3.2.2 共价晶体 讲义 2024-2025学年下学期高二化学人教版（2019）选择性必修2

Chemistry 不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海 共价晶体 ( 钠及其化合物 ) 一、共价晶体的概念及性质 1．共价晶体的概念 晶体中相邻原子间都以共价键结合，整个晶体是一个共价键三维骨架结构，叫作共价晶体。 2．构成微粒及微粒间作用力 【特别提醒】 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。 3．常见的共价晶体与物质类别 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)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。 【归纳总结】 晶体熔、沸点和硬度的比较方法 (1)先判断晶体类型。主要依据构成晶体的微粒及其微粒间的作用力。对于不同类型的晶体，一般来说，共价晶体的熔、沸点、硬度高于分子晶体。 (2)对于同一类型的晶体 ①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越强，熔点越高。 ②分子晶体的熔、沸点高低取决于分子间作用力，分子间作用力与相对分子质量有关，同时还要考虑分子极性及是否存在氢键。 【课堂小练1】 1．下列说法正确的是(　　) A．由原子直接构成的晶体一定是共价晶体 B．共价晶体在固态或熔化时均不导电 C．共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应 D．二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型 2．下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中只存在共价键 B．共价晶体具有三维骨架结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 3．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/℃ 3900 3000 2700 1710 1410 1211 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6 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．①② B．③④ C．②③ D．②④ 4．下列排序不正确的是(　　) A．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．熔点：SiC>SiO2>Si>Ge C．沸点：HF>HBr>HCl D．硬度：白磷>冰>二氧化硅 二、常见共价晶体的结构 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(2NA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 (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)低温石英 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。 【课堂小练2】 5．下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是(　　) A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 B．最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环 C．最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1 D．最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环 6．下列关于和金刚石的叙述正确的是 A．的晶体结构中，每个原子与2个O原子直接相连 B．通常状况下，晶体中含有的分子数为(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 D．金刚石中含有个键(表示阿伏加德罗常数的值) 7．氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是(　　) A．AlN是共价晶体 B．Al的配位数为4 C．AlN属于离子化合物 D．与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个 【课时对点练习】 题组一　共价晶体及其性质 1．金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法错误的是(　　) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是自然界中硬度最大的物质 D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 2．下列物质的晶体直接由原子构成的一组是(　　) ①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥ C．②③⑥ D．①②⑤⑥ 3．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是 A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该共价晶体有很高的熔沸点 D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料 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。下列推断可能正确的是(　　) A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构 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．碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是(　　) A．熔点从高到低的顺序是碳化硅>金刚石>晶体硅 B．熔点从高到低的顺序是金刚石>晶体硅>碳化硅 C．三种晶体中的单元都是四面体结构 D．三种晶体都是原子晶体且均为绝缘体 题组二　共价晶体的晶体结构 6．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　) A．28 g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NA B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NA C．40 g碳化硅中含有C—Si的个数为4NA D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O) 7．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 8．Ge、GaAs、CdTe、CdSe等均为重要的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。其中CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构，晶胞结构如图所示，已知A的原子坐标参数为(，，)。下列说法不正确的是(　　) A．Se基态原子价层电子排布式为3d104s24p4 B．B的原子坐标参数为(，，) C．晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个 D．第四周期主族元素中第一电离能介于Ga、As之间的有3种 9．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是(　　) A．磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体 B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C．磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键 D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力 10．碳有金刚石(晶体模型如图a)、(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是 A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1条 B．氮化碳的分子式为 C．甲醛中C为杂化 D．分子中有16个五元环和16个六元环 11．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　) A．12，大立方体的12条棱的中点 B．8，大立方体的8个顶角 C．6，大立方体的6个面的中心 D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心 12．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ ＞3 500 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 6.5 9.5 (1)晶体硼属于________晶体，理由是______________________________________________。 (2)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________(填字母)。 A．金刚石中C—C的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同 B．金刚石的熔点高与C—C的键能无关 C．金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2 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 (3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B的键角为________，该结构单元共含有________个B—B。 13．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设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1molSi原子的晶体硅中键的数目为_______。 (2)金刚砂()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。试回答下列问题： 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)。 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_______。 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_______个键。 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在中，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，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)。 【参考答案】 【课堂小练1】 1．下列说法正确的是(　　) A．由原子直接构成的晶体一定是共价晶体 B．共价晶体在固态或熔化时均不导电 C．共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应 D．二氧化硅和干冰虽然是同一主族的氧化物，但属于不同的晶体类型 答案　D 2．下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中只存在共价键 B．共价晶体具有三维骨架结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 答案　D 解析　共价晶体中原子间是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键，D项错误。 3．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/℃ 3900 3000 2700 1710 1410 1211 莫氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6 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．①② B．③④ C．②③ D．②④ 【答案】C 【详解】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。 4．下列排序不正确的是(　　) A．硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．熔点：SiC>SiO2>Si>Ge C．沸点：HF>HBr>HCl D．硬度：白磷>冰>二氧化硅 答案　D 解析　二氧化硅为共价晶体，硬度比分子晶体白磷、冰的大。 【课堂小练2】 5．下列关于SiO2晶体结构的叙述正确的是(　　) A．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角 B．最小的环为3个Si原子和3个O原子组成的六元环 C．最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶1 D．最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环 答案　D 解析　二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能形成4个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，A错误；最小的环为6个Si原子和6个O原子组成的十二元环，每个环实际占有的硅原子数为6×＝、氧原子数为6×＝1，故最小的环上实际占有的Si原子和O原子个数之比为1∶2，B、C错误，D正确。 6．下列关于和金刚石的叙述正确的是 A．的晶体结构中，每个原子与2个O原子直接相连 B．通常状况下，晶体中含有的分子数为(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 D．金刚石中含有个键(表示阿伏加德罗常数的值) 【答案】C 【详解】A．SiO2晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，每个O原子与2个Si原子直接相连，故A错误； B．SiO2晶体是共价晶体，不存在分子，故B错误； C．金刚石是共价晶体，在共价晶体里，原子间以共价键相互结合，由共价键形成的碳原子环中，最小的环上有6个碳原子，故C正确； D．一个碳原子含有2个C-C键，所以1mol金刚石含2molC-C键，故D错误； 故选C。 7．氮化铝属类金刚石氮化物、六方晶系，最高可稳定到2 200 ℃，硬度大，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，氮化铝晶胞结构如图所示。下列有关描述错误的是(　　) A．AlN是共价晶体 B．Al的配位数为4 C．AlN属于离子化合物 D．与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有12个 答案　C 解析　氮化铝属类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项正确；每个黑球周围有4个白球，每个白球周围有4个黑球，故Al、N的配位数都为4，B项正确；AlN属于共价化合物，C项错误；以顶角的铝原子为研究对象，与之距离最近的铝原子位于面心上，每个顶角上的铝原子为8个晶胞共用，每个面上的铝原子为2个晶胞共用，故与每个铝原子距离相等且最近的铝原子共有＝12个，D项正确。 【课时对点练习】 题组一　共价晶体及其性质 1．金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法错误的是(　　) A．晶体中不存在独立的分子 B．碳原子间以共价键相结合 C．是自然界中硬度最大的物质 D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应 答案　D 解析　在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成三维骨架结构，不存在分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2或CO，故D项错误。 2．下列物质的晶体直接由原子构成的一组是(　　) ①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤氨基乙酸　⑥固态He A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥ C．②③⑥ D．①②⑤⑥ 答案　C 解析　CO2、白磷、氨基乙酸属于分子晶体，其晶体由分子构成；固态He为单质，属于单原子的分子晶体；SiO2、晶体Si属于共价晶体，其晶体直接由原子构成。 3．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是 A．该共价晶体中含有极性键 B．该共价晶体易汽化，可用作制冷材料 C．该共价晶体有很高的熔沸点 D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料 【答案】B 【详解】A、CO2固态时由分子晶体变为共价晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的变为，但化学键依然为极性共价键，A项正确; B、CO2由分子晶体变成共价晶体，熔沸点高，不易汽化，不适合作制冷材料，B不正确; C、CO2由分子晶体变成共价晶体，共价晶体有很高的熔沸点，故C正确; D、CO2由分子晶体变成共价晶体，共价晶体具有硬度大耐磨等特点，D项正确; 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。下列推断可能正确的是(　　) A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B．Si3N4晶体是立体网状结构 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】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。Si3N4是共价晶体，为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能大，故C3N4的熔点比Si3N4的高。 5．碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是(　　) A．熔点从高到低的顺序是碳化硅>金刚石>晶体硅 B．熔点从高到低的顺序是金刚石>晶体硅>碳化硅 C．三种晶体中的单元都是四面体结构 D．三种晶体都是原子晶体且均为绝缘体 【答案】C 【解析】由已知碳化硅的晶体有类似金刚石的结构，可知碳化硅也为原子晶体，且应有类似金刚石的正四面体结构单元。又因为影响共价键强弱的因素是原子半径，碳原子半径小于硅原子半径，所以键长长短顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，故熔点顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅；晶体硅是半导体。 题组二　共价晶体的晶体结构 6．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(　　) A．28 g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NA B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NA C．40 g碳化硅中含有C—Si的个数为4NA D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O) 答案　A 解析　晶体硅中每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅原子分得的共价键数为4×＝2，A正确；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O，D错误。 7．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项，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项，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项，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，描述错误，C不符题意；D项，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。 8．Ge、GaAs、CdTe、CdSe等均为重要的半导体材料，在电子、材料等领域应用广泛。其中CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构，晶胞结构如图所示，已知A的原子坐标参数为(，，)。下列说法不正确的是(　　) A．Se基态原子价层电子排布式为3d104s24p4 B．B的原子坐标参数为(，，) C．晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个 D．第四周期主族元素中第一电离能介于Ga、As之间的有3种 答案　A 解析　Se是34号元素，基态原子核外有34个电子，其基态原子价层电子排布为4s24p4，A错误；由晶胞结构示意图可知，A、B原子分别位于两条体对角线上，根据相对位置分析，B的原子坐标参数为(，，)，B正确；晶胞中，Cd原子位于晶胞的顶角和面心，以顶角的Cd原子为中心，每个晶胞有3个Cd原子距离最近且相等，每个顶角属于8个晶胞，且每个面上的Cd原子属于2个晶胞，故与Cd原子距离最近且相等的原子有12个，C正确；同周期元素第一电离能从左到右有增大趋势，但第ⅡA族、第ⅤA族元素反常，Ga、As分别是第ⅢA、ⅤA族元素，因此第四周期主族元素中的第一电离能介于Ga、As之间的元素有Ca、Ge、Se, D正确。 9．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是(　　) A．磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体 B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电 C．磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键 D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力 答案　C 解析　由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶角和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。 10．碳有金刚石(晶体模型如图a)、(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是 A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1条 B．氮化碳的分子式为 C．甲醛中C为杂化 D．分子中有16个五元环和16个六元环 【答案】D 【解析】A项，在金刚石的晶体结构中每个碳原子与周围的4个碳原子形成四个碳碳单键，最小的环为6元环，每个单键为6个环共有，则每个C原子连接4×3=12个六元环，平均每个六元环有0.5个C，=1条，故A正确；B项，由氮化碳的分子结构可知，氮化碳的分子式为，故B正确；C项，甲醛中存在碳氧双键，C为杂化，故C正确；D项，的结构是由20个六元环和12个五元环构成的，其中每个六元环都与两个相邻的五元环相连，故D错误；故选D。 11．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　) A．12，大立方体的12条棱的中点 B．8，大立方体的8个顶角 C．6，大立方体的6个面的中心 D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心 答案　A 解析　与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示： 12．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/℃ ＞3 500 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 6.5 9.5 (1)晶体硼属于________晶体，理由是______________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (2)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________(填字母)。 A．金刚石中C—C的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同 B．金刚石的熔点高与C—C的键能无关 C．金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2 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 (3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B的键角为________，该结构单元共含有________个B—B。 答案　(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大　(2)C　(3)12　60°　30 解析　(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼属于共价晶体。(2)选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高与C—C键能有关；选项C，金刚石中每个C形成4个C—C，每个C—C占有2个C，故碳原子个数与C—C数之比为1∶2；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却，会导致钻头熔化。(3)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为个，每个正三角形含有×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20××3＝12，而每个B—B被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B的个数为20××3＝30。 13．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设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1molSi原子的晶体硅中键的数目为_______。 (2)金刚砂()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。试回答下列问题： 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)。 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_______。 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_______个键。 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在中，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，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)。 【答案】(1) 8     6          2NA (2) Si＜SiC＜C     4     109°28′     1     12     【解析】(1)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，根据结构分析，可知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，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1molSi原子的晶体硅中Si-Si键的数目为2NA；(2)①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。②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′。③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。④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，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，因此最近的碳、硅原子之间的距离为。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$