3.3 共价晶体和分子晶体-【帮课堂】2024-2025高二化学同步学与练（沪科版2020选择性必修2）

第三章 晶体结构与性质 3.3 共价晶体和分子晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能根据晶体的结构、性质等辨识常见的共价晶体和分子晶体。 2．知道共价晶体和分子晶体的概念及熔、沸点、硬度等物理性质的特点和规律。 3．能从微观角度分析共价晶体和分子晶体中各微粒及微粒之间的作用力对其物理性质的影响。 4．能借助金刚石、二氧化硅、冰和干冰等典型晶体的晶胞模型，理解共价晶体和分子晶体中微粒的堆积模型。 重点：共价晶体和分子晶体的结构、性质及微粒数的计算 难点：共价晶体和分子晶体的晶胞及有关计算。 一、共价晶体 1．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．结构特点： （1）构成微粒：原子 （2）微粒间作用力：共价键 （3）结构特征：①晶体中只存在共价键，原子间全部通过共价键相结合。晶体中原子不遵循密堆积原则。②整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个分子，是一个“巨分子”，又称原子晶体。 【温馨提示】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，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。 3．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) 4．共价晶体的物理性质 （1）主要物理性质 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，且难溶于一般的溶剂。 （2）熔、沸点高低的比较 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。 5．几种常见共价晶体 （1）金刚石 金刚石晶体结构、键角和晶胞示意图 晶体结构模型 键角为109°28′ 金刚石的晶胞 原子半径与边长的关系：a=8r 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。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(2NA个)C—C键。 ②结构特征：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。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。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。 ③晶胞：8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；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×＋6×＋4＝8个碳原子。 ④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。 硅的晶体结构模型 硅晶体的晶胞 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（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)＝ 【温馨提示】共价晶体的判断方法： 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。 二、分子晶体 1．定义：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。非金属单质、非金属的氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。 2．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 3．性质特征 （1）分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。 （2）一般来说，分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，但是，分子的形状、分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的氢键等，都会影响分子的堆积方式和结构型式。 （3）熔、沸点比较方法： ①分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。 ②比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。 i.组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。 ⅱ.相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。 ⅲ.能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。 ⅳ.烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6>CH4， C2H5Cl>CH3Cl， CH3COOH>HCOOH。 ⅴ.在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香化合物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。 【温馨提示】①常见分子晶体及物质类别 物质种类 实　例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4、H2S、HCl等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60 、稀有气体等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 ②分子晶体熔沸点低的原因：分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体，熔化时，一般只破坏范德华力、氢键(作用力较弱)，不破坏化学键。 4．几种常见分子晶体 （1）冰晶体 ①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。 ②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4 ℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。 （2）干冰 ①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C==O共价键，分子间存在范德华力。②晶胞：CO2的晶胞呈面心立方体形，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。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。 　 ③性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。 ④密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数) （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 5．分子晶体的判断方法 （1）依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。 （2）依据晶体的熔点判断：分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至更低温度。 （3）依据晶体的导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。 （4）依据晶体的硬度和机械性能判断：分子晶体硬度小且较脆。 （5）依据物质的分类判断：大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 （6）依据挥发性判断：一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。 （7）根据溶解性判断：分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律。 【温馨提示】①密堆积：指的是微粒间的作用力使粒子间尽可能地相互接近，使它们占有较小空间 ②若分子间只有范德华力，则分子晶体采取分子密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子。在分子晶体中，原子先以共价键形成分子，分子再以分子间作用力形成晶体。由于分子间作用力没有方向性和饱和性，分子间尽可能采取密堆积的排列方式。如：干冰、O2、I2、C60等分子 ③若分子间靠氢键形成的晶体，则不采取密堆积结构，每个分子周围紧邻的分子数要小于12个。因为氢键有方向性和饱和性，一个分子周围其他分子的位置和数目是一定的。如：冰晶体、苯甲酸晶体 6．晶体密度及微粒间距离的计算 晶体密度的计算公式推导过程 若1个晶胞中含有x个微粒，则晶胞的物质的量为：n＝＝mol 晶胞的质量为：m＝n·M＝g，则密度为：ρ＝ 右图为CsCl晶体的晶胞 假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝g·cm－3 三、晶体X射线衍射分析 1．涵义：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X­射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X­射线产生衍射。 2．应用：利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法，而非晶体物质没有周期性结构，不能使X­射线产生衍射，只有散射效应。因此常依据能否发生 X­射线衍射来区分晶体和非晶体（最科学的区分方法）。如晶体而氧化硅与非晶体而氧化硅： 【温馨提示】分子晶体与共价晶体比较 晶体类型 分子晶体 原子晶体 结 构 构成晶体粒子 分子 原子 粒子间的作用力 分子间作用力 共价键 性 质 硬度 较小 较大 溶、沸点 较低 很高 导电 固态和熔融状态都不导电，部分溶于水能导电 不导电,个 别是半导体 溶解性 相似相溶 难溶于常见溶剂 1．下列说法中，错误的是（ ） A．稀有气体只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 D．分子晶体的熔点一般比共价晶体的熔点低 【答案】C 【解析】A．稀有气体只含原子，是单原子分子，原子互相之间只存在分子间作用力，因此形成晶体也是分子晶体，A正确；B．共价晶体是由原子间通过共价键结合形成的晶体，当共价晶体熔化时，需要破坏这些共价键，键能越大，熔点越高，B正确；C．冰属于分子晶体，冰晶体中分子间的主要作用力是氢键，所以冰融化时主要克服氢键作用，共价键不变，C错误；D．分子晶体融化破坏分子间作用力，共价晶体融化破坏共价键，分子间作用力的强度弱于共价键，则分子晶体的熔点一般比共价晶体的熔点低，D正确；故选C。 2．某化学兴趣小组,在学完分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下: NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 -68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600 根据这些数据分析,他们认为属于分子晶体的是（ ） A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．NaCl、MgCl2、AlCl3、SiCl4、CaCl2 【答案】B 【解析】由表中氯化物熔、沸点可知，一般情况下，熔、沸点较低的是分子晶体，熔沸点较高的是离子晶体。有分析可知，SiCl4、AlCl3的熔沸点都很低，因此形成的晶体是分子晶体。NaCl、MgCl2、CaCl2的熔沸点很高，所以形成的晶体应该是离子晶体，通过离子键结合，故B正确；答案选B。 3．如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列说法不正确的是（ ） A．水分子间存在O―H···O作用力 B．冰中1个水分子通过氢键与4个水分子相连，冰中水分子与氢键的数目之比为1：4 C．冰融化要破坏范德华力和氢键 D．液态水结成冰时的体积变大与氢键具有方向性有关 【答案】B 【解析】A．由冰晶体的结构模型可知，每个水分子与周围邻近四个水分子间通过氢键形成冰晶体，即水分子间存在O―H···O作用力，故A正确；B．由冰晶体的结构模型可知，每个水分子与周围邻近四个水分子间通过氢键形成冰晶体，每个氢键被两个水分子所共有，则1mol冰晶体中最多含有氢键的物质的量为4mol×1/2=2mol，故B错误；C．由冰晶体的结构模型可知，每个水分子与周围邻近四个水分子形成四面体型的空间网状结构，则水分子间的作用力为氢键和分子间作用力，冰属于分子晶体，冰融化要破坏范德华力和氢键，故C正确；D．氢键具有方向性也有方向性，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四个相邻水分子相互吸引，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，即液态水结成冰时的体积变大与氢键具有方向性有关，故D正确；故选B。 5．配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示，设晶胞边长为apm，NA为阿伏加德罗常数的值，MA2L2的相对分子质量为M，下列说法错误的是（ ） A．该晶体属于分子晶体 B．中心原子的价层电子对数为4 C．该晶体的熔点高于NaCl D．晶胞密度为g·cm-3 【答案】C 【解析】A．由晶胞结构可知，该晶体由[MA2L2]分子通过分子间作用力结合而成，属于分子晶体，故A正确；B．由分子结构可知，M原子与周围四个原子形成共价键，价层电子对数为4，故B正确；C．该晶体为分子晶体，NaCl为离子晶体，故其熔点低于NaCl，故C错误；D．由晶胞结构可知，分子位于顶点和面心，个数为8×1/8+2×1/2=2，晶胞质量为2M/NA g，a3×10-30cm-3，晶胞密度为2M/NA•a3×10-30g·cm-3，故D正确；故选：C。 6．磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，其结构与金刚石类似，晶胞结构如图所示，设晶胞参数为apm，下列说法不正确的是（ ） A．基态磷原子的核外电子运动状态有 15种 B．P与B原子的最近距离为 C．与P原子最近的等距离的P原子有 12个 D．该晶体的密度为 【答案】D 【详解】A．磷元素的原子序数为15，由泡利不相容原理可知，基态磷原子的核外电子运动状态有15种，故A正确；B．由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的磷原子与位于体对角线处的硼原子的距离最近，则磷原子与硼原子的最近距离为/4 a pm，故B正确；C．由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的磷原子与位于面心的磷原子的距离最近，则与磷原子最近的等距离的磷原子有12个，故C正确；D．由晶胞结构可知，位于顶点和面心的磷原子个数为8×1/8+6×1/2=4，位于体内的硼原子个数为4，由晶胞的密度公式可得：，故D错误；故答案选D。 ►问题一 共价晶体类型的判断 【典例1】化学起源于生活，同时促进社会的发展，下列叙述中，错误的是（ ） A．神舟系列飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料，Si3N4属于共价晶体 B．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色消毒剂，主要用于饮用水的处理 C．绿色化学的核心思想是凡污染必治理 D．“纳米酶”的提出，模糊了无机材料与有机生物界限，促进了纳米科学与医学的交融 【答案】C 【解析】A．氮化硅熔点为1900℃、具有高强度、高韧性、耐高温的性质，由性质可知氮化硅为共价晶体，故A正确；B．高铁酸钠(Na2FeO4)具有强氧化性，能使蛋白质变性，产物可转化为氢氧化铁胶体，能吸附水中悬浮物形成沉淀，可用于饮用水的处理，故B正确；C．绿色化学的核心思想是利用化学原理和技术手段，从源头上减少或消除工业生产对环境的污染，不是污染后再治理，故C错误；D．“纳米酶”具有纳米材料的特性，又有生物酶所特有的性质，所以“纳米酶”的提出，模糊了无机材料与有机生物界限，但促进了纳米科学与医学的交融，故D正确；故选：C。 【变式1-1】2023年春节期间，国产科幻电影《流浪地球》火遍全网，电影中涉及很多有趣的知识。下列说法错误的是（ ） A．影片幻想了太阳氦闪，地球将被摧毁。氦气属于稀有气体、是空气的成分之一 B．电影中由硅、碳、氧、硫等元素经过一系列变化能变成铁，该过程属于化学变化 C．固定太空电梯的缆绳材料最有可能是碳纳米管(如图)，碳纳米管与互为同素异形体 D．建造行星发动机需要耐高温材料，这种材料很可能是一种共价晶体 【答案】B 【解析】A．氦气属于稀有气体、是空气的成分之一，故A正确；B．电影中由硅、碳、氧、硫等元素经过一系列变化能变成铁，该过程元素种类发生变化，不属于化学变化，故B错误；C．碳纳米管与是C元素形成的不同单质，互为同素异形体，故C正确；D．共价晶体熔点高、耐高温，建造行星发动机需要耐高温材料，这种材料很可能是一种共价晶体，故D正确；故选B。 【变式1-2】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，W的最外层电子数比X的最外层电子数少1个，X、Y、Z为同一周期元素，X、Y、Z组成一种化合物(ZXY)2的结构式如图所示。下列说法错误的是（ ） A．W位于元素周期表的p区 B．第一电离能：Y＞Z＞X C．W的原子中有9种运动状态不同的电子 D．Y、W可形成共价晶体 【答案】C 【解析】A．W为Al，位于元素周期表的p区，A正确；B．由于氮元素的2p轨道电子处于半充满稳定状态，第一电离能大于相邻元素，所以第一电离能：，B正确；C．原子中每个电子的运动状态均不相同，元素Al的原子中共有13种运动状态不同的电子，C错误；D．氮元素和铝元素形成的化合物AlN属于共价晶体，D正确；答案选C。 ►问题二 共价晶体的晶胞与计算 【典例2】金刚砂的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ） 已知：为阿伏加德罗常数的值，晶胞的边长为a pm。 A．a原子的坐标参数为() B．熔点：金刚砂>二氧化硅>石墨>金刚石 C．该晶体的密度为 D．金刚砂硬度大，在较大外力的锤击下，化学键不发生断裂 【答案】C 【解析】A．根据图像中坐标系的建立情况，a原子在x、y、z轴上的投影分别为，坐标参数为()，故A错误；B．金刚砂、二氧化硅、金刚石都是共价晶体，键长C-C＜O-Si＜C-Si，故熔点金刚石>二氧化硅>金刚砂；石墨是混合型晶体，石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，作用力更大，所以熔点石墨＞金刚石，即熔点石墨＞金刚石>二氧化硅>金刚砂，故B错误；C．该晶胞中含有4个SiC，晶胞的质量为，晶胞的体积为，该晶体的密度为==，故C正确；D．金刚砂中只含有共价键，硬度大，在较大外力的锤击下，共价键将发生断裂，故D错误；答案选C。 【变式2-1】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 B．含1molC的金刚石中C-C键数目是2NA，晶体中Si-O键数目是4NA C．水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂 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 【答案】C 【解析】A．金刚石是1个中心C原子连接4个C原子，二氧化硅是1个中心Si原子连接4个O原子，均为正四面体，A项正确；B．金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，这个C原子对每个单键的贡献只有1/2，所以1molC原子形成的C—C键为4mol×1/2=2mol，而SiO2晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1molSiO2晶体中Si—O键为4mol，B项正确；C．干冰熔化时只破坏分子间作用力，共价键不会断裂，C项错误；D．共价晶体的构成微粒是原子不是分子，D项正确。故选：C。 【变式2-2】砷化镓（）的晶胞结构如图甲所示，将掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料，其晶胞结构如图乙所示，下列说法错误的是（ ） A．、均属于区元素 B．图甲中，原子位于原子构成的正四面体空隙中 C．图甲中，若的键长为，则晶胞边长为 D．稀磁性半导体材料中，、的原子个数比为 【答案】D 【解析】A．镓元素、砷元素的原子序数分别为4s23p2、4s23p3，均处于元素周期表p区，故A正确；B．由晶胞结构可知，砷化镓晶胞中距离Ga原子最近且等距离的As原子数是4个，且4个As原子构成正四面体结构，所以Ga位于As原子构成的正四面体空隙中，故B正确；C．由晶胞结构可知，砷化镓晶胞中Ga-As的键长为晶胞体对角线长度的1/4，则晶胞边长为4/3 apm，故C正确；D．由晶胞结构可知，稀磁性半导体材料中位于顶点和面心的锰原子个数为1×1/8+1×1/2=5/8，位于体内的砷原子个数为4，则锰、砷的原子个数比为5：32，故D错误；故选D。 ►问题三 常见共价晶体的结构辨析 【典例3】下列为碳元素形成的几种同素异形体，有关晶体结构说法正确的是（ ） A．1个金刚石晶胞中含8个C原子，最小的六圆环最多有3个原子共面 B．石墨晶体，C原子与C-C键个数比为1：3，六圆环与C原子数之比为1：6 C．三种晶体中C原子均为sp2杂化，都属于共价晶体，熔点石墨>金刚石>C60 D．C60晶胞属于分子密堆积，每个晶胞中含240个C原子 【答案】D 【解析】A．金刚石晶胞中最小的六圆环最多有4个原子共面，故A错误；B．石墨晶体C原子与C-C键个数比为2：3，六圆环与C原子数之比为1：2，故B错误；C．石墨晶体为混合晶体C原子为sp2杂化，C60晶体为分子晶体C原子为sp2杂化，金刚石晶体为共价晶体C原子为sp3杂化，熔点石墨>金刚石>C60，故C错误；D．C60晶胞属于分子密堆积，每个晶胞中含有4个C60分子240个C原子，故D正确；答案为D。 【变式3-1】制造光导纤维的材料是一种很纯的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体（如图1），简化的平面示意图如图2所示。下列关于该硅氧化物的说法正确的是（ ） 图1 图2 A．该晶体中硅原子与氧原子的数目之比是1︰4 B．这种氧化物形成的晶体是共价晶体 C．该晶体中存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 D．该晶体中最小的环上有3个硅原子和3个氧原子 【答案】B 【解析】A．由题意可知，该晶体具有立体网状结构，存在硅氧共价四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，属于共价晶体，1个Si原子与4个O原子形成4个Si－O键，1个O原子与2个Si原子形成2个Si－O键，则硅原子与氧原子的数目之比是1︰2，A错误；B．由题意可知，该晶体具有立体网状结构，存在硅氧共价四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，属于共价晶体，B正确；C．由题意可知，该晶体具有立体网状结构，存在硅氧共价四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，C错误；D．在SiO2晶体中，每6个硅原子和6个氧原子形成一个十二元环(最小环)，D错误；故选B。 【变式3-2】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．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．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．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．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；故答案选A。 ►问题四 共价晶体的性质 【典例4】AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在键、键。下列说法错误的是（ ） A．晶体中所有原子的配位数均相同 B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中的外围电子排布式为 D．的熔点高于 【答案】D 【解析】由题意可知，AlN、GaN都形成共价晶体，每个Al或Ga原子周围有4个N原子，每个N原子周围有4个Al或Ga原子。A．AlN、GaN都形成共价晶体，晶体结构类似于金刚砂(SiC)，则晶体中所有原子的配位数均为4，A正确；B．晶体中所有化学键都由不同元素的原子形成，则均为极性键，B正确；C．Ga为第四周期元素，与Al同主族，则晶体中Ga的外围电子排布式为4s24p1，C正确；D．AlN、GaN都形成共价晶体，Ga原子半径大于Al原子半径，则GaN的熔点低于AlN，D错误；故选D。 【变式4-1】下列有关比较中，顺序排列错误的是（ ） A．微粒的半径： B．物质的热稳定性：HCl<HF C．共价晶体的硬度：晶体硅>金刚石 D．离子晶体的熔点：NaF>NaCl 【答案】C 【解析】A．电子层层数越多，离子半径越大，则微粒的半径：，A项正确；B．非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，非金属性：F＞Cl，则热稳定性：HCl<HF，B项正确；C．原子半径越小，键长越短，键能越大，共价晶体的硬度越大，原子半径：C＜Si，故硬度：晶体硅＜金刚石，C项错误；D．离子半径：Cl-＞F-，半径越小，离子晶体熔点越高，则离子晶体的熔点：NaF>NaCl，D项正确；答案选C。 【变式4-2】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＜SiC＜金刚石 C．键能：C－C＜Si－Si＜Si－O D．石英的分子式： 【答案】B 【解析】A．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．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．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．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。 ►问题五 分子晶体类型的判断 【典例5】下列物质属于分子晶体的是（ ） A．熔点是1070℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点是10.31℃，液态不导电，水溶液能导电 C．能溶于水，熔点812.8℃，沸点是1446℃ D．熔点是97.80℃，质软、导电，密度是0.97g/cm3 【答案】B 【解析】分子间通过分子间作用力（范德华力）结合的晶体叫做分子晶体。例如：所有的非金属氢化物，大多数的非金属氧化物（H2O)，绝大多数的共价化合物，少数盐（如AlCl3）。分子晶体的熔沸点较低，一般有挥发性，在蒸发、沸腾等情况下会破坏分子间作用力,其硬度小，导电性差。A．熔点是1070℃太高，不可能是分子晶体，另外水溶液能导电也可以是离子晶体，故A错误；B．熔点是10.31℃，液态不导电说明是共价键或者没有化学键，但是水溶液能导电说明共价键断裂，由此确定是分子晶体，故B正确；C．能溶于水有可能是分子晶体，但是熔点812.8℃，沸点是1446℃太高，不是分子晶体，故C错误；D．熔点是97.80℃，质软、导电的物质不可能是分子晶体，故D错误。故答案为B 【变式5-1】“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． 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．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．“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．“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。 【变式5-2】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．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．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．C60晶体属于分子晶体，C正确；D．金刚石、石墨、C60互为同素异形体，D错误。答案为：D。 ►问题六 分子晶体的晶胞与计算 【典例6】NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是（ ） A．18g冰(图甲)中含O－H键数目为2NA B．28g晶体硅(图乙)中含有Si－Si键数目为NA C．干冰(图丙)的晶胞中含有4个CO2分子 D．石墨烯(图丁)是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含C－C键数目为1.5NA 【答案】B 【解析】A．一个水分子中有2个O－H，则18g冰，即1mol冰中含O－H键数目为2NA，故A项正确；B．28g晶体硅含有1mol硅原子，晶体硅中每个硅原子形成的共价键平均为1/2×4=2，则1mol晶体硅中含有Si－Si键数目为2NA，故B项错误；C．干冰晶胞中，有8个CO2分子位于顶点，6个位于面心，运用均摊法，含有CO2分子的个数为：8×1/8+6×1/2=4，故C项正确；D．石墨烯中，每个碳原子周围有两个碳碳单键和一个碳碳双键，所以每个碳原子实际拥有C—C键为1.5个，则12g石墨烯，即1mol石墨烯中，含C—C键数目为1.5NA，故D项正确；故本题选B。 【变式6-1】冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图，其中空心球所示原子位于立方体的顶点及面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。有关冰晶胞的说法合理的是（ ） A．水汽化和水分解两个变化过程中都破坏了共价键 B．晶体冰与金刚石晶体硬度相差不大 C．冰分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是一种σ键 D．氢键的存在导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒的排列方式类似 【答案】D 【解析】A．水汽化克服分子间作用力，水分解克服氢氧共价键，A不合理；B．晶体冰是分子晶体，硬度受分子间作用力决定，硬度较小，金刚石晶体是共价晶体，硬度受共价键决定，很大，B不合理；C．冰分子间的氢键具有方向性和饱和性，氢键不是化学键，不是一种σ键，C不合理；D．冰分子间的氢键具有方向性和饱和性，一个冰分子可形成四个氢键，构成正四面体，与金刚石晶胞微粒的排列方式类似，D合理；故选D。 【变式6-2】用铜的氧化物做催化剂，实现CO2选择性还原，用于回收和利用工业排放的低浓度二氧化碳是实现“碳达峰“碳中和”战略的重要途径，CO2的晶胞、铜的氧化物的晶胞如图。下列说法正确的是（ ） A．干冰晶体熔化时需要克服范德华力和共价键 B．每个干冰晶胞中含有8个CO2分子 C．铜的氧化物晶胞中距离氧离子最近且等距离的氧离子为6个 D．由铜的氧化物的晶胞可知其化学式为Cu2O 【答案】D 【解析】A．干冰晶体属于分子晶体，干冰晶体熔化时需要克服范德华力，不需要克服共价键，A项错误；B．根据“均摊法”，每个干冰晶胞中含有8×1/8+6×1/2=4个CO2分子，B项错误；C．由铜的氧化物晶胞可知，氧离子位于晶胞的顶点和体心，距离氧离子最近且等距离的氧离子为8个，C项错误；D．根据“均摊法”，铜的氧化物晶胞中含O：8×1/8+1=2个，含Cu：4个，则其化学式为Cu2O，D项正确；答案选D。 ►问题七 常见分子晶体的结构辨析 【典例7】干冰的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ） A．CO2分子中含极性共价键，干冰属于共价晶体 B．干冰升华时破坏共价键 C．干冰晶体中每个CO2分子与12个CO2分子紧邻 D．平均每个干冰晶胞中有14个CO2 【答案】C 【解析】A．干冰熔沸点低，属分子晶体，不是共价晶体，A错误；B．干冰升华时破坏范德华力，B错误；C．在干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个；在晶体中截取一个最小的正方体，使正方体的四个顶点都落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有4个CO2分子。以右下角CO2分子为研究对象，与其紧邻的为面心上的3个CO2分子，而被选为研究对象的CO2分子被8个立方体所共有，所以是3×8=24 个，又考虑到面心上的被2个这样的立体共有，故24÷2=12个，C正确；D．根据均摊法，平均每个干冰晶胞中CO2分子数为8×1/8+6×1/2=4，共4个，D错误；答案选C。 【变式7-1】冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是（ ） A．硫化氢晶体结构和冰相似 B．冰晶体中，相邻的水分子均以氢键结合 C．晶胞中Z方向上的两个氧原子最短距离为d，则冰晶胞中的氢键键长为d D．冰晶体中分子间氢键存在方向性、饱和性，晶体有较大空隙，因此密度比液态水小 【答案】A 【解析】A．硫化氢分子间不存在氢键，冰中水分子间存在氢键，因此两者结构不相似，故A说法错误；B．在冰晶体中，每个水分子与四个水分子通过氢键相结合，故B说法正确；C．氢键键长可以表示为通过氢键相连的两个氧原子的核间距，z方向上距离最近的两个O原子所在的水分子通过氢键相连，故C说法正确；D．在冰的晶体中，由于氢键有方向性和饱和性，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，其密度比液态水小，故D说法正确；答案为A。 【变式7-2】碘的晶胞结构示意图如图，下列说法正确的是（ ） A．碘晶体熔化时需克服共价键 B．1个碘晶胞中含有4个碘分子 C．晶体中碘分子的排列有3种不同取向 D．碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2有6个 【答案】B 【解析】A． 碘晶体为分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故A错误；B． 1个碘晶胞中8个碘分子位于顶点，6个位于面心，则含有8×1/8+6×1/2=4个碘分子，故B正确；C．由图可知， 晶体中碘分子的排列有2种不同取向，故C错误；D． 碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2位于面心，有12个，故D错误；故选B。 ►问题八 分子晶体的性质 【典例8】物质的微观结构决定了物质的性质，进而影响用途、制法等，下列推测不合理的是 选项 事实 推测 A Na、Mg通常用电解法冶炼 Al也可用电解法冶炼 B SiCl4和SiF4均为正四面体结构的分子晶体 两者的沸点：SiCl4>SiF4 C 甲酸的酸性强于乙酸 对硝基苯酚的酸性强于苯酚 D 金刚石属于共价晶体，碳碳键键能大 金刚石熔点高、硬度大、抗外物击打 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【解析】A．Na、Mg通常用电解法冶炼，Al用熔融电解Al2O3冶炼，A正确；B．SiCl4和SiF4的分子均为正四面体结构，SiCl4比SiF4相对分子质量更大，分子间作用力更大，沸点更高，B正确；C．乙酸中由于甲基的推电子效应，导致酸性弱于甲酸，对硝基苯酚中由于硝基的吸电子效应，导致的酸性强于苯酚，C正确；D．金刚石属于共价晶体，碳碳键键能大，金刚石熔点高、硬度大，但抗外物击打属于延展性，金刚石不抗外物击打，D错误； 答案选D。 【变式8-1】下列关于晶体性质描述正确的是（ ） A．SiO2、NaCl、干冰的熔沸点依次减小 B．自然界中的玻璃、炭黑、蜡状的白磷()等属于非晶体 C．CO2、H2O、C60等分子晶体一个分子周围有12个紧邻的分子，该特征称为分子密堆积 D．冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，因为水分子之间存在氢键，氢键具有饱和性 【答案】A 【解析】A．SiO2、NaCl、干冰分别为共价晶体、离子晶体、分子晶体，其熔沸点依次减小，A正确；B．白磷(P4)属于分子晶体，B错误；C．分子晶体的结构特征不都是分子密堆积，如冰晶体中存在氢键，不是分子密堆积，微粒间作用力只有范德华力的分子晶体结构特征才是密堆积，C错误；D．冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，因为水分子之间存在氢键，氢键具有方向性和饱和性，D错误； 故选A。 【变式8-2】下列说法正确的是（ ） A．CH4比SiH4稳定原因：原子半径C<Si，键长C—H<Si—H，键能C—H>Si—H B．CO2、CHCl3、HCHO分子中均一定既有键又有键 C．分子晶体中共价键键能越大，熔点和沸点越高 D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体（）两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同 【答案】A 【解析】A．同主族元素，从上到下原子半径依次增大、非金属性依次减弱、电负性依次减小，则最简单氢化物中键长C—H<Si—H，键能C—H>Si—H，则共价键C—H>Si—H，最简单氢化物分子中共价键越强，氢化物越稳定，所以甲烷比硅烷稳定，故A正确；B．三氯甲烷分子中碳原子为饱和碳原子，分子中只含有σ键，不含有π键，故B错误；C．分子晶体的构成微粒为分子，分子的分子间作用力越大，熔点和沸点越高，故C错误；D．三氧化硫分子中硫原子的价层电子对数为3，原子的杂化方式为sp2杂化；三聚三氧化硫分子中硫原子形成4个键，杂化方式为sp3杂化，所以两种形式中硫原子的杂化轨道类型不同，故D错误；故选A。 ►问题九 共价晶体和分子晶体的综合应用 【典例9】下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是（ ） A．在SiO2晶体中，每个硅原子和2个氧原子形成2个共价键 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．1 mol金刚石中的C—C键数是2NA 【答案】D 【解析】A．在SiO2晶体中，每个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，故A错误；B．分子晶体中不一定存在共价键，如稀有气体中不含有共价键，故B错误；C．由于HF分子之间可以形成氢键，所以HF的沸点高于HI，故C错误；D．金刚石中每个碳原子周围有四个碳原子，每个碳碳键被两个碳原子共有，则每个C原子形成两条C-C键，故1mol金刚石中含有C-C键的数目为2NA，故D正确；答案选D。 【变式9-1】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．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4×1/2=2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．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．石墨烯中1个六元环平均含有6×1/3=2个碳，则碳原子和六元环个数比为2∶1，故C正确；D．C60晶体为分子晶体，其堆积属于分子密堆积，故D正确；故答案选A。 【变式9-2】如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。 请回答下列问题： （1）金刚石属于___________晶体，其中每个碳原子与___________个碳原子距离最近且相等； （2）碘晶体属于___________晶体，每个碘晶胞中实际占有___________个碘分子。 （3）冰、金刚石、MgO、碘单质四种晶体的熔点由高到低的顺序为___________。 （4）假设碘晶胞中立方体的边长为acm，阿伏加德罗常数的值为，则碘晶体的密度为___________。 【答案】（1）共价晶体     4 （2）分子晶体     4 （3）金刚石＞MgO＞碘单质＞冰 （4） 【解析】（1）金刚石晶体中原子间以共价键结合形成空间网状结构，则金刚石晶体属于共价晶体，其中每个碳原子与4个碳原子距离最近且相等； （2）碘晶体熔沸点低，属于分子晶体，每个碘晶胞中实际占有的碘分子个数是8×1/8+6×1/2＝4； （3）熔点的一般规律：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，冰和碘属于分子晶体，熔点：碘＞冰，MgO属于离子晶体，金刚石是共价晶体，则冰、金刚石、MgO、碘单质四种晶体的熔点由高到低的顺序为：金刚石＞MgO＞碘单质＞冰； （4）碘晶胞中实际占有的碘分子个数是8×1/8+6×1/2＝4，碘晶胞中立方体的边长为acm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘晶体的密度为。 1．下列关于晶体的说法中，正确的是（ ） A．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品 B．共价晶体中，共价键的键能越大，熔点越低 C．分子晶体中，共价键键能越大，该晶体的熔沸点一定越高 D．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 【答案】A 【解析】A．硬度是衡量固体软硬程度的指标，一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，故可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制，A正确；B．共价晶体中，共价键的键能越大，破坏共价键所需的能量越大，该晶体的熔点越高，B不正确；C．分子晶体熔化或沸腾时，只改变分子间的距离，不需要破坏分子内的共价键，所以该晶体的熔沸点高低与键能无关，C不正确；D．分子晶体中，物质的稳定性与分子内原子间的共价键有关，与分子间作用力无关，D不正确；故选B。 2．硅与碳同主族，是构成地壳的主要元素之一，下列说法不正确的是（ ） A．单质硅和金刚石中的键能：Si—Si<C—C B．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 C．SiO2中Si原子的杂化方式为sp3 D．碳化硅硬度很大，属于共价晶体 【答案】B 【解析】A．共价键的键长越短，键能越大，因此单质硅和金刚石中的键能：，故A正确；B．CO2晶体是分子晶体，但是二者结构不同SiO2晶体是原子晶体，，故B错误；C．SiO2中每个硅原子与周围四个氧原子形成空间网状正四面体结构，Si价层电子对数为4，因此Si原子的杂化方式为sp3，故C正确；D．碳化硅与金刚石、晶体硅结构类似，因此硬度很大，属于共价晶体，故D正确；综上所述，答案为B。 3．下列物质所属晶体类型分类正确的是（ ） 选项 A B C D 分子晶体 冰 干冰 白磷 固态硫酸铵 共价晶体 Si 金刚石 碳化硅 石英 离子晶体 食盐 明矾 氯化铝 芒硝 金属晶体 不锈钢 铜 银 金 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】A．固态硫酸铵是离子晶体，其他三种均为分子晶体，故A不选；B．Si、金刚石、碳化硅、石英均是共价晶体，故B选；C．氯化铝是分子晶体，食盐是混合物，不属于晶体，其他两种均是离子晶体，故C不选；D．不锈钢属于铁碳合金，属于混合物，不属于金属晶体，其他三种均是金属晶体，故D不选；故选B。 4．下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） A．金刚石和CO2 B．HCl和SiO2 C．H2O和CH4 D．H2和NaCl 【答案】C 【解析】A．金刚石和CO2化学键类型相同都是共价键，但晶体类型不同，前者是原子晶体，后者是分子晶体，A不符合题意；B．HCl和SiO2化学键类型相同都是共价键，但晶体类型不同，前者是分子晶体，后者是原子晶体，B不符合题意；C．H2O和CH4化学键类型相同都是共价键，晶体类型也相同均是分子晶体，C符合题意；D．H2和NaCl化学键类型不同，前者是共价键，后者是离子键，晶体类型也不同，前者是分子晶体，后者是离子晶体，D不符合题意； 故选C。 5．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．金刚石的熔点高与键的键能有关 B．金刚石中键的键角均为，所以金刚石和的晶体类型相同 C．金刚石中碳原子个数与键键数之比为 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 【答案】A 【解析】A．金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏C-C共价键，因为C-C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高，故A正确；B．金刚石中C-C键的键角为109°28′，甲烷中C-H键的键角也为109°28′，但是金刚石属于共价晶体，CH4属于分子晶体，二者晶体类型不相同，故B错误；C．金刚石中每个碳原子形成4个共价键，两个碳原子共用1个共价键，每个共价键对每个碳原子的贡献只有一半，则相当于一个碳原子形成两个C-C键，故金刚石中碳原子个数与C-C键键数之比为1：2，故C错误；D．金刚石的熔点高，在打孔过程中会产生很高的温度，如果不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化，故D错误；答案选A。 6．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，有与石墨相似的层状结构。层内的H3BO3分子通过氢键相连（如图）。下列有关说法正确的是（ ） A．正硼酸晶体属于分子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关 C．分子中硼原子杂化轨道的类型为sp3 D．1molH3BO3晶体中含有6mol氢键 【答案】A 【解析】A．正硼酸晶体中存在H3BO3分子，且该晶体中存在氢键，说明硼酸由分子构成，是分子晶体，原子晶体内只有共价键，A正确；B．分子的稳定性与分子内的B-O、H-O共价键有关，熔沸点与氢键有关，B错误；C．B只形成了3个单键，没有孤电子对，所以采取sp2杂化，C错误；D．1个硼酸分子形成了6个氢键，但每个氢键是2个硼酸分子共用的，所以平均含3个氢键，则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键，D错误；故答案为：A。 7．我国科学家预言的碳已被合成。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．碳中最小环由24个碳原子组成 C．碳属于分子晶体 D．碳中键角是 【答案】A 【解析】A．在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，每个C原子连接4个碳原子，连接的4个C原子中每个C原子形成3个六元环，所以金刚石晶体中每个C原子能形成12个六元环，A正确；B．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：，则碳原子个数为32，B错误；C．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；D．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；故选A。 8．氮化碳晶体类型与金刚石类似，氮化碳晶体结构如图所示，下列有关氮化碳的说法不正确的是（ ） A．氮化碳晶体属于共价晶体 B．氮化碳中碳显-4价，氮显+3价 C．氮化碳硬度比金刚石的硬度大 D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连 【答案】B 【解析】A．根据氮化碳晶体类型与金刚石类似可知，氮化碳晶体属于共价晶体，故A正确；B．氮元素的电负性大于碳元素，所以在氮化碳中氮元素显-3价，碳元素显+4价，故B错误；C．因为C-N键的键长小于C-C键的键长，故氮化碳的键能更大，氮化碳硬度比金刚石的硬度大，故C正确；D．根据图示可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确；故选：B。 9．某种新型导电材料将锂原子嵌入石墨烯层间，晶体结构如图(长方体)。 下列有关说法正确的是（ ） A．石墨单质片层间作用力较弱，故熔点比金刚石低 B．这种新型材料仍不可应用于水性锂离子电池中 C．距离Li原子最近的Li原子有6个 D．晶体的化学式为LiC8 【答案】B 【解析】A．石墨单质片层内碳原子间属于共价键连接，虽然单质片层间作用力较弱，但熔点高于金刚石，A项错误；B．锂原子嵌入石墨烯层间无法阻隔水分子进入，水会直接与反应，仍不可应用于水性锂离子电池中，B项正确；C．因片层间嵌入石墨，且受石墨环大小影响，锂原子间配位数不再是6，C项错误。D．根据晶胞结构均分理念计算，Li位于顶点，晶胞含有1个Li原子，中间的碳原子环，有6个碳原子位于面上，有2个位于晶胞体内，晶胞中碳原子数共有6个，晶体的化学式为LiC6，D项错误；故选B。 10．化学材料在人类社会发展中起着重要作用。下列关于几种含碳材料的说法不正确的是（ ） A．①属于共价晶体 B．②中碳原子是杂化 C．③碳纳米管属于胶体 D．④C60间的作用力是范德华力 【答案】C 【解析】A．金刚石中碳原子间均以共价键相结合，属于共价晶体，A正确；B．石墨中的碳原子形成平面结构，采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道，B正确；C．碳纳米管属于单质，不属于胶体分散系，C错误；D．C60之间的相互作用力是范德华力，属于分子晶体，D正确；答案选C。 11．有关晶体的结构如图所示，下列说法正确的是（ ） A．在NaCl晶体中，距Cl-最近的Na+形成正八面体 B．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数相同 C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数比为1:4 D．石墨是分子晶体，层间是范德华力，层内每个碳原子与其他3个碳原子形成共价键 【答案】A 【解析】A．由图可知，1个NaCl晶胞中Cl-与最近的6个Na+形成正八面体，故A正确；B．CsCl中Cs的配位数为8，NaCl中Na的配位数为6，故B错误；C．在金刚石晶体中，每个碳原子形成4个碳碳键，每个碳碳键属于2个碳原子共有，则平均每个碳原子形成2个碳碳键，即碳原子与碳碳键个数的比为1∶2，故C错误；D．石墨晶体为层状结构，为混合晶体，层内每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的3个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形网状结构，层与层之间以范德华力结合形成层状结构，故D错误；故选：A。 12．第四周期的Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等许多金属能形成配合物，单质铁、砷及它们的化合物广泛应用于超导体材料等领域，请回答下列问题： （1）Fe2＋的核外电子排布式为 。 （2）NH3是一种很好的配体，NH3的沸点 (填“>”“=”或“<”)AsH3。NH3的VSEPR模型是 ，其空间结构是 ，键角 (填“小于、大于或等于”) 。 （3）N原子核外有 种不同运动状态的电子。基态N原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为 。 （4）科学家通过X射线测得胆矾结构示意图可简单表示如图，图中氢氧原子之间的虚线表示的作用力为 。 （5）As的卤化物的熔点如下： AsCl3 AsBr3 AsI3 熔点/K 256.8 304 413 表中卤化物的晶体类型 ，熔点差异的原因是 。 【答案】（1）1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6) （2） > 正四面体 三角锥 小于 （3）七(或7) 哑铃形 （4）氢键 （5）分子晶体 对于组成和结构相似的物质，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，熔点逐渐升高 【解析】（1）Fe2＋的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6)； （2）NH3分子之间存在氢键，故NH3的沸点>AsH3。NH3中N原子的价层电子对数为：（5+3）/2=4，VSEPR模型是正四面体，其空间结构是三角锥形，含1对孤电子对，孤电子对对成键电子对的斥力大，键角变小，故键角小于109°28′； （3）核外电子的运动状态各不相同，故N原子核外有七(或7)种不同运动状态的电子。基态N原子的价层电子排布式为2s22p3，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为：哑铃形； （4）图中氢氧原子之间的虚线表示的作用力为：氢键； （5）表中卤化物的熔沸点相对较低，晶体类型为分子晶体，熔点差异的原因是：对于组成和结构相似的物质，相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，熔点逐渐升高。 1．化学处处呈现美，下列说法不正确的是（ ） A．在饱和NaCl溶液中，不规则NaCl晶体会变规则，体现晶体的自范性 B．蓝晶石晶体的硬度不同方向差别显著，体现晶体的各向异性 C．北方冬天，雨水在屋檐形成美丽冰挂的过程形成了共价键 D．天然金刚石晶莹剔透，属于共价晶体 【答案】C 【解析】A．晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质，在饱和NaCl溶液中，不规则NaCl晶体会变规则，体现晶体的自范性，A项正确；B．晶体的许多物理性质如强度、导热性、光学性质等常常表现出各向异性，蓝晶石晶体的硬度不同方向差别显著，体现晶体的各向异性，B项正确；C．雨水变成冰挂是水分子间氢键和分子间作用力共同作用的结果，该过程中没有形成共价键，C项错误；D．金刚石中碳采取sp3杂化轨道形成共价键三维立体网状结构，金刚石属于共价晶体，D项正确；答案选C。 2．下列说法不正确的是（ ） A．0.5molSO2和SO3的混合物中，硫的价层电子对数为1.5NA B．12g金刚石中含有碳碳键的数目为2NA C．0.1mol/L(NH4)2SO4溶液中所含数目小于0.1NA D．标准状况下，11.2L甲烷和乙烯的混合气体中所含氢原子数目为2NA 【答案】C 【解析】A．二氧化硫和三氧化硫中硫原子价层电子对数都是3，0.5molSO2和SO3的混合物中，硫的价层电子对数为1.5NA，故A正确；B．12g金刚石物质的量为1mol，1个碳原子含有2个碳碳键，故1mol金刚石含有碳碳键的数目为2NA，故B正确；C．溶液体积未知，无法计算铵根离子个数，故C错误；D．标准状况下，11.2L甲烷和乙烯的混合气体中所含氢原子数目为，故D正确；答案选C。 3. A、B为原子序数依次增大的短周期主族元素，基态原子的最外层均有2个未成对电子，A、B形成的二元化合物在自然界中普遍存在，并有多种结构，如图是其中一种结构的晶胞示意图。下列说法正确的是（ ） A．该二元化合物是分子晶体 B．每个晶胞拥有A原子的数目为6个 C．该二元化合物A、B两原子的杂化方式不同 D．该二元化合物中只有B原子满足8电子稳定结构 【答案】B 【解析】A．SiO2是原子晶体，故A错误；B．由图可知晶胞中B原子（即Si原子）所在位置有4个在棱上，2个在面上，1个在晶胞内该晶胞中含有Si原子个数为 +2 +1=3，按照Si与O原子1:2，所以含有6个氧原子，故B正确；C．SiO2中Si原子和O原子都是sp3杂化，杂化方式相同，故C错误；D．硅最外层四个电子，一个硅与周围4个氧原子形成共价键，O原子最外层有6个电子，与2个硅形成共价键，因此Si原子和O原子都满足8电子稳定结构，故D错误；答案选B。 4．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅Si3N4固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断正确的是（ ） A．、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是共价键三维骨架结构 C．共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂 【答案】B 【解析】A．SiCl4是分子晶体，Si3N4熔点高、硬度大，是共价晶体，故A错误；B．Si3N4是共价晶体，每个Si与4个N，每个N与3个Si通过共价键形成空间网状三维结构，故B正确；C．二者均为共价晶体，半径：C＜Si，键长：C-N＜Si-N，故键能：C-N＞Si-N，故C3N4的熔点比Si3N4的高，故C错误；D．SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂，故D错误；故选B。 5．下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是（ ） 选项 Ⅰ组 Ⅱ组 A 相对分子质量：HCl>HF 沸点：HCl高于HF B 键能：H—O>H—S 沸点：H2O高于H2S C 分子间作用力：H2O>H2S 稳定性：H2O强于H2S D 相对分子质量：HI>HCl 沸点：HI高于HCl A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【解析】A．由于相对分子质量：HCl>HF，所以范德华力：HCl>HF，但HF分子间存在氢键，而HCl分子间不存在氢键，所以沸点：HCl低于HF，故A错误；B．由于原子半径：O<S，键长：H−O<H−S，所以键能：H−O>H−S，但沸点与共价键的键能无关，H2O分子间存在氢键，所以沸点：H2O高于H2S，I组命题不能解释Ⅱ组命题，故B错误；C．由于相对分子质量：H2S>H2O，所以范德华力：H2S>H2O，但H2O分子间存在氢键，所以分子间作用力：H2O>H2S，由于键能H−O>H−S，所以稳定性：H2O强于H2S，分子的稳定性与分子间作用力无关，I组命题不能解释Ⅱ组命题，故C错误；D．由于相对分子质量：HI>HCl，所以范德华力：HI>HCl，所以沸点：HI>HCl，故D正确；故选D。 6．Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43℃，其结构如图所示)是有机化合物羰基化反应的催化剂，也可用于制备高纯镍(镍的晶胞结构类型与铜的相同，为面心立方晶胞，其体积为a3)。下列说法错误的是（ ） A．图中Ni(CO)4中含有σ键的数目为8 B． Ni(CO)4晶体的类型为分子晶体 C．镍的晶胞中镍原子配位数为8 D．镍的晶胞中镍原子半径为 【答案】C 【解析】A．已知单键为σ键，三键有1个σ键和2个π键，由题干图中Ni(CO)4的结构示意图可知，Ni(CO)4中含有σ键的数目为8，A正确；B．由题干信息可知，Ni(CO)4四羰合镍的沸点43℃，沸点较低，故Ni(CO)4晶体的类型为分子晶体，B正确；C．由题干信息可知，镍的晶胞结构类型与铜的相同，为面心立方晶胞，故镍的晶胞中镍原子配位数为3×8/2=12，C错误；D．由题干信息可知，镍的晶胞结构类型与铜的相同，为面心立方晶胞，其体积为a3，则晶胞的边长为a，则面对角线为镍原子半径的4倍，故镍的晶胞中镍原子半径为a/4，D正确；故答案为：C。 7．下列有关物质的结构或性质说法正确的是（ ） A．金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S的熔点依次降低 B．若将基态15P原子的核外电子排布式写成，则违背了泡利不相容原理 C．P4分子和离子中的键角都为109°28′ D．SO3和H2SO4中的硫原子都采取sp3杂化 【答案】A 【解析】A．金刚石、SiC形成共价晶体，NaF、NaCl形成离子晶体，H2O、H2S形成分子晶体，通常熔点：共价晶体＞离子晶体＞分子晶体，且原子半径越小，共价键能越大，共价晶体的熔点越高，离子晶体中，离子带电荷越高、离子半径越小，晶格能越大，熔点越高，H2O分子间能形成氢键，其熔点高于H2S，所以它们的熔点依次降低，A正确；B．若将基态15P原子的核外电子排布式写成，则3px轨道排布了2个电子，而3pz轨道没有排布电子，违背了洪特规则，B不正确；C．P4分子和NH离子虽然都呈正四面体结构，但键角不相同，前者为60°，后者为109°28′，C不正确；D．SO3中的硫原子价层电子对数为3，发生sp2杂化，H2SO4中的硫原子价层电子对数为4，采取sp3杂化，D不正确；故选A。 8．磷化硼的晶胞及某些原子的分数坐标如图所示，下列说法正确的是（ ） A．磷化硼中P的价层电子对数为3 B．相同条件下的熔点：BN＞BP C．磷化硼不溶于水，但可能溶于苯 D．a原子的分数坐标为(0，，) 【答案】B 【解析】A．由晶胞图可知，磷化硼中P形成4个共价键，其价层电子对数为4，A错误；B．已知BN、BP均为共价晶体，其N的电负性比P的大，N的原子半径比P的大，则B-N的键能比B-P的大，故相同条件下的熔点：BN＞BP，B正确；C．已知BP为共价晶体，则磷化硼不溶于水，也不能溶于苯等常见溶剂中，C错误；D．由题干晶胞示意图可知，a原子位于后面面心上，故其的分数坐标为(0，，)，D错误；故答案为：B。 9．常见晶体的结构分析 （1）金刚石晶体        ①在晶体中每个碳原子以共价单键与相邻的___________个碳原子相结合，成为____________构型。 ②晶体中C—C—C夹角为____________，碳原子采取了____________杂化。 ③最小环上有___________个碳原子。 ④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为______________。 ⑤在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部，由“均摊法”可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为______________。 （2）二氧化硅晶体 ①每个硅原子与相邻的四个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。晶体中Si原子与O原子个数比为_____________。 ②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与_____________个Si原子成键，1molSiO2晶体中含Si-O键数目为______________。 【答案】（1）4     正四面体     109°28'     sp3     6     1：2     8 （2）1：2     2     4NA 【解析】（1）①在金刚石晶体中每个碳原子以共价单键与相邻的4个碳原子相结合，为sp3杂化，无孤对电子，成为正四面体构型； ②在金刚石晶体里，每个碳原子以四个共价键对称的与相邻的4个碳原子结合，碳原子采取sp3杂化方式形成共价键，所以碳原子与其周围的4个碳原子形成正四面体结构，所以夹角是 109°28′； ③金刚石是原子晶体，在原子晶体里，原子间以共价键相互结合，形成三维的空间网状结构，最小的环上有6个C原子； ④最小的环是立体六元环，每个C原子周围有4条共价键，而每2个碳原子形成1个共价键，则金刚石晶体中C原子数与C-C键数之比为1：2； ⑤碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部，由“均摊法”该晶胞中实际含有的碳原子数为8×1/8+6×1/2+4=8； （2）①晶体中每个Si原子连接4个O原子、每个O原子连接2个Si原子，所以石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1：2； ②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，每个Si原子和4个氧原子形成4个Si-O键，1molSiO2晶体中含Si-O键数目为4NA。 10．Se与S同主族，硒(Se)是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下： （1）基态Se原子核外电子有 种空间运动状态不同的电子。 （2）H2Se的沸点高于H2S，其原因是 。 （3）关于I~Ⅳ四种物质，下列说法正确的为 。 a．I中有三种不同化学环境的H原子 b．Ⅱ中所有碳原子可能共平面 c．Ⅲ含有的元素中，O的第一电离能最大 d．Ⅳ中具有孤对电子的原子有O、S （4）钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①该超导材料的最简化学式为 。 ②Fe原子的配位数为 。 ③该晶胞参数、。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。 【答案】（1）18 （2）均为分子晶体，H2Se的相对分子质量大于H2S，分子间作用力大，沸点高 （3）ab （4）KFe2Se2 4 【解析】（1）基态硒原子价电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，基态Se原子核外电子有18种空间运动状态不同的电子，故答案为：18； （2）H2Se的沸点高于H2S，其原因是两者都是分子晶体，H2Se的相对分子质量大于H2S，分子间作用力大，沸点高，故答案为：均为分子晶体，H2Se的相对分子质量大于H2S，分子间作用力大，沸点高； （3）a．I中分子为对称结构，分子中有三种不同化学环境的H原子，故a项正确；b．Ⅱ中苯环及与苯环相连的碳原子共平面，碳碳双键和与双键直接相连的原子共平面，碳碳三键和与三键直接相连的原子共直线，结合单键可以旋转，所有碳原子可能共平面，故b项正确；c．Ⅲ含有的元素中，第一电离能同周期从左到右呈增大趋势，第ⅡA、ⅤA族元素的第一电离能大于相邻同周期元素，同主族从上到下，第一电离能依次减小，N原子的2p能级为半充满结构，第一电离能大于相邻同周期元素，则N的第一电离能最大，故c项错误；d．根据题中Ⅳ的结构知，其中O、Se都有孤对电子，碳、氢、硫都没有孤对电子，故d项错误； 故答案为：ab； （4）①由晶胞的平面投影图可知，钾原子位于晶胞顶点和体心，个数为8×1/8+1=2，铁原子位于面心，个数为8×1/2=4，硒原子位于棱上和体心，个数为8×1/4+2=4，所以超导材料最简化学式为：KFe2Se2，故答案为：KFe2Se2； ②位于面心上的铁原子与其最近且等距的硒原子共4个(两个棱上，两个晶胞体内)，所以Fe的配位数是4，故答案为：4； ③根据密度计算公式，代入题目所给数据，可得晶体密度计算式：，故答案为：。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 晶体结构与性质 3.3 共价晶体和分子晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．能根据晶体的结构、性质等辨识常见的共价晶体和分子晶体。 2．知道共价晶体和分子晶体的概念及熔、沸点、硬度等物理性质的特点和规律。 3．能从微观角度分析共价晶体和分子晶体中各微粒及微粒之间的作用力对其物理性质的影响。 4．能借助金刚石、二氧化硅、冰和干冰等典型晶体的晶胞模型，理解共价晶体和分子晶体中微粒的堆积模型。 重点：共价晶体和分子晶体的结构、性质及微粒数的计算 难点：共价晶体和分子晶体的晶胞及有关计算。 一、共价晶体 1．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．结构特点： （1）构成微粒：原子 （2）微粒间作用力：共价键 （3）结构特征：①晶体中只存在共价键，原子间全部通过共价键相结合。晶体中原子不遵循密堆积原则。②整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个分子，是一个“巨分子”，又称原子晶体。 【温馨提示】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，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。 3．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) 4．共价晶体的物理性质 （1）主要物理性质 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，且难溶于一般的溶剂。 （2）熔、沸点高低的比较 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。 5．几种常见共价晶体 （1）金刚石 金刚石晶体结构、键角和晶胞示意图 晶体结构模型 键角为109°28′ 金刚石的晶胞 原子半径与边长的关系：a=8r 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。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(2NA个)C—C键。 ②结构特征：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。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。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。 ③晶胞：8个顶点，6个面心上各有1个碳原子；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×＋6×＋4＝8个碳原子。 ④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。 硅的晶体结构模型 硅晶体的晶胞 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（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)＝ 【温馨提示】共价晶体的判断方法： 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。 二、分子晶体 1．定义：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。非金属单质、非金属的氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。 2．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 3．性质特征 （1）分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。因此，分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，有较强的挥发性。 （2）一般来说，分子间作用力无方向性，也使得分子在堆积时，会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，但是，分子的形状、分子的极性以及分子间是否存在具有方向性的氢键等，都会影响分子的堆积方式和结构型式。 （3）熔、沸点比较方法： ①分子晶体熔化或汽化都是克服分子间作用力。分子间作用力越大，物质熔化或汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。 ②比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力(包括范德华力和氢键)的大小。 i.组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如O2>N2，HI>HBr>HCl。 ⅱ.相对分子质量相等或相近时，极性分子的范德华力大，熔、沸点高，如CO>N2。 ⅲ.能形成氢键的物质，熔、沸点较高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3。 ⅳ.烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6>CH4， C2H5Cl>CH3Cl， CH3COOH>HCOOH。 ⅴ.在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低，如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香化合物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。 【温馨提示】①常见分子晶体及物质类别 物质种类 实　例 所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4、H2S、HCl等 部分非金属单质 卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60 、稀有气体等 部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 ②分子晶体熔沸点低的原因：分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质(除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体，熔化时，一般只破坏范德华力、氢键(作用力较弱)，不破坏化学键。 4．几种常见分子晶体 （1）冰晶体 ①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。 ②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4 ℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。 （2）干冰 ①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C==O共价键，分子间存在范德华力。②晶胞：CO2的晶胞呈面心立方体形，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。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。 　 ③性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。 ④密度＝ (a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数) （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 5．分子晶体的判断方法 （1）依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。 （2）依据晶体的熔点判断：分子晶体熔点低，常在数百度以下甚至更低温度。 （3）依据晶体的导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。 （4）依据晶体的硬度和机械性能判断：分子晶体硬度小且较脆。 （5）依据物质的分类判断：大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。 （6）依据挥发性判断：一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。 （7）根据溶解性判断：分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律。 【温馨提示】①密堆积：指的是微粒间的作用力使粒子间尽可能地相互接近，使它们占有较小空间 ②若分子间只有范德华力，则分子晶体采取分子密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子。在分子晶体中，原子先以共价键形成分子，分子再以分子间作用力形成晶体。由于分子间作用力没有方向性和饱和性，分子间尽可能采取密堆积的排列方式。如：干冰、O2、I2、C60等分子 ③若分子间靠氢键形成的晶体，则不采取密堆积结构，每个分子周围紧邻的分子数要小于12个。因为氢键有方向性和饱和性，一个分子周围其他分子的位置和数目是一定的。如：冰晶体、苯甲酸晶体 6．晶体密度及微粒间距离的计算 晶体密度的计算公式推导过程 若1个晶胞中含有x个微粒，则晶胞的物质的量为：n＝＝mol 晶胞的质量为：m＝n·M＝g，则密度为：ρ＝ 右图为CsCl晶体的晶胞 假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝g·cm－3 三、晶体X射线衍射分析 1．涵义：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X­射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X­射线产生衍射。 2．应用：利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法，而非晶体物质没有周期性结构，不能使X­射线产生衍射，只有散射效应。因此常依据能否发生 X­射线衍射来区分晶体和非晶体（最科学的区分方法）。如晶体而氧化硅与非晶体而氧化硅： 【温馨提示】分子晶体与共价晶体比较 晶体类型 分子晶体 原子晶体 结 构 构成晶体粒子 分子 原子 粒子间的作用力 分子间作用力 共价键 性 质 硬度 较小 较大 溶、沸点 较低 很高 导电 固态和熔融状态都不导电，部分溶于水能导电 不导电,个 别是半导体 溶解性 相似相溶 难溶于常见溶剂 1．下列说法中，错误的是（ ） A．稀有气体只含原子，但稀有气体的晶体属于分子晶体 B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高 C．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 D．分子晶体的熔点一般比共价晶体的熔点低 2．某化学兴趣小组,在学完分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下: NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2 熔点/℃ 801 712 190 -68 782 沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600 根据这些数据分析,他们认为属于分子晶体的是（ ） A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4 C．NaCl、CaCl2 D．NaCl、MgCl2、AlCl3、SiCl4、CaCl2 3．如图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列说法不正确的是（ ） A．水分子间存在O―H···O作用力 B．冰中1个水分子通过氢键与4个水分子相连，冰中水分子与氢键的数目之比为1：4 C．冰融化要破坏范德华力和氢键 D．液态水结成冰时的体积变大与氢键具有方向性有关 5．配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示，设晶胞边长为apm，NA为阿伏加德罗常数的值，MA2L2的相对分子质量为M，下列说法错误的是（ ） A．该晶体属于分子晶体 B．中心原子的价层电子对数为4 C．该晶体的熔点高于NaCl D．晶胞密度为g·cm-3 6．磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，其结构与金刚石类似，晶胞结构如图所示，设晶胞参数为apm，下列说法不正确的是（ ） A．基态磷原子的核外电子运动状态有 15种 B．P与B原子的最近距离为 C．与P原子最近的等距离的P原子有 12个 D．该晶体的密度为 ►问题一 共价晶体类型的判断 【典例1】化学起源于生活，同时促进社会的发展，下列叙述中，错误的是（ ） A．神舟系列飞船返回舱使用氮化硅耐高温结构材料，Si3N4属于共价晶体 B．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色消毒剂，主要用于饮用水的处理 C．绿色化学的核心思想是凡污染必治理 D．“纳米酶”的提出，模糊了无机材料与有机生物界限，促进了纳米科学与医学的交融 【变式1-1】2023年春节期间，国产科幻电影《流浪地球》火遍全网，电影中涉及很多有趣的知识。下列说法错误的是（ ） A．影片幻想了太阳氦闪，地球将被摧毁。氦气属于稀有气体、是空气的成分之一 B．电影中由硅、碳、氧、硫等元素经过一系列变化能变成铁，该过程属于化学变化 C．固定太空电梯的缆绳材料最有可能是碳纳米管(如图)，碳纳米管与互为同素异形体 D．建造行星发动机需要耐高温材料，这种材料很可能是一种共价晶体 【变式1-2】短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，W的最外层电子数比X的最外层电子数少1个，X、Y、Z为同一周期元素，X、Y、Z组成一种化合物(ZXY)2的结构式如图所示。下列说法错误的是（ ） A．W位于元素周期表的p区 B．第一电离能：Y＞Z＞X C．W的原子中有9种运动状态不同的电子 D．Y、W可形成共价晶体 ►问题二 共价晶体的晶胞与计算 【典例2】金刚砂的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ） 已知：为阿伏加德罗常数的值，晶胞的边长为a pm。 A．a原子的坐标参数为() B．熔点：金刚砂>二氧化硅>石墨>金刚石 C．该晶体的密度为 D．金刚砂硬度大，在较大外力的锤击下，化学键不发生断裂 【变式2-1】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 B．含1molC的金刚石中C-C键数目是2NA，晶体中Si-O键数目是4NA C．水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂 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 【变式2-2】砷化镓（）的晶胞结构如图甲所示，将掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料，其晶胞结构如图乙所示，下列说法错误的是（ ） A．、均属于区元素 B．图甲中，原子位于原子构成的正四面体空隙中 C．图甲中，若的键长为，则晶胞边长为 D．稀磁性半导体材料中，、的原子个数比为 ►问题三 常见共价晶体的结构辨析 【典例3】下列为碳元素形成的几种同素异形体，有关晶体结构说法正确的是（ ） A．1个金刚石晶胞中含8个C原子，最小的六圆环最多有3个原子共面 B．石墨晶体，C原子与C-C键个数比为1：3，六圆环与C原子数之比为1：6 C．三种晶体中C原子均为sp2杂化，都属于共价晶体，熔点石墨>金刚石>C60 D．C60晶胞属于分子密堆积，每个晶胞中含240个C原子 【变式3-1】制造光导纤维的材料是一种很纯的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体（如图1），简化的平面示意图如图2所示。下列关于该硅氧化物的说法正确的是（ ） 图1 图2 A．该晶体中硅原子与氧原子的数目之比是1︰4 B．这种氧化物形成的晶体是共价晶体 C．该晶体中存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 D．该晶体中最小的环上有3个硅原子和3个氧原子 【变式3-2】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 ►问题四 共价晶体的性质 【典例4】AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在键、键。下列说法错误的是（ ） A．晶体中所有原子的配位数均相同 B．晶体中所有化学键均为极性键 C．晶体中的外围电子排布式为 D．的熔点高于 【变式4-1】下列有关比较中，顺序排列错误的是（ ） A．微粒的半径： B．物质的热稳定性：HCl<HF C．共价晶体的硬度：晶体硅>金刚石 D．离子晶体的熔点：NaF>NaCl 【变式4-2】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＜SiC＜金刚石 C．键能：C－C＜Si－Si＜Si－O D．石英的分子式： ►问题五 分子晶体类型的判断 【典例5】下列物质属于分子晶体的是（ ） A．熔点是1070℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点是10.31℃，液态不导电，水溶液能导电 C．能溶于水，熔点812.8℃，沸点是1446℃ D．熔点是97.80℃，质软、导电，密度是0.97g/cm3 【变式5-1】“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 【变式5-2】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 ►问题六 分子晶体的晶胞与计算 【典例6】NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是（ ） A．18g冰(图甲)中含O－H键数目为2NA B．28g晶体硅(图乙)中含有Si－Si键数目为NA C．干冰(图丙)的晶胞中含有4个CO2分子 D．石墨烯(图丁)是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含C－C键数目为1.5NA 【变式6-1】冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图，其中空心球所示原子位于立方体的顶点及面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。有关冰晶胞的说法合理的是（ ） A．水汽化和水分解两个变化过程中都破坏了共价键 B．晶体冰与金刚石晶体硬度相差不大 C．冰分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是一种σ键 D．氢键的存在导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒的排列方式类似 【变式6-2】用铜的氧化物做催化剂，实现CO2选择性还原，用于回收和利用工业排放的低浓度二氧化碳是实现“碳达峰“碳中和”战略的重要途径，CO2的晶胞、铜的氧化物的晶胞如图。下列说法正确的是（ ） A．干冰晶体熔化时需要克服范德华力和共价键 B．每个干冰晶胞中含有8个CO2分子 C．铜的氧化物晶胞中距离氧离子最近且等距离的氧离子为6个 D．由铜的氧化物的晶胞可知其化学式为Cu2O ►问题七 常见分子晶体的结构辨析 【典例7】干冰的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是（ ） A．CO2分子中含极性共价键，干冰属于共价晶体 B．干冰升华时破坏共价键 C．干冰晶体中每个CO2分子与12个CO2分子紧邻 D．平均每个干冰晶胞中有14个CO2 【变式7-1】冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法不正确的是（ ） A．硫化氢晶体结构和冰相似 B．冰晶体中，相邻的水分子均以氢键结合 C．晶胞中Z方向上的两个氧原子最短距离为d，则冰晶胞中的氢键键长为d D．冰晶体中分子间氢键存在方向性、饱和性，晶体有较大空隙，因此密度比液态水小 【变式7-2】碘的晶胞结构示意图如图，下列说法正确的是（ ） A．碘晶体熔化时需克服共价键 B．1个碘晶胞中含有4个碘分子 C．晶体中碘分子的排列有3种不同取向 D．碘晶体中每个I2周围等距且紧邻的I2有6个 ►问题八 分子晶体的性质 【典例8】物质的微观结构决定了物质的性质，进而影响用途、制法等，下列推测不合理的是 选项 事实 推测 A Na、Mg通常用电解法冶炼 Al也可用电解法冶炼 B SiCl4和SiF4均为正四面体结构的分子晶体 两者的沸点：SiCl4>SiF4 C 甲酸的酸性强于乙酸 对硝基苯酚的酸性强于苯酚 D 金刚石属于共价晶体，碳碳键键能大 金刚石熔点高、硬度大、抗外物击打 A．A B．B C．C D．D 【变式8-1】下列关于晶体性质描述正确的是（ ） A．SiO2、NaCl、干冰的熔沸点依次减小 B．自然界中的玻璃、炭黑、蜡状的白磷()等属于非晶体 C．CO2、H2O、C60等分子晶体一个分子周围有12个紧邻的分子，该特征称为分子密堆积 D．冰中1个水分子周围只有4个紧邻分子，因为水分子之间存在氢键，氢键具有饱和性 【变式8-2】下列说法正确的是（ ） A．CH4比SiH4稳定原因：原子半径C<Si，键长C—H<Si—H，键能C—H>Si—H B．CO2、CHCl3、HCHO分子中均一定既有键又有键 C．分子晶体中共价键键能越大，熔点和沸点越高 D．三氧化硫有单分子气体和三聚分子固体（）两种存在形式，两种形式中S原子的杂化轨道类型相同 ►问题九 共价晶体和分子晶体的综合应用 【典例9】下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是（ ） A．在SiO2晶体中，每个硅原子和2个氧原子形成2个共价键 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．1 mol金刚石中的C—C键数是2NA 【变式9-1】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9-2】如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。 请回答下列问题： （1）金刚石属于___________晶体，其中每个碳原子与___________个碳原子距离最近且相等； （2）碘晶体属于___________晶体，每个碘晶胞中实际占有___________个碘分子。 （3）冰、金刚石、MgO、碘单质四种晶体的熔点由高到低的顺序为___________。 （4）假设碘晶胞中立方体的边长为acm，阿伏加德罗常数的值为，则碘晶体的密度为___________。 1．下列关于晶体的说法中，正确的是（ ） A．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品 B．共价晶体中，共价键的键能越大，熔点越低 C．分子晶体中，共价键键能越大，该晶体的熔沸点一定越高 D．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定 2．硅与碳同主族，是构成地壳的主要元素之一，下列说法不正确的是（ ） A．单质硅和金刚石中的键能：Si—Si<C—C B．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 C．SiO2中Si原子的杂化方式为sp3 D．碳化硅硬度很大，属于共价晶体 3．下列物质所属晶体类型分类正确的是（ ） 选项 A B C D 分子晶体 冰 干冰 白磷 固态硫酸铵 共价晶体 Si 金刚石 碳化硅 石英 离子晶体 食盐 明矾 氯化铝 芒硝 金属晶体 不锈钢 铜 银 金 A．A B．B C．C D．D 4．下列各组物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） A．金刚石和CO2 B．HCl和SiO2 C．H2O和CH4 D．H2和NaCl 5．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．金刚石的熔点高与键的键能有关 B．金刚石中键的键角均为，所以金刚石和的晶体类型相同 C．金刚石中碳原子个数与键键数之比为 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 6．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体，有与石墨相似的层状结构。层内的H3BO3分子通过氢键相连（如图）。下列有关说法正确的是（ ） A．正硼酸晶体属于分子晶体 B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关 C．分子中硼原子杂化轨道的类型为sp3 D．1molH3BO3晶体中含有6mol氢键 7．我国科学家预言的碳已被合成。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．碳中最小环由24个碳原子组成 C．碳属于分子晶体 D．碳中键角是 8．氮化碳晶体类型与金刚石类似，氮化碳晶体结构如图所示，下列有关氮化碳的说法不正确的是（ ） A．氮化碳晶体属于共价晶体 B．氮化碳中碳显-4价，氮显+3价 C．氮化碳硬度比金刚石的硬度大 D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连 9．某种新型导电材料将锂原子嵌入石墨烯层间，晶体结构如图(长方体)。 下列有关说法正确的是（ ） A．石墨单质片层间作用力较弱，故熔点比金刚石低 B．这种新型材料仍不可应用于水性锂离子电池中 C．距离Li原子最近的Li原子有6个 D．晶体的化学式为LiC8 10．化学材料在人类社会发展中起着重要作用。下列关于几种含碳材料的说法不正确的是（ ） A．①属于共价晶体 B．②中碳原子是杂化 C．③碳纳米管属于胶体 D．④C60间的作用力是范德华力 11．有关晶体的结构如图所示，下列说法正确的是（ ） A．在NaCl晶体中，距Cl-最近的Na+形成正八面体 B．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数相同 C．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数比为1:4 D．石墨是分子晶体，层间是范德华力，层内每个碳原子与其他3个碳原子形成共价键 12．第四周期的Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等许多金属能形成配合物，单质铁、砷及它们的化合物广泛应用于超导体材料等领域，请回答下列问题： （1）Fe2＋的核外电子排布式为 。 （2）NH3是一种很好的配体，NH3的沸点 (填“>”“=”或“<”)AsH3。NH3的VSEPR模型是 ，其空间结构是 ，键角 (填“小于、大于或等于”) 。 （3）N原子核外有 种不同运动状态的电子。基态N原子中，能量最高的电子所占据的原子轨道的形状为 。 （4）科学家通过X射线测得胆矾结构示意图可简单表示如图，图中氢氧原子之间的虚线表示的作用力为 。 （5）As的卤化物的熔点如下： AsCl3 AsBr3 AsI3 熔点/K 256.8 304 413 表中卤化物的晶体类型 ，熔点差异的原因是 。 1．化学处处呈现美，下列说法不正确的是（ ） A．在饱和NaCl溶液中，不规则NaCl晶体会变规则，体现晶体的自范性 B．蓝晶石晶体的硬度不同方向差别显著，体现晶体的各向异性 C．北方冬天，雨水在屋檐形成美丽冰挂的过程形成了共价键 D．天然金刚石晶莹剔透，属于共价晶体 2．下列说法不正确的是（ ） A．0.5molSO2和SO3的混合物中，硫的价层电子对数为1.5NA B．12g金刚石中含有碳碳键的数目为2NA C．0.1mol/L(NH4)2SO4溶液中所含数目小于0.1NA D．标准状况下，11.2L甲烷和乙烯的混合气体中所含氢原子数目为2NA 3. A、B为原子序数依次增大的短周期主族元素，基态原子的最外层均有2个未成对电子，A、B形成的二元化合物在自然界中普遍存在，并有多种结构，如图是其中一种结构的晶胞示意图。下列说法正确的是（ ） A．该二元化合物是分子晶体 B．每个晶胞拥有A原子的数目为6个 C．该二元化合物A、B两原子的杂化方式不同 D．该二元化合物中只有B原子满足8电子稳定结构 4．将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅Si3N4固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断正确的是（ ） A．、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是共价键三维骨架结构 C．共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低 D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂 5．下列两组命题中，Ⅱ组中命题正确，且能用Ⅰ组中的命题加以解释的是（ ） 选项 Ⅰ组 Ⅱ组 A 相对分子质量：HCl>HF 沸点：HCl高于HF B 键能：H—O>H—S 沸点：H2O高于H2S C 分子间作用力：H2O>H2S 稳定性：H2O强于H2S D 相对分子质量：HI>HCl 沸点：HI高于HCl A．A B．B C．C D．D 6．Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43℃，其结构如图所示)是有机化合物羰基化反应的催化剂，也可用于制备高纯镍(镍的晶胞结构类型与铜的相同，为面心立方晶胞，其体积为a3)。下列说法错误的是（ ） A．图中Ni(CO)4中含有σ键的数目为8 B． Ni(CO)4晶体的类型为分子晶体 C．镍的晶胞中镍原子配位数为8 D．镍的晶胞中镍原子半径为 7．下列有关物质的结构或性质说法正确的是（ ） A．金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S的熔点依次降低 B．若将基态15P原子的核外电子排布式写成，则违背了泡利不相容原理 C．P4分子和离子中的键角都为109°28′ D．SO3和H2SO4中的硫原子都采取sp3杂化 8．磷化硼的晶胞及某些原子的分数坐标如图所示，下列说法正确的是（ ） A．磷化硼中P的价层电子对数为3 B．相同条件下的熔点：BN＞BP C．磷化硼不溶于水，但可能溶于苯 D．a原子的分数坐标为(0，，) 9．常见晶体的结构分析 （1）金刚石晶体        ①在晶体中每个碳原子以共价单键与相邻的___________个碳原子相结合，成为____________构型。 ②晶体中C—C—C夹角为____________，碳原子采取了____________杂化。 ③最小环上有___________个碳原子。 ④晶体中碳原子个数与C—C键数之比为______________。 ⑤在一个晶胞中，碳原子位于立方体的8个顶点、6个面心以及晶胞内部，由“均摊法”可求出该晶胞中实际含有的碳原子数为______________。 （2）二氧化硅晶体 ①每个硅原子与相邻的四个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点。晶体中Si原子与O原子个数比为_____________。 ②每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与_____________个Si原子成键，1molSiO2晶体中含Si-O键数目为______________。 10．Se与S同主族，硒(Se)是人体必需微量元素之一，含硒化合物在材料和药物领域具有重要应用。一种含Se的新型AIE分子Ⅳ的合成路线如下： （1）基态Se原子核外电子有 种空间运动状态不同的电子。 （2）H2Se的沸点高于H2S，其原因是 。 （3）关于I~Ⅳ四种物质，下列说法正确的为 。 a．I中有三种不同化学环境的H原子 b．Ⅱ中所有碳原子可能共平面 c．Ⅲ含有的元素中，O的第一电离能最大 d．Ⅳ中具有孤对电子的原子有O、S （4）钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①该超导材料的最简化学式为 。 ②Fe原子的配位数为 。 ③该晶胞参数、。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$