分子晶體與共價晶體

第1課時分子晶體

［核心素養發展目標］1.能辨識常見的分子晶體，并能從微觀角度分析分子晶體中各構成微粒

之間的作用和對分子晶體物理性質的影響。2.能利用分子晶體的通性推斷常見的分子晶體，

理解分子晶體中微粒的堆積模型，并能用均攤法對晶胞進行分析。

一、分子晶體的概念和性質

1.分子晶體的概念

只含分子的晶體,或者分子間以分子間作用力結合形成的晶體叫分子晶體。

2.分子晶體中的粒子及粒子間的相互作用

T構成微粒存］

I分子晶體I-T微粒間的作用力H分子間作用力I

T分子內各原子間1T共價鍵|

3.常見的典型分子晶體

(1)所有非金屬氫化物:如H2O、H2S>NH3、CH4、HX(鹵化氫)等。

(2)部分非金屬單質:如X2(鹵素單質)、。2、H2、S8、P4、C60、稀有氣體等。

(3)部分非金屬氧化物:如CO2、SO2、NO2、P4o6>P4O10等。

(4)幾乎所有的酸：如H2SO4、HNO3>H3Po4、IbSiCh等。

(5)絕大多數有機物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。

4.分子晶體的物理性質

⑴分子晶體熔、沸點較低,硬度很小。

(2)分子晶體不導電。

(3)分子晶體的溶解性一般符合“相似相溶”規律。

|■判斷正誤」

(1)組成分子晶體的微粒是分子，在分子晶體中一定存在共價鍵和分子間作用力()

(2)分子晶體熔化時一定破壞范德華力，有些分子晶體還會破壞氫鍵()

(3)分子晶體熔化或溶于水均不導電()

(4)分子晶體的熔、沸點越高，分子晶體中共價鍵的鍵能越大()

(5)水分子間存在著氫鍵，故水分子較穩定()

(6)NH3極易溶于水的原因一是NH3、H2O均為極性分子，二是NH3和H2O之間形成分子間

氫鍵()

答案(1)X(2)V(3)X(4)X(5)X(6)V

r理解應用」

i.下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是()

A.NH3、HD、CioHisB.PCb、CO2、H2SO4

C.SO2、C60、P2O5D.CCI4、Na2S>H2O2

答案B

解析分子晶體的構成微粒為分子，分子內部以共價鍵結合。HD屬于分子晶體，但為單質，

故A錯誤；PCb、C02>H2sO4均屬于分子晶體，且為化合物，故B正確；C60屬于分子晶體，

但為單質，故C錯誤；Na2s中含有離子鍵，不屬于分子晶體，故D錯誤。

2.(2019?貴州思南中學高二月考)醫院在進行外科手術時，常用HgCb稀溶液作為手術刀的消

毒劑，已知HgCb有如下性質：①HgCb晶體熔點較低；②HgCL熔融狀態下不導電；③HgCb

在水溶液中可發生微弱電離。下列關于HgCb的敘述中正確的是()

A.HgCh晶體屬于分子晶體

B.HgCb屬于離子化合物

C.HgCb屬于電解質，且屬于強電解質

D.HgCL屬于非電解質

答案A

解析由HgCL的性質可知，HgCb晶體屬于分子晶體，屬于共價化合物，是弱電解質。

3.下列分子晶體的熔、沸點由高到低的順序是()

①HC1②HBr③HI?CO⑤N2@H2

A.①②③④⑤⑥B.③②①⑤④⑥

C.③②①④⑤⑥D.⑥⑤④③②①

答案C

解析相對分子質量越大，分子間的范德華力越大，分子晶體的熔、沸點越高，相對分子質

量接近的分子，極性越強，熔、沸點越高，故選C。

-歸納總結

1.分子晶體的判斷方法

⑴依據物質的類別判斷

部分非金屬單質、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數有機物

都是分子晶體。

⑵依據組成晶體的粒子及粒子間作用判斷

組成分子晶體的微粒是分子，粒子間的作用力是分子間作用力。

(3)依據物質的性質判斷

分子晶體的硬度小，熔、沸點低，在熔融狀態或固體時均不導電。

2.分子晶體熔、沸點高低的判斷

⑴組成和結構相似，不含氫鍵的分子晶體，相對分子質量越大，范德華力越強，熔、沸點越

高，l2>Br2>C12>F2,HI>HBr>HCl?

⑵組成和結構不相似的分子晶體(相對分子質量接近)，分子的極性越大，熔、沸點越高，如

CH3OH>CH3CH3O

(3)含有分子間氫鍵的分子晶體的熔、沸點反常升高，如H2O>H2Te>H2Se>H2S。

(4)對于有機物中的同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3

CH

I3

CH—CH—CH—CHCH—C—CH

3I233I3

>CH3>CH3O

(5)煌、鹵代煌、醇、醛、竣酸等有機物一般隨分子中碳原子數的增加，熔、沸點升高，如

C2H6>CH4,C2H5OCH3CI,CH3COOH>HCOOHO

二、典型的分子晶體的結構和性質

1.分子晶體的結構特征

分子密堆積分子非密堆積

微粒間作用力范德華力范德華力和氫鍵

通常每個分子周圍有12個緊每個分子周圍緊鄰的分子數小于12

空間特點

鄰的分子個，空間利用率不高

舉例C60、干冰、12、。2HF、NH3>冰

2.常見分子晶體的結構分析

(1)冰晶體

①結構：冰晶體中，水分子間主要通過氫鍵形成晶體。由于氫鍵具有一定的方向性,一個水

分子與周圍四個水分子結合，這四個水分子也按照同樣的規律再與其他的水分子結合。這樣,

每個。原子周圍都有四個H原子，其中兩個H原子與0原子以共價鍵結合，另外兩個H原

子與。原子以氫鍵結合，使水分子間構成四面體骨架結構。其結構可用下圖表示。

H.。V

H%f?、Q

②性質：由于氫鍵具有方向性，冰晶體中水分子未采取密堆積方式，這種堆積方式使冰晶體

中水分子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。當冰剛剛融化成液態水時，水分子間的空

隙減小，密度反而增大，超過4℃時，分子間距離加大，密度逐漸減小。

⑵干冰

①結構：固態CCh稱為干冰，干冰也是分子晶體。CCh分子內存在C=0共價鍵，分子間存

在范德華力,CO2的晶胞呈面心立方體形，立方體的每個頂角有一個CO2分子，每個面上也

有一個CO2分子。每個CO2分子與y個CO2分子等距離相鄰（在三個互相垂直的平面上各4

個或互相平行的三層上，每層上各4個）（如圖所示）。

與一個co2分子距離最

干冰的晶胞模型（面心晶胞）近的CO2分子共有12個

②性質：干冰的外觀很像冰，硬度也跟冰相似,熔點卻比冰低得多，在常壓下極易升華，在

工業上廣泛用作制冷劑；由于干冰中的CO2之間只存在范德華力不存在氫鍵，密度比冰的高。

r判斷正誤」

（1）干冰和冰都是由分子密堆積形成的晶體（）

（2）干冰比冰的熔點低很多，常壓下易升華（）

（3）干冰晶體中只存在范德華力不存在氫鍵，一個分子周圍有12個緊鄰的分子（）

（4）冰晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的分子；1mol冰中含有1mol氫鍵（）

答案⑴義（2）V（3）V（4）X

r深度思考」

1.硫化氫和水分子結構相似，但硫化氫晶體中，一個硫化氫分子周圍有12個緊鄰的分子，

而冰中一個水分子周圍只有4個緊鄰分子，為什么？

提示硫化氫晶體中只存在范德華力，屬于分子密堆積，而冰中主要作用力是氫鍵，氫鍵具

有方向性，氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子

相互吸引。

2.如圖為干冰的晶體結構示意圖。

（1）通過觀察分析，有種取向不同的CO2分子。將CO2分子視作質點，設晶胞邊長為

6/pm,則緊鄰的兩個CO2分子的距離為pmo

-10

（2）其密度p為（1pm=IOcm）o

y[24X44

答案（1）42a⑵必w^^-陟gem

解析頂角一種取向，三對平行面分別為三種取向，所以共有4種取向。兩個緊鄰CO2分子

以「為工匚上2匹以.Imol晶胞質量4X44-

的距局為面對角線的一半。.=]1noi晶胞體積=刈（〃義10r0）3gtm。

隨堂演練知識落實

1.下列物質固態時，一定是分子晶體的是（）

A.酸性氧化物B.非金屬單質

C.堿性氧化物D.含氧酸

答案D

2.水的沸點為100°C,硫化氫的分子結構跟水相似，但它的沸點卻很低，是一60.7℃,引起

這種差異的主要原因是（）

A.范德華力B.共價鍵

C.氫鍵D.相對分子質量

答案C

解析水和H2s的結構相似，二者形成的晶體也都是分子晶體。但由于水分子間存在氫鍵，

所以導致水的沸點高于H2s的沸點。

3.干冰熔點很低是由于（）

A.CCh是非極性分子B.C=O的鍵能很小

C.CCh化學性質不活潑D.CCh分子間的作用力較弱

答案D

解析干冰是分子晶體，分子晶體的相對分子質量越小，分子間的作用力越弱，熔、沸點越

低，所以干冰熔點很低是由于CCh分子間的作用力較弱，與鍵能、化學性質等無關。

4.干冰氣化時，下列所述內容發生變化的是（）

A.分子內共價鍵B.分子間作用力

C.分子的性質D.分子間的氫鍵

答案B

解析干冰是分子晶體，分子間存在分子間作用力，不存在氫鍵，分子氣化時破壞分子間作

用力，分子內原子間共價鍵沒有被破壞，所以分子的性質不發生改變。

5.下列屬于分子晶體的一組物質是（）

A.CaO、NO、COB.CCI4、H2O、He

C.82、SO2、NaClD.CH4、02、Na2O

答案B

6.下列有關分子晶體熔點高低的敘述中，正確的是（）

A.氯氣〉碘單質

B.四氯化硅〉四氟化硅

C.NH3<PH3

D.異戊烷>正戊烷

答案B

解析碘常溫下為固體，氯氣為氣體，碘的熔點較高，A錯誤；四氯化硅、四氟化硅對應的

晶體都為分子晶體，四氯化硅的相對分子質量大，熔點較高，B正確；氨分子間存在氫鍵，

熔點較高，C錯誤；同分異構體中，含有的支鏈越多，熔點越低，D錯誤。

7.自從英國化學家巴特列（N.Bartlett）首次合成了第一種稀有氣體的化合物XePtFe以來，人們

又相繼發現了氤的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。巴特列為開拓稀有氣體化學作出了歷

史性貢獻。

（1）請根據XeF4的結構示意圖（圖1）判斷這個分子是極性分子還是非極性分子？=

（2）XeF2晶體是一種無色晶體，圖2為它的晶胞結構圖。XeF2晶體屬于哪種類型的晶體？

—000

QXe

OF

O0jD---------OQ0

O<K>---------o4o

圖1圖2

答案（1）非極性分子（2）分子晶體

解析（l）XeF4分子中含有Xe—F極性鍵,由于XeF4分子是平面正方形結構，結構對稱，所

以XeF4分子為非極性分子。（2）根據晶胞結構可知，XeF2晶體是由分子構成的，是分子晶體。

課時對點練

g對點訓練

題組一分子晶體及其性質

1.下列有關分子晶體的說法中一定正確的是（）

A.分子內均存在共價鍵

B.分子間一定存在范德華力

C.分子間一定存在氫鍵

D.其結構一定為分子密堆積

答案B

解析稀有氣體元素組成的晶體中，不存在由多個原子組成的分子，而是原子間通過范德華

力結合成晶體，所以不存在任何化學鍵，A錯誤；分子間作用力包括范德華力和氫鍵，范德

華力存在于所有的分子晶體中，而氫鍵只存在于含有與電負性較強的氮、氧、氟原子結合的

氫原子的分子之間或者分子之內，B正確、C錯誤；只存在范德華力的分子晶體才采用分子

密堆積的方式，D錯誤。

2.分子晶體具有某些特征的本質原因是（）

A.組成晶體的基本微粒是分子

B.熔融時不導電

C.晶體內微粒間以分子間作用力相結合

D.熔點一般比較低

答案C

解析分子晶體相對于其他晶體來說，熔、沸點較低，硬度較小，本質原因是其基本構成微

粒間的相互作用——范德華力及氫鍵相對于化學鍵來說比較弱。

3.下列晶體由原子直接構成，但屬于分子晶體的是（）

A.固態氫B.固態航

C.磷D.三氧化硫

答案B

解析根據題意可知必須是單原子分子，符合條件的只有稀有氣體，故選B。

4.支持固態氨是分子晶體的事實為（）

A.氮原子不能形成陽離子

B.錢離子不能單獨存在

C.常溫下氨是氣態物質

D.氨極易溶于水

答案C

解析常溫下氨是氣態物質，說明NH3的熔點和沸點低，微粒之間的結合力小，所以固態的

氨是分子晶體；只有分子晶體在常溫下才可能呈氣態，反之，常溫下呈氣態的物質一定屬于

分子晶體。

5.碘的熔、沸點低，其原因是（）

A.碘的非金屬性較弱

B.1一1的鍵能較小

C.碘晶體屬于分子晶體

D.I—I共價鍵的鍵長較長

答案C

解析碘單質為雙原子分子，屬于分子晶體，分子間作用力較弱，其熔、沸點較低，與非金

屬性、I—I的鍵能和鍵長無關，C正確。

6.下列性質適合于分子晶體的是（）

①熔點1070℃,易溶于水，水溶液導電

②熔點10.31°C,液態不導電，水溶液導電

③能溶于CS2，熔點112.8C,沸點444.6℃

④熔點97.81℃,質軟、導電，密度為0.97g-cmT

A.①②B.①③

C.②③D.②④

答案C

解析②熔點10.31°C,液態不導電，說明液態時，只存在分子，沒有離子，溶于水后，電

離出自由移動的離子，水溶液中能導電，屬于分子晶體，符合題意；③能溶于CS2,熔點

112.8℃,沸點444.6°C,符合分子晶體的特點，符合題意，C正確。

7.目前，科學界擬合成一種“雙重結構”的球形分子，即把足球烯C60的分子容納在Si60分

子中，外面的硅原子與里面的碳原子以共價鍵相結合，下列敘述錯誤的是（）

A.該晶體屬于分子晶體

B.該分子內原子間都以極性共價鍵相連接

C.該物質是一種新化合物

D.該物質的相對分子質量為2400

答案B

解析A項，由于該物質是“雙重結構”的球形分子，所以該晶體類型是分子晶體，正確；

B項，該分子內同種元素的原子間都以非極性共價鍵相結合，不同種元素的原子間以極性共

價鍵相結合，錯誤；C項，該物質含有兩種元素，是純凈物，因此屬于一種新化合物，正確；

D項，該物質的相對分子質量為12X60+28X60=2400,正確。

題組二分子晶體的晶胞

8.（2019?河北衡水中學月考）正硼酸（H3BO3）是一種片層狀結構的白色晶體，層內的H3BO3分

子通過氫鍵相連（如圖所示）。下列有關說法正確的是（）

A.正硼酸晶體不屬于分子晶體

B.H3BO3分子的穩定性與氫鍵有關

C.分子中硼原子最外層為8電子穩定結構

D.含1molH3BO3的晶體中有3mol氫鍵

答案D

解析A項，正硼酸晶體屬于分子晶體；B項，H3BO3分子的穩定性與分子內部的共價鍵有

關，與分子間氫鍵無關；C項，分子中的硼原子不符合8電子穩定結構；D項，1個H3BO3

分子中含有3個氫鍵。

9.冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞類似，其晶胞結構如圖所示。下列有關說法

正確的是（）

A.冰晶胞內水分子間以共價鍵結合

B.每個冰晶胞平均含有4個水分子

C.水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，也是。鍵的一種

D.已知冰中氫鍵的作用力為18.5kJ.moPi,而常見的冰的熔化熱為336J?g-I這說明冰變

成水，氫鍵部分被破壞（假設熔化熱全部用于破壞氫鍵）

答案D

解析冰晶胞內水分子間主要以氫鍵結合，A項錯誤；由冰晶胞的結構可知，每個冰晶胞平

均占有的分子個數為4+1X8+6x[=8,B項錯誤；水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性，

但氫鍵不屬于化學鍵，C項錯誤；冰中氫鍵的作用力為18.5klmol-,1mol冰中含有2moi

氫鍵，而常見的冰的熔化熱為336也可寫為6.05kJnoPi,說明冰變為液態水時只是

破壞了一部分氫鍵，液態水中仍存在氫鍵，D項正確。

10.（2019?合肥一中月考）如圖是甲烷晶體的晶胞結構，圖中每個小球代表一個甲烷分子（甲烷

分子分別位于立方體的頂角和面心），下列有關該晶體的說法正確的是（）

A.該晶體與HI的晶體類型不同

B.該晶體熔化時只需要破壞共價鍵

C.SiE分子的穩定性強于甲烷

D.每個頂角上的甲烷分子與之距離最近且等距的甲烷分子有12個

答案D

解析甲烷、HI晶體均屬于分子晶體，A項錯誤；甲烷晶體屬于分子晶體，熔化時只需要破

壞分子間作用力，不需要破壞共價鍵，B項錯誤；C的非金屬性比Si強，所以SiH4分子的穩

定性弱于甲烷，C項錯誤；根據晶胞的結構可知，以晶胞中頂角上的甲烷分子為研究對象，

與它距離最近且等距的甲烷分子分布在立方體的3個面心上，每個頂角上的甲烷分子被8個

立方體共用，每個面心上的甲烷分子被2個立方體共用，所以每個甲烷分子周圍與它距離最

3X8

近且等距的甲烷分子有三一=12個，D項正確。

%綜合強化

11.海底有大量的天然氣水合物，可滿足人類1000年的能源需要。天然氣水合物是一種晶

體，晶體中平均每46個水分子構建成8個籠，每個籠可容納1個CH4分子或1個游離H2O

分子。若晶體中每8個籠只有6個容納了CH4分子，另外2個籠被游離H2O分子填充，則天

然氣水合物的平均組成可表示為()

A.CH4-14H2OB.CH48H2O

23

C.CH4yH2OD.CH4-6H,O

答案B

解析“可燃冰”是一種晶體，晶體中平均每46個H2O分子構建8個籠，每個籠內可容納

1個CH4分子或1個游離壓0分子。若晶體中每8個籠只有6個容納了CH4分子，另外2個

籠被游離的H2O分子填充，因此6個籠中有6個甲烷分子，水分子有46+2=48個，貝4“可

燃冰”平均分子組成可表示為6cH4-48H2。，CH48H2O;答案選B。

12.(1)比較下列化合物的熔、沸點的高低(填“>”或

?CO2SO2；②NH3PH3；?O3O2；@NeAr；

⑤CH3cH20HCH3OH；@CON2?

(2)已知A1C13的熔點為190℃,但它在180°C即開始升華。請回答：

①AlCb固體是晶體。

②設計實驗判斷氯化鋁是離子化合物還是共價化合物：

答案(1XD<②>③〉⑤〉⑥〉

(2)①分子②在熔融狀態下，驗證其是否導電，若不導電則是共價化合物

解析(1)各組物質均為分子晶體，根據分子晶體熔、沸點的判斷規律，可比較六組物質熔、

沸點的高低。⑵①由AlCb的熔點低以及在180°C時開始升華可判斷A1C13固體為分子晶體。

②要驗證一種化合物是共價化合物還是離子化合物，可測其在熔融狀態下是否導電，不導電

則是共價化合物，導電則是離子化合物。

13.據報道，科研人員應用計算機模擬出結構類似C60的物質N60。

已知：①N60分子中每個氮原子均以N—N結合三個N原子而形成8電子穩定結構；

②N—N的鍵能為167kJmol^

請回答下列問題：

⑴N60分子組成的晶體為晶體，其熔、沸點比N2(填“高”或“低”)，原

因是o

(2)1molN60分解成N2時(填“吸收”或“放出”)的熱量是kJ(已知N三N的

鍵能為942kJ-mo「)，表明穩定性N60(填或“="?2。

(3)由(2)列舉N6O的用途(舉一種)：=

答案(1)分子高N60、N2均形成分子晶體，且N60的相對分子質量大，分子間作用力大,

故熔、沸點高

(2)放出13230<

(3)N6O可作高能炸藥(答案合理即可)

解析(l)N60、N2形成的晶體均為分子晶體，因跖(N60)>跖(N2),故N60晶體中分子的范德華

力比N2晶體的大,N6O晶體的熔、沸點比用晶體的高。(2)因N60中每個氮原子形成三個N—N,

每個N—N被2個N原子共用，故1molN6o中存在N—N:1molX60X3x1=90moL發

生的反應為N6O=3ON2,故A//=90molX167kJ-moP'-SOmolX942kJ-mor^-B230kJ

<0,為放熱反應，表明穩定性：N2>N6O=(3)由于反應放出大量的熱，同時生成大量氣體，因

此N60可用作高能炸藥。

14.按要求回答下列問題。

(1)水分子的空間結構是，實驗測得冰中氫鍵的作用能為18.5kJ-mori,而冰的熔化

熱為5.0kJmoF1,這說明o

(2)在冰的結構中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接。在冰晶體中除氫鍵外，還

存在范德華力(11kJ-moF^o已知冰的升華熱是51kJ-moF1,則冰晶體中氫鍵的能量是

kJmol1

(3)下圖是部分鹵素單質和XY型鹵素互化物的沸點與其相對分子質量的關系。它們的沸點隨

著相對分子質量的增大而升高，其原因是。

Br2-J

Cl2

相對分子質量

試推測IC1的沸點所處的最小范圍是o

答案(1)V形冰融化為液態水時只是破壞了一部分氫鍵，也說明液態水中仍存在氫鍵

⑵20(3)相對分子質量越大，分子間作用力越強介于B"的沸點和IBr的沸點之間

解析(2)1mol冰中含有2moi氫鍵，冰升華既克服氫鍵，又克服范德華力，所以氫鍵的能

51kJmol1—11kJ-mol1

=20kJ-moL

量為:2

(3)C1、Br、I三種元素形成的單質或互化物的相對分子質量為Cb：71;Br2:160,12：254,

BrCl:115.5:IBr:207。題目所給的IC1的相對分子質量為162.5,介于Br?和IBr之間。

15.據《新科學》雜志報道，科研人員在20℃、1個大氣壓和其他一定的實驗條件下，給水

施加一個弱電場，水就可以結成冰，稱為“熱冰”。如圖是水和“熱冰”微觀結構的計算機

模擬圖。請回答下列問題：

(1)以上信息體現了水分子具有性，水分子中氧原子的雜化方式為o

⑵參照熱冰的圖示，以一個水分子為中心，畫出水分子間最基本的連接方式(用結構式表

示)___________________________________________________________________________

(3)①固體二氧化碳外形似冰，受熱氣化無液體產生，俗稱“干冰”。根據如圖干冰的晶胞的

結構回答：

OOO代表一個CC>2分子

干冰的結構

一個晶胞中有個二氧化碳分子；在一個二氧化碳分子中所含的化學鍵類型與數目為

②在干冰中撒入鎂粉，用紅熱的鐵棒引燃后，再蓋上另一塊干冰，出現的現象為

,反應的化學方程式是。

答案(1)極Sp3雜化

H

O—H

HHH

O—H…O—HO—H

H

(2)乩H

(3)①42個。鍵，2個無鍵②鎂粉在干冰中繼續燃燒，發出耀眼的白光，并有黑色物質生

占燃

成2Mg+CC>2三二三2MgO+C

解析(1)水分子為極性分子，在外加電場作用下，水分子可以發生運動。

第2課時共價晶體

［核心素養發展目標］1.能辨識常見的共價晶體，并能從微觀角度分析共價晶體中各構成微粒

之間的作用對共價晶體物理性質的影響。2.能利用共價晶體的通性推斷常見的共價晶體，并

能利用均攤法對晶胞進行分析。

一、共價晶體的概念及其性質

1.共價晶體的結構特點及物理性質

⑴概念

相鄰原子間以共價鍵相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。

(2)構成微粒及微粒間作用

構成微粒運

共價晶體一

微粒間作用力.共價鍵

(3)物理性質

①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點很高,硬度很大,難溶于

常見溶劑，一般丕導電。

②結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短,鍵能越大，晶體的熔點越高。

2.常見共價晶體及物質類別

(1)某些單質：如硼(B)、硅(Si)、錯(Ge)、金剛石等。

(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。

(3)極少數金屬氧化物，如剛玉(a-AbCh)等。

r判斷正誤」

(1)由原子直接構成的晶體一定是共價晶體()

⑵具有共價鍵的晶體一定是共價晶體()

(3)共價晶體在固態或熔化時均不導電()

(4)共價晶體由于硬度及熔、沸點都較高，故常溫時不與其他物質反應()

答案(1)X(2)X(3)X(4)X

r深度思考」

i.怎樣從原子結構角度理解金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降。

提示從碳到硅，核電荷數增大，電子層數增多，原子半徑增大，C-C、C—Si、Si-Si的

鍵長依次增大，鍵長越短，共價鍵越牢固，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵，而鍵能大小是

C—OC—Si>Si—Si,所以，金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點和硬度依次下降。

2.下表是某些共價晶體的熔點和硬度，分析表中的數據，判斷下列敘述正確的是（）

共價晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅錯

熔點/℃390030002700171014101211

硬度109.59.576.56.0

①構成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高

②構成共價晶體的原子間的共價鍵的鍵能越大，晶體的熔點越高

③構成共價晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大

④構成共價晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大

A.①②B.③④C.①③D.②④

答案D

解析共價晶體的熔、沸點和硬度等物理性質取決于晶體內的共價鍵，構成共價晶體的原子

半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，對應共價晶體的熔、沸點越高，硬度越大。

3.（2019?長沙高二檢測）下列物質的晶體直接由原子構成的一組是（）

①C02②SiCh③晶體Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固態He

A.①②③④⑤⑥B.②③④⑥

C.②③⑥D.①②⑤⑥

答案C

解析CO2、白磷、氨基乙酸、固態He是分子晶體，其晶體由分子構成，稀有氣體He由單

原子分子構成；SiO2>晶體Si屬于共價晶體，其晶體直接由原子構成。

二、常見共價晶體結構分析

1.金剛石晶體

金剛石的晶體結構模型

金剛石晶體中，每個碳原子均以4個共價單鍵對稱地與相鄰的工個碳原子相結合，形成

C—C—C夾角為109。28'的正四面體結構（即金剛石中的碳采取型1雜化軌道形成共價鍵），

整塊金剛石晶體就是以共價鍵相連的三維骨架結構。其中最小的環是六元環。

2.二氧化硅晶體

二氧化硅的晶體結構模型

(1)二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結合,每個氧

原子與爰個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構。晶體結構中最小的環上有色個

硅原子和自個氧原子，硅、氧原子個數比為1：2。

(2)低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面隹形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環狀結

構。這一結構決定了它具有手性。

|■判斷正誤」

(1)金剛石晶體中最小碳環是六元環，且6個碳原子在同一平面內()

(2)金剛石晶體中每個碳原子被12個碳原子環所共有，每個C—C被6個六元環共用()

(3)1mol金剛石晶體中含有4mol碳碳鍵()

(4)1mol二氧化硅晶體中含有4mol硅氧鍵()

答案⑴X(2)V(3)X(4)V

解析(2)任意兩條相鄰的C—C參加了2個六元環的形成，每個C原子可形成4條C—C,

兩面相鄰的組合有C?=6種，故每個C原子被6X2=12個六元環共用。而每條C—C可以

與相鄰的3條C—C兩兩相鄰，故每條C—C被3X2=6個六元環共用。

r深度思考」

i.金剛石晶胞結構如圖所示，回答下列問題。

(1)一個金剛石晶胞中含有個碳原子。

答案8

解析8XT+6X^+4=8O

oZ

(2)已知晶胞參數為apm,則金剛石的密度為g-cm-3o

(3)晶體中兩個最近的碳原子之間的距離為pm。

答案.a

解析兩個最近的碳原子之間的距離為晶胞內體對角線的/即事。

2.（2019?廈門外國語學校期中）2017年中外科學家團隊共同合成了T-碳。T-碳的結構是將立

方金剛石中的每個碳原子用一個由4個碳原子組成的正四面體結構單元取代，形成碳的一種

新型三維立體晶體結構，如圖所示（圖中的j表示碳形成的正四面體結構心、。已知T-碳晶

胞參數為apm,NA為阿伏加德羅常數的值。下列說法錯誤的是（）

A.每個T-碳晶胞中含32個碳原子

B.T-碳中C—C的最小夾角約為109。28'

C.T-碳屬于共價晶體

]2X32

D.D碳的密度為NAX^XIO-嗎3gym"

答案B

解析1個金剛石晶胞中，含有碳原子的數目為8X1+6x[+4=8,將每個C原子換成一個

由4個碳原子組成的正四面體結構單元，則1個T-碳晶胞中含有的碳原子數目為8X4=32,

故A正確；T-碳中C—C的最小夾角為60。，故B錯誤；T-碳中碳原子間以共價鍵結合成空

間網狀結構，屬于共價晶體，故C正確；1個T-碳晶胞中含碳原子的數目為32,則該晶體的

…,12X32-“

密度為必乂（叱10」。）3gw，故D正確。

隨堂演練知識落實

1.金剛石是典型的共價晶體，下列關于金剛石的說法中錯誤的是（）

A.晶體中不存在獨立的分子

B.碳原子間以共價鍵相結合

C.是自然界中硬度最大的物質

D.化學性質穩定，即使在高溫下也不會與氧氣發生反應

答案D

解析在金剛石中，碳原子之間以共價鍵結合形成空間三維骨架結構，不存在具有固定組成

的分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，

故A、B、C選項正確；由于金剛石是碳的單質，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成C02,

故D選項錯誤。

2.美國《科學》雜志曾報道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K,人們成功制得了

共價晶體CCh，下列對該物質的推斷一定不正確的是（）

A.該共價晶體中含有極性鍵

B.該共價晶體易氣化，可用作制冷材料

C.該共價晶體有很高的熔、沸點

D.該共價晶體的硬度大，可用作耐磨材料

答案B

解析共價晶體具有高硬度，高熔、沸點等性質，不易氣化，不可用作制冷材料，B項錯誤。

3.下列關于SiO2晶體空間結構的敘述中正確的是（）

A.最小的環上，有3個硅原子和3個氧原子

B.最小的環上，硅原子數和氧原子數之比為1：2

C.最小的環上，有6個硅原子和6個氧原子

D.存在四面體結構單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角

答案C

解析SiO2晶體中，每個硅原子與4個氧原子成鍵，每個氧原子與2個硅原子成鍵，晶體中

的硅氧四面體中Si原子處于中心，O原子處于4個頂角。最小的環是十二元環，環上有6個

Si原子、6個O原子，Si、O原子數之比是1：1。

4.設NA為阿伏加德羅常數的值。下列說法中正確的是（）

A.28g晶體硅中含有Si—Si的個數為2NA

B.124g白磷（P。晶體中含有P—P的個數為4NA

C.12g金剛石中含有C—C的個數為4NA

D.SiO2晶體中1mol硅原子可與氧原子形成2NA個共價鍵（Si—O）

答案A

解析晶體硅的結構與金剛石相似，每個硅原子與周圍4個原子形成4個共價鍵，依據''均

攤法”，1個硅（或碳）原子分得的共價鍵數為4X3=2,A正確、C錯誤；白磷為正四面體結

構，每個分子中含有6個P—P,B錯誤；SiCh晶體中每個硅原子與周圍4個氧原子形成4

個Si—O,D錯誤。

5.如圖所示是某共價晶體A的空間結構片段，A與某物質B反應生成C,其實質是在每個

A—A中插入一個B原子，則C物質的化學式可能為（）

A

A.ABB.A5B4

C.AB2D.A2B5

答案c

6.單質硼有無定形和晶體兩種，參考下表數據回答問題:

金剛石晶體硅晶體硼

熔點/℃>355014102573

沸點/℃510023552823

硬度107.09.5

⑴晶體硼屬于晶體，理由是o

(2)金剛石具有硬度大、熔點高等特點，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結構如圖所

示，下列判斷正確的是(填字母)。

A.金剛石中C—C的鍵角均為109。28',所以金剛石和CR的晶體類型相同

B.金剛石的熔點高與C—C的鍵能無關

C.金剛石中碳原子個數與C-C數之比為1：2

D.金剛石的熔點高，所以在打孔過程中不需要進行澆水冷卻

(3)已知晶體硼的結構單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結構單元中有20個正

三角形的面和一定數目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此

結構單元是由_______個硼原子構成的,其中B-B的鍵角為_________,該結構單元共含

有________個B—B。

答案⑴共價晶體硼的熔、沸點高，硬度大(2)C(3)1260°30

解析(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和

晶體硅均為共價晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼也屬

于共價晶體。

(2)選項A,金剛石是共價晶體，CH4是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項B,金剛石熔

化過程中C—C斷裂，因C—C的鍵能大，斷裂時需要的能量多，故金剛石的熔點很高；選

項C,金剛石中每個C都參與了4個C—C的形成，而每個C對每條鍵的貢獻只有一半，故

碳原子個數與C—C數之比為《義多：4=1：2;選項D,金剛石的熔點高，但在打孔過程中

會產生很高的溫度，如不澆水冷卻鉆頭，會導致鉆頭熔化。

(3)從題圖可得出，每個頂角上的硼原子均被5個正三角形所共有，故分攤到每個正三角形的

硼原子為!個，每個正三角形含有玄X3個硼原子，每個結構單元含硼原子數為20義g義3=12,

而每個B—B被2個正三角形所共有，故每個結構單元含B—B的個數為20x1x3=30o

課時對點練

g對點訓練

題組一共價晶體及其性質

1.下列晶體中①SiC)2②CO2③P4④晶體硅⑤H2s。4@p2o5⑦SO3⑧Sic⑨冰

醋酸⑩金剛石，屬于共價晶體的一組是()

A.①③④⑤⑥⑩B.①④⑧⑩

C.③④⑧⑨⑩D.全部

答案B

解析十種物質中屬于分子晶體的有CO2、P4、H2so4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的4種物

質均為共價晶體。

2.下列物質中，屬于共價晶體的化合物是()

A.水晶B.晶體硅

C.金剛石D.干冰

答案A

解析A項，水晶是共價晶體，屬于化合物；B項，晶體硅是單質；C項，金剛石是單質；

D項，干冰是分子晶體。

3.晶體AB型共價化合物，若原子最外層電子數之和為8,常是具有半導體性質的共價晶體。

已知金剛石不導電、導熱，錯石(ZrCh)不導電、不導熱，卻硬似鉆石，近期用制耐熱器的碳

化硅也制成假鉆石，則識別它們的可靠方法是()

A.能在玻璃上刻畫出痕跡的為金剛石

B.很硬不導電而導熱的是金剛石

C.既可導電又可導熱的是碳化硅

D.不導電的為鉆石

答案B

解析比玻璃硬度大的物質比較多，用刻畫玻璃的方法不可靠，由題干知金剛石導熱但不導

電，而錯石不導電也不導熱，故選B。

4.根據下列性質判斷，屬于共價晶體的物質是（）

A.熔點為2700℃,導電性好，延展性強

B.無色晶體，熔點為3500℃,不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑

C.無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800°C,熔化時能導電

D.熔點為一56.6°C,微溶于水，硬度小，固態或液態時不導電

答案B

解析共價晶體的熔點高，但不導電，因此熔點為2700℃,導電性好，延展性強應該是金

屬，A不正確；無色晶體，熔點為3500℃,不導電，質硬，難溶于水和有機溶劑，符合共

價晶體的性質特點，B正確；無色晶體，能溶于水，質硬而脆，熔點為800°C,熔化時能導

電，不符合共價晶體的性質，C不正確；熔點為-56.6℃,微溶于水，硬度小，固態或液態

時不導電，符合分子晶體的性質，屬于分子晶體，D不正確。

5.我國的激光技術在世界上處于領先地位，據報道，有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上

的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結合成碳氮化合物薄膜。

據稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是（）

A.碳、氮原子構成平面結構的晶體

B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短

C.氮原子電子數比碳原子電子數多

D.碳、氮的單質的化學性質均不活潑

答案B

解析碳、氮原子結合成的碳氮化合物比金剛石更堅硬，說明該化合物為共價晶體，為立體

三維骨架結構，A錯誤；由于原子半徑：N<C,原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短，則鍵能

越大，所以碳氮化合物比金剛石更堅硬，B正確；共價晶體的熔、沸點和硬度，與共價鍵有

關，與電子數的多少無關，C錯誤；碳、氮的單質的化學性質均不活潑，與兩種元素形成的

化合物的性質無關，D錯誤。

6.碳化硅的晶體有類似金剛石的結構，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它與晶體硅和

金剛石相比較，正確的是（）

A.熔點從高到低的順序：金剛石>碳化硅〉晶體硅

B.熔點從高到低的順序：金剛石＞晶體硅〉碳化硅

C.三種晶體中的結構單元都是三角錐結構

D.三種晶體都是共價晶體且均為電的良導體

答案A

解析碳化硅的晶體有類似金剛石的結構，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，這說明碳

化硅形成的晶體是共價晶體。則形成共價晶體的原子半徑越小，共價鍵鍵能越大，其熔、沸

點越高。原子半徑：C＜Si,則熔點從高到低的順序：金剛石＞碳化硅＞晶體硅，A正確、B

錯誤；三種晶體中的結構單元都是四面體結構，C錯誤；三種晶體都是共價晶體且都不是電

的良導體，D錯誤。

7.氮氧化鋁（A10N）屬于共價晶體，是一種高強度透明材料，下列敘述錯誤的是（）

A.A1ON和SiCh所含化學鍵的類型相同

B.電解熔融A1ON可得到A1

C.A10N中N元素的化合價為一1

D.A1ON和SiCh的晶體類型相同

答案B

解析A1ON和SiCh均屬于共價晶體，均只含有共價鍵，A