3.2 分子晶体与原子晶体（7大题型专项训练）化学人教版选择性必修2

第2节 分子晶体与原子晶体 题型01 分子晶体的结构和性质 题型02 常见的分子晶体 题型03 分子晶体的性质与应用 题型04 共价晶体的结构 题型05 典型的共价晶体 题型06 共价晶体的判断 题型07 共价晶体的性质 题型01 分子晶体的结构和性质 【解题必备】1、分子晶体的结构特征——堆积方式 分子密堆积 分子非密堆积 作用力 只有分子间作用力，无氢键 有分子间氢键，它具有方向性 空间特点 每个分子周围一般有12个紧邻的分子 空间利用率不高，留有相当大的空隙 堆积方式 分子看作球时，层与层间球心对空隙 分子看作球时，层与层间球心对球心 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 2、分子晶体中存在的相互作用力主要是分子间作用力，分子间作用力只影响物质的熔沸点、硬度、密度等物理性质，分子晶体一般都是绝缘体，熔融状态不导电。 【典例1】下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是(　　 ) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．干冰中只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子 【变式1-1】下列关于分子晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B．在分子晶体中一定存在共价键 C．冰和固体Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体 【变式1-2】下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　) A．分子内均存在共价键 B．分子间一定存在范德华力 C．分子间一定存在氢键 D．其结构一定不能由原子直接构成 【变式1-3】下列属于分子晶体性质的是(　　) A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ C．熔点1 400 ℃，可做半导体材料，难溶于水 D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3 题型02 常见的分子晶体 【解题必备】 1．分子晶体的构成微粒是分子，分子中各原子一般以共价键相结合，但并不是所有的分子晶体中都存在共价键，如：由单原子构成的稀有气体分子中就不存在化学键。 2．由于构成晶体的微粒是分子，因此分子晶体的化学式可以表示其分子式，即只有分子晶体才存在分子式。 【典例2】干冰晶胞如图所示，若干冰的晶胞棱长为a，则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有 (　　) A．4个　　 　B．8个　　　 　C．12个　　　　 D．6个 【变式2-1】下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是 (　　) A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大 【变式2-2】正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　 ) A．正硼酸晶体属于离子晶体，熔点很高 B．H3BO3的化学性质主要与氢键有 C．1molH3BO3晶体中有6mol氢键 D．分子中硼原子最外层不是8电子稳定结构 【变式2-3】下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是(　　) A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4 C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2 题型03 分子晶体的性质与应用 【解题必备】 1．分子晶体的微粒间以分子间作用力或氢键相结合，因此，分子晶体具有熔沸点低、硬度密度小，较易熔化和挥发等物理性质。 2．影响分子间作用力的大小的因素有分子的极性和相对分子质量的大小。一般而言，分子的极性越大、相对分子质量越大，分子间作用力越强。 3．分子晶体的熔沸点的高低与分子的结构有关：在同样不存在氢键时，组成与结构相似的分子晶体，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增大，分子晶体的熔沸点增大；对于分子中存在氢键的分子晶体，其熔沸点一般比没有氢键的分子晶体的熔沸点高，存在分子间氢键的分子晶体的熔沸点比存在分子内氢键的分子晶体的熔沸点高。 4．分子晶体的溶解性与溶剂和溶质的极性有关：一般情况下，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂——这就是相似相溶原理。如：HCl、等分子晶体易溶于水，而溴和碘等分子则易溶于汽油和四氯化碳等非极性溶剂。 5．分子间作用力不具有方向性和饱和性，而氢键具有方向性和饱和性。所以，不存在氢键的分子晶体可以以紧密堆砌的方式排列，而存在氢键的分子晶体则必须在一定的方向上堆砌排列。由于水中存在氢键，所以水在凝结成冰时，体积增大，密度减小。 【典例3】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 下列各项判断正确的是 (　　) 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．第三组与第四组相比较，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 【变式3-1】下列各物质所形成的晶体的熔、沸点高低的比较正确的是(　　) A．H2>N2>O2 B．NH3>AsH3>PH3 C．Cl2>Br2>I2 D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3 【变式3-2】SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是(　　) A．SiCl4晶体是分子晶体 B．常温、常压下SiCl4是气体 C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子 D．SiCl4的熔点高于CCl4 【变式3-3】C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是(　　) A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点 B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中 C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻 题型04 共价晶体的结构 【解题必备】 1．共价晶体 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．结构 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。 【解答要点】共价晶体具有不同的结构，对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，熔点越高，硬度越大。以金刚石、硅、锗为例，同主族从碳元素到锗元素，原子核外电子层数增多，原子半径依次增大，C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长，键能依次减小，故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。 【典例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 【变式4-1】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．共价晶体具有空间网状结构 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 【变式4-2】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是　 (　　) A．124 g P4含有的P—P键的个数为6NA B．28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA C．12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA D．60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA 【变式4-3】根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是(　　) A．该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构 B．氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价 C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连 D．氮化碳的分子式为C3N4 题型05 典型的共价晶体 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) 【典例5】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 【变式5-1】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 【变式5-2】如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金刚石的说法正确的是    A．金刚石晶体中碳碳键之间的夹角为120° B．金刚石晶胞中六元环中的碳原子在同一平面内 C．每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构 D．金刚石晶体中碳原子与碳碳键数目之比为1:4 【变式5-3】碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。下列说法正确的是 A．SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1 B．SiC晶体的熔点较高 C．SiC晶体的硬度较小 D．SiC属于分子晶体 题型06 共价晶体的判断 共价晶体的判断 1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。 2.依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上。 3.依据晶体的导电性判断：共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。 4.依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度大。 5.依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。 6.根据溶解性判断：共价晶体一般不溶于任何溶剂。 【典例6】单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/K 3550 1415 2573 沸点/K 4827 2628 2823 摩氏硬度 10 7.0 9.5 晶体硼的晶体类型属于________，理由是______________________________________。 【变式6-1】根据下列物质的性质判断为共价晶体的是 A．微溶于水，硬度小，熔点，固体或液体不导电 B．熔点，电的良导体，加压可变形 C．熔点，不导电，不溶于水和有机溶剂，硬度大 D．熔点，易溶于水，熔化时导电 【变式6-2】下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，不正确的是 A．在晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键 B．混合晶体石墨的熔点高于金刚石 C．的相对分子质量大于，所以的沸点高于 D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上最多4个碳原子共面 【变式6-3】金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是 A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高 B．C位于Si构成的正四面体空隙中 C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6 题型07 共价晶体的性质 【解题必备】共价晶体的性质①熔点很高。②硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。④难溶于一般的溶剂。 【典例7】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 【变式7-1】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．共价晶体的熔点与键能和范德华力强弱有关 C．共价晶体具有空间网状结构 D．共价晶体中不存在独立分子 【变式7-2】下列晶体性质的比较中不正确的是(　　) A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NH3>PH3 C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4 【变式7-3】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)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 分子晶体与原子晶体 题型01 分子晶体的结构和性质 题型02 常见的分子晶体 题型03 分子晶体的性质与应用 题型04 共价晶体的结构 题型05 典型的共价晶体 题型06 共价晶体的判断 题型07 共价晶体的性质 题型01 分子晶体的结构和性质 【解题必备】1、分子晶体的结构特征——堆积方式 分子密堆积 分子非密堆积 作用力 只有分子间作用力，无氢键 有分子间氢键，它具有方向性 空间特点 每个分子周围一般有12个紧邻的分子 空间利用率不高，留有相当大的空隙 堆积方式 分子看作球时，层与层间球心对空隙 分子看作球时，层与层间球心对球心 举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰 2、分子晶体中存在的相互作用力主要是分子间作用力，分子间作用力只影响物质的熔沸点、硬度、密度等物理性质，分子晶体一般都是绝缘体，熔融状态不导电。 【典例1】下列有关冰和干冰的叙述中不正确的是(　　 ) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C．干冰的熔点比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．干冰中只存在范德华力，不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子 【答案】A 【解析】A．干冰是由分子密堆积形成的晶体，冰晶体中水分子间采用非紧密堆积的方式形成晶体，A不正确;B．冰晶体中水分子间除了范德华力之外还有氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，B正确;C．干冰熔化时只克服范德华力，而冰熔化需要克服范德华力和氢键，氢键的能量比范德华力大得多，所以干冰的熔点比冰的熔点低得多，且常压下易升华，C正确;D．干冰晶体中CO2分子间只存在范德华力，分子采用紧密堆积方式，一个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，D正确;故选A。 【变式1-1】下列关于分子晶体的说法正确的是(　　) A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定 B．在分子晶体中一定存在共价键 C．冰和固体Br2都是分子晶体 D．稀有气体不能形成分子晶体 【答案】C 【解析】A项，分子晶体中分子间作用力越大，晶体的熔点越高，不影响分子的稳定性；B项，在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只有分子间作用力，而无共价键；D项，稀有气体能形成分子晶 【变式1-2】下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　) A．分子内均存在共价键 B．分子间一定存在范德华力 C．分子间一定存在氢键 D．其结构一定不能由原子直接构成 【答案】B 【解析】稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，且分子为单原子分子，故A、D项错误。分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B项正确，C项错误。 【变式1-3】下列属于分子晶体性质的是(　　) A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ C．熔点1 400 ℃，可做半导体材料，难溶于水 D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3 【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。 题型02 常见的分子晶体 【解题必备】 1．分子晶体的构成微粒是分子，分子中各原子一般以共价键相结合，但并不是所有的分子晶体中都存在共价键，如：由单原子构成的稀有气体分子中就不存在化学键。 2．由于构成晶体的微粒是分子，因此分子晶体的化学式可以表示其分子式，即只有分子晶体才存在分子式。 【典例2】干冰晶胞如图所示，若干冰的晶胞棱长为a，则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有 (　　) A．4个　　 　B．8个　　　 　C．12个　　　　 D．6个 【答案】C 【解析】以顶点CO2分子为研究对象，若干冰的晶胞棱长为a，该CO2分子周围与其相距a的CO2分子处于共用这个顶点的面的面心，由于顶点CO2分子为8个晶胞共有，则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有=12个，故选C。 【变式2-1】下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是 (　　) A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化后，水分子之间的空隙增大 【答案】A 【解析】冰晶体属于分子晶体，冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，故B、C两项均错误。每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成四面体结构，A项正确。冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子间由氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。 【变式2-2】正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　 ) A．正硼酸晶体属于离子晶体，熔点很高 B．H3BO3的化学性质主要与氢键有 C．1molH3BO3晶体中有6mol氢键 D．分子中硼原子最外层不是8电子稳定结构 【答案】D 【解析】A项，内的H3BO3通过氢键相连，正硼酸晶体属于分子晶体，熔点低，故A错误；B项，H3BO3的化学性质主要与分子内共价键有关，与氢键无关，故B错误；C项，每摩硼酸分子形成6摩氢键，每摩氢键2摩分子共用，1mol H3BO3晶体中有3mol氢键，故C错误；D项，分子中硼原子最外层只有6个电子，不是8电子稳定结构，故D正确；故选D。 【变式2-3】下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是(　　) A．NH3、P4、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4 C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、H2O、Na2O2 【答案】B 【解析】A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。 题型03 分子晶体的性质与应用 【解题必备】 1．分子晶体的微粒间以分子间作用力或氢键相结合，因此，分子晶体具有熔沸点低、硬度密度小，较易熔化和挥发等物理性质。 2．影响分子间作用力的大小的因素有分子的极性和相对分子质量的大小。一般而言，分子的极性越大、相对分子质量越大，分子间作用力越强。 3．分子晶体的熔沸点的高低与分子的结构有关：在同样不存在氢键时，组成与结构相似的分子晶体，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增大，分子晶体的熔沸点增大；对于分子中存在氢键的分子晶体，其熔沸点一般比没有氢键的分子晶体的熔沸点高，存在分子间氢键的分子晶体的熔沸点比存在分子内氢键的分子晶体的熔沸点高。 4．分子晶体的溶解性与溶剂和溶质的极性有关：一般情况下，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂——这就是相似相溶原理。如：HCl、等分子晶体易溶于水，而溴和碘等分子则易溶于汽油和四氯化碳等非极性溶剂。 5．分子间作用力不具有方向性和饱和性，而氢键具有方向性和饱和性。所以，不存在氢键的分子晶体可以以紧密堆砌的方式排列，而存在氢键的分子晶体则必须在一定的方向上堆砌排列。由于水中存在氢键，所以水在凝结成冰时，体积增大，密度减小。 【典例3】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 下列各项判断正确的是 (　　) 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．第三组与第四组相比较，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同为第四周期元素，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，如稀有气体分子中无共价键，D不正确。 【变式3-1】下列各物质所形成的晶体的熔、沸点高低的比较正确的是(　　) A．H2>N2>O2 B．NH3>AsH3>PH3 C．Cl2>Br2>I2 D．C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3 【答案】B 【解析】一般组成和结构相似的分子晶体的熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，即熔、沸点：H2<N2<O2、Cl2<Br2<I2，A、C项错误；NH3晶体中含有氢键，熔、沸点高，即熔、沸点：NH3>AsH3>PH3，B项正确；相对分子质量相同的烷烃，其支链越多，熔、沸点越低，即熔、沸点：C(CH3)4<(CH3)2CHCH2CH3<CH3CH2CH2CH2CH3，D项错误。 【变式3-2】SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是(　　) A．SiCl4晶体是分子晶体 B．常温、常压下SiCl4是气体 C．SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子 D．SiCl4的熔点高于CCl4 【答案】B 【解析】由于SiCl4具有分子结构，所以属于分子晶体。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与CCl4的结构相似，也是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力比CCl4的大，熔、沸点比CCl4的高。 【变式3-3】C60分子和C60晶胞示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法中不正确的是(　　) A．C60晶体可能具有很高的熔、沸点 B．C60晶体可能易溶于四氯化碳中 C．C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240 D．C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻 【答案】A 【解析】构成C60晶体的基本微粒是C60分子，因此C60晶体是分子晶体，不可能具有很高的熔、沸点；由于C60是非极性分子，根据相似相溶原理，其可能易溶于四氯化碳中；每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×+6×=4，因此含有的碳原子数为4×60=240；如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象，则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等，有×8=12个。 题型04 共价晶体的结构 【解题必备】 1．共价晶体 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．结构 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。 【解答要点】共价晶体具有不同的结构，对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，熔点越高，硬度越大。以金刚石、硅、锗为例，同主族从碳元素到锗元素，原子核外电子层数增多，原子半径依次增大，C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长，键能依次减小，故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。 【典例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。 【变式4-1】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．共价晶体具有空间网状结构 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】A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。 【变式4-2】设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是　 (　　) A．124 g P4含有的P—P键的个数为6NA B．28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA C．12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA D．60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA 【答案】A 【解析】白磷是正四面体结构，1个白磷分子中含有6个P—P键，124 g白磷的物质的量是124 g÷124 g/mol=1 mol，124 g P4中含P—P键的数目为6NA，A正确；28 g晶体硅中n(Si)=1 mol，每个Si原子形成4条Si—Si键，每个Si—Si键由2个Si原子共用，则28 g晶体硅中含Si—Si键的数目为2NA，B不正确；12 g金刚石中n(C)=1 mol，金刚石中n(C)∶n(C—C键)=1∶2，12 g金刚石中含有的C—C键的个数为2NA，C不正确；60 g SiO2的物质的量为1 mol，二氧化硅中平均每个硅原子形成的Si—O键的个数为4，则60 g SiO2中含Si—O键的个数为4NA，D不正确。 【变式4-3】根据量子力学计算，氮化碳有五种结构，其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是 (　　) A．该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构 B．氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价 C．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连 D．氮化碳的分子式为C3N4 【答案】D 【解析】根据题图结构可知，每个碳原子周围有四个共价键，每个氮原子周围有三个共价键，碳原子最外层有4个电子，形成四个共价键后成8电子稳定结构，氮原子最外层有5个电子，形成三个共价键后也是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，共用电子对偏向N，偏离C，所以氮化碳中碳元素显+4价，氮元素显-3价，B正确；根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子和三个碳原子相连，C正确；由于氮化碳是共价晶体，不存在分子，因此没有分子式，D错误 题型05 典型的共价晶体 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) 【典例5】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项，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项，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项，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项，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；故选A。 【变式5-1】Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是 A．氮化铝属于分子晶体 B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具 C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子 D．氮化铝晶体中Al的配位数为2 【答案】B 【解析】A．硬度高、熔点高一般不会是分子晶体，描述错误，A不符题意；B．硬度高、熔点高正好适合在高温环境下切割金属的道具材料，描述正确，B符合题意；C．根据晶胞结构，顶点和体心有Al原子，故晶胞含有Al原子个数为，描述错误，C不符题意；D．由晶胞体心的Al原子周围的N原子个数可知，Al原子的配位数应是4，描述错误，D不符题意；综上，本题选B。 【变式5-2】如图是金刚石晶体结构模型，下列关于金刚石的说法正确的是    A．金刚石晶体中碳碳键之间的夹角为120° B．金刚石晶胞中六元环中的碳原子在同一平面内 C．每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构 D．金刚石晶体中碳原子与碳碳键数目之比为1:4 【答案】C 【解析】A．金刚石晶体中每个碳和周围四个碳原子形成共价键，形成立体网状结构，碳碳键之间的夹角为109°28，A错误；B．金刚石晶胞中最小的环为六元环，每个环中有4个碳原子在同一平面内，B错误；C．每个碳原子与其他4个碳原子相连，形成正四面体结构，C正确；D．金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳形成碳碳键，碳与碳碳键数目之比为1:(4)=1:2，D错误；故答案选C。 【变式5-3】碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似，俗称金刚砂。下列说法正确的是 A．SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1 B．SiC晶体的熔点较高 C．SiC晶体的硬度较小 D．SiC属于分子晶体 【答案】B 【解析】A．SiC晶体中硅、碳元素的质量比为28∶12=7∶3，A项错误；B．SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，熔点较高，B项正确；C．SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，硬度较大，C项错误；D．SiC晶体结构与金刚石相似，属于共价晶体，D项错误；答案选B。 题型06 共价晶体的判断 共价晶体的判断 1.依据构成晶体的微粒种类和微粒间的作用力判断：构成共价晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。 2.依据晶体的熔点判断：共价晶体的熔点高，常在1 000 ℃以上。 3.依据晶体的导电性判断：共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。 4.依据晶体的硬度和机械性能判断：共价晶体硬度大。 5.依据物质的分类判断：常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的化合物类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。 6.根据溶解性判断：共价晶体一般不溶于任何溶剂。 【典例6】单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/K 3550 1415 2573 沸点/K 4827 2628 2823 摩氏硬度 10 7.0 9.5 晶体硼的晶体类型属于________，理由是______________________________________。 【答案】共价晶体 晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体。（或熔沸点都很高，硬度大。） 【解析】晶体硼熔、沸点和硬度介于金刚石和晶体硅之间，而金刚石、晶体硅都是共价晶体，因此晶体硼也是共价晶体。 【变式6-1】根据下列物质的性质判断为共价晶体的是 A．微溶于水，硬度小，熔点，固体或液体不导电 B．熔点，电的良导体，加压可变形 C．熔点，不导电，不溶于水和有机溶剂，硬度大 D．熔点，易溶于水，熔化时导电 【答案】C 【解析】A．共价晶体的硬度很大，熔点很高，描述与共价晶体不符，故A不选；B．共价晶体大多不导电，硬度强度很大，不易加压变形，描述与共价晶体不符，故B不选；C．共价晶体的熔点很高，硬度很大，大多不导电，不易溶于水和有机溶剂，描述与共价晶体性质相符，故C选；D．共价晶体难溶于水，且熔化时不能导电，描述与共价晶体不符，故D不选；故选：C。 【变式6-2】下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，不正确的是 A．在晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键 B．混合晶体石墨的熔点高于金刚石 C．的相对分子质量大于，所以的沸点高于 D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上最多4个碳原子共面 【答案】C 【解析】A．在晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，A项正确；B．石墨中的碳碳键的键长小于金刚石中的碳碳键的键长，且石墨融化时不仅要克服共价键，还要破坏分子间作用力，故熔点大于金刚石，B项正确；C．虽然的相对分子质量大于，但是由于分子之间可以形成氢键，所以的沸点高于，C项错误；D．金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子，最多4个碳原子共面，D项正确；答案选C。 【变式6-3】金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是 A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高 B．C位于Si构成的正四面体空隙中 C．C—Si的键长为apm，则晶胞边长为2apm D．金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6 【答案】B 【解析】A．金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，C-Si键长长于C-C键，故熔点比金刚石低，故A错误；B．距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4，且四个Si原子构成正四面体结构，所以C位于Si构成的四面体空隙中，故B正确；C．C-Si键的长度为晶胞体对角线长度的，设晶胞棱长为x，则，所以x=，故C错误；D．以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子位于面心，由于顶点碳原子为8个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为12，故D错误；故选B。 题型07 共价晶体的性质 【解题必备】共价晶体的性质①熔点很高。②硬度很大：共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。③一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。④难溶于一般的溶剂。 【典例7】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 【答案】D 【解析】AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键；Al2O3是离子晶体，晶体中含有离子键。 【变式7-1】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．共价晶体的熔点与键能和范德华力强弱有关 C．共价晶体具有空间网状结构 D．共价晶体中不存在独立分子 【答案】B 【解析】A项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，则共价晶体中只存在共价键，A正确；B项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，共价晶体熔化时需克服共价键，共价晶体的熔点与键能大小有关、与范德华力的强弱无关，B不正确；C项，共价晶体由原子通过共价键结合而成、具有空间网状结构，C正确；D项，共价晶体由原子通过共价键结合而成，共价晶体中不存在独立分子，D正确；故选B。 【变式7-2】下列晶体性质的比较中不正确的是(　　) A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NH3>PH3 C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4 【答案】C 【解析】A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径r(C)<r(Si)，所以键长：C—C<C—Si<Si—Si，故键能：C—C>C—Si>Si—Si。键能越大，共价晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。 【变式7-3】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 / 学科网（北京）股份有限公司 $