、 过氧化氢。
根据要求填空：
（1）属于共价晶体的化合物是 （填序号，下同）。
（2）直接由原子构成的晶体是 。
（3）直接由原子构成的分子晶体是 。
（4）由极性分子构成的晶体是 ，属于分子晶体的单质是 。
1.下列有关共价晶体的叙述错误的是（ ）
A.共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
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
2.碳有多种同素异形体，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sp3杂化
D.金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
3.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是（ ）
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O
C.BN和HCl D.CCl4和KCl
4.（2024·咸阳高二检测）现在已能在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于该CO2共价晶体的说法中正确的是（ ）
A.CO2的共价晶体中存在范德华力
B.在一定条件下，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C.每1 mol CO2共价晶体中含有2NA个π键
D.CO2的共价晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与两个C原子相结合
5.（2024·襄阳高二检测）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
第2课时 共价晶体
【基础知识·准落实】
分点突破（一）
师生互动
1.共价键 2.（1）原子 共价键 3.单质 非金属化合物 氧化物 4.（1）很高 （2）短 大 高
探究活动
1.提示：不正确。“含有共价键”不是判断共价晶体的唯一条件，大部分分子晶体中也含有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H2O和CO2中存在共价键。共价晶体除了含有共价键外，构成晶体的粒子必须是原子。
2.（1）提示：分子晶体中分子间是比较弱的分子间作用力，而共价晶体中原子间是通过较强的共价键相互作用的，并且形成空间网状结构，所以熔点普遍较高。
（2）提示：三者形成的是结构相似的共价晶体，其中原子半径：Si＞C，共价键键长：Si—Si＞Si—C＞C—C，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。
（3）提示：结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越短、键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。
自主练习
1.A 高硬度、高熔点是共价晶体的特性，共价晶体一般不能导电、导热，延展性差，选A。
2.A SiC结构中一个碳原子通过共价键结合4个硅原子，一个硅原子通过共价键结合4个碳原子，构成空间网状结构，形成共价晶体，A正确。
3.C 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个氧原子形成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具有空间网状结构的晶体，即共价晶体，D项正确。
4.C A项中NH3分子间存在氢键，故沸点：NH3＞PH3，正确；B项中三种物质的组成和结构相似，且均为分子晶体，熔点随相对分子质量的增大而升高，正确；C项中白磷和冰都是分子晶体，硬度小，而二氧化硅是共价晶体，硬度大，错误；D项中的三种物质都是共价晶体，由于原子半径：C＜Si，所以键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，而键能越大，共价晶体的硬度越大，正确。
分点突破（二）
师生互动
1.（1）4 4 （2）109°28' sp3 （3）6 2.（1）①4 共价键 2 ②4 ③6 6 ④12 6 （2）硅氧四面体
探究活动
1.（1）提示：每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。
（2）提示：金刚石晶体中碳原子数和碳碳共价键数之比是1∶2，12 g金刚石晶体中含有2NA个C—C。
2.（1）提示：SiO2晶体中最小环上有12个原子，其中有6个Si原子和6个O原子；晶体中Si原子和与Si原子直接相连的4个氧原子形成正四面体结构。
（2）提示：SiO2晶体中Si原子与Si—O数目之比为1∶4；60 g SiO2晶体中含Si—O的数目为4NA。
自主练习
1.D SiO2是Si原子和O原子形成的正四面体网状结构，每个Si原子以sp3杂化和4个O原子形成Si—O极性共价键，属于熔点很高的共价晶体，不是极性分子，D符合题意。
2.D 由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2或CO，D项错误。
3.C 选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，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；选项C，金刚石中每个C原子都参与了4条C—C的形成，而每个C原子对每条键的贡献只有一半，故碳原子数与C—C数之比为1∶＝1∶2；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，若不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化或高温下氧化。
4.D 二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，A项错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，每个环实际占有的硅原子数为6×＝，氧原子数为6×＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，B、C项错误，D项正确。
【关键能力·细培养】
【典例1】 （1）共价晶体 SiP2 （2）分子晶体
解析：（1）Si与P通过共价键形成空间网状结构，所以该晶体为共价晶体；根据晶胞结构，Si原子位于顶角与面心，Si原子个数＝8×＋6×＝4，P原子位于晶胞体内，共8个，故该化合物的化学式为SiP2。（2）常温常压下，HOF为无色气体，说明其沸点较低，为分子晶体。
【典例2】 （1）分子晶体 （2）共价晶体
解析：（1）常温下SnCl4为液体，其熔点较低，故SnCl4为分子晶体。（2）GaAs的熔点为1 238 ℃，熔点较高，其是以共价键结合形成的共价晶体。
迁移应用
1.A C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子，只含极性共价键，不含非极性共价键，A错误。
2.（1）①⑩ （2）①⑤⑦⑩ （3）⑤ （4）② ④⑤
解析：共价晶体
分子晶体
【教学效果·勤检测】
1.D A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则；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，共价晶体中原子通过共价键连接，熔化时需要破坏共价键。
2.B 在石墨烯晶体中，最小的环为六元环，每个六元环拥有的碳碳共价键数为6×＝3个，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；石墨烯晶体中，单层上的碳原子除形成单键外，还形成大π键，不存在碳碳双键，B错误；金刚石晶体中，每个碳原子形成4个σ键，采用sp3杂化，C正确；由金刚石晶体结构模型可知，最小的环为六元环，D正确。
3.B A中SO2和SiO2的化学键都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2晶体属于分子晶体，SiO2晶体属于共价晶体；B中CO2和H2O的化学键都是极性共价键，且晶体都属于分子晶体；C中BN和HCl的化学键都为极性共价键，但晶体类型不同，BN晶体属于共价晶体，HCl晶体属于分子晶体；D中CCl4的化学键为极性共价键，KCl的化学键为离子键，CCl4晶体属于分子晶体，KCl晶体不属于分子晶体。
4.D 二氧化碳共价晶体中只存在共价键，不存在范德华力，A错误；二氧化碳共价晶体和分子晶体的晶体类型不同，共价晶体转化为分子晶体时存在化学键的断裂和生成，属于化学变化，B错误；二氧化碳共价晶体中，每个碳原子与4个氧原子结合形成4个σ键，每个氧原子与2个碳原子结合形成2个σ键，晶体中不存在π键，C错误，D正确。
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；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电；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；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，选C。
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第2课时 共价晶体
课
程 标
准 1.能结合金刚石和晶体硅的晶体结构描述共价晶体中粒子排列
的周期性规律。
2.借助金刚石和二氧化硅等的模型认识共价晶体的结构特点，
并能说明共价晶体中的粒子及粒子间的相互作用力
目 录
1、基础知识·准落实
2、关键能力·细培养
3、教学效果·勤检测
4、学科素养·稳提升
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破（一） 共价晶体的组成与性质
1. 共价晶体的概念
所有原子都以 相互结合形成共价键三维骨架结构的晶体
叫做共价晶体。
共价键
2. 共价晶体的结构特点
（1）构成粒子及粒子间的相互作用力
共价晶体
（2）空间结构：整块晶体是共价键三维骨架结构，不存在单个的
小分子，某些共价晶体的化学式体现晶体中原子个数比。
3. 常见的共价晶体
物质种类 实例
某些
晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些
碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等
某些
二氧化硅（SiO2）等
单质
非金
属化合物
氧化物
4. 共价晶体的熔、沸点
（1）由于共价晶体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 的熔点。
很高
（2）结构相似的共价晶体，其熔、沸点高低取决于共价键的键能
大小。一般来说，键长越 、键能越 ，共价晶体
的熔、沸点越 。
短
大
高
（3）若未告知键长和键能的数据时，可以通过比较原子半径的大
小来确定共价键的强弱。如比较金刚石（C—C）、晶体硅
（Si—Si）、碳化硅（Si—C）的熔、沸点，其中原子半径：
Si＞C，则熔、沸点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
5. 共价晶体与分子晶体的比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
定义 相邻原子间以共价键结合而成的具有三维骨架结构的晶体 只含分子的晶体
组成粒子 原子 分子
粒子间的作用力 共价键（极性键、非极性键） 范德华力（某些含氢键）
熔化时需克服的
作用力 很强的共价键 较弱的分子间作用力
晶体类型 共价晶体 分子晶体
物
理
性
质 熔、沸点 很高 较低
硬度 很大 较小
导电性 固态和熔融状态时都不导电，但个别为半导体 固态和熔融状态时都不导电，但某些分子晶体溶于水导电，如HCl
溶解性 难溶于一般溶剂 相似相溶
决定熔、沸点高
低的因素 共价键的强弱 分子间作用力的大小
1. “含有共价键的晶体叫做共价晶体”，这种说法是否正确？为
什么？
提示：不正确。“含有共价键”不是判断共价晶体的唯一条件，大
部分分子晶体中也含有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但
H2O和CO2中存在共价键。共价晶体除了含有共价键外，构成晶体
的粒子必须是原子。
2. 下表为部分共价晶体的物理性质，结合前面学过的分子晶体的一些
性质思考问题。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
（1）与分子晶体相比，共价晶体的熔点普遍较高，为什么？
提示：分子晶体中分子间是比较弱的分子间作用力，而共价
晶体中原子间是通过较强的共价键相互作用的，并且形成空
间网状结构，所以熔点普遍较高。
（2）由表中的数据可知，金刚石、碳化硅和硅的熔点和硬度均依
次降低，如何解释这一变化趋势？
提示：三者形成的是结构相似的共价晶体，其中原子半径：
Si＞C，共价键键长：Si—Si＞Si—C＞C—C，键长越短，键
能越大，晶体的熔点越高，硬度越大。
（3）共价晶体的熔点和硬度等物理性质与共价晶体中共价键的键
长、键能之间存在什么关系？
提示：结构相似的共价晶体，其原子间形成共价键的键长越
短、键能越大，晶体的熔点就越高，硬度就越大。
1. 共价晶体一定具有的性质是（ ）
A. 熔点高 B. 易导热
C. 能导电 D. 良好的延展性
解析： 高硬度、高熔点是共价晶体的特性，共价晶体一般不能
导电、导热，延展性差，选A。
2. （2024·北京朝阳区高二检测）我国首辆火星车“祝融号”的车身
选用高强韧性的新型铝基碳化硅复合材料。碳化硅（SiC）属于
（ ）
A. 共价晶体 B. 分子晶体
C. 离子晶体 D. 金属晶体
解析： SiC结构中一个碳原子通过共价键结合4个硅原子，一个
硅原子通过共价键结合4个碳原子，构成空间网状结构，形成共价
晶体，A正确。
3. 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个氧原子形成2个共价键
D. 金刚砂（SiC）晶体是直接由硅原子和碳原子通过共价键结合所形
成的具有空间网状结构的晶体
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个氧原子形成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具有
空间网状结构的晶体，即共价晶体，D项正确。
4. 下列晶体性质的比较中不正确的是（ ）
A. 沸点：NH3＞PH3
B. 熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4
C. 硬度：白磷＞冰＞二氧化硅
D. 硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
解析： A项中NH3分子间存在氢键，故沸点：NH3＞PH3，正
确；B项中三种物质的组成和结构相似，且均为分子晶体，熔点随
相对分子质量的增大而升高，正确；C项中白磷和冰都是分子晶
体，硬度小，而二氧化硅是共价晶体，硬度大，错误；D项中的三
种物质都是共价晶体，由于原子半径：C＜Si，所以键长：C—C＜
C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，而键能越大，共
价晶体的硬度越大，正确。
分点突破（二） 典型共价晶体的结构
1. 金刚石的晶体结构
（1）在晶体中每个碳原子以 个共价单键对称地与相邻
的 个碳原子相结合，成为正四面体。
4
4
（2）晶体中C—C—C夹角为 ，碳原子采取
杂化。
（3）最小环上有 个碳原子。
（4）晶体中碳原子个数与C—C个数之比为1∶ ＝1∶2。
109°28'
sp3
6
2. 二氧化硅的晶体结构
（1）二氧化硅晶体
①1个Si原子和 个O原子形成4个 ，每个O原
子和 个Si原子相结合。
②1 mol SiO2中含 mol Si—O。
4
共价键
2
4
③最小环由 个Si原子和 个O原子组成。
④每个Si原子被 个12元环共用，每个O原子被 个
12元环共用。
6
6
12
6
（2）低温石英
在低温石英的结构中，顶角相连的 形成螺旋
上升的长链，这一结构决定了它具有手性。
硅氧四面体
（3）二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。
3. 金刚石和二氧化硅晶体结构的比较
金刚石 二氧化硅
晶体
结构
模型
金刚石 二氧化硅
结构
特点 （1）每个碳原子都采取sp3杂化，与相邻的4个碳原子以共价键相结合，形成正四面体结构，键角为109°28' （2）晶体中最小的碳环由6个碳原子组成，且不在同一平面内，最多有4个碳原子在同一平面（3）C原子数与 C—C数之比为1∶2 （4）每个C原子被12个六元环共用，1个碳环占有的碳原子数为0.5个 （5）每个C—C被6个六元环共用 （1）1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
（2）1 mol SiO2中含4 mol Si—O
（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个十二元环共用，每个O原子被6个十二元环共用
（5）每个Si—O被6个十二元环共用
提醒
（1）SiO2晶体的结构相当于将金刚石中的C原子全都换为Si原子，同
时在每两个Si原子中心连线的中间添加一个O原子，在晶体中只
存在Si—O，不存在 Si—Si 和 O—O。
（2）金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数
目：①金刚石（或晶体硅）中，1 mol C（或Si）原子形成2 mol
C—C（或Si—Si）；②碳化硅晶体中，1 mol碳原子或 1 mol 硅
原子均形成4 mol C—Si；③SiO2晶体中，1 mol SiO2晶体中有4
mol Si—O。
1. 金刚石是典型的共价晶体，天然的金刚石经常呈现规则多面体
的外形。
（1）金刚石中每个碳原子采取什么杂化方式？和几个碳原子相
连？空间结构是什么？
提示：每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子包
围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳
原子处于正四面体的中心。
（2）金刚石晶体中碳原子数和碳碳共价键数之比是多少？12 g金
刚石中含C—C数目是多少？
提示：金刚石晶体中碳原子数和碳碳共价键数之比是1∶2，
12 g金刚石晶体中含有2 NA个C—C。
2. SiO2是另一种典型的共价晶体。它是自然界含量最高的固态二元氧
化物，熔点1 713 ℃，有多种结构，最常见的是低温石英（α-
SiO2）。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色
晶体以及透明的水晶都是低温石英，其结构如图。
（1）分析二氧化硅的结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个
原子？晶体中硅原子和与硅原子直接相连的氧原子构成的空
间结构是什么？
提示：SiO2晶体中最小环上有12个原子，其中有6个Si原子和
6个O原子；晶体中Si原子和与Si原子直接相连的4个氧原子形
成正四面体结构。
（2）二氧化硅晶体中Si原子与Si—O数目之比是多少？60 g SiO2晶
体中含Si—O的数目是多少？
提示：SiO2晶体中Si原子与Si—O数目之比为1∶4；60 g SiO2
晶体中含Si—O的数目为4 NA。
1. 中国火星探测器“祝融号”在一种比空气还轻的气凝胶材料保护下
成功着陆火星。有种气凝胶材料的主要成分为SiO2，有关其描述错
误的是（ ）
A. 由原子构成 B. 含极性键
C. 熔点高 D. 极性分子
解析： SiO2是Si原子和O原子形成的正四面体网状结构，每个Si
原子以sp3杂化和4个O原子形成Si—O极性共价键，属于熔点很高的
共价晶体，不是极性分子，D符合题意。
2. （2024·合肥高二检测）金刚石是典型的共价晶体，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： 由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃
烧生成CO2或CO，D项错误。
3. 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（ ）
A. 金刚石中C—C—C的夹角均为109°28'，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B. 金刚石的熔点高与C—C的键能无关
C. 金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶2
D. 金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
解析： 选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的
晶体类型不同；选项B，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；选项C，金
刚石中每个C原子都参与了4条C—C的形成，而每个C原子对每条
键的贡献只有一半，故碳原子数与C—C数之比为1∶ ＝
1∶2；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温
度，若不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化或高温下氧化。
4. 下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是（ ）
A. 存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
B. 最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环
C. 最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1
D. 最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环
解析： 二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形
成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于
4个顶角，A项错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二
元环，每个环实际占有的硅原子数为6× ＝ ，氧原子数为6×
＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，
B、C项错误，D项正确。
2
关键能力·细培养
互动探究 深化认知
分子晶体、共价晶体的判断（归纳与论证）
【典例1】 回答下列问题：
（1）（2023·浙江1月选考）Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。
该晶体类型是 ，
该化合物的化学式为 。
共价晶体
SiP2
解析：Si与P通过共价键形成空间网状结构，所以该晶体为共价
晶体；根据晶胞结构，Si原子位于顶角与面心，Si原子个数＝
8× ＋6× ＝4，P原子位于晶胞体内，共8个，故该化合物的
化学式为SiP2。
（2）（2023·山东高考）卤素可形成许多结构和性质特殊的化合物。
－40 ℃时，F2与冰反应生成HOF和HF。常温常压下，HOF为无
色气体，固态HOF的晶体类型为 。
解析：常温常压下，HOF为无色气体，说明其沸点较低，为分
子晶体。
分子晶体
【典例2】 按要求填空：
（1）（经典高考）Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成
SnCl4，常温常压下SnCl4为无色液体，其固体的晶体类型为
。
解析：常温下SnCl4为液体，其熔点较低，故SnCl4为分子晶体。
分
子晶体
（2）（经典高考）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用于制
作微型激光器或太阳能电池的材料等。GaAs的熔点为1 238
℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型
为 。
共价晶体
解析：GaAs的熔点为1 238 ℃，熔点较高，其是以共价键结合
形成的共价晶体。
【规律方法】
分子晶体、共价晶体的判断方法
（1）依据构成晶体的粒子和粒子间作用力判断
晶体类型 构成粒子 粒子间作用力
共价晶体 原子 共价键
分子晶体 分子（稀有气体为原子） 分子间作用力
（2）依据物质的类别判断
①常见的共价晶体有：金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；
SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。
②部分非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体锗、晶体
硼、灰锡等除外）、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、
稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
（3）依据物理性质判断
晶体类型 共价晶体 分子晶体
熔、沸点 高（一般高于1 000 ℃） 低（常在几百摄氏度以
下）
导电性 多数不导电，但晶体硅、锗
为半导体 不导电，但部分分子晶体
溶于水后能导电
硬度 大 小，且质脆
【迁移应用】
1. （2024·嘉兴高二检测）已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，
且构成该晶体的微粒间只以单键结合。关于C3N4晶体的说法错误
的是（ ）
A. 该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性共价键形成空间
网状结构
B. 该晶体的熔点比金刚石高
C. 该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
D. 该晶体属于共价晶体，其化学键比金刚石中的C—C更牢固
解析： C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连
接3个碳原子，只含极性共价键，不含非极性共价键，A错误。
2. 有下列物质：①水晶、②冰醋酸、③氧化钙、④白磷、⑤晶体氩、
⑥氢氧化钠、⑦金刚石、⑧过氧化钠、⑨碳化钙、⑩碳化硅、
干冰、 过氧化氢。
根据要求填空：
（1）属于共价晶体的化合物是 （填序号，下同）。
（2）直接由原子构成的晶体是 。
（3）直接由原子构成的分子晶体是 。
①⑩
①⑤⑦⑩
⑤
（4）由极性分子构成的晶体是 ，属于分子晶体的单质
是 。
解析：共价晶体
分子晶体
②
④⑤
3
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. 下列有关共价晶体的叙述错误的是（ ）
A. 共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
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
解析： A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键
具有方向性和饱和性，所以共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原
则；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，共价晶体中原子通过共价键连接，熔化时需要
破坏共价键。
2. 碳有多种同素异形体，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sp3杂化
D. 金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
解析： 在石墨烯晶体中，最小的环为六元环，每个六元环拥有
的碳碳共价键数为6× ＝3个，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；石墨烯晶体中，单层上的碳原子
除形成单键外，还形成大π键，不存在碳碳双键，B错误；金刚石
晶体中，每个碳原子形成4个σ键，采用sp3杂化，C正确；由金刚石
晶体结构模型可知，最小的环为六元环，D正确。
3. 下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是
（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2O
C. BN和HCl D. CCl4和KCl
解析： A中SO2和SiO2的化学键都是极性共价键，但晶体类型不
同，SO2晶体属于分子晶体，SiO2晶体属于共价晶体；B中CO2和
H2O的化学键都是极性共价键，且晶体都属于分子晶体；C中BN和
HCl的化学键都为极性共价键，但晶体类型不同，BN晶体属于共
价晶体，HCl晶体属于分子晶体；D中CCl4的化学键为极性共价
键，KCl的化学键为离子键，CCl4晶体属于分子晶体，KCl晶体不
属于分子晶体。
4. （2024·咸阳高二检测）现在已能在高压下将CO2转化为具有类似
SiO2结构的共价晶体，下列关于该CO2共价晶体的说法中正确的是
（ ）
A. CO2的共价晶体中存在范德华力
B. 在一定条件下，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C. 每1 mol CO2共价晶体中含有2 NA个π键
D. CO2的共价晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与
两个C原子相结合
解析： 二氧化碳共价晶体中只存在共价键，不存在范德华力，
A错误；二氧化碳共价晶体和分子晶体的晶体类型不同，共价晶体
转化为分子晶体时存在化学键的断裂和生成，属于化学变化，B错
误；二氧化碳共价晶体中，每个碳原子与4个氧原子结合形成4个σ
键，每个氧原子与2个碳原子结合形成2个σ键，晶体中不存在π键，
C错误，D正确。
5. （2024·襄阳高二检测）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
解析： 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；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电；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；磷化
硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，选C。
学科素养·稳提升
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内化知识 知能升华
1. （2024·郑州高二检测）如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金
刚石的说法正确的是（ ）
A. 金刚石晶体中碳碳键之间的夹角为120°
B. 金刚石晶胞中六元环中的碳原子在同一平面内
C. 每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构
D. 金刚石晶体中碳原子与碳碳键数目之比为1∶4
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解析： 金刚石晶体中每个碳原子和周围四个碳原子形成共价
键，形成立体网状结构，碳碳键之间的夹角为109°28'，A错误；
金刚石晶胞中最小的环为六元环，每个环中最多有4个碳原子在同
一平面内，B错误；每个碳原子与其他4个碳原子相连，形成正四
面体结构，C正确；金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳形成碳
碳键，碳原子与碳碳键数目之比为1∶ ＝1∶2，D错误。
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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SiO2分子，因为它具有硅、氧原子通过共
价键形成的空间网状结构
C. 稀有气体的晶体属于共价晶体，因为其组成粒子是原子，不存在
分子间作用力
D. 空间结构为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是
109°28'，有可能为60°
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解析： 稀有气体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。
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3. 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
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解析： A项，金刚石属于共价晶体，其中的碳原子采取sp3杂化
形成共价键三维骨架结构，晶体中最小环上有6个碳原子，正确；
B项，分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体是单原子分子，
没有共价键，错误；C项，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，错误；D项，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，错误。
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4. 一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。关于
B4C的推断正确的是（ ）
A. B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的
B. B4C是一种共价晶体
C. B4C是一种分子晶体
D. B4C晶体中存在离子键
解析： B4C由非金属元素组成，可用于制作切削工具和高温热
交换器，说明熔点高，应为共价晶体，不存在单个分子，构成微粒
为原子，碳、硼原子之间以共价键结合。
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5. （2024·西安高二检测）氮化铝属类金刚石氮化物、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. 与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个
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解析： 氮化铝属类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项
正确；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；AlN属于共价化合物，C项错误；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相等且最近的铝原子共有 ＝12个，D
项正确。
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6. 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/℃ ＞3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
A. 构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
B. 构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高
C. 构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大
D. 构成共价晶体的共价键键长越长，晶体的硬度越大
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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，键能越大，对
应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。
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7. 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. 固态X2Y是分子晶体
C. ZW是共价晶体
D. ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
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解析： 由题给信息分析可知，X为H，Y为O，Z为Si，W为C。
WX4为CH4，是天然气的主要成分，A项正确；X2Y为H2O，固态
H2O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。
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8. 氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示。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. 氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C. 氮化碳的化学式为C3N4
D. 每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连
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解析： A项，根据氮化碳的硬度比金刚石大判断，氮化碳属于
共价晶体；B项，氮的非金属性强于碳的非金属性，氮化碳中碳显
＋4价，氮显－3价；C项，晶体结构模型中虚线部分（正方形）是
晶体的最小结构单元，该正方形顶点的原子被4个正方形共用，边
上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4× ＋4× ＝
3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共
价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原
子与3个碳原子相连。
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9. （2024·泉州高二检测）新型SiC增强铝基复合材料，可展开柔性砷
化镓太阳能电池系统，助力“天问一号”开展火星探测。回答下列
问题：
（1）基态Si原子中，电子占据的最高能级符号为 ，基态Ga原
子的价层电子排布式是 。
3p
4s24p1
（2）第三周期元素中，第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅
外，还有 （填元素符号）。
Mg、S
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解析：第三周期元素从左至右，第一电离能呈增大趋势，其中基态Mg和P原子3p能级轨道分别为全空和半充满，比较稳定，其第一电离能大于同周期相邻元素，则第一电离能：Na＜Al＜Mg＜Si＜S＜P＜Cl＜Ar，所以第一电离能介于铝和磷之间的元素除硅外，还有Mg、S。
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（3）碳化硅和硅晶体都具有金刚石型结构，碳化硅熔点高于硅的
原因是
碳化硅和硅晶体都是共价晶体，原子半径：C＜Si，共价键键长：C—Si小于Si—Si，键能：C—Si大于Si—Si，熔点：碳化硅高于硅
。
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（4）GaAs的晶胞如图所示。
①GaAs的熔点为1 238 ℃，该晶体的类型为 。
②下列说法正确的是 （填字母）。
共价晶体
A. 砷化镓是离子化合物
B. GaP与GaAs互为等电子体
C. 电负性：As＜Ga
B
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解析：①GaAs的熔点为1 238 ℃，熔点较高，则该晶体为共价晶体。②砷化镓是共价化合物，A项错误；P和As位于同一主族，所以GaP与GaAs互为等电子体，B项正确；As和Ga位于同一周期，同一周期主族元素从左到右电负性逐渐增大，所以电负性：As＞Ga，C项错误。
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10. 金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2 700
℃，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原子位于Si原子构成的正四面体空隙中
D. 金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
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解析： 金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共
价晶体，键长：C—Si＞C—C，故其熔点比金刚石低，A错
误；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原子位于Si原子构成的正四面体空
隙中，B正确；C—Si的长度为晶胞体对角线长度的 ，设晶胞
棱长为 x ，则 × x ＝ a pm，所以 x ＝ pm＝ pm，C
错误；
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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，由于每个顶角碳原子被8个晶胞共用，面心
碳原子为2个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为
3×8× ＝12，D错误。
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11. （2024·泰安高二检测）立方氮化硼硬度高、耐磨性好，在机械加
工行业有广泛应用。制备立方氮化硼的一种方法为BCl3（g）＋
NH3（g） BN（s）＋3HCl（g），下列说法错误的是（ ）
A. 反应混合物中所有化学键均为共价键
B. 元素电负性大小为N＞B
C. BCl3和BN均为共价晶体
D. 形成BCl3时B原子先激发后杂化，其激发态价层电子轨道表示式
为
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解析： 四种物质均为非金属元素形成的化合物，B—Cl、N—
H、B—N、H—Cl均为共价键，A正确；同主族由上而下，元素电
负性变小，则元素电负性大小为N＞B，B正确；立方氮化硼硬度
高、耐磨性好，为共价晶体，而BCl3为分子晶体，C错误；BCl3
中B原子激发态价层电子轨道表示式为 ，D正确。
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12. 氮氧化铝（AlON）是新型透明高硬度防弹铝材料，属于共价晶
体，主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜
穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的
是（ ）
A. 基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1
B. 制备AlON的原料N2中N原子采取sp2杂化
C. AlON和水晶的化学键类型相同
D. AlON的熔点比AlCl3的熔点高
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解析： 基态铝原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p1，价层电
子排布式为3s23p1，A正确；氮气分子中含有氮氮三键，为直线形
结构，其结构式为N≡N，氮原子的杂化方式为sp，B错误；氮氧
化铝（AlON）属于共价晶体，水晶（SiO2）属于共价晶体，化学
键都是共价键，C正确；氮氧化铝（AlON）属于共价晶体，氯化
铝为共价化合物，但属于分子晶体，所以AlON的熔点比AlCl3的
熔点高，D正确。
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13. （2024·武汉高二检测）我国科学家预言的T-碳已被合成。T-碳的
晶体结构可看作将金刚石中的碳原子用由四个碳原子组成的正四
面体结构单元取代所得，金刚石和T-碳的晶胞如图所示。下列说
法正确的是（ ）
A. 金刚石中每个碳原子被12个最小环共用
B. 每个T-碳晶胞平均含有24个碳原子
C. T-碳属于分子晶体
D. T-碳中键角是109°28'
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解析： 在金刚石晶体中，每个C原子能形成12个六元环，A正
确；由晶胞结构可知，在T-碳晶胞中四个碳原子组成的正四面体
结构单元有8个位于顶点、6个位于面心、4个位于体内，个数为
8× ＋6× ＋4＝8，则碳原子个数为32，B错误；由晶胞结构可
知T-碳也是以四面体为结构单元的空间网状结构，为共价晶体，C
错误；T-碳中4个碳原子围成正四面体结构，该结构中键角为
60°，D错误。
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14. （1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金
刚砂晶体类型为 ；在SiC中，每个C原子周围最近且等
距离的C原子数目为 ；若晶胞的边长为 a pm，阿伏加德罗常数
为6.02×1023 mol－1，则金刚砂的密度表达式
为 。
共价晶体
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解析：金刚砂（SiC）的硬度为9.5，硬度很大，属于共价晶体；以顶角碳原子为研究对象，与其距离最近的碳原子位于该顶角所在面的面心上，所以每个碳原子周围最近且等距离的碳原子数目为12；该晶胞中C原子个数为8× ＋6× ＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为 a ×10－10 cm，体积 V ＝（ a ×10－10 cm）3，故密度ρ＝ ＝ 。
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（2）硅的某种单质的晶胞如图乙所示。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（用代数式表示即可）。
4
正四面体形
×
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解析：根据图乙所示的晶体结构可知，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Si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 a ＝ ＝ cm，在晶胞中2个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的 ，即 × cm。
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