专题3.3.2 共价键键能 共价晶体（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学选择性必修2（苏教版2019）

第2课时　 共价键键能　共价晶体 目录 新知探究(一)——共价键键能与化学反应的反应热 新知探究(二)——共价晶体 课时跟踪检测 新知探究(三)——常见共价晶体的结构 2 共价键键能与化学反应的反应热 新知探究(一) 1.共价键的键能 (1)概念:在101 kPa、298 K条件下,1 mol气态AB分子生成1 mol气态A原子和1 mol气态B原子的过程中所 的能量,称为AB间共价键的键能。其单位为 。 吸收 kJ·mol-1 (2)应用 判断共价键的 稳定性 当两个原子形成共价键时,原子轨道重叠的程度越大,共价键的键能越大,共价键越稳定 判断分子的稳定性 一般来说,结构相似的分子,共价键的键能越大,分子越稳定 利用键能计算 反应热 ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能 2.共价键的键长 (1)概念:形成共价键的两个原子核间的 。因此原子半径决定共价键的键长,原子半径越小,共价键的键长越短。 (2)应用:共价键的键长越短,往往键能越大,这表明共价键越稳定,反之亦然。 [微点拨]　在多原子分子中,两个化学键的夹角叫做键角。键角可用于描述多原子分子的空间结构,比如H2O中键角为104°30',所以其分子结构为V形。 平均间距 应用化学 　 碳和硅的有关化学键键能如表所示,简要分析和解释下列有关事实: 化学键 C—C C—H C—O 键能/(kJ·mol-1) 348 413 358 化学键 Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ·mol-1) 226 323 368 1.通常条件下,稳定性:CH4　　(填“<”“>”或“=”)SiH4,原因是 　  　。  >　 C—H键的键能大于Si—H键的键能,所以CH4比SiH4稳定 2.硅与碳同族,也有系列氢化物,但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多,原因是 　 C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大,因此烷烃比较稳定,而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低,易断裂,导致长链硅烷难以生成 。  3.SiH4的稳定性较弱,Si更易生成氧化物,原因是  Si—H键的键能小于Si—O键,所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 。  1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)键能越小,表示化学键越牢固,越难以断裂。( ) (2)成键的两原子核间距越近,键长越短,化学键越牢固,性质越稳定。( ) (3)键能越大,表示含有该共价键的分子受热越容易分解。 ( ) (4)已知H—H、Cl—Cl、H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol-1、243 kJ·mol-1、431 kJ·mol-1。可计算H2(g)+Cl2(g) ===2HCl(g)的反应热ΔH=-183 kJ·mol-1。 ( ) [题点多维训练] × √ × √ 2.下列事实不能用键能的大小来解释的是 (　　) A.氮元素的电负性较大,但N2的化学性质很稳定 B.稀有气体一般难发生反应 C.HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱 D.HF比H2O稳定 √ 解析:由于N2分子中存在三键,键能很大,破坏共价键需要很大的能量,所以N2的化学性质很稳定;稀有气体都为单原子分子,没有化学键;卤族元素从F到I,原子半径逐渐增大,其氢化物中化学键的键长逐渐变长,键能逐渐变小,所以稳定性:HF>HCl>HBr>HI;由于H—F键的键能大于H—O键,所以稳定性:HF>H2O。 3.(1)关于键长和键能,下列说法中不正确的是　　。  A.化学键的键能通常为正值 B.键长的长短与成键原子的半径和成键数目有关 C.键能越大,键长越长,共价化合物越稳定 解析:键能通常取正值,A正确;键长的长短与成键原子的半径有关,如Cl原子半径小于I原子半径,故Cl—Cl键的键长小于I—I键的键长,此外,键长还和成键数目有关,如乙烯分子中C==C 键的键长比乙炔分子中C≡C键的键长要长,B正确;键能越大,键长越短,共价键越强,共价化合物越稳定,C错误。 C (2)N≡N键的键能是946 kJ·mol-1,N—N键的键能为193 kJ·mol-1,经过计算后可知N2中　 　键比　　键稳定。(填“σ”或“π”)  解析:N≡N键中含有1个σ键和2个π键,π键的键能E==376.5 kJ·mol-1,则N≡N键中π键的键能比σ键的键能大,所以N2中π键比σ键稳定。 π σ 共价晶体 新知探究(二) 1.共价晶体 (1)概念 所有原子通过 结合,形成具有 结构的晶体。 (2)结构 共价键 空间网状 (3)结构特点 ①由于共价键的饱和性和方向性,使每个中心原子周围排列的原子数目是固定的。 ②由于所有原子间均以共价键相结合,所以晶体中不存在单个分子。 2.共价晶体的性质 (1)特性 由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合,故共价晶体:①熔、沸点 ,②硬度 ,③一般不导电,④难溶于溶剂。 (2)影响共价晶体熔、沸点和硬度的因素 对于结构相似的共价晶体而言,共价键的键长越长,键能就越小,晶体的熔、沸点 ,硬度 。 很高 大 越低 越小 [微点拨]　①共价晶体中都有共价键,但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。②共价晶体的化学式表示其比例组成,晶体中不存在分子。 应用化学 　 在我国青藏高原南部山区有丰富的立方氮化硼资源,它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性。BN的硬度仅次于金刚石。山东日照盛产天然金刚砂(SiC),其为深层矿,颜色深红偏黑,硬度大。 1.立方氮化硼属于什么类型的晶体?其构成微粒是什么?粒子之间的作用力是什么? 提示:共价晶体;原子;共价键。 2.金刚砂属于什么类型的晶体? 提示:共价晶体。 1.下列晶体属于共价晶体的是 (　　) A.晶体碘 B.氯化钠晶体 C.干冰 D.二氧化硅晶体 解析:晶体碘、干冰不属于共价晶体,NaCl晶体是离子晶体,SiO2属于共价晶体。 [题点多维训练] √ 2.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/℃ 3 900 3 000 2 600 1 710 1 415 1 211 摩氏硬度 10 9 9 7 7 6.0 √ ①构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高　②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高　③构成共价晶体的原子半径越大,晶体的硬度越大　④构成共价晶体的原子半径越小,晶体的硬度越大 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 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。 3.根据下列性质判断,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 解析:延展性好,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,形成空间网状结构,故共价晶体熔、沸点高,质硬,难溶于水和有机溶液。 √ 常见共价晶体的结构 新知探究(三) 1.金刚石 金刚石晶体的结构如图所示。 (1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合,形成正四面体结构,这些正四面体向空间发展,构成彼此联结的空间网状结构。 (2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28'。 (3)最小环上有6个碳原子,晶体中C原子个数与C—C键个数之比为1∶2。 (4)每个金刚石晶胞中含有8个碳原子。 2.晶体硅 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子,便可得到晶体硅的结构,晶体硅中的硅原子,与其他4个硅原子以共价键结合。不同的是Si—Si键键长>C—C键键长。 3.二氧化硅晶体 二氧化硅晶体的结构如图所示。 (1)每个硅原子都以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。 (2)晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的十二元环。晶体中硅、氧原子个数比为1∶2,Si原子与Si—O键的个数比为1∶4。 (3)每个二氧化硅晶胞中含有8个硅原子和16个氧原子。 [典例]　(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原子周围最近的C原子数目为　　;若晶胞的边长为a pm,则金刚砂的密度表达式为 　 。  共价晶体 　12 g·cm-3 [解析]　金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×4=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,ρ==g·cm-3。 (2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。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 × [解析]　根据物质的晶体结构可知,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。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×+6×+4=8,则根据晶胞的密度ρ=可知,V=== cm3,晶胞的边长a== cm,在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即× cm。 (3)金刚石的晶胞如图乙所示,在z轴方向的投影如图,请补齐原子的位置。 [解析]　位于上、下面心的原子,沿z轴方向的投影为正方形的中心,体心的4个原子,位于晶胞中的一个顶点三个面心组成的正四面体的中心,所以沿z轴方向的投影为正方形的对角线的四分之一处。 |归纳拓展|晶胞结构投影图 　 通过三维投影图可以确定晶胞中各原子在晶胞中的位置,进一步可确定各原子的原子分数坐标。常考题型如下: (1)知道投影图,确定各原子在晶胞中的位置。 (2)知道晶胞,推断从不同视角得到的投影图。熟练掌握各典型晶胞的结构特点及良好的空间想象能力是解题的关键。 (3)晶胞中不同位置的原子沿z轴投影的规律。 ①顶点投在正方形或长方形的顶点。 ②与z轴垂直面的面心投在正方形或长方形的中心;与z轴平行面的面心投在正方形或长方形的边的中心。 ③正四面体空隙上的点投在对角线的或处,如金刚石。 ④与z轴平行棱上的棱心投在正方形或长方形的顶点;与z轴垂直棱上的棱心投在正方形或长方形的边的中心。 ⑤体心投在正方形或长方形的中心。 1.单质硅的晶体结构如图所示。 下列关于单质硅晶体的说法不正确的是(　　) A.是一种空间网状结构的晶体 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目为8 D.晶体中最小环上的原子数目为6 [题点多维训练] √ 解析:单质硅是一种空间网状结构的共价晶体,A正确;晶体中每个硅原子与4个硅原子相连,B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目为6,C错误,D正确。 2.下列有关共价晶体的叙述不正确的是 (　　) A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构 B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA C.金刚石和二氧化硅在熔化时,晶体中的共价键会断裂 D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式 √ 解析:A正确,金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,均为正四面体结构。B错误,金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,每个单键对这个C原子的贡献只有,所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×=2 mol,而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol。C正确,金刚石和二氧化硅熔化时,共价键会断裂。D正确,共价晶体中不存在分子。 3.铁氮化合物是磁性材料领域研究中的热点课题之一。晶体中铁的堆积方式为面心立方堆积,氮原子位于体心,沿z轴投影如图所示,已知阿伏加德罗常数的值为NA,Fe(Ⅰ)、Fe(Ⅱ)原子最近距离为a pm。 (1)结构中原子分数坐标A为(0,0,0),氮原子为,则B原子分数坐标为　　　　　。  解析:晶体中铁的堆积方式为面心立方堆积,氮原子位于体心,铁位于面心和顶点。Fe(Ⅰ)位于顶点,A原子分数坐标为(0,0,0);氮原子位于体心,原子分数坐标为;则Fe(Ⅱ)位于面心,B原子分数坐标为。 (2)计算该晶体密度为　　　　　 g·cm-3。  解析:Fe分别位于晶胞的面心和顶点;晶胞内含有Fe的个数为6×+8×=4;氮原子位于体心,该晶胞内有1个N原子;Fe(Ⅰ)、Fe(Ⅱ)原子最近距离为a pm,即面对角线长的,所以面对角线长为2a pm,根据勾股定理,晶胞的边长为a pm=a×10-10 cm;晶胞的体积V=(a×10-10)3 cm3;ρ== g·cm-3= g·cm-3。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 √ 12 1.下列排序正确的是 (　　) A.熔点:Mg>Hg>Na B.晶格能:NaI>NaBr>NaCl C.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅 D.键能:H—P>H—S>H—Cl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 12 解析:Hg常温下为液体,熔点Na>Hg,A错误;离子半径越小,离子晶体的晶格能越高,正确顺序为NaCl>NaBr>NaI,B错误;原子半径越小,键长越短,键能越高,共价晶体硬度越大,C正确;三种共价键的键能顺序应为H—Cl>H—S>H—P,D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 2.下列说法正确的是 (　　) A.键能越大,表示该分子越容易受热分解 B.共价键都具有方向性 C.在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长 D.H—Cl键的键能为431 kJ·mol-1,H—Br键的键能为366 kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:键能越大,分子越稳定,A错,D正确;H—H键没有方向性,B错;形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长,C错。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 3.二氯化二硫(S2Cl2)非平面结构,常温下是一种黄红色液体,有刺激性恶臭,熔点:-80 ℃,沸点:137.1 ℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是 (　) A.二氯化二硫的电子式为︰︰S︰︰S︰︰ B.分子中既有极性键又有非极性键 C.分子中S—Cl键的键长大于S—S键的键长 D.分子中S—Cl键的键能小于S—S键的键能 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:S2Cl2分子中S原子之间形成1对共用电子对,Cl原子与S原子之间形成1对共用电子对,结合非平面结构可知S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl,电子式为︰︰︰︰︰,故A错误;S2Cl2中Cl—S键属于极性键,S—S键属于非极性键,故B正确;同周期主族元素从左往右原子半径逐渐减小,所以氯原子半径小于硫原子半径,键长越短键能越大,所以分子中S—Cl键的键长小于S—S键的键长,S—Cl键的键能大于S—S键的键能,故C、D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 4.参考下表化学键的键能与键长数据,判断下列分子中,受热最稳定的是 (　　) A.CH4 B.NH3 C.H2O D.HF 化学键 H—C H—N H—O H—F 键能/(kJ·mol-1) 413 391 463 567 键长/pm 109 101 96 92 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:从键能的角度分析,四种氢化物键能由大到小的顺序为HF、H2O、CH4、NH3;从键长的角度分析,四种氢化物键长由短到长的顺序为HF、H2O、NH3、CH4;综合两方面因素最稳定的是HF。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 5.氮氧化铝(AlON)属共价晶体,是一种超强透明材料,下列描述错误的是 (　　) A.AlON和石英的化学键类型相同 B.AlON和石英晶体类型相同 C.AlON和Al2O3的化学键类型不同 D.AlON和Al2O3晶体类型相同 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:AlON与石英(SiO2)均为共价晶体,所含化学键均为共价键,A、B项正确;Al2O3不是共价晶体,晶体中含离子键,不含共价键,C项正确,D项错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 6.氰气的化学式为(CN)2,结构式为N≡C—C≡N,性质与卤素相似,下列叙述正确的是 (　　) A.分子中既有极性键,又有非极性键 B.分子中含有2个σ键和4个π键 C.不和氢氧化钠溶液发生反应 D.分子中N≡C键的键长大于C—C键的键长 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:由同种原子构成的共价键是非极性键,由不同原子构成的共价键是极性键,N≡C—C≡N中含有碳碳非极性键和碳氮极性键,故A正确;三键中有1个σ键和2个π键,单键都是σ键,N≡C—C≡N中含有3个σ键和4个π键,故B错误;该物质性质与卤素相似,氯气可与氢氧化钠溶液发生反应,氰气也可与氢氧化钠溶液发生反应,故C错误;同一周期元素原子半径随着原子序数的增大而减小,原子半径越大,形成的共价键键长越长,碳原子半径大于氮原子半径,所以C≡N键的键长小于C—C键的键长,故D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 3 7.二氧化硅晶体是空间网状结构,其结构如图所示。 下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是(　　) A.晶体中每个硅原子与4个氧原子相连 B.晶体中硅、氧原子个数比为1∶2 C.晶体中最小环上的原子数为8 D.晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 13 3 解析:由二氧化硅晶体结构图可知,每个硅原子连有4个氧原子,每个氧原子连有2个硅原子,硅原子、氧原子个数比为1∶2,晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子,最小环上的原子总数为12;晶体中每个硅原子形成四对共用电子对,每个氧原子形成两对共用电子对,二者都满足最外层8电子稳定结构。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 8.科学家成功研制成了一种新型的碳氧化合物,该化合物晶体与SiO2晶体的结构相似,晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构。下列对该晶体的叙述错误的是 (　　) A.该晶体是共价晶体 B.该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2 C.该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2 D.该晶体中最小的环由12个原子构成 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构,则该化合物晶体中不存在分子,属于共价晶体,A项正确;晶体中每个碳原子均以4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,B项正确;该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键,所以C原子与C—O键数目之比为1∶4,C项错误;该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成,D项正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 9.(2024·承德调研)立方氮化硼是利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其他材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。如图是立方氮化硼的晶胞,下列说法不正确的是 (　　) A.每个晶胞包含4个B原子和4个N原子 B.每个N原子周围有4个B原子,每个B原子周围有2个N原子 C.立方氮化硼硬度很大与B—N共价键强度很大有关 D.常被用作磨料和刀具材料 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:分析立方氮化硼的晶胞,B原子占据顶点和面心,共有8×+6×=4个。N原子在体心内,有4个。N原子位于4个B原子组成的正四面体的中心,因为B和N的原子个数比为1∶1,所以每个B原子周围也有4个N原子。由于B—N共价键强度很大,所以导致立方氮化硼的硬度很大,常被用作磨料和刀具材料。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 10.下表是一些键能数据(单位:kJ·mol-1)。 化学键 H—H S—S C—Cl C—O Cl—Cl H—S 键能 436 255 330 351 243 339 化学键 C—I H—O H—Cl C—F H—F 键能 218 463 431 427 567 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 阅读上述信息,回答下列问题: (1)根据表中数据判断CCl4的稳定性　　　(填“大于”或“小于”)CF4的稳定性。试预测C—Br 键的键能范围:　 　　　　<C—Br键键能<　　　 　　。  解析:化学键键能越大,断开化学键所要吸收的能量越大,该化合物稳定性越高,由表中数据可得CCl4稳定性弱于CF4。原子半径越小,形成的共价键键能越大,卤族元素F、Cl、Br、I原子半径依次增大,Br的半径介于Cl与I之间,则C—Br键键能也介于C—Cl键和C—I键之间。 小于 218 kJ·mol-1 330 kJ·mol-1 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 13 3 (2)结合表中数据和热化学方程式H2(g)+Cl2(g) ==2HCl(g)　ΔH=Q kJ·mol-1,该反应是　　　(填“放热”或“吸热”)反应,则热化学方程式中Q的值为　　　。  解析:反应物断裂化学键吸收能量,生成物形成化学键放出能量,可得ΔH=∑E键(反应物)-∑E键(生成物)=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1,该反应为放热反应。 (3)由表中数据能否得出这样的结论:非金属性越强的原子形成的共价键越牢固。　　　(填“能”或“不能”)。  放热 -183 不能 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 11.氮化硅是一种高温陶瓷材料,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1 300 ℃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原子与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:　　　。  共价 Si3N4 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析: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,因此,氮化硅的化学式为Si3N4。 (3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为 　 。  3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HCl 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 (4)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当。晶胞边长为361.5 pm,立方氮化硼晶胞中含有　　个氮原子、　　个硼原子,立方氮化硼的密度是　　　　　　　 ____________________ g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值, 阿伏加德罗常数的值为NA)。  4 4 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:立方氮化硼的结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,在金刚石的一个晶胞中含有C原子的个数:8×+6×+4=8,则在立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子;由于晶胞边长为361.5 pm,所以立方氮化硼的密度ρ== g·cm-3。 12 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 13 3 高阶思维训练 12.(2024·淮安质量检测)砷化镓(GaAs)作为第二代半导体材料的代表,其晶胞结构如图所示,晶胞边长为a pm,下列说法正确的是(　　) A.基态砷原子外围电子轨道表示式为 B.GaAs属于离子晶体 C.As的配位数为8 D.该晶体密度为 g·cm-3 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:砷元素的原子序数为33,外围电子排布式为4s24p3,外围电子轨道表示式为 ,A错误;砷化镓是镓和砷以共价键结合的共价晶体,B错误;由晶胞结构可知,与砷原子距离最近的镓原子的个数为4,所以砷原子的配位数为4,C错误;由晶胞结构可知,位于体内的砷原子的个数为4,位于顶点和面心的镓原子的个数为8×+6×=4,设晶体的密度为d g·cm-3,由晶胞的质量公式可得:=10-30a3d,解得d=,D正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 13.(2024·福州一中阶段练习)共价晶体因具有熔、沸点高,硬度大,耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。 (1)晶体硅是良好的半导体材料,被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示),晶体硅的1个晶胞中含　个Si原子,在晶体硅的空间网状结构中最小环为__　　　　元环,每个最小环独立含有　个Si原子,含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为　　　。  8 6 　　 2NA 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3 解析:晶体硅是与金刚石结构类似的晶体,晶体硅的1个晶胞中含Si原子的数目为4+8×+6×=8,在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环,每个硅原子被12个环共用,因此每个最小环独立含有Si原子的数目为6×=,每个Si原子与周围4个Si原子形成4个共价键,每2个Si原子共用1个Si—Si键,即含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为2NA。 13 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示),在金刚砂的空间网状结构中,碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。 ①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是__________ (均用化学式表示)。  解析:共价晶体中,共价键键长越短,键能越大,熔、沸点越高,因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si<SiC<C。 Si<SiC<C 13 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 ②在金刚砂的结构中,一个硅原子结合了　 　　个碳原子,其中的键角是　 。  解析:根据金刚砂的结构可知一个硅原子结合了4个碳原子,形成正四面体结构,其键角是109°28'。 4 109°28' 13 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 ③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环,其中一个最小的环上独立含有　　 　个C—Si键。  解析:金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环,一个最小环里共有6个C—Si键,1个C—Si键被6个环共用,因此一个最小的环上独立含有C—Si键的个数为6×=1。 1 13 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示,在SiC中,每个C原子周围最近且等距的C原子数目为　 　　;若金刚砂的密度为ρ g·cm-3,则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为　 　　　　 pm(用代数式表示即可)。  12 ×1010 13 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:以SiC晶胞顶点上的碳原子为研究对象,每个C原子周围最近且等距的C原子数目为12;1个金刚砂晶胞中含有4个碳原子、4个硅原子,若金刚砂的密度为ρ g·cm-3,则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为晶胞体对角线长的四分之一,1个晶胞的体积为 cm3,因此最近的碳、硅原子之间的距离为 ×1010 pm。 $$