第二节 分子晶体与共价晶体（举一反三专项训练，北京专用）【上好课】化学人教版选择性必修2

第二节 分子晶体与共价晶体 题型01 分子晶体的结构与性质 题型02 共价晶体的结构与性质 题型03 典型分子、共价晶体模型结构分析 题型04 共价晶体与分子晶体的比较 题型01 分子晶体的结构与性质 1．分子晶体的概念 只含________的晶体，或者分子间以________________结合形成的晶体叫分子晶体。 2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用 3．常见的典型分子晶体 (1)所有________________：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。 (2)部分________________：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。 (3)部分________________：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。 (4)几乎所有的________：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。 (5)绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。 4．分子晶体的物理性质 (1)分子晶体熔、沸点________，硬度________。 (2)分子晶体______导电。 (3)分子晶体的溶解性一般符合“____________”规律。 5．分子晶体的结构特征 分子非密堆积 分子密堆积 微粒间作用力 范德华力和氢键 范德华力 空间特点 每个分子周围紧邻的分子数小于12，空间利用率不高 通常每个分子周围有12个紧邻的分子 举例 HF、NH3、冰 C60、干冰、I2、O2 6．常见分子晶体的结构分析 物质 晶胞或结构模型 结构特点 干冰 a.相邻分子间只存在范德华力 b．每个晶胞中有______个CO2分子，______个原子 c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有______个 冰 a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键 b．由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的______个相邻的水分子相互吸引 7．分子晶体熔、沸点规律 (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成________，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对________。 (2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的________，物质的熔、沸点逐渐________。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。 (3)相对分子质量相等或相近的分子晶体，分子的极性________，熔、沸点________。如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。 (4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链________，分子间的相互作用力________，熔、沸点________，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。 【典例1】(2025·北京铁路二中高二期中)干冰(固态二氧化碳)在﹣78℃ 时可直接升华为气体，其晶胞结构如下图所示。下列说法不正确的是( ) A．1mol CO2分子中含有2molπ键 B．每个晶胞中含有4个CO2分子 C．每个CO2分子周围有8个紧邻CO2分子 D．干冰升华时需克服分子间作用力 【变式1-1】(2025·北京朝阳高二期末)下列变化破坏的作用力主要是范德华力的是( ) A．Na熔化 B．碘升华 C．NaCl熔化 D．切割钻石 【变式1-2】．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( ) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 【变式1-3】 “可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物，一定条件下，CH4能与H2O形成如图1所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子)。受此启发，科学家设想用结构相似的C60与Si60合成一种类似工艺品“套球”(如图2示)的球型碳硅化合物Si60C60，外层球壳原子与里层球壳原子通过共价键结合。下列说法错误的是( ) A．Si60C60，外层球壳为Si60，内层球壳为C60 B．Si60C60形成的晶体是分子晶体 C．“可燃冰”中分子间存在的作用力是氢键和范德华力 D．“可燃冰”中最小的环中连接的原子总数是15 题型02 共价晶体的结构与性质 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)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______，硬度______，______溶于常见溶剂，一般______导电。 ②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长______，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。 3．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____________对称地与相邻的______个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为____________的____________体结构(即金刚石中的碳采取______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______元环。 (2)二氧化硅晶体 ①SiO2是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，有多种结构，其中一种具有空间网状结构，1个硅原子与_____个氧原子相连，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶角，同时每个氧原子被_____个正四面体共用，正四面体内Si-O键的夹角为____________。在晶体中，Si原子和O原子个数比为_____，因此二氧化硅的化学式为SiO2，但SiO2晶体中不存在SiO2分子。 ②在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子与2个Si原子相结合。故SiO2晶体中Si原子和O原子按个数比为1:2构成立体网状结构。 ③最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的_____元环。 ④1 mol SiO2中含_____mol Si—O键。 ⑤最常见的SiO2晶体是低温石英(α-SiO2)，低温石英包括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。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，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 ⑥SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 【典例2】(2025·北京海淀二模)SiO2气凝胶材料疏松多孔，具有三维网状结构，可用于航天器、新能源汽车电池的隔热和阻燃。SiO2气凝胶的结构示意图如下。 下列说法不正确的是( ) A．SiO2晶体属于共价晶体 B．SiO2晶体具有较高的硬度和熔点 C．SiO2气凝胶材料的密度大于SiO2晶体的 D．两种物质中均有Si、O原子间的σ键 【变式2-1】可以从金刚石的晶体结构建立金刚石晶胞结构。下列说法正确的是( ) A．晶体结构和晶胞结构是金刚石结构的两种呈现方式 B．晶体结构中，晶胞结构中 C．晶体结构中的最小环是6元环，晶胞结构中的最小环是12元环 D．晶体结构中所有的碳原子都参与成键，晶胞结构中部分碳原子没有成键 【变式2-2】下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( ) A．SiO2的晶体结构中，每个原子与2个原子直接相连 B．金刚石中含有2NA个键(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，且6个碳原子共平面 D．通常状况下，60g SiO2晶体中含有的分子数为NA ( NA表示阿伏加德罗常数的值) 【变式2-3】下表是某些共价晶体的熔点 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 晶体硅 晶体锗 熔点/℃ 大于3500 3000 2830 1710 1412 1211 分析表中的数据，下列叙述正确的是( ) A．构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 B．硬度：晶体硅金刚石 C．键能：C—C<Si—Si<Si—O D．石英的分子式：SiO2 题型03 典型分子、共价晶体模型结构分析 1．常见分子晶体结构分析 (1)干冰：固态CO2称为干冰，干冰也是__________晶体。 ①构成干冰晶体的结构微粒是________； ②干冰中的CO2分子间只存在________，不存在________； ③干冰晶胞的每个顶点有_____个CO2分子，每个面的中心上也有_____个CO2分子，每个晶胞中有_____个CO2分子； ④在干冰晶体中，每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有_____个 (在三个互相垂直的平面上个4个) ； ⑤密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (2)冰晶体：冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠________而形成的。 ①构成冰晶体的结构微粒是________分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键，但主要是________； ②冰晶体中，每个水分子与周围_____个水分子结合，4个水分子也按照这样的规律再与其他的水分子结合。尽管氢键比化学键弱很多，不属于化学键，却跟共价键一样也具有方向性，即氢键的存在迫使在正四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的_____个相邻的水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水的_____。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而________，超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐________。 (3)干冰和冰的比较 晶体 分子间作用力 结构特点 外观 硬度 熔点 密度 干冰 范德华力 1个分子周围紧邻____个分子 相似 相似(小) 干冰比冰____ 干冰比冰____ 冰 范德华力、氢键 1个分子周围紧邻____个分子 2．常见共价晶体结构分析 (1)金刚石 金刚石晶体结构、键角和晶胞示意图 原子半径(r)与边长(a)的关系：a=8r 晶体结构模型 C—C—C夹角为109°28′ 金刚石的晶胞 金刚石的晶胞 ①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________________结构； ②碳原子采取____杂化，C—C—C夹角为________； ③金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，每个金刚石晶胞中含有8×＋6×＋4＝8个碳原子； ④最小碳环由____个碳原子组成，并且不在同一平面(实际为椅式结构)，但最小环上有____个碳原子在同一平面内； ⑤每个碳原子被12个六元环共用，每个共价键被____个六元环共用，一个六元环实际拥有____个碳原子； ⑥C原子数与C—C键数之比为1∶2，12g金刚石中有____mol共价键； ⑦密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (2)晶体Si：由于Si与碳同主族，晶体Si的结构同金刚石的结构相同。将金刚石晶胞中的C原子全部换成Si原子，健长稍长些便可得到晶体硅的晶胞。 ①每个硅原子均以____个共价键对称地与相邻的____个硅原子相结合，形成________________结构，键角均为________。 ②每个硅晶胞中含有____个硅原子，最小的碳环为6元环，硅原子为sp3杂化。 ③每个硅原子被____个六元环共用，每个共价键被____个六元环共用，一个六元环实际拥有个硅原子； ④硅原子数与Si—Si键数之比为________，1mol Si中含有________共价键。 (3)二氧化硅晶体:SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。 SiO2的晶体结构模型 SiO2的晶胞 ①SiO2晶体中最小的环为____元环，最小的环有____个硅原子和____个氧原子； ②SiO2晶体中，每个Si原子与____个O原子结合，Si在正四面体的中心，O在正四面体的顶点，每个O原子为两个正四面体共有，正四面体内O－Si－O夹角为109°28′，而正四面体之间Si－O－Si夹角为104°30′； ③每个硅原子都采取____杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为________，每个SiO2晶胞中含有____个Si原子，含有____个O原子； 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； ⑤Si与Si—O共价键之比为________，1mol Si O2晶体中有________共价键； ⑥密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (4)SiC晶体和BN晶体：SiC晶胞和BN晶胞与金刚石晶胞相似，每个SiC晶胞含有____个Si原子和____个C原子；每个BN晶胞含有____个B原子和____个N原子。 SiC晶胞 ①碳、硅原子都采取____杂化，C—Si键角为________ ②每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成________结构，向空间伸展形成空间网状结构 ③最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括____个C原子和____个Si原子 ④每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子 ⑤若Si与C最近距离为d，则边长(a)与最近距离(d)的关系：a=4d ⑥密度：ρ(SiC)＝ 【典例3】观察下列模型，判断下列说法错误的是( ) 金刚石 碳化硅 二氧化硅 石墨烯 C60 A．物质的量相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶1 B．SiO2晶体中Si和Si-O键个数比为1∶4 C．石墨烯中碳原子和六元环个数比为2∶1 D．C60晶体堆积属于分子密堆积 【变式3-1】 (2026·浙江省Z20联盟高三一模)嫦娥石的一种伴生矿物为方石英，其晶胞结构如图所示：下列说法不正确的是( ) A．晶体类型为共价晶体 B．该物质的化学式为SiO2 C．键角 D．该物质的熔点比金刚石低 【变式3-2】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．固体X2Y是分子晶体 C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃” 【变式3-3】碳元素组成的晶体种类繁多，三种常见的单质结构如图所示。下列说法错误的是(　　) A．金刚石中碳原子的配位数为 B．石墨质软是因为层与层之间是范德华力 C．C60晶体属于分子晶体 D．三者互为同分异构体 题型04 分子晶体与共价晶体的比较 1．共价晶体与分子晶体的比较 晶体类型 共价晶体 分子晶体 概念 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体 组成微粒 ________ ________ 微粒间作用力 ________ _______________ 熔、沸点 很高 较低 硬度 很大 较小 溶解性 不溶于大部分溶剂 部分溶于水 导电性 不导电，个别为半导体 不导电，部分溶于水后导电 熔化时破坏的作用力 ________ ______________ 实例 金刚石 干冰 2．判断分子晶体和共价晶体的方法 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 组成共价晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是________；组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是________________。 (2)依据物质的分类判断 常见的共价晶体单质有________、________、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有________、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等； 大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 共价晶体的熔点更高，常在1 000 ℃至几千摄氏度；分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低温度。 (4)依据导电性判断 共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。 (5)依据硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。 【典例4】下列关于SiO2和CO2的描述不正确的是( ) A．SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体 B．两者中心原子采取的杂化方式不同 C．SiO2和CO2都是非极性分子 D．SiO2晶体的熔点比CO2晶体高 【变式4-1】下列说法中，正确的是( ) A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体共价键的键长越短，键能越大，熔点就越高 C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高 D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定 【变式4-2】根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( ) A．熔点为2700℃，导电性好，延展性强 B．无色晶体，熔点大于3500℃，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801℃，熔化时能导电 D．沸点为-78℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电 【变式4-3】现在已能在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列关于该CO2原子晶体的说法中正确的是( ) A．CO2的原子晶体中存在范德华力 B．在一定条件下，CO2原子晶体转化为CO2分子晶体是物理变化 C．每1mol CO2原子晶体中含有2NA个π键 D．CO2的原子晶体中，每个原子周围结合4个原子，每个原子与两个原子相结合 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 分子晶体与共价晶体 题型01 分子晶体的结构与性质 题型02 共价晶体的结构与性质 题型03 典型分子、共价晶体模型结构分析 题型04 共价晶体与分子晶体的比较 题型01 分子晶体的结构与性质 1．分子晶体的概念 只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。 2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用 3．常见的典型分子晶体 (1)所有非金属氢化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。 (2)部分非金属单质：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。 (3)部分非金属氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。 (4)几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。 (5)绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。 4．分子晶体的物理性质 (1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。 (2)分子晶体不导电。 (3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。 5．分子晶体的结构特征 分子非密堆积 分子密堆积 微粒间作用力 范德华力和氢键 范德华力 空间特点 每个分子周围紧邻的分子数小于12，空间利用率不高 通常每个分子周围有12个紧邻的分子 举例 HF、NH3、冰 C60、干冰、I2、O2 6．常见分子晶体的结构分析 物质 晶胞或结构模型 结构特点 干冰 a.相邻分子间只存在范德华力 b．每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子 c．每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子有12个 冰 a.水分子之间的作用力有范德华力和氢键，但主要作用力是氢键 b．由于氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引 7．分子晶体熔、沸点规律 (1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。 (2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。 (3)相对分子质量相等或相近的分子晶体，分子的极性越大，熔、沸点越高。如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。 (4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。 【典例1】(2025·北京铁路二中高二期中)干冰(固态二氧化碳)在﹣78℃ 时可直接升华为气体，其晶胞结构如下图所示。下列说法不正确的是( ) A．1mol CO2分子中含有2molπ键 B．每个晶胞中含有4个CO2分子 C．每个CO2分子周围有8个紧邻CO2分子 D．干冰升华时需克服分子间作用力 【答案】C 【解析】A项，一个二氧化碳分子中有两个π键，故1mol CO2分子中含有2molπ键，A正确；B项，根据晶胞结构可知，该晶胞中有8个分子在顶点，6个分子在面心，故分子总数为　，B正确；C项，根据晶胞结构可知，在该晶体中每个每个CO2分子周围有12个紧邻CO2分子，C错误；D项，干冰分子间的作用力为分子间作用力，故其升华时需要克服的作用力为分子间作用力，D正确； 故选C。 【变式1-1】(2025·北京朝阳高二期末)下列变化破坏的作用力主要是范德华力的是( ) A．Na熔化 B．碘升华 C．NaCl熔化 D．切割钻石 【答案】B 【解析】范德华力是存在于分子晶体中分子间的作用力。A项，Na是金属晶体，熔化需克服金属键，A不符合题意；B项，I2是分子晶体，升华(固态→气态)仅需克服分子间范德华力，B符合题意；C项，NaCl是离子晶体，熔化需破坏离子键，C不符合题意；D项，钻石(金刚石)是共价晶体，切割钻石需破坏共价键，D不符合题意；故选B。 【变式1-2】．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( ) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 【答案】B 【解析】A项，甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子，所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子，A错误；B项，晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数，B正确；C项，甲烷晶体为分子晶体，所以甲烷晶体熔化时需要克服分子间作用力，C错误；D项，1个CH4晶胞中CH4分子个数，D错误； 故选B。 【变式1-3】 “可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物，一定条件下，CH4能与H2O形成如图1所示的笼状结构(表面的小球是水分子，内部的大球是CH4分子)。受此启发，科学家设想用结构相似的C60与Si60合成一种类似工艺品“套球”(如图2示)的球型碳硅化合物Si60C60，外层球壳原子与里层球壳原子通过共价键结合。下列说法错误的是( ) A．Si60C60，外层球壳为Si60，内层球壳为C60 B．Si60C60形成的晶体是分子晶体 C．“可燃冰”中分子间存在的作用力是氢键和范德华力 D．“可燃冰”中最小的环中连接的原子总数是15 【答案】D 【解析】A项， 硅的原子半径比碳大，所以碳硅化合物Si60C60，外层球壳为Si60，内层球壳为C60，故A正确；B项，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合，说明该物质是由两种元素组成的Si60C60分子，属于分子晶体，故B正确；C项，“可燃冰”是CH4与H2O形成的水合物，分子之间存在范德华力，水分子间存在氢键，故C正确；D项，“可燃冰”中最小的环为五元环，水分子间存在氢键，相当于一个小球(H2O)含有两个原子，则一个环中含有的原子总数为10，故D错误；故选D。 题型02 共价晶体的结构与性质 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结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。 (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。 3．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 ①SiO2是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，有多种结构，其中一种具有空间网状结构，1个硅原子与4个氧原子相连，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶角，同时每个氧原子被2个正四面体共用，正四面体内Si-O键的夹角为109°28´。在晶体中，Si原子和O原子个数比为1：2，因此二氧化硅的化学式为SiO2，但SiO2晶体中不存在SiO2分子。 ②在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子与2个Si原子相结合。故SiO2晶体中Si原子和O原子按个数比为1：2构成立体网状结构。 ③最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。 ④1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。 ⑤最常见的SiO2晶体是低温石英(α-SiO2)，低温石英包括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。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，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。 ⑥SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。 【典例2】(2025·北京海淀二模)SiO2气凝胶材料疏松多孔，具有三维网状结构，可用于航天器、新能源汽车电池的隔热和阻燃。SiO2气凝胶的结构示意图如下。 下列说法不正确的是( ) A．SiO2晶体属于共价晶体 B．SiO2晶体具有较高的硬度和熔点 C．SiO2气凝胶材料的密度大于SiO2晶体的 D．两种物质中均有Si、O原子间的σ键 【答案】C 【解析】A项，SiO2是原子间通过共价键形成的晶体，属于共价晶体，A正确；B项，SiO2属于共价晶体，具有较高的硬度和熔点，B正确；C项，SiO2气凝胶材料疏松多孔，密度小于SiO2晶体的，C错误；D项，两种物质中Si、O原子间均存在Si—O键，均有σ键，D正确；故选C。 【变式2-1】可以从金刚石的晶体结构建立金刚石晶胞结构。下列说法正确的是( ) A．晶体结构和晶胞结构是金刚石结构的两种呈现方式 B．晶体结构中，晶胞结构中 C．晶体结构中的最小环是6元环，晶胞结构中的最小环是12元环 D．晶体结构中所有的碳原子都参与成键，晶胞结构中部分碳原子没有成键 【答案】A 【解析】A项，晶胞和晶体结构相似的地方是都与晶体有关，不同之处在于，晶体结构是指晶体中所有原子排布方式，而晶胞则是表示晶体中最小重复单元结构，因此晶体结构和晶胞结构是两种不同的呈现方式，故A正确；B项，无论是金刚石的晶体还是晶胞结构，均是4个碳原子围成正四面体结构，该结构中键角均为109°28′，故B错误；C项，在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，晶胞结构中的最小环也是六元环，故C错误；D项，金刚石晶体中的碳原子以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，晶体结构中所有的碳原子都参与成键；晶胞中部分碳原子没有成键的情况主要出现在石墨的结构中，其中每个碳原子通过共价键与相邻的三个碳原子相连，但金刚石晶胞中所有碳原子均成键，故D错误；故选A。 【变式2-2】下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( ) A．SiO2的晶体结构中，每个原子与2个原子直接相连 B．金刚石中含有2NA个键(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，且6个碳原子共平面 D．通常状况下，60g SiO2晶体中含有的分子数为NA ( NA表示阿伏加德罗常数的值) 【答案】B 【解析】A项，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项，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 NA 个C原子，故含有 2NA 个C-C键，B正确；C项，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错误；D项，SiO2属于共价晶体，不存在SiO2分子，D错误；故选B。 【变式2-3】下表是某些共价晶体的熔点 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 晶体硅 晶体锗 熔点/℃ 大于3500 3000 2830 1710 1412 1211 分析表中的数据，下列叙述正确的是( ) A．构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 B．硬度：晶体硅金刚石 C．键能：C—C<Si—Si<Si—O D．石英的分子式：SiO2 【答案】B 【解析】A项，共价晶体的熔点与构成晶体的原子种类无关，与原子间的共价键键能有关，键能越大熔点越高，故A错误；B项，原子半径C<Si，构成共价晶体的原子半径越小，其共价键的键能越大硬度越大，键能：C—C＞Si—C＞Si—Si，硬度：金刚石>碳化硅>硅，故B正确；C项，构成共价晶体的原子半径越小，其共价键的键能越大，则C—C＞Si—Si，Si—O＞Si—Si，故C错误；D项，石英是共价晶体，不属于分子晶体、不存在分子，其化学式为SiO2，故D错误；故选B。 题型03 典型分子、共价晶体模型结构分析 1．常见分子晶体结构分析 (1)干冰：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。 ①构成干冰晶体的结构微粒是CO2分子； ②干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键； ③干冰晶胞的每个顶点有1个CO2分子，每个面的中心上也有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子； ④在干冰晶体中，每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个 (在三个互相垂直的平面上个4个) ； ⑤密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (2)冰晶体：冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。 ①构成冰晶体的结构微粒是H2O分子，微粒间的相互作用力是范德华力、氢键，但主要是氢键； ②冰晶体中，每个水分子与周围4个水分子结合，4个水分子也按照这样的规律再与其他的水分子结合。尽管氢键比化学键弱很多，不属于化学键，却跟共价键一样也具有方向性，即氢键的存在迫使在正四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻的水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，其密度比液态水的小。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。 (3)干冰和冰的比较 晶体 分子间作用力 结构特点 外观 硬度 熔点 密度 干冰 范德华力 1个分子周围紧邻12个分子 相似 相似(小) 干冰比冰低 干冰比冰大 冰 范德华力、氢键 1个分子周围紧邻4个分子 2．常见共价晶体结构分析 (1)金刚石 金刚石晶体结构、键角和晶胞示意图 原子半径(r)与边长(a)的关系：a=8r 晶体结构模型 C—C—C夹角为109°28′ 金刚石的晶胞 金刚石的晶胞 ①每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构； ②碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′； ③金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，每个金刚石晶胞中含有8×＋6×＋4＝8个碳原子； ④最小碳环由6个碳原子组成，并且不在同一平面(实际为椅式结构)，但最小环上有4个碳原子在同一平面内； ⑤每个碳原子被12个六元环共用，每个共价键被6个六元环共用，一个六元环实际拥有个碳原子； ⑥C原子数与C—C键数之比为1∶2，12g金刚石中有2 mol共价键； ⑦密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (2)晶体Si：由于Si与碳同主族，晶体Si的结构同金刚石的结构相同。将金刚石晶胞中的C原子全部换成Si原子，健长稍长些便可得到晶体硅的晶胞。 ①每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个硅原子相结合，形成正四面体结构，键角均为109°28′。 ②每个硅晶胞中含有8个硅原子，最小的碳环为6元环，硅原子为sp3杂化。 ③每个硅原子被12个六元环共用，每个共价键被6个六元环共用，一个六元环实际拥有个硅原子； ④硅原子数与Si—Si键数之比为1∶2，1mol Si中含有2 mol共价键。 (3)二氧化硅晶体：SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。 SiO2的晶体结构模型 SiO2的晶胞 ①SiO2晶体中最小的环为12元环，最小的环有6个硅原子和6个氧原子； ②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子结合，Si在正四面体的中心，O在正四面体的顶点，每个O原子为两个正四面体共有，正四面体内O－Si－O夹角为109°28′，而正四面体之间Si－O－Si夹角为104°30′； ③每个硅原子都采取sp3杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构，硅、氧原子个数比为1∶2，每个SiO2晶胞中含有8个Si原子，含有16个O原子； 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； ⑤Si与Si—O共价键之比为1：4，1mol Si O2晶体中有4mol共价键； ⑥密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数)。 (4)SiC晶体和BN晶体：SiC晶胞和BN晶胞与金刚石晶胞相似，每个SiC晶胞含有4个Si原子和4个C原子；每个BN晶胞含有4个B原子和4个N原子。 SiC晶胞 ①碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′ ②每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构 ③最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子 ④每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子 ⑤若Si与C最近距离为d，则边长(a)与最近距离(d)的关系：a=4d ⑥密度：ρ(SiC)＝ 【典例3】观察下列模型，判断下列说法错误的是( ) 金刚石 碳化硅 二氧化硅 石墨烯 C60 A．物质的量相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶1 B．SiO2晶体中Si和Si-O键个数比为1∶4 C．石墨烯中碳原子和六元环个数比为2∶1 D．C60晶体堆积属于分子密堆积 【答案】A 【解析】A项，假设金刚石和碳化硅的物质的量均为1mol，金刚石中每个碳原子连接四根共价键，但每根共价键被两个环共用，因此每个碳原子实际连接根共价键，可知1mol金刚石中含有2molC-C键；1molSiC中有1mol碳原子和1mol硅原子，每个原子通过共价键连接到其他原子，形成Si-C键。由于每个共价键是两个原子共有的，因此每个原子独占的键数是总键数的一半，即2mol，由于碳原子和硅原子的数量相等，因此总共有4molSi-C键；可知物质的量相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶2，故A错误；B项，SiO2晶体中1个硅原子形成4个共价键，Si和Si-O键个数比为1∶4，故B正确；C项，石墨烯中1个六元环平均含有个碳，则碳原子和六元环个数比为2∶1，故C正确；D项，C60晶体为分子晶体，其堆积属于分子密堆积，故D正确；故选A。 【变式3-1】 (2026·浙江省Z20联盟高三一模)嫦娥石的一种伴生矿物为方石英，其晶胞结构如图所示：下列说法不正确的是( ) A．晶体类型为共价晶体 B．该物质的化学式为SiO2 C．键角 D．该物质的熔点比金刚石低 【答案】C 【解析】A项，由晶胞结构可知，方石英由Si原子和O原子构成，且Si原子和O原子之间以共价键相连，形成立体网状结构，属于共价晶体，A正确；B项，由晶胞结构可知，方石英中Si原子的个数为，O原子个数为16，Si、O原子个数比为1：2，则该物质的化学式为SiO2，B正确；C项，该晶胞中O原子形成2个σ键，且含有2个孤电子对，杂化方式为sp3，则键角，C错误；D项，方石英和金刚石均为共价晶体，由于键长：Si-O>C-C，则键能：Si-O<C-C，共价晶体熔化时需要破坏共价键，则方石英的熔点比金刚石低，D正确；故选C。 【变式3-2】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．固体X2Y是分子晶体 C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃” 【答案】D 【解析】经分析X为H，Y为O，Z为Si，W为C，则WX4为CH4，是天然气的主要成分，A项正确；X2Y为H2O，固态时为分子晶体，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。 【变式3-3】碳元素组成的晶体种类繁多，三种常见的单质结构如图所示。下列说法错误的是(　　) A．金刚石中碳原子的配位数为 B．石墨质软是因为层与层之间是范德华力 C．C60晶体属于分子晶体 D．三者互为同分异构体 【答案】D 【解析】A项，由金刚石的结构可知，每个碳原子周围与4个碳原子相连，因此其配位数为4，A正确；B项，石墨质软的原因是因为石墨内部的碳原子呈层状排列，层与层之间的作用力为范德华力，B正确；C项，C60晶体属于分子晶体，C正确；D项，金刚石、石墨、C60互为同素异形体，D错误。故选D。 题型04 分子晶体与共价晶体的比较 1．共价晶体与分子晶体的比较 晶体类型 共价晶体 分子晶体 概念 相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体 组成微粒 原子 分子 微粒间作用力 共价键 分子间作用力 熔、沸点 很高 较低 硬度 很大 较小 溶解性 不溶于大部分溶剂 部分溶于水 导电性 不导电，个别为半导体 不导电，部分溶于水后导电 熔化时破坏的作用力 共价键 分子间作用力 实例 金刚石 干冰 2．判断分子晶体和共价晶体的方法 (1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 组成共价晶体的微粒是原子，微粒间的相互作用是共价键；组成分子晶体的微粒是分子，微粒间的相互作用是分子间作用力。 (2)依据物质的分类判断 常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的共价晶体化合物有SiC、BN、AlN、Si3N4、C3N4、SiO2等； 大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)都是分子晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 共价晶体的熔点更高，常在1 000 ℃至几千摄氏度；分子晶体的熔点低，常在数百摄氏度以下甚至更低温度。 (4)依据导电性判断 共价晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，分子晶体中的电解质(主要是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子也能导电。 (5)依据硬度和机械性能判断 共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。 【典例4】下列关于SiO2和CO2的描述不正确的是( ) A．SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体 B．两者中心原子采取的杂化方式不同 C．SiO2和CO2都是非极性分子 D．SiO2晶体的熔点比CO2晶体高 【答案】C 【解析】A项，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项，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项，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项，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。 【变式4-1】下列说法中，正确的是( ) A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体共价键的键长越短，键能越大，熔点就越高 C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高 D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定 【答案】B 【解析】A项，冰熔化克服氢键，属于物理变化，H-O键没有断裂，A错误；B项，影响共价晶体熔沸点高低的因素是键能的大小，共价键的键长越短，键能越大，熔点就越高，B正确；C项，影响分子晶体熔沸点高低的因素是相对分子质量大小，与共价键的键能无关，C错误；D项，分子的稳定性与分子间作用力无关，稳定性属于化学性质，分子间作用力影响物理性质，D错误； 故选B。 【变式4-2】根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( ) A．熔点为2700℃，导电性好，延展性强 B．无色晶体，熔点大于3500℃，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801℃，熔化时能导电 D．沸点为-78℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电 【答案】B 【解析】A项，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，A错误；B项，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，B正确；C项，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，C错误；D项，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，D错误。故选B。 【变式4-3】现在已能在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，下列关于该CO2原子晶体的说法中正确的是( ) A．CO2的原子晶体中存在范德华力 B．在一定条件下，CO2原子晶体转化为CO2分子晶体是物理变化 C．每1mol CO2原子晶体中含有2NA个π键 D．CO2的原子晶体中，每个原子周围结合4个原子，每个原子与两个原子相结合 【答案】D 【解析】A项，二氧化碳原子晶体中只存在共价键，不存在范德华力，故A错误；B项，二氧化碳原子晶体和分子晶体的晶体类型不同，原子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，故B错误；C项，二氧化碳原子晶体中，每个碳原子与4个氧原子形成4个σ键，每个氧原子与2个碳原子形成2个σ键，晶体中不存在π键，故C错误；D项，由题意可知，与二氧化硅晶体结构类似的二氧化碳原子晶体中，每个碳原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个碳原子结合，故D正确；故选D。 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $