新人教版高中化学同步讲义(选择性必修二)第16讲 3.4共价晶体(含解析)

第16课共价晶体
1．通过金刚石、二氧化硅等模型认识共价晶体的结构特点及物理性质。

2．能根据共价晶体的微观结构预测其性质。

3．学会共价晶体的判断
一、共价晶体
1.共价晶体定义：所有原子都以共价键相互结合形成共价三维骨架结构的晶体叫共价晶体。

2.共价晶体的结构特点
说明：
①空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比。

②共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。

③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。

如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。

二、常见的共价晶体
物质种类实例
某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等某些非金属氧化物二氧化硅(SiO2)等
极少数金属氧化物刚玉(ɑ-Al2O3)
1.共价晶体的物理性质
①熔点很高：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。

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硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。

③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。

④难溶于一般的溶剂。

2.共价晶体熔、沸点的比较
①规律：一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。

②原因：原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越多，键能越大，故晶体的熔点就越高。

③实例：在金刚石、碳化硅、晶体硅中，原子半径C<Si，则键长C-C<C-Si<Si-Si，故键能C-C>C-Si>Si-Si，故熔点金刚石>碳化硅>晶体硅。

【思考与讨论p82】参考答案
(1)由于金刚石、晶体硅和储的组成相似，原子半径C<Si<Ge，键长C-C<Si-Si<Ge-Ge，键能C-C>Si-Si>Ge-Ge，所以三者的熔点和硬度依次下降。

(2)此说法不对。

“具有共价键并不是判定共价晶体的唯一条件，有些分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但H20和C02中存在共价键，对共价晶体的认识除了要求“具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子是原子。

四、常见的共价晶体的结构
1.金刚石
①成键特征：每个碳原子都采取sp3杂化，每个碳原子与相邻的4个碳原子形成4个共价键，键长相等，键角为109°28’，每个碳原子的配位数为4。

②结构单元：每个碳原子均与相邻的4个碳原子构成正四面体，向空间无限延伸得到立体网状结构的晶体，在1个正四面体中含有1+4×1/4=2个碳原子；最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内；金刚石晶体中每个C原子形成4个C—C键，而每个键为2个C原子所共有，故碳原子的个数与C—C键数比为1∶2。

因此12g（1mol）金刚石中含有2mol（2N A个）C—C键。

③晶胞：①8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；②把晶胞分割分8个小立方体，则每个小立方体的互为对角位置的4个顶点各有1个碳原子，4个互不相邻的小立方体的体心各有1个碳原子。

则每个金刚石晶胞中有8个碳原子。

2.二氧化硅
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。

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，这一结构决定了它具有手性。

(1)二氧化硅晶体的结构
①1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，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。

②1 mol SiO2中含4 mol Si—O键
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12元环共用，每个O原子被6个12元环共用。

⑤每个Si—O键被6个12元环共用。

(2)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。

五、共价晶体的判断
1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。

2.依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上。

3.依据晶体的导电性判断：共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。

4.依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度大。

5.依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。

6.根据溶解性判断：共价晶体一般不溶于任何溶剂。

►问题一共价晶体的结构
SiO晶体网状结构的叙述正确的是（）
【典例1】下面关于2
A．1mol SiO2晶体中Si-O键为2mol
B．二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C．晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
【答案】C
【解析】A．每个Si原子形成四个共价键，则1 mol SiO2晶体中含4 mol Si-O键，故A错误；B．由二氧化硅晶体结构图可知，每个硅原子周围连有四个氧原子，每个氧原子周围连有2个硅原子，则Si、O原子个数比为1：2，不存在分子，故B错误；C．在晶体中硅原子周围有4对共用电子对，氧原子有2对共用电子对，而氧原子最外层就是6个电子，这样两种原子都满足8电子结构，故C正确；D．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，故D错误。

故选：C。

【解题必备】①空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”，不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比。

②共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。

③共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。

如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。

【变式1-1】科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。

下列对该晶体叙述错误的是()
A．晶体的熔、沸点高，硬度大
B．该物质的化学式为CO2
C．晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶6
D．晶体的空间最小环由12个原子构成
【答案】C
【解析】A项，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构，所以是共价晶体，熔沸点高、硬度大，故A正确；B项，晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数比为1∶2，则其化学式为CO2，故B 正确；C项，该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，所以C原子与C—O化学键数目之比为1∶4，故C错误；D项，该晶体的空间最小环是由6个碳原子和6个氧原子构成的12元环，故D正确。

【变式1-2】下列说法中正确的是()
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
B．共价晶体中除极性键外不存在其它类型的化学键
C．SiO2晶体中存在SiO2分子
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
【答案】A
【解析】A选项，金刚石晶体的最小碳原子环有6个碳原子构成，正确；B选项，共价晶体中既可能含有极性键，也可能含有非极性键（如金刚石晶体），错误；C选项，共价晶体有原子通过共价键构成，不存在分子，错误；D选项，金刚石含有碳元素，能与氧气反应，错误。

故选A。

►问题二共价晶体的性质
【典例2】下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，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/℃390030002700171014101211
莫氏硬度109.59.57 6.56
②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
③构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子半径越大，共价键的键能越大
A．①②B．③④C．②③D．②④
【答案】C
【解析】①共价晶体的熔点与共价键键能大小有关，跟原子种类多少无关，①错误；②共价晶体的熔点与共价键键能大小有关，键能大小与原子半径关系是半径越小，键能越大，表中原子半径C<Si，熔点金刚石>碳化硅>硅，②正确；③从表中数据可看出原子半径C<Si，硬度金刚石>碳化硅>硅，③正确；④构成共价晶体的原子半径越小，共价键的键能越大，④错误；综上分析可得正确组合为②③；
答案选C。

【解题必备】共价晶体的性质①熔点很高。

②硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。

③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。

④难溶于一般的溶剂。

【变式2-1】下列关于物质熔点或沸点的比较中，不正确
．．．的是
A．沸点：Cl2＜Br2＜I2
B．熔点：金刚石＞碳化硅＞硅晶体
C．沸点：CH3Cl＜CH3CH2Cl＜CH3CH2CH2Cl
D．沸点：邻羟基苯甲醛＞对羟基苯甲醛
【答案】D
【解析】A．Cl2、Br2、I2的相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大，所以沸点：Cl2＜Br2＜I2，A 正确；B．共价键的键长C-C＜C-Si＜Si-Si，则键能C-C＞C-Si＞Si-Si，所以熔点：金刚石＞碳化硅＞硅晶
体，B正确；C．CH3Cl、CH3CH2Cl、CH3CH2CH2Cl的相对分子质量依次增大，分子间的作用力依次增大，所以沸点：CH3Cl＜CH3CH2Cl＜CH3CH2CH2Cl，C正确；D．邻羟基苯甲醛能形成分子内的氢键，使其沸点降低，对羟基苯甲醛能形成分子间的氢键，使其沸点升高，所以沸点：邻羟基苯甲醛＜对羟基苯甲醛，D
不正确；故选D。

【变式2-2】据下列性质判断，属于共价晶体的物质是()
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点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-56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【答案】B
【解析】A项中导电性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体的质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项不符合共价晶体的特征。

►问题三共价晶体的判断
【典例3】单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：
金刚石晶体硅晶体硼
熔点/K355014152573
沸点/K482726282823
摩氏硬度107.09.5
【答案】共价晶体晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体。

（或熔沸点都很高，硬度大。

）
【解析】晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体，因此晶体硼也是共价晶体。

【解题必备】共价晶体的判断
1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。

2.依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上。

3.依据晶体的导电性判断：共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。

4.依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度大。

5.依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。

6.根据溶解性判断：共价晶体一般不溶于任何溶剂。

【变式3-1】根据下列物质的性质判断为共价晶体的是
A．微溶于水，硬度小，熔点56.6
℃，固体或液体不导电
B．熔点3140℃，电的良导体，加压可变形
C．熔点3530℃，不导电，不溶于水和有机溶剂，硬度大
D．熔点801℃，易溶于水，熔化时导电
【答案】C
【解析】A．共价晶体的硬度很大，熔点很高，描述与共价晶体不符，故A不选；B．共价晶体大多不导电，硬度强度很大，不易加压变形，描述与共价晶体不符，故B不选；C．共价晶体的熔点很高，硬度很大，大多不导电，不易溶于水和有机溶剂，描述与共价晶体性质相符，故C选；D．共价晶体难溶于水，且熔化时不能导电，描述与共价晶体不符，故D不选；故选：C。

【变式3-2】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键更牢固
【答案】A
【解析】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；B．C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，则C3N4晶体为共价晶体，其化学键更牢固，则该晶体的熔点比金刚石高，B正确；C．碳原子最外层4个电子，氮原子最外层5个电子，则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，C正确；D．C3N4晶体为共价晶体，其化学键比金刚石更牢固，D正确；故选A。

1．下列说法正确的是
A．熔点：金刚石＞晶体硅＞碳化硅
B．熔点：邻羟基苯甲醛＞对羟基苯甲醛
C．电负性：Na＜P＜Cl
D．熔沸点：HF＜HCl＜HBr＜HI
【答案】C
【解析】A．三者都为原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，熔点越高，因此熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故A错误；B．由于对羟基苯甲醛含有分子间氢键，邻羟基苯甲醛含有分子内氢键，分子间氢键使得熔点升高，因此熔点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛，故B错误；C．同周期从左到右电负性逐渐
增大，因此电负性：Na＜P＜Cl，故C正确；D．HF含有分子间氢键，分子间氢键使得熔点升高，因此熔沸点：HCl＜HF，HCl、HBr、HI三者，结构和组成相似，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高，故D错误；答案选C。

2．Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。

下列说法正确的是
A．氮化铝属于分子晶体
B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具
C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子
D．氮化铝晶体中Al的配位数为2
【答案】B
【解析】A．硬度高、熔点高一般不会是分子晶体，描述错误，A不符题意；B．硬度高、熔点高正好适合在高温环境下切割金属的道具材料，描述正确，B符合题意；C．根据晶胞结构，顶点和体心有Al原子，
故晶胞含有Al原子个数为
1
812
8
⨯+=，描述错误，C不符题意；D．由晶胞体心的Al原子周围的N原子个
数可知，Al原子的配位数应是4，描述错误，D不符题意；综上，本题选B。

3．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3
sp杂化
D．金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子
【答案】B
【解析】A．在石墨烯晶体中，最小的环为六元环，每个碳原子连接3个C-C化学键，每个六元环占有的碳
原子数为6
1
3
⨯=2个，个数比为3:2，A正确；B．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；C．金刚石晶体中，每个碳原子形成4个σ键，采用3
sp杂化，C正确；D．由金刚石晶体结构模型可知，最小的环为6元环，D正确；答案选B。

4．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，不正确的是
A．在
2
SiO晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键
B．混合晶体石墨的熔点高于金刚石
C．HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上最多4个碳原子共面
【答案】C
【解析】A．在2
SiO晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，A项正确；B．石墨中的碳碳键的键长小于金刚石中的碳碳键的键长，且石墨融化时不仅要克服共价键，还要破坏分子间作用力，故熔点大于金刚石，B项正确；C．虽然HI的相对分子质量大于HF，但是由于HF分子之间可以形成氢键，所以HF 的沸点高于HI，C项错误；D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子，最多4个碳原子共面，D项正确；答案选C。

5．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
【答案】C
【解析】A．金刚石晶体中每个碳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；B．金刚石晶胞中最小的环为六元环，每个环中有4个碳原子在同一平面内，B错误；C．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；D．金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳
形成碳碳键，碳与碳碳键数目之比为1:(4
1
2
⨯)=1:2，D错误；故答案选C。

6．下图所示的几种碳单质，关于它们的说法错误的是
A ．四种碳单质互为同素异形体，其中石墨和碳纳米管均可导电
B ．金刚石晶体中每个
C 原子被6个六元环所共用 C ．12g 石墨晶体中含有的六元环的数目为A 0.5N
D ．60C 晶体中每个60C 分子周围与它最近且等距的60C 分子有12个 【答案】B
【解析】A ．四种物质均为碳的单质，且结构不同，属于同素异形体，且石墨和碳纳米管均可导电，故A 正确；B ．由晶体结构可知金刚石晶体任意两条相邻的C -C 键参加2个六元环的形成，每个C 原子可形成4条C -C 键，则每个C 原子被12个六元环共用，故B 错误；C ．由石墨晶体结构可知，每个C 原子与3个C
原子形成C -C 键，则每个环中含2个C 原子，12g 石墨晶体中含有的六元环的数目为A 0.5N ，故C 正确；D ．60C 晶胞为立方最密堆积，每个60C 分子周围与它最近且等距的60C 分子有12个，故D 正确；故选：B 。

7．碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。

下列说法正确的是 A ．SiC 晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1 B ．SiC 晶体的熔点较高 C ．SiC 晶体的硬度较小 D ．SiC 属于分子晶体 【答案】B
【解析】A ．SiC 晶体中硅、碳元素的质量比为28∶12=7∶3，A 项错误；B ．SiC 晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，熔点较高，B 项正确；C ．SiC 晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，硬度较大，C 项错误；D ．SiC 晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，D 项错误；答案选B 。

8．C 60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示(石墨仅表示出其中一层结构)
(1)C 60、金刚石和石墨三者的关系互为 。

A ．同分异构体
B ．同素异形体
C ．同系物
D ．同位素 (2)固态时，C 60属于 晶体。

(3)石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是 个。

(4)BN 晶体有多种结构，其中立方氮化硼具有金刚石型结构(如图)。

①该晶体的最小环中含有个B原子；N原子的配位数为。

②已知立方氮化硼晶体内存在配位键，则其晶体中配位键与普通共价键数目之比为。

原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，图中a处B的原子坐标参数为(0，0，0)，则距离该B原子最近的N原子坐标参数为。

【答案】(1)B (2)分子(3)2 (4)①3 4 ②1∶3 (1
4
，
1
4
，
1
4
)
【解析】(1)同种元素的不同单质互称同素异形体，C60、金刚石和石墨是碳元素的不同单质，属于同素异形体，答案选B；
(2)C60构成微粒是分子，一个分子中含有60个碳原子，所以属于分子晶体；
(3)石墨层状结构中，每个碳原子被三个正六边形共用，所以平均每个正六边形占有的碳原子数=6×1
3
=2；
(4)①该晶体的最小环中含有3个B原子，3个N原子，N原子周围距离最近的B原子有4个，N原子的配位数为4个；②立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度大，属于原子晶体，硼原子的价电子数为3，形成4个共价键，有1个配位键，3个普通共价键，配位键与普通共价键数目之比为1∶3；a处B的原子坐标参数
为(0，0，0)，距离该B原子最近的N原子连线处于晶胞对角线上，且二者距离为体对角线的1
4
，则该N原
子到各坐标平面距离均等于晶胞棱长的1
4
，距离该B原子最近的N原子坐标参数为(
1
4
，
1
4
，
1
4
)。

1．如图所示晶体的硬度比金刚石大，且原子间以单键结合，则有关该晶体的判断正确的是
A．该晶体为片层结构
B．该晶体化学式可表示为Y3X4
C．X的配位数是4
D．X、Y元素分别位于周期表第℃A、℃A族
【答案】B
【解析】A．该晶体硬度大，为立体网状结构，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个，所以X的配位数是3，C错误；D．X形成3对共用电子对，则说明X最外层有5个电子，达到最外层8个电子稳定结构需3个电子，所以X为第V A元素；Y
形成4对共用电子对，说明Y原子最外层有4个电子，达到最外层8个电子的稳定结构需4个电子，则Y 位于元素周期表第IV A族，D错误；故合理选项是B。

2．下列有关晶体的叙述中正确的是
A．在
2
SiO晶体中，最小的环是由6个硅原子组成的六元环
B．在124g白磷(P4))晶体中，含P-P共价键个数为4N A
C．28g晶体硅中含有Si-Si的个数为4N A
D．12g金刚石中含C原子与C-C个数之比为1:2
【答案】D
【解析】A．在SiO2晶体中，最小的单元环是由6个硅原子和6个氧原子所组成的12元环，A不正确；B．白磷分子中有6个共价键，124g白磷(P4)的物质的量为1mol，因此，在124g白磷(P4)晶体中，含P—P共价键个数为6N A，B不正确；C．硅晶体中，每个硅原子与周围4个硅原子形成4个共价键，每个共价键被2个硅原子共用，所以28g硅晶体中含有2 N A个Si-Si键，C不正确；D．12g金刚石的物质的量为1mol，其中每个碳原子形成共价键，两个碳原子之间只能形成一个共价键，故其中含1molC原子和2mol C—C键，因此，C原子与C—C键之比为1:2，D正确；故选D。

3．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，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位于Si构成的正四面体空隙中
C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2
D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
【答案】B
【解析】A．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，C-Si键长长于C-C键，故熔点比金刚石低，故A错误；B．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位于Si构成的四面体空隙中，故B正确；C．C-Si键的长度为晶胞体对角线长度的1
4
，设晶胞棱长
为x，则1
×3x=apm
4
，所以
43a
3，故C错误；D．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，由于顶点碳原子为8个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为12，故D错误；故选B。

4．最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：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一个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-碳晶胞中含16个碳原子
B．T-碳与石墨、金刚石互为同分异构体
C．T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键不同
D．T-碳晶体与金刚石晶体类似，熔点高硬度大
【答案】D
【解析】A．金刚石晶胞中C原子个数=4+8×1
8
+6×
1
2
=8，T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一
个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，每个T-碳晶胞中含C原子个数为：8×4=32，A错误；B．T-碳与石墨、金刚石是由碳元素形成的性质不同的两种单质，故互为同素异形体，而不是同分异构体，B错误；C．T-碳晶体和金刚石晶体中均只含有C-C键，即含有的化学键相同，C错误；D．T-碳是碳的一种新型三维立体晶体结构，由C原子通过共价键构成的，与金刚石晶体类似，同属于共价晶体，熔点高硬度大，D 正确；故答案为：D。

5．氮化碳是新发现的高硬度材料，其部分结构如下图所示。

下列有关其说法正确的是
A．氮化碳中C原子和N原子的最外层都满足8电子稳定结构
B．氮化碳中碳显-4价，氮显+3价
C．氮化碳的硬度比金刚石略小
D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键结合形成的空间网状结构
【答案】A
【解析】A．由图可知C与周围4个N形成单键，N与周围3个C形成单键，每个原子都满足8电子稳定结构，故A正确；B．N的非金属性比C强，两者形成共价键时，N显负价，C显正价，故B错误；C．N 原子半径小于C，C-N键长比金刚石中C-C键短，键能更大，氮化碳的硬度大于金刚石，故C错误；D．C 和N形成极性键，故D错误；故选：A。

6．能够解释CO2比SiO2的熔、沸点低的原因是
A．C—O键能大于Si—O键能
B．C—O键能小于Si—O键能。