3.2 几种简单的晶体结构模型 第2课时（同步讲义）化学鲁科版选择性必修2

教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性 教习目标 1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。 2.了解分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体，能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。 3.会比较判断晶体类型。 4.能根据晶胞中微粒的位置计算晶胞的化学式，掌握晶体密度与晶胞参数计算的一般步骤。 重点和难点 重点:比较判断晶体类型与性质，晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 难点:晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 ◆知识点一 共价晶体 1.概念 相邻原子间以_______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.常见共价晶体及物质类别 物质类别 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金 属化合物 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物 二氧化硅（SiO2）等 4.常见共价晶体的结构 （1）金刚石晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①碳原子采取_______杂化，键角为_______； ②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，向空间伸展形成空间立体网状结构； ③最小碳环由_______个碳原子组成，每个碳原子被_______个六元环共用 晶胞的每个_______和_______均有1个C原子，晶胞内部有_______个C原子，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有_______个C原子 （2）二氧化硅晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①Si原子采取_______杂化，正四面体内O—Si—O键角为_______； ②每个Si原子与_______个O原子形成_______个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被_______个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为_______； ③最小环上有_______个原子，包括_______个O原子和_______个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为_______ SiO2晶胞中有_______个Si原子位于立方晶胞的顶点，有_______个Si原子位于立方晶胞的面心，还有_______个Si原子与_______个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有_______个Si原子和_______个O原子 5.共价晶体的物理性质 下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度： 晶体 键能/（kJ·mol-1） 熔点/℃ 硬度 金刚石 （C—C）347 大于3 500 10 碳化硅 （C—Si）301 2 830 9 晶体硅 （Si—Si）226 1 412 7 即学即练 1.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键的个数为2NA B.124 g白磷（P4）晶体中含有P—P键的个数为4NA C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为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键） 2.氮化铝属于类金刚石氮化物、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.与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有12个 3.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 1 412 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 7 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.金刚石的熔点高与C—C的键能无关 B.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2 C.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。  ◆知识点二 分子晶体 1.概念 ______之间通过____________结合形成的晶体。 2.结构 3.常见物质类型 类型 实例 大部分____________ 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体等 大部分______ CO2、P4O6、P4O10、SO2等 ______ H2O、NH3、CH4等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 多数_______ 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4.典型的分子晶体 单质碘 干冰 冰 晶胞或结构模型 微粒间作用力 晶胞中微粒数 — 配位数 — 5.分子晶体的物理性质 （1）分子晶体由于以比较弱的____________相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。 （2）对组成和结构______，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力______，熔点______。 （3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”原理，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 （4）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 即学即练 1.下列属于某分子晶体性质的是 （　　） A.组成晶体的微粒是离子 B.能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃ C.熔点为1 400 ℃，可作半导体材料，难溶于水 D.熔点高，硬度大 2.（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<”）。 ①CO2　　　　SO2；②NH3　　　　PH3；  ③O3　　　　O2；④Ne　　　　Ar；  ⑤CH3CH2OH　　　　CH3OH。  （2）已知AlCl3的熔点为190 ℃（2.202×105 Pa），但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是　　　　晶体。  ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是　　　 　。  3.如图为干冰的晶胞结构示意图。 （1）将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为　　　 pm。  （2）其密度ρ为　　　（1 pm=10-10 cm）。 ◆知识点三 晶体结构的复杂性 1.混合型晶体——石墨晶体的结构与性质 （1）结构模型 （2）结构特点 ①石墨晶体具有______结构，同一层中的每个碳原子以______杂化轨道与邻近的______个碳原子以______相结合，形成无限的______平面网状结构，键角为120°。 ②每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能形成遍及整个平面的______键，具有______的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。 ③层与层之间以______相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。 ④石墨晶体中存在的作用力有______、______、类似______的作用力，我们将这类晶体称为______晶体。 （3）物理性质 熔点高、质软、导电。 （4）主要用途 制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。 2.晶体结构复杂性的原因 （1）物质______的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间______。例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，Ca5（PO4）3OH含有一种阳离子和多种阴离子。 （2）金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于____________的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 （3）金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。 即学即练 1.石墨晶体是层状结构（如图），下列有关石墨晶体的说法正确的一组是 （　　） ①石墨层与层间靠范德华力维系　②石墨中的C为sp2杂化　③石墨的熔、沸点都比金刚石低　④石墨和金刚石的硬度相同　⑤石墨层内导电性和层间导电性不同 A.全对 B.①②③ C.①②⑤ D.②③④ 2.磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构（如图1）。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷—石墨复合材料，其单层结构俯视图如图2所示。 下列说法正确的是 （　　） A.黑磷中P—P键的键能完全相同 B.黑磷与石墨都属于混合型晶体 C.由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，未发生化学反应 D.复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属于范德华力 3.碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图： 回答下列问题： （1）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化方式分别为　　　　、　　　　。  （2）C60属于　　　　晶体，石墨属于　　　　晶体。  （3）在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为　　　　　　　；在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为　　　　，该晶体中碳原子数与共价键数之比为　　　　。  （4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。推测金刚石的熔点　　　　（填“>”“<”或“=”）石墨的熔点。  一、共价晶体的结构、性质与判断 1.共价晶体的结构特征 （1）在共价晶体中，各原子间均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。 （2）空间网状结构 共价晶体的构成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。 2.共价晶体熔点和硬度的决定影响因素 对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越强，熔点越高，硬度越大。 3.共价晶体的判断依据 （1）根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。 （2）根据共价晶体的物理性质判断。 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熔点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。 实践应用 1.下列物质中，属于共价晶体的化合物是 (　　) A.无色水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.氯化钠晶体 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。其结构如右图所示，下列判断正确的是 (　　) A.金刚石中C—C键之间的夹角均为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键的键能无关 C.金刚石中碳原子数目与C—C键数目之比为1∶2 D.金刚石的熔点高，所以用金刚石钻头打孔过程中不需要进行浇水冷却 3.二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是 (　　) A.方英石晶体中存在着SiO2结构单元 B.1 mol Si形成2 mol Si—O键 C.图示结构单元中实际占有18个硅原子 D.方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为109°28′ 二、原子分数坐标及晶胞投影图 1.原子分数坐标 （1）概念：表示晶胞内部各原子的相对位置。 （2）确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②一般以坐标轴所在平行六面体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 2.投影图 （1）面心立方堆积模型的投影分析 （2）体心立方堆积投影分析 （3）金刚石晶胞投影图分析 实践应用 1.已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。 已知a、b的原子分数坐标依次为（0，0，0）、（，，），则d的原子分数坐标为　　　　。  2.已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示，Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。 已知图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），则晶胞中与A距离最近的Cu+的原子分数坐标为　　　　　　。  3.分别用、表示H2P和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图（a）所示，图（b）、图（c）分别显示的是H2P、K+在晶胞xz面、yz面上的位置： ①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为　　g·cm-3（写出表达式）。  ②晶胞在x轴方向的投影图为　　　　（填字母）。  考点一 共价晶体及其性质 【例1】下列说法错误的是 （　　） A.凡是共价晶体都含有共价键 B.凡是共价晶体都有正四面体结构 C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构 D.凡是共价晶体都具有很高的熔点 【变式1-1】下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是 （　　） ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 【变式1-2】据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是 （　　） A.该晶体不可用作制冷剂 B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料 C.该晶体具有很高的熔点 D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键 考点二 共价晶体的结构 【例2】二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是 （　　） A.n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4 B.CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同 C.晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp D.晶体中最小环上的原子数为6 【变式2-1】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 【变式2-2】最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T⁃碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代（如图所示，所有小球代表碳原子）。下列说法不正确的是 （　　） A.T⁃碳与金刚石互为同位素 B.T⁃碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同 C.T⁃碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同 D.T⁃碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键 【变式2-3】根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β⁃氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为一种超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示（实际结构为空间网状结构）。下列有关氮化碳的说法不正确的是 （　　） A.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构 B.氮化碳中碳显+4价，氮显-3价 C.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 D.氮化碳的分子式为C3N4 考点三 分子晶体及结构 【例3】下列说法正确的是 （　　） A.范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B.H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D.氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 【变式3-1】北京2022年冬奥会采用CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.冰、干冰晶体类型不同 B.“水立方”变为“冰立方”，密度减小 C.用干冰制冷比用氟利昂制冷环保 D.1个干冰晶胞的质量约为 g 【变式3-2】碘的晶胞结构如图，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.碘晶体为共价晶体 D.氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构类似，晶胞大小也相同 【变式3-3】如图是甲烷晶体的晶胞结构，图中每个小球代表一个甲烷分子（甲烷分子分别位于立方体的顶点和面心），下列有关该晶体的说法正确的是 （　　） A.该晶体与HI的晶体类型不同 B.该晶体熔化时只需要破坏共价键 C.SiH4分子的稳定性强于甲烷 D.每个顶角上的甲烷分子与它最近且等距的甲烷分子有12个 【变式3-4】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.若晶胞中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 考点四 分子晶体的性质 【例4】分子晶体具有某些特征的本质原因是 （　　） A.组成晶体的基本微粒是分子 B.熔融时不导电 C.晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D.熔点一般比较低 【变式4-1】下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是 （　　） ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③②① 【变式4-2】医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述正确的是 （　　） A.HgCl2晶体属于分子晶体 B.HgCl2属于离子化合物 C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质 D.HgCl2属于非电解质 【变式4-3】如图所示是某无机化合物二聚分子的球棍模型，该分子中A、B两种元素都是第3周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构。下列说法不正确的是 （　　） A.该化合物的分子式是Al2Cl6 B.该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电 C.该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体 D.该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键 基础达标 1.氮化硼是一种新合成的结构材料，它具有硬度大、耐磨、耐高温的性质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是 （　　） A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶 C.冰和干冰 D.碘和金刚砂 2.下列排序不正确的是 （　　） A.晶体的熔点：SiO2>CaCl2>H2O>CO2 B.硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 C.熔点：Na>Mg>Al D.熔点：NaF>NaCl>NaBr>NaI 3.有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：NaCl<CsCl B.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成的正八面体空隙中 C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键 D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50% 4.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的原子分数坐标为（，，）。下列说法不正确的是 （　　） A.Se基态原子价电子排布式为3d104s24p4 B.B原子的分数坐标为（，，） C.晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个 D.第4周期主族元素中第一电离能介于Ga、As之间的有3种 5.已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M g·mol-1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g·cm-3。下列说法正确的是 （　　） A.晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1 B.晶体中阴、阳离子的配位数都是4 C.该晶胞不可能是NaCl的晶胞 D.该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为 cm 6.科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 （　　） A.晶体最简化学式为KCaB6C6 B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个 C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D.晶体的密度为 g·cm-3 7.某些共价晶体的熔点如下表所示： 共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗 熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211 根据上表中的数据回答下列问题： （1）从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是　　　 　　　　。  （2）ⅣA族与ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　　　　　　　　（用化学式表示）。  8.（1）金刚砂（SiC）的硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于金刚石，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为　　　　　；在SiC中，与每个C原子距离相等且最近的C原子数目为　　　　　；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度为　　　　　　　　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  （2）氮化镓的结构与金刚石相似，金刚石的晶胞结构如图乙所示。 ①氮与镓之间形成的化学键类型为　　　　　　　　，镓原子的配位数为　　　　　　　　　，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　　　　　　。  ②若该金刚石晶体的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中相距最近的两个碳原子之间的距离为　　　　cm（用代数式表示）。  9.“张亭栋研究小组”受民间中医启发，发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮（N）、磷（P）、砷（As）为ⅤA族元素，该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。 （1）氮原子的价电子排布式为　　　　，N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。  （2）立方氮化硼晶体（BN）是一种超硬材料，有优异的耐磨性，其晶胞如图所示。 ①立方氮化硼是　　　　晶体，晶体中氮原子的杂化轨道类型为　　　，硼原子的配位数为　　。  ②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目之比为　　　　。  （3）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）。 10.下列说法正确的是 （　　） A.分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键 B.水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关 C.CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 D.HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点随着相对分子质量的增加依次升高 11.根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是 （　　） AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 -70.4 2 573 >3 500 1 412 沸点/℃ 183 57 2 823 4 827 2 355 A.SiCl4是分子晶体 B.晶体硼是共价晶体 C.AlCl3是分子晶体，加热能升华 D.金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱 12.下列说法正确的是 （　　） A.酸性：H2SO4>H3PO4>H3BO3>H2CO3 B.在25 ℃、101 kPa下，2.24 L丙烯所含非极性键小于0.2NA C.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 D.ⅣA族元素氢化物沸点顺序是GeH4>SiH4>CH4，则ⅤA族元素氢化物沸点顺序是AsH3>PH3>NH3 13.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可以形成自然界中硬度最大的共价晶体。下列叙述错误的是 （　　） A.X2Y晶体的熔点高于WX4晶体的熔点 B.固态X2Y2是分子晶体 C.ZW是共价晶体，其硬度比Z晶体的大 D.Z、W是同一主族的元素，Z、W与元素Y形成的晶体都是共价晶体 14.有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点（℃）如下表所示： 第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7 第二组 F2 -187.0 Cl2 -33.6 Br2 58.7 I2 184.0 第三组 HF 19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3 第四组 H2O 100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8 下列判断正确的是 （　　） A.第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大 B.化合物的稳定性：HBr>H2Se C.第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI D.第一组物质是分子晶体，一定含有共价键 综合应用 15.C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示（石墨仅表示其中的一层结构）： （1）C60、金刚石和石墨三者的关系互为　　　　（填字母）。  A.同分异构体 B.同素异形体 C.同系物 D.同位素 （2）C60分子中含有双键和单键，推测C60跟F2　　　（填“能”或“否”）发生加成反应。C60固体与金刚石熔点更高的是　　　　，原因是　　　　 　　　　。  （3）硅晶体的结构跟金刚石相似，但其最高价氧化物的物理性质差别较大，是因为SiO2是　　　　晶体，CO2是　　　　晶体。  （4）石墨层状结构中，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是　　　　。层与层以　　　　相结合，所以石墨是非常好的润滑剂。  16.Ⅰ.硒是人体需要的重要微量元素之一，参与体内多种代谢。试回答下列问题： （1）硒元素的基态原子核外电子排布中成对电子与成单电子的个数比为　　　　；在同一周期中比它的第一电离能大的元素有　　　　种。  （2）SeO3与水反应可以生成H2SeO4。H2SeO4分子中心原子的轨道杂化方式为　　　　　；固体H2SeO4存在作用力除范德华力、共价键外还有　　　　　　。  （3）固态SeO2（如图）是以锥体形的角氧相连接的聚合结构，每一个锥体带一个端氧原子。 ①同为分子晶体，SeO2的熔点为350 ℃而SO2的熔点为-75.5 ℃，原因是　　　　。  ②图中Se—O键较短的是　　　　（填“a”或“b”）。  Ⅱ.LiGaH4是一种温和的还原剂，其可由GaCl3和过量的LiH反应制得：GaCl3+4LiH===LiGaH4+3LiCl。 （4）已知GaCl3的熔点为77.9 ℃，LiCl的熔点为605 ℃，两者熔点差异较大的原因为　　　 　　　　。  （5）GaCl3在270 ℃左右以二聚物存在，该二聚物的每个原子都满足8电子稳定结构，写出它的结构式：　　　　　　。  17.某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，则该物质的化学式为　　　　； 晶体中Pb2+与Cs+最短距离为　　　　pm；晶体的密度ρ=　　　　　g·cm-3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、NA的代数式表示）。  18.水催化氧化是“分子人工光合作用”的关键步骤。水的晶体有普通冰和重冰等不同类型。普通冰的晶胞结构与水分子间的氢键如图甲、乙所示。晶胞参数a=452 pm，c=737 pm，γ=120°；标注为1、2、3的氧原子在z轴的分数坐标分别为0.375c、0.5c、0.875c。 （1）晶胞中氢键的长度（O—H…O的长度）为　　　　pm（结果保留一位小数）。  （2）普通冰晶体的密度为　　　　g·cm-3（列出数学表达式，不必计算出结果）。  拓展培优 19.Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。该晶体类型是　　　，该化合物的化学式为　　　。  （2）一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示，晶胞中含有　　　　　个Mg。该物质化学式为　　　　　，B-B最近距离为　　　　　。  20.反型钙钛矿电池无须使用具有光催化活性的TiO2（通过氮掺杂生成TiO2-aNb，反应如图）以及掺杂的有机空穴传输层，光照下的输出稳定性更好，更具发展潜力。 TiO2-aNb晶体中a=　　　　；已知原子A、B的分数坐标分别为（0，0，）和（1，0，0），则原子C的分数坐标为　　　　，设阿伏加德罗常数的值为NA，TiO2晶体的密度为　　　　g·cm-3。  21.一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。 图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1-x代表，则该化合物的化学式表示为　　　；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ=　　　g·cm-3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的分数坐标为，则原子2和3的分数坐标分别为　　　　、 　　　　。  22.磷化硼是一种耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼晶体晶胞如图1所示： （1）晶胞中，磷原子的配位数为　　　　。  （2）已知晶胞边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则磷化硼晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  （3）磷化硼晶胞沿体对角线方向的投影如图2，请将其中表示B原子的圆圈涂黑。 23.图（a）是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图（b）是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x=　　　　pm，Mg原子之间最短距离y=　　　　pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是　　　　g·cm-3（列出计算表达式）。  学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 教材知识解读·讲透重点难点·方法能力构建·同步分层测评 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 几种简单的晶体 第2课时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性 教习目标 1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。 2.了解分子晶体的概念、结构特点及常见的分子晶体，能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。 3.会比较判断晶体类型。 4.能根据晶胞中微粒的位置计算晶胞的化学式，掌握晶体密度与晶胞参数计算的一般步骤。 重点和难点 重点:比较判断晶体类型与性质，晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 难点:晶胞的化学式、晶体密度与晶胞参数计算。 ◆知识点一 共价晶体 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.常见共价晶体及物质类别 物质类别 实例 某些非金属单质 晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等 某些非金 属化合物 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等 某些氧化物 二氧化硅（SiO2）等 4.常见共价晶体的结构 （1）金刚石晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①碳原子采取sp3杂化，键角为109°28'； ②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立体网状结构； ③最小碳环由6个碳原子组成，每个碳原子被12个六元环共用 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，内部的C在晶胞的体对角线长的处，每个金刚石晶胞中含有8个C原子 （2）二氧化硅晶体的结构分析 晶体结构 晶胞 ①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28'； ②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2； ③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子； ④1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA 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。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子 5.共价晶体的物理性质 下表是三种结构相似的共价晶体的键能、熔点和硬度： 晶体 键能/（kJ·mol-1） 熔点/℃ 硬度 金刚石 （C—C）347 大于3 500 10 碳化硅 （C—Si）301 2 830 9 晶体硅 （Si—Si）226 1 412 7 即学即练 1.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键的个数为2NA B.124 g白磷（P4）晶体中含有P—P键的个数为4NA C.12 g金刚石中含有C—C键的个数为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键） 【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，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键，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键，D错误。 2.氮化铝属于类金刚石氮化物、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.与每个铝原子距离最近且相等的铝原子共有12个 【答案】C 【解析】氮化铝属于类金刚石氮化物，所以AlN是共价晶体，A项正确、C项错误；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；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最近且相等的铝原子共有=12个，D项正确。 3.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 1 412 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 7 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.金刚石的熔点高与C—C的键能无关 B.金刚石中碳原子个数与C—C数之比为1∶2 C.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）B　（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B，金刚石中每个C形成4个C—C，每个C—C连2个C，故碳原子个数与C—C数之比为1∶2；选项C，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。 ◆知识点二 分子晶体 1.概念 分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。 2.结构 3.常见物质类型 类型 实例 大部分非金属单质 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）、稀有气体等 大部分非金属氧化物 CO2、P4O6、P4O10、SO2等 非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等 几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等 多数有机化合物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等 4.典型的分子晶体 单质碘 干冰 冰 晶胞或结构模型 微粒间作用力 范德华力 范德华力 范德华力 和氢键 晶胞中微粒数 4 4 — 配位数 — 12 4 5.分子晶体的物理性质 （1）分子晶体由于以比较弱的分子间作用力相结合，因此一般熔点较低，硬度较小。 （2）对组成和结构相似，晶体中又不含氢键的分子晶体来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。 （3）分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”原理，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。 （4）分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 即学即练 1.下列属于某分子晶体性质的是 （　　） A.组成晶体的微粒是离子 B.能溶于CS2，熔点为112.8 ℃，沸点为444.6 ℃ C.熔点为1 400 ℃，可作半导体材料，难溶于水 D.熔点高，硬度大 【答案】B 【解析】分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，固态和熔化时均不导电。 2.（1）比较下列化合物熔、沸点的高低（填“>”或“<”）。 ①CO2　　　　SO2；②NH3　　　　PH3；  ③O3　　　　O2；④Ne　　　　Ar；  ⑤CH3CH2OH　　　　CH3OH。  （2）已知AlCl3的熔点为190 ℃（2.202×105 Pa），但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是　　　　晶体。  ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是　　　 　。  【答案】（1）①<　②>　③>　④<　⑤> （2）①分子　②在熔融状态下，检测AlCl3是否导电，若不导电，则AlCl3是共价化合物 【解析】（1）①CO2和SO2相对分子质量后者大，且CO2为非极性分子，SO2为极性分子，以范德华力而论，CO2小于SO2，所以熔、沸点：CO2<SO2；②尽管NH3的相对分子质量小于PH3，但NH3分子间存在氢键，所以熔、沸点：NH3>PH3；③O3为极性分子，O2为非极性分子，且相对分子质量O3大于O2，所以范德华力：O3>O2，因此熔、沸点：O3>O2；④Ne、Ar均为稀有气体，范德华力随相对分子质量的增大而递增，所以Ar的熔、沸点高于Ne；⑤组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，分子晶体的熔、沸点越高，故熔、沸点：CH3CH2OH>CH3OH。 （2）①由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。②若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，若不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。 3.如图为干冰的晶胞结构示意图。 （1）将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为　　　 pm。  （2）其密度ρ为　　　（1 pm=10-10 cm）。 【答案】（1）a　（2） g·cm-3 【解析】（1）两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。（2）ρ== g·cm-3。 ◆知识点三 晶体结构的复杂性 1.混合型晶体——石墨晶体的结构与性质 （1）结构模型 （2）结构特点 ①石墨晶体具有层状结构，同一层中的每个碳原子以sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构，键角为120°。 ②每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能形成遍及整个平面的大π键，具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。 ③层与层之间以范德华力相结合，可以相对滑动，使之具有润滑性。 ④石墨晶体中存在的作用力有共价键、范德华力、类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体。 （3）物理性质 熔点高、质软、导电。 （4）主要用途 制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。 2.晶体结构复杂性的原因 （1）物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用。例如，BaTiO3含有一种阴离子和多种阳离子，Ca5（PO4）3OH含有一种阳离子和多种阴离子。 （2）金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 （3）金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡晶体或混合型晶体。 即学即练 1.石墨晶体是层状结构（如图），下列有关石墨晶体的说法正确的一组是 （　　） ①石墨层与层间靠范德华力维系　②石墨中的C为sp2杂化　③石墨的熔、沸点都比金刚石低　④石墨和金刚石的硬度相同　⑤石墨层内导电性和层间导电性不同 A.全对 B.①②③ C.①②⑤ D.②③④ 【答案】C 【解析】③不正确，石墨的熔点比金刚石高；④不正确，石墨质软，金刚石的硬度大。 2.磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构（如图1）。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷—石墨复合材料，其单层结构俯视图如图2所示。 下列说法正确的是 （　　） A.黑磷中P—P键的键能完全相同 B.黑磷与石墨都属于混合型晶体 C.由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，未发生化学反应 D.复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属于范德华力 【答案】B 【解析】据图1可知黑磷中P—P键的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A错误；黑磷与石墨类似，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间存在范德华力，所以为混合型晶体，故B正确；由石墨与黑磷制备该复合材料的过程中，P—P键和C—C键断裂，形成P—C键，发生了化学反应，故C错误；复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力为共价键，故D错误。 3.碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石晶胞的结构图： 回答下列问题： （1）金刚石、石墨烯（指单层石墨）中碳原子的杂化方式分别为　　　　、　　　　。  （2）C60属于　　　　晶体，石墨属于　　　　晶体。  （3）在金刚石晶体中，碳原子数与化学键数之比为　　　　　　　；在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为　　　　，该晶体中碳原子数与共价键数之比为　　　　。  （4）石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。推测金刚石的熔点　　　　（填“>”“<”或“=”）石墨的熔点。  【答案】（1）sp3杂化　sp2杂化　（2）分子　混合型 （3）1∶2　3　2∶3　（4）< 【解析】（1）金刚石中碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂化方式），构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化方式，形成平面六元环结构。（2）C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨晶体有共价键、范德华力和类似金属键的作用力，所以石墨属于混合型晶体。（3）金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为4×=2，则碳原子数与化学键数之比为1∶2。石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分别为6×=2和6×=3，每个碳原子平均拥有的共价键数为3×=，则碳原子数与共价键数之比值为2∶3。（4）石墨中的C—C键比金刚石中的C—C键键长短，键能大，故石墨的熔点高于金刚石的熔点。 一、共价晶体的结构、性质与判断 1.共价晶体的结构特征 （1）在共价晶体中，各原子间均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。 （2）空间网状结构 共价晶体的构成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅表示晶体中所含原子的个数比。 2.共价晶体熔点和硬度的决定影响因素 对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越强，熔点越高，硬度越大。 3.共价晶体的判断依据 （1）根据共价晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。 （2）根据共价晶体的物理性质判断。 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熔点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。 实践应用 1.下列物质中，属于共价晶体的化合物是 (　　) A.无色水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.氯化钠晶体 【答案】A 【解析】A项，无色水晶是共价晶体，属于化合物；B项，晶体硅是单质；C项，金刚石是单质；D项，氯化钠晶体是离子晶体。 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。其结构如右图所示，下列判断正确的是 (　　) A.金刚石中C—C键之间的夹角均为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键的键能无关 C.金刚石中碳原子数目与C—C键数目之比为1∶2 D.金刚石的熔点高，所以用金刚石钻头打孔过程中不需要进行浇水冷却 【答案】C 【解析】金刚石是共价晶体，CH4不是共价晶体，二者的晶体类型不同，A项错误；金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要吸收的能量多，故金刚石的熔点很高，B项错误；金刚石中每个C都参与了4条C—C键的形成，而每条键对每个C的贡献只有一半，故碳原子数目与C—C键数目之比为1∶＝1∶2，C项正确；金刚石的熔点虽然高，但在打孔过程中会产生很高的温度，若不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化，D项错误。 3.二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是 (　　) A.方英石晶体中存在着SiO2结构单元 B.1 mol Si形成2 mol Si—O键 C.图示结构单元中实际占有18个硅原子 D.方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为109°28′ 【答案】D 【解析】由方英石结构示意图知，方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项错误；1 mol Si形成4 mol Si—O键，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项错误；方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，说明Si—O键之间的夹角为109°28′，D项正确。 二、原子分数坐标及晶胞投影图 1.原子分数坐标 （1）概念：表示晶胞内部各原子的相对位置。 （2）确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②一般以坐标轴所在平行六面体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 2.投影图 （1）面心立方堆积模型的投影分析 （2）体心立方堆积投影分析 （3）金刚石晶胞投影图分析 实践应用 1.已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示。 已知a、b的原子分数坐标依次为（0，0，0）、（，，），则d的原子分数坐标为　　　　。  【答案】（，，） 【解析】由位于顶点的a原子、体心的b原子的分数坐标依次为（0，0，0）、（，，）可知，平行六面体的边长为1，则位于体对角线处的d的原子分数坐标为（，，）。 2.已知Cu2S晶胞中S2-的位置如图所示，Cu+位于S2-所构成的正四面体中心。 已知图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），则晶胞中与A距离最近的Cu+的原子分数坐标为　　　　　　。  【答案】 （，，） 【解析】在Cu2S晶胞中，正四面体中心共有8个，每个正四面体中心均分布着一个Cu+，每个S2-周围有8个Cu+，图中A处（S2-）的原子分数坐标为（0，0，0），A与相邻的三个面心原子形成一个正四面体，与A距离最近的Cu+位于此正四面体的中心，则Cu+的原子分数坐标为（，，）。 3.分别用、表示H2P和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图（a）所示，图（b）、图（c）分别显示的是H2P、K+在晶胞xz面、yz面上的位置： ①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为　　g·cm-3（写出表达式）。  ②晶胞在x轴方向的投影图为　　　　（填字母）。  【答案】　①　②B 【解析】①由晶胞结构可知，H2P位于晶胞的顶点、面上和体心，顶点上有8个、面上有4个、体心有1个，故晶胞中H2P的数目为8×+4×+1=4；K+位于面上和棱上，面上有6个、棱上有4个，故晶胞中K+的数目为6×+4×=4。因此，平均每个晶胞中占有的H2P和K+的数目均为4，若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，则晶胞的体积为10-30a2c cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为 g·cm-3。 ②由图（a）、（b）、（c）可知，晶胞在x轴方向的投影图为，选B。 考点一 共价晶体及其性质 【例1】下列说法错误的是 （　　） A.凡是共价晶体都含有共价键 B.凡是共价晶体都有正四面体结构 C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构 D.凡是共价晶体都具有很高的熔点 【答案】B 【解析】共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，所以共价晶体中都含有共价键，故A正确；共价晶体具有空间立体网状结构，并不都是正四面体结构，故B错误；共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间立体网状结构的晶体，具有三维骨架结构，故C正确；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，故D正确。 【变式1-1】下列事实能说明刚玉（Al2O3）是共价晶体的是 （　　） ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ 【答案】B 【解析】Al2O3 是两性氧化物，属于物质的分类，与晶体类型无关，①错误；硬度很大、熔点为2 045 ℃（很高），都是共价晶体的物理性质，②③正确；红宝石、蓝宝石是刚玉在自然界中的存在形式，与晶体类型无关，④错误。 【变式1-2】据报道，在40 GPa压强下，用激光加热CO2到1 800 K，可以制得某种CO2晶体，其结构类似于SiO2的结构。下列有关推断错误的是 （　　） A.该晶体不可用作制冷剂 B.该晶体硬度大，可用作耐磨材料 C.该晶体具有很高的熔点 D.该晶体中每个碳原子形成2个碳氧双键 【答案】D 【解析】由题述信息可知，制得的CO2晶体为共价晶体，具有很高的熔点，不易升华，不可用作制冷剂，故A、C项正确；共价晶体硬度大，可用作耐磨材料，故B项正确；CO2共价晶体的结构类似于SiO2的结构，碳原子和氧原子间应为单键，每个碳原子形成4个C—O键，故D项错误。 考点二 共价晶体的结构 【例2】二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示，下列说法正确的是 （　　） A.n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4 B.CO2和SiO2是等电子体，晶体类型相同 C.晶体中Si原子杂化方式为sp3，O原子杂化方式为sp D.晶体中最小环上的原子数为6 【答案】A 【解析】根据图知，该晶体中每个Si原子连接4个O原子、每个O原子连接2个Si原子，则Si、O原子个数之比为2∶4 =1∶2，每个Si原子含有4个硅氧键，则n（Si）∶n（O）∶n（Si—O键）=1∶2∶4，A正确；CO2晶体是由分子构成的，SiO2晶体是由原子构成的，则前者为分子晶体、后者为共价晶体，晶体类型不同，B错误；该晶体中每个Si原子形成4个共价键，每个O原子形成2个共价键且每个O原子还含有2对孤电子对，则Si、O原子的价电子对数都是4，则Si、O原子都采用sp3杂化，C错误；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，所以最小环上的原子数为12，D错误。 【变式2-1】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。 【变式2-2】最近我国科学家预测并合成了新型碳材料：T⁃碳。可以看做金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代（如图所示，所有小球代表碳原子）。下列说法不正确的是 （　　） A.T⁃碳与金刚石互为同位素 B.T⁃碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同 C.T⁃碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同 D.T⁃碳与金刚石晶体类型相同，熔化时均需破坏共价键 【答案】A 【解析】T⁃碳是由C元素组成的单质，与金刚石互为同素异形体，A选项错误；T⁃碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键，B选项正确；T⁃碳与金刚石中的碳原子均采取sp3杂化，C选项正确；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正四面体结构单元替代，属于共价晶体，两者熔化时均需破坏共价键，D选项正确。 【变式2-3】根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种β⁃氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为一种超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示（实际结构为空间网状结构）。下列有关氮化碳的说法不正确的是 （　　） A.该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构 B.氮化碳中碳显+4价，氮显-3价 C.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 D.氮化碳的分子式为C3N4 【答案】D 【解析】碳原子最外层有4个电子，形成4个共价键后满足8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成3个共价键后也满足8电子稳定结构，A正确；由于元素的非金属性：N>C，所以形成共价键时，共用电子偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮显-3价，B正确；氮化碳是共价晶体，不存在分子，D错误。 考点三 分子晶体及结构 【例3】下列说法正确的是 （　　） A.范德华力普遍存在于分子之间，如液态水中因范德华力的存在使水分子发生缔合 B.H2SO4为强电解质，硫酸晶体是能导电的 C.冰中1个H2O分子可通过氢键与4个水分子相连，所以冰中H2O分子与氢键的数目之比为1∶4 D.氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时体积会变大 【答案】D 【解析】液态水中因分子间氢键的存在使水分子发生缔合，A不正确；虽然H2SO4为强电解质，但是硫酸晶体是分子晶体，不能导电，B不正确；氢键有饱和性和方向性，所以液态水结成冰时，水分子之间的空隙变大，故其体积会变大，D正确。 【变式3-1】北京2022年冬奥会采用CO2临界直冷技术，实现“水立方”变为“冰立方”。干冰晶胞如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.冰、干冰晶体类型不同 B.“水立方”变为“冰立方”，密度减小 C.用干冰制冷比用氟利昂制冷环保 D.1个干冰晶胞的质量约为 g 【答案】A 【解析】冰、干冰都属于分子晶体，A项错误；在冰晶体中，每个水分子周围只有四个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力为氢键，而氢键具有饱和性和方向性，所以冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，使得冰的密度比液态水的小，故“水立方”变为“冰立方”，密度减小，B项正确；氟利昂排放到大气中会破坏臭氧层，干冰不会，C项正确；由干冰的晶胞可知，1个晶胞中含CO2的个数为8×+6×=4，则1个干冰晶胞的质量约为 g= g，D项正确。 【变式3-2】碘的晶胞结构如图，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.碘晶体为共价晶体 D.氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构类似，晶胞大小也相同 【答案】B 【解析】碘晶体为分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，故A、C错误；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×+6×=4个碘分子，故B正确。 【变式3-3】如图是甲烷晶体的晶胞结构，图中每个小球代表一个甲烷分子（甲烷分子分别位于立方体的顶点和面心），下列有关该晶体的说法正确的是 （　　） A.该晶体与HI的晶体类型不同 B.该晶体熔化时只需要破坏共价键 C.SiH4分子的稳定性强于甲烷 D.每个顶角上的甲烷分子与它最近且等距的甲烷分子有12个 【答案】D 【解析】甲烷、HI晶体均属于分子晶体，A项错误；甲烷晶体属于分子晶体，熔化时只需要破坏分子间作用力，不需要破坏共价键，B项错误；C的非金属性比Si强，所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷，C项错误；根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶点上的甲烷分子为研究对象，与它最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上，每个顶点上的甲烷分子被8个立方体共用，每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用，所以每个甲烷分子周围与它最近且等距的甲烷分子有=12个，D项正确。 【变式3-4】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.若晶胞中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】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错误；在冰晶体中，每个水分子与四个相邻水分子通过氢键相结合，故B正确；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正确；在冰晶体中，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点方向的4个相邻水分子相互作用，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正确。 考点四 分子晶体的性质 【例4】分子晶体具有某些特征的本质原因是 （　　） A.组成晶体的基本微粒是分子 B.熔融时不导电 C.晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D.熔点一般比较低 【答案】C 【解析】分子晶体相对于其他晶体，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其微粒间以分子间作用力相结合，相对于化学键来说比较弱。 【变式4-1】下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是 （　　） ①HCl　②HBr　③HI　④CO　⑤N2　⑥H2 A.①②③④⑤⑥ B.③②①⑤④⑥ C.③②①④⑤⑥ D.⑥⑤④③②① 【答案】C 【解析】相对分子质量越大，范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高。 【变式4-2】医院在进行外科手术时，常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂，已知HgCl2有如下性质：①HgCl2晶体熔点较低；②HgCl2熔融状态下不导电；③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述正确的是 （　　） A.HgCl2晶体属于分子晶体 B.HgCl2属于离子化合物 C.HgCl2属于电解质，且属于强电解质 D.HgCl2属于非电解质 【答案】A 【解析】由HgCl2的性质可知，HgCl2晶体属于分子晶体，属于共价化合物，是弱电解质。 【变式4-3】如图所示是某无机化合物二聚分子的球棍模型，该分子中A、B两种元素都是第3周期的元素，分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构。下列说法不正确的是 （　　） A.该化合物的分子式是Al2Cl6 B.该化合物是离子化合物，在熔融状态下能导电 C.该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体 D.该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键 【答案】B 【解析】将二聚分子变成单分子，得BA3，根据两种元素都处于第3周期，可知BA3可能是PCl3或AlCl3，而在PCl3中所有原子最外层均已达到稳定结构，不可能形成二聚分子，故只能是AlCl3，则该化合物的分子式是Al2Cl6，故A正确；由题给信息可知，该化合物属于共价化合物，不存在离子键，只有极性共价键，在熔融状态下不能导电，固态时形成的晶体是分子晶体，故B错误，C、D正确。 基础达标 1.氮化硼是一种新合成的结构材料，它具有硬度大、耐磨、耐高温的性质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是 （　　） A.C60和金刚石 B.晶体硅和水晶 C.冰和干冰 D.碘和金刚砂 【答案】B 【解析】由题意知氮化硼具有硬度大、耐磨、耐高温的性质，故推测其为共价晶体，熔化时克服的微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时克服的均是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时克服的分别是分子间作用力和共价键，D项错误。 2.下列排序不正确的是 （　　） A.晶体的熔点：SiO2>CaCl2>H2O>CO2 B.硬度：金刚石>碳化硅>晶体硅 C.熔点：Na>Mg>Al D.熔点：NaF>NaCl>NaBr>NaI 【答案】C 【解析】一般情况下，共价晶体的熔点高于离子晶体的熔点，所以SiO2>CaCl2，常温下H2O为液体，CO2为气体，则晶体熔点由高到低顺序为SiO2>CaCl2>H2O>CO2，故A正确；共价晶体中，键长越短，共价键越强，硬度越大，键长：C—C<C—Si<Si—Si，则硬度由大到小为金刚石>碳化硅>晶体硅，故B正确；金属晶体中金属离子的电荷数越多、半径越小，金属键越强，其熔点越高，则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na，故C错误；F、Cl、Br、I的离子半径逐渐增大，则晶格能由大到小的顺序为NaF>NaCl>NaBr>NaI，熔点由高到低的顺序是NaF>NaCl>NaBr>NaI，故D正确。 3.有关晶体的结构如图所示。下列说法错误的是 （　　） A.NaCl与CsCl均为离子晶体，晶格能：NaCl<CsCl B.NaCl晶体中，Na+位于最近的Cl-形成的正八面体空隙中 C.1 mol金刚石中形成2 mol碳碳键 D.CuS晶胞中，Cu2+填充在S2-形成的四面体空隙中，其填充率为50% 【答案】A 【解析】NaCl与CsCl均为离子晶体，离子半径：Na+<Cs+，故晶格能：NaCl>CsCl，A项错误；NaCl晶体中Na+和Cl-的配位数均为6，根据图示， Na+ 位于最近的 Cl- 形成的正八面体空隙中，B项正确；1个CuS晶胞中共含有8个正四面体空隙，有 8×+6×=4 个 S2- ，根据化学式CuS， Cu2+ 也有4个，填充率为 ×100%=50%，D项正确。 4.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的原子分数坐标为（，，）。下列说法不正确的是 （　　） A.Se基态原子价电子排布式为3d104s24p4 B.B原子的分数坐标为（，，） C.晶胞中，与Cd原子距离最近且相等的Cd原子有12个 D.第4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，其基态原子价电子排布式为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原子的分数坐标为（，，），B正确；晶胞中，Cd原子位于晶胞的顶点和面心， 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，每个顶点属于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ⅡA族、ⅤA族元素反常，Ga、As分别是ⅢA、ⅤA族元素，因此第4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。 5.已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M g·mol-1，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为d g·cm-3。下列说法正确的是 （　　） A.晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1 B.晶体中阴、阳离子的配位数都是4 C.该晶胞不可能是NaCl的晶胞 D.该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为 cm 【答案】C 【解析】利用切割法分析可知，晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为4，A错误；晶胞中阴、阳离子的配位数都是6，B错误；设晶胞边长为a cm，则两个距离最近的阳离子的核间距为a cm，4×M=NA×a3×d，可求出a=，该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为× cm，D错误。 6.科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是 （　　） A.晶体最简化学式为KCaB6C6 B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个 C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D.晶体的密度为 g·cm-3 【答案】C 【解析】根据晶胞结构可知，其中K个数：8×=1，Ca个数：1，B个数：12×=6，C个数：12×=6，故其最简化学式为KCaB6C6，A正确；K+位于晶胞顶点，Ca2+位于体心，则晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个，B正确；根据晶胞结构可知，晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，C错误；由A项分析知晶胞质量为 g，晶胞体积为a3×10-30 cm3，则其密度为 g·cm-3，D正确。 7.某些共价晶体的熔点如下表所示： 共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗 熔点/℃ >3 500 3 000 1 412 1 211 根据上表中的数据回答下列问题： （1）从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是　　　 　　　　。  （2）ⅣA族与ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系：　　　　　　　　　　　　（用化学式表示）。  【答案】（1）碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键键能逐渐减小　（2）C3N4>Si3N4 【解析】（1）金刚石、硅、锗晶体的结构相似，都属于共价晶体，由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键的键能逐渐减小，所以金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低。（2）由于C的原子半径比Si的原子半径小，则键长：C—N键<Si—N键，键能：C—N键>Si—N键，故熔点：C3N4>Si3N4。 8.（1）金刚砂（SiC）的硬度很大，摩氏硬度为9.5级，仅次于金刚石，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂的晶体类型为　　　　　；在SiC中，与每个C原子距离相等且最近的C原子数目为　　　　　；若晶胞的边长为a pm，则金刚砂的密度为　　　　　　　　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  （2）氮化镓的结构与金刚石相似，金刚石的晶胞结构如图乙所示。 ①氮与镓之间形成的化学键类型为　　　　　　　　，镓原子的配位数为　　　　　　　　　，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　　　　　　。  ②若该金刚石晶体的密度为ρ g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中相距最近的两个碳原子之间的距离为　　　　cm（用代数式表示）。  【答案】（1）共价晶体　12　 （2）①共价键　4　正四面体形　②× 【解析】（1）由题述信息可知，金刚砂（SiC）属于共价晶体；以晶胞顶点的C原子为例，距离该碳原子最近的碳原子位于晶胞的面心上，每个顶点C原子被8个晶胞共用，故与每个碳原子距离相等且最近的碳原子数目为=12；该晶胞中C原子个数为8×+6×=4，Si原子个数为4，相当于每个晶胞中含有4个SiC，晶胞边长为a×10-10 cm，故ρ== g·cm-3。 （2）①根据氮化镓的结构与金刚石相似可知，GaN为共价晶体，氮与镓之间形成的化学键类型为共价键，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形。②在金刚石晶胞中含有的碳原子的数目是8×+6×+4=8，则根据晶体的密度ρ=可知，V= cm3= cm3，晶胞的边长为= cm，在晶胞中两个相距最近的碳原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即× cm。 9.“张亭栋研究小组”受民间中医启发，发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮（N）、磷（P）、砷（As）为ⅤA族元素，该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。 （1）氮原子的价电子排布式为　　　　，N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为　　　　。  （2）立方氮化硼晶体（BN）是一种超硬材料，有优异的耐磨性，其晶胞如图所示。 ①立方氮化硼是　　　　晶体，晶体中氮原子的杂化轨道类型为　　　，硼原子的配位数为　　。  ②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目之比为　　　　。  （3）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）。 【答案】（1）2s22p3　N>P>As （2）①共价　sp3杂化　4　②3∶1 （3）4　4　 【解析】（1）氮原子的原子序数为7，价电子排布式为2s22p3；N、P、As位于同一主族，随着原子序数逐渐增大，原子半径逐渐增大，原子失去电子的能力逐渐增强，原子的第一电离能逐渐减小，所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As。 （2）①立方氮化硼晶体超硬，具有优异的耐磨性，推测立方氮化硼晶体为共价晶体；立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构，硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构，因此晶体中氮原子的杂化轨道类型为sp3；硼原子的配位数为4。②硼原子最外层有3个电子，形成4个共价键，所以含有1个配位键，故硼原子与氮原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。 （3）金刚石晶胞中有8个碳原子，则BN晶胞中也有8个原子，硼原子、氮原子各4个。BN的摩尔质量为25 g·mol-1，一个晶胞的质量为×25 g，除以一个晶胞的体积（361.5×10-10）3 cm3，即为晶体的密度。 10.下列说法正确的是 （　　） A.分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键 B.水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关 C.CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体 D.HF、HCl、HBr、HI的熔、沸点随着相对分子质量的增加依次升高 【答案】A 【解析】分子晶体中一定存在分子间作用力，可能有共价键（如水分子），可能没有（如稀有气体分子），A正确；水是一种非常稳定的化合物，属于化学性质的表现，其中含有氢键，会导致沸点较高，和稳定性无关，B错误；CO2晶体是由二氧化碳分子之间通过范德华力结合构成的分子晶体，二氧化硅不属于分子晶体，C错误；同一主族简单氢化物的相对分子质量越大其熔、沸点越高，但含有氢键的氢化物熔、沸点反常高，HF中含有氢键，其熔、沸点最高，D错误。 11.根据下表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是 （　　） AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅 熔点/℃ 190 -70.4 2 573 >3 500 1 412 沸点/℃ 183 57 2 823 4 827 2 355 A.SiCl4是分子晶体 B.晶体硼是共价晶体 C.AlCl3是分子晶体，加热能升华 D.金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱 【答案】D 【解析】　由表中数据可知，SiCl4的熔、沸点较低，属于分子晶体，故A正确；晶体硼的熔、沸点很高，是共价晶体，故B正确；由表中数据可知AlCl3的沸点比熔点低，所以AlCl3加热能升华，故C正确；C原子半径小于Si原子半径，金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键键长短，键能大，故D错误。 12.下列说法正确的是 （　　） A.酸性：H2SO4>H3PO4>H3BO3>H2CO3 B.在25 ℃、101 kPa下，2.24 L丙烯所含非极性键小于0.2NA C.测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液的导电性发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物 D.ⅣA族元素氢化物沸点顺序是GeH4>SiH4>CH4，则ⅤA族元素氢化物沸点顺序是AsH3>PH3>NH3 【答案】B 【解析】元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强，非金属性：S>P>C>B，故酸性：H2SO4>H3PO4>H2CO3>H3BO3，A错误；25 ℃比标准状况下的温度要高，压强相同，根据pV=nRT，温度越高，物质的量越小，因此2.24 L丙烯的物质的量小于0.1 mol，故其所含非极性键小于0.2NA，B正确；分子晶体溶于水后也可以发生电离而导电，如氯化氢，故不能根据水溶液是否导电来判断是否为离子化合物，C错误；碳族元素氢化物中都不含氢键，所以其氢化物熔、沸点只与分子间作用力有关，则ⅣA族元素氢化物沸点顺序是GeH4>SiH4>CH4，氮族元素氢化物中氨气存在分子间氢键，导致其熔、沸点反常高，则ⅤA族元素氢化物沸点顺序是NH3>AsH3>PH3，D错误。 13.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可以形成自然界中硬度最大的共价晶体。下列叙述错误的是 （　　） A.X2Y晶体的熔点高于WX4晶体的熔点 B.固态X2Y2是分子晶体 C.ZW是共价晶体，其硬度比Z晶体的大 D.Z、W是同一主族的元素，Z、W与元素Y形成的晶体都是共价晶体 【答案】D 【解析】X2Y晶体是冰，含氢键，熔点高于CH4，A正确；固态X2Y2是H2O2，构成微粒为分子，属于分子晶体，B正确；SiC的结构与金刚石相似，为共价晶体，C—Si键强度大于Si—Si键，SiC的硬度比晶体硅的大，C正确；CO2、CO是分子晶体，SiO2是共价晶体，D错误。 14.有四组同一族元素所形成的不同物质，在101 kPa时测定它们的沸点（℃）如下表所示： 第一组 A -268.8 B -249.5 C -185.8 D -151.7 第二组 F2 -187.0 Cl2 -33.6 Br2 58.7 I2 184.0 第三组 HF 19.4 HCl -84.0 HBr -67.0 HI -35.3 第四组 H2O 100.0 H2S -60.2 H2Se -42.0 H2Te -1.8 下列判断正确的是 （　　） A.第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子中化学键键能最大 B.化合物的稳定性：HBr>H2Se C.第三组物质溶于水后，溶液的酸性：HF>HCl>HBr>HI D.第一组物质是分子晶体，一定含有共价键 【答案】B 【解析】第四组物质中H2O的沸点最高，是因为H2O分子之间可以形成氢键，A不正确；Se和Br同为第4周期元素，Br的非金属性较强，故氢化物的稳定性：HBr>H2Se，B正确；第三组物质溶于水后，HF溶液的酸性最弱，C不正确；第一组物质是分子晶体，但分子中不一定含有共价键，如稀有气体，D不正确。 综合应用 15.C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示（石墨仅表示其中的一层结构）： （1）C60、金刚石和石墨三者的关系互为　　　　（填字母）。  A.同分异构体 B.同素异形体 C.同系物 D.同位素 （2）C60分子中含有双键和单键，推测C60跟F2　　　（填“能”或“否”）发生加成反应。C60固体与金刚石熔点更高的是　　　　，原因是　　　　 　　　　。  （3）硅晶体的结构跟金刚石相似，但其最高价氧化物的物理性质差别较大，是因为SiO2是　　　　晶体，CO2是　　　　晶体。  （4）石墨层状结构中，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是　　　　。层与层以　　　　相结合，所以石墨是非常好的润滑剂。  【答案】（1）B　（2）能　金刚石　C60是分子晶体，熔化时需克服分子间作用力，金刚石是共价晶体，熔化时需克服共价键　（3）共价　分子　（4）2　范德华力 【解析】（1）C60、金刚石和石墨三者都是碳元素形成的不同单质，所以它们互为同素异形体。 （2）C60晶体中存在不饱和的碳碳双键，在一定条件下能与F2发生加成反应。 （4）因为每个碳原子被3个正六边形共用，所以平均每个正六边形拥有的碳原子个数是6×=2。 16.Ⅰ.硒是人体需要的重要微量元素之一，参与体内多种代谢。试回答下列问题： （1）硒元素的基态原子核外电子排布中成对电子与成单电子的个数比为　　　　；在同一周期中比它的第一电离能大的元素有　　　　种。  （2）SeO3与水反应可以生成H2SeO4。H2SeO4分子中心原子的轨道杂化方式为　　　　　；固体H2SeO4存在作用力除范德华力、共价键外还有　　　　　　。  （3）固态SeO2（如图）是以锥体形的角氧相连接的聚合结构，每一个锥体带一个端氧原子。 ①同为分子晶体，SeO2的熔点为350 ℃而SO2的熔点为-75.5 ℃，原因是　　　　。  ②图中Se—O键较短的是　　　　（填“a”或“b”）。  Ⅱ.LiGaH4是一种温和的还原剂，其可由GaCl3和过量的LiH反应制得：GaCl3+4LiH===LiGaH4+3LiCl。 （4）已知GaCl3的熔点为77.9 ℃，LiCl的熔点为605 ℃，两者熔点差异较大的原因为　　　 　　　　。  （5）GaCl3在270 ℃左右以二聚物存在，该二聚物的每个原子都满足8电子稳定结构，写出它的结构式：　　　　　　。  【答案】（1）16∶1　3 （2）sp3　氢键 （3）①固态SeO2发生聚合，相对分子质量很大，范德华力大，熔点高　②b （4）LiCl属于离子晶体，晶体粒子间作用力为离子键，GaCl3为分子晶体，晶体粒子间的作用力为范德华力 （5） 【解析】（1）硒元素的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p4，成对电子与成单电子的个数比为16∶1；同周期主族元素第一电离能从左到右呈增大的趋势，但是As元素4p轨道处于半充满稳定状态，第一电离能大于Se，所以在同一周期中比硒的第一电离能大的元素有3种。 （2）由于H2SO4中S的杂化方式为sp3，因此H2SeO4中Se的杂化方式也应为sp3；固体H2SeO4存在的作用力除范德华力、共价键外还有氢键。 （3）②依据共价键饱和性可知，a为Se—O键，b为SeO键，b中含有π键，电子云重叠程度大，使得键长短。 （5）结合二聚物和每个原子都满足8电子稳定结构的信息，可推测Ga的空轨道应该会与Cl的孤电子对形成配位键，可写出其结构式为。 17.某种金属卤化物无机钙钛矿的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，则该物质的化学式为　　　　； 晶体中Pb2+与Cs+最短距离为　　　　pm；晶体的密度ρ=　　　　　g·cm-3（设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、NA的代数式表示）。  【答案】CsPbI3　　 【解析】Cs+有8个位于顶点，个数为8×=1；I-有6个位于面心，个数为6×=3，Pb2+有1个位于体心，则该晶胞的化学式：CsPbI3，晶体中Pb2+与Cs+最短距离为体对角线长的一半，即为 pm；晶胞质量为 g，晶胞体积为（a×10-10）3 cm3，则晶体密度为 g·cm-3。 18.水催化氧化是“分子人工光合作用”的关键步骤。水的晶体有普通冰和重冰等不同类型。普通冰的晶胞结构与水分子间的氢键如图甲、乙所示。晶胞参数a=452 pm，c=737 pm，γ=120°；标注为1、2、3的氧原子在z轴的分数坐标分别为0.375c、0.5c、0.875c。 （1）晶胞中氢键的长度（O—H…O的长度）为　　　　pm（结果保留一位小数）。  （2）普通冰晶体的密度为　　　　g·cm-3（列出数学表达式，不必计算出结果）。  【答案】（1）276.4 （2） 【解析】（1）晶胞中氢键的长度（O—H…O的长度）为0.375×737 pm≈276.4 pm。 （2）由晶胞结构可知该晶胞中含有4个水分子，晶胞质量为g，晶胞体积为452×226×737×10-30 cm-3，晶体密度为 g·cm-3。 拓展培优 19.Si与P形成的某化合物晶体的晶胞如图。该晶体类型是　　　，该化合物的化学式为　　　。  （2）一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影图如下所示，晶胞中含有　　　　　个Mg。该物质化学式为　　　　　，B-B最近距离为　　　　　。  【答案】（1）共价晶体　SiP2　（2）1　MgB2　a 【解析】（1）根据均摊法可知，一个晶胞中含有8×+6×=4个Si，8个P，故该化合物的化学式为SiP2。（2）由硼镁化合物的晶体结构可知Mg位于正六棱柱的顶点和面心，由均摊法可以求出正六棱柱中含有12×+2×=3个Mg，由晶胞沿c轴的投影图可知本题所给晶体结构包含三个晶胞，则晶胞中Mg的个数为1；晶体结构中B在正六棱柱体内共6个，则该物质的化学式为MgB2；由晶胞沿c轴的投影图可知，B原子在图中两个正三角形的重心，该点到顶点的距离是该点到对边中点距离的2倍，顶点到对边的垂线长度为a，因此B-B最近距离为a××2=a。 20.反型钙钛矿电池无须使用具有光催化活性的TiO2（通过氮掺杂生成TiO2-aNb，反应如图）以及掺杂的有机空穴传输层，光照下的输出稳定性更好，更具发展潜力。 TiO2-aNb晶体中a=　　　　；已知原子A、B的分数坐标分别为（0，0，）和（1，0，0），则原子C的分数坐标为　　　　，设阿伏加德罗常数的值为NA，TiO2晶体的密度为　　　　g·cm-3。  【答案】　　（1，1，）　 【解析】由TiO2-aNb晶体结构可知，氮掺杂反应后，有3个氧空穴，氧原子6个在棱上，6个在面上，1个在体内，根据切割法在晶胞中氧原子的个数为6×+6×+1=；氮原子1个在面上，1个在棱上，晶胞中氮原子的个数为1×+1×=；钛原子8个在顶点，4个在面上，1个在体心，晶胞中钛原子的个数为8×+4×+1=4；所以，钛原子、氧原子和氮原子的原子个数比为4∶∶=1∶∶；化学式为TiO2-aNb，则2-a=，a=。由TiO2的晶胞结构可知：原子A、B的分数坐标分别为（0，0，）和（1，0，0），则原子C的分数坐标为（1，1，）。由TiO2的晶胞图，晶胞中钛原子的个数为8×+4×+1=4；晶胞中氧原子的个数为8×+8×+2=8；故1个晶胞中含有4个TiO2，TiO2晶体的密度为ρ=== g·cm-3。 21.一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。 图中F-和O2-共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1-x代表，则该化合物的化学式表示为　　　；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ=　　　g·cm-3。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的分数坐标为，则原子2和3的分数坐标分别为　　　　、 　　　　。  【答案】SmFeAsO1-xFx　 　 【解析】由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中Sm个数为4×=2，Fe个数为1+4×=2，As个数为4×=2，O或F个数为8×+2×=2，即该晶胞中O和F的个数之和为2，F-的比例为x，O2-的比例为1-x，故该化合物的化学式为SmFeAsO1-xFx。1个晶胞的质量为g=g，1个晶胞的体积为a2c pm3=a2c×10-30cm3，故密度ρ= g·cm-3。原子2位于底面面心，其坐标为；原子3位于棱上，其坐标为。 22.磷化硼是一种耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼晶体晶胞如图1所示： （1）晶胞中，磷原子的配位数为　　　　。  （2）已知晶胞边长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则磷化硼晶体的密度为　　　　 g·cm-3（列出计算表达式）。  （3）磷化硼晶胞沿体对角线方向的投影如图2，请将其中表示B原子的圆圈涂黑。 【答案】（1）4　（2） （3） 【解析】（1）从底面面心的P原子分析，周围等距离且最近的B原子有4个。（2）1个晶胞中P原子数目：8×+6×=4，B原子数目为4，所以晶体密度ρ== g·cm-3。（3）根据晶胞结构分析，磷化硼晶胞沿体对角线方向可以观察到六边形，中心B与P重合，六边形中形成两个倒立关系的正三角形，分别由3个B原子、3个P原子形成。 23.图（a）是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图（b）是沿立方格子对角面取得的截图。可见，Cu原子之间最短距离x=　　　　pm，Mg原子之间最短距离y=　　　　pm。设阿伏加德罗常数的值为NA，则MgCu2的密度是　　　　g·cm-3（列出计算表达式）。  【答案】　a　a　 【解析】观察图（a）和图（b）知，4个铜原子相切并与面对角线平行，有（4x）2=2a2 pm，x=a pm。镁原子堆积方式类似金刚石，有y=a pm。已知1 cm=1010 pm，晶胞体积为（a×10-10）3 cm3，代入密度公式计算即可。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $