3.3 共价键 共价晶体（举一反三专项训练，江苏专用）【上好课】化学苏教版选择性必修2

第三单元 共价键 共价晶体 题型01 共价键的形成 题型02 共价键的类型 题型03 共价键键能与化学反应的反应热 题型04 共价晶体 题型05 共价晶体的性质与键参数的关系 题型01 共价键的形成 1．共价键形成的本质是：当成键原子相互接近时，原子轨道发生____，自旋方向 相反的未成对电子形成________________，两原子核间的电子云密度____，体系的能量降低。 2．特征：共价键具有________、________ 【典例1】（25-26高二上·江苏南通·期中）的液氨溶液中通入气体可制得。下列说法正确的是 A．中含有离子键和共价键 B．的空间结构为直线形 C．为非极性分子 D．晶体属于共价晶体 【变式1-1】下列物质中含有非极性键的共价化合物是 A． B． C． D． 【变式1-2】下列关于共价键的理解不正确的是 A．σ键可以绕键轴旋转，π键也能绕键轴旋转 B．共价键都具有饱和性 C．分子和分子中都含有5个σ键 D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠 【变式1-3】（24-25高一下·江苏南通·期末）氮化镓可作为第三代半导体材料，晶体结构与金刚石相似，其晶体类型是 A．分子晶体 B．共价晶体 C．离子晶体 D．金属晶体 题型02 共价键的类型 1．原子轨道沿核间连线方向以“________”的方式重叠形成的 共价键叫做σ键；原子轨道在核间连线两侧以“________”的方 式重叠形成的共价键叫做π键。 2．当原子间形成共价键时，若两个成键原子吸引电子的能力________，共用电子对不发生偏移，这样的共价键叫做________，简称________；若两个成键原子 吸引电子的能力________，共用电子对发生偏移，这样的共价键叫做________，简称________。两种成键元素间的________越大，它们形成的共价键的____就越强 3．由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成共价键，这类共价 键称为配位键在表示分子或离子的结构式时，常用“ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的 原子。例如NH4 +的结构式可用如下图表示 【典例2】（24-25高二下·江苏苏州·阶段练习）下列分子中，只含有键而不含有键的是 A． B． C． D． 【变式2-1】（23-24高二上·江苏宿迁·期中）反应应用于玻璃雕刻。下列说法正确的是 A．属于离子化合物 B．是极性键形成的非极性分子 C．HF的电子式为 D．氧原子价电子轨道表达式为 【变式2-2】（24-25高二上·江苏宿迁·期中）我国科学家通过电化学与生物技术将还原为乙酸()，再转化成葡萄糖等有机物，实现了资源化利用。下列说法不正确的是 A．该研究利于实现“碳中和” B．中键与键数目之比为 C．是分子晶体 D．该反应中涉及电能与化学能的转化 【变式2-3】下列说法对σ键和π键的认识不正确的是(　　) A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键 B．s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C．p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 题型03 共价键键能与化学反应的反应热 1．键能：人们把在101 kPa、298 K条件下， ____ mol____态AB分子生成____ mol____态A原子和1 mol气态B原子的过程中所吸收的能量，称为AB 间共价键的____。 2．当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠。原子轨道重叠的程度越大，共价键的 键能越大，两原子核间的平均间距——键长越____ 3．化学反应的实质：________________________________________。 如果化学反应中旧化学键断裂 所吸收的总能量____新化学键形成所放出的总能量，该化学反应为吸热反应；反之，该化学反应为放热反应。 【典例3】碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O 键能/(kJ·mol－1) 348 413 358 化学键 Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ·mol－1) 226 323 368 (1)通常条件下，稳定性：CH4_____(填“<”“>”或“＝”)SiH4，原因是______________________________。 (2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 ____________________________________________________________________________。 (3)SiH4的稳定性较弱，Si更易生成氧化物，原因是_____________________________________ ________________________________________________。 【变式3-1】已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表： 化学键 O==O(g) H—H(g) H—O(g) 键能/ (kJ·mol－1) 496 436 x 则表中x为(　　) A．920 B．557 C．463 D．188 【变式3-2】已知下列化学键的键能： 化学键 C—C N—N O—O O===O O—H 键能/(kJ·mol－1) 347.7 193 142 497.3 462.8 化学键 S—H Se—H N—H As—H 键能/(kJ·mol－1) 363.5 276 390.8 247 回答下列问题： (1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为_____________。 (2)O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小，原因是_____________________________________，据此可推测P—H键的键能范围为________＜P—H键的键能＜________。 (3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是___________________________________。 【变式3-3】某些化学键的键能(单位：kJ·mol－1)如表所示： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 243 193 151 431 366 298 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量______ kJ。 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是________(填字母)。 a．Cl2＞Br2＞I2 b．I2＞Br2＞Cl2 c．Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。 题型04 共价晶体 1．晶体中所有原子通过________结合，形成空间网状 结构，像这样的晶体叫做共价晶体。晶体硅（Si）、金刚砂（SiC）、 二氧化硅（SiO2 ）等都属于共价晶体。 2．由于共价键的键能大，所以共价晶体一般具有很____ 的熔、沸点和很____的硬度 【典例4】（24-25高二下·江苏苏州·阶段练习）硅材料在生活中占有重要地位。(结构如图所示)受热分解可生成和。是一种优良的耐高温结构陶瓷。下列有关说法不正确的是 A．属于共价晶体 B．中的、N元素属于p区元素，H元素属于s区元素 C．基态和N原子的未成对电子数之比为2：3 D．熔点： 【变式4-1】下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体(如图所示)的叙述正确的是 A．金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体 B．金刚石晶胞中含有6个碳原子 C．晶体中所含共价键数目为(是阿伏加德罗常数的值) D．金刚石晶体熔化时破坏共价键，二氧化硅晶体熔化时破坏分子间作用力 【变式4-2】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，如图是简化了的平面示意图。下列关于该硅氧化物的说法正确的是 A．该晶体中硅原子与氧原子的数目之比是 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4-3】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 题型05 共价晶体的性质与键参数的关系 对于结构相似的共价晶体而言，共价键的键长越____，键能就越____，晶体的熔、沸点越____，硬度越____ 【典例5】下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA C．金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 【变式5-1】科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。下列对该晶体叙述错误的是(　　) A．晶体的熔、沸点高，硬度大 B．该物质的化学式为CO2 C．晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶6 D．晶体的空间最小环由12个原子构成 【变式5-2】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/℃ ＞3 550 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 7.0 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键的键能无关 B．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为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 【变式5-3】共价晶体因具有熔、沸点高，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。 (1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含________个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为__________元环，每个最小环独立含有__________个Si原子，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为________。 (2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。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C—Si键。 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为________。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三单元 共价键 共价晶体 题型01 共价键的形成 题型02 共价键的类型 题型03 共价键键能与化学反应的反应热 题型04 共价晶体 题型05 共价晶体的性质与键参数的关系 题型01 共价键的形成 1．共价键形成的本质是：当成键原子相互接近时，原子轨道发生重叠，自旋方向 相反的未成对电子形成共用电子对，两原子核间的电子云密度增加，体系的能量降低。 2．特征：共价键具有饱和性、方向性 【典例1】（25-26高二上·江苏南通·期中）的液氨溶液中通入气体可制得。下列说法正确的是 A．中含有离子键和共价键 B．的空间结构为直线形 C．为非极性分子 D．晶体属于共价晶体 【答案】A 【详解】A．NaN3中Na+与通过离子键结合，内部三个N原子通过共价键连接，因此含有离子键和共价键，A正确； B．的中心N原子含有的孤电子对数为，成键电子对数为2，分子构型为V形，而非直线形，B错误； C．NH3分子为三角锥形，正负电荷中心不重合，属于极性分子，C错误； D．N2O常温下为气体，其晶体通过分子间作用力形成，属于分子晶体而非共价晶体，D错误； 故答案选A。 【变式1-1】下列物质中含有非极性键的共价化合物是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．氟气为单质不是化合物，故A错误； B．乙炔分子中只含共价键，且碳原子间存在非极性共价键，所以符合题意，故B正确； C．过氧化钠中钠离子和过氧根离子之间存在离子键，所以为离子化合物，故C错误； D．氨气中只含极性共价键，故D错误； 故答案选B。 【变式1-2】下列关于共价键的理解不正确的是 A．σ键可以绕键轴旋转，π键也能绕键轴旋转 B．共价键都具有饱和性 C．分子和分子中都含有5个σ键 D．σ键以“头碰头”方式重叠，π键以“肩并肩”方式重叠 【答案】A 【解析】A．σ键以“头碰头”方式重叠，为球形对称，π键以“肩并肩”方式重叠，为镜面对称，故σ键可以绕键轴旋转，而π键不能绕键轴旋转，A项错误； B．共价键都具有饱和性，B项正确 C．的结构式为，的结构式为，分子和分子中都含有5个σ键，C项正确； D．σ键以“头碰头”方式重叠，为球形对称，π键以“肩并肩”方式重叠，为镜面对称，D项正确； 答案选A。 【变式1-3】（24-25高一下·江苏南通·期末）氮化镓可作为第三代半导体材料，晶体结构与金刚石相似，其晶体类型是 A．分子晶体 B．共价晶体 C．离子晶体 D．金属晶体 【答案】B 【详解】A．分子晶体通过分子间作用力结合，熔点低，而氮化镓作为半导体材料熔点高，结构类似金刚石，A不符合题意； B．金刚石是共价晶体，氮化镓晶体结构与其相似，说明其原子间通过共价键形成三维网状结构，属于共价晶体，B符合题意； C．离子晶体由阴阳离子通过离子键结合（如NaCl），与金刚石结构不同，C不符合题意； D．金属晶体通过金属键结合，具有自由电子和紧密堆积结构，与金刚石结构差异大，D不符合题意； 故选B。 题型02 共价键的类型 1．原子轨道沿核间连线方向以“头碰头”的方式重叠形成的 共价键叫做σ键；原子轨道在核间连线两侧以“肩并肩”的方 式重叠形成的共价键叫做π键。 2．当原子间形成共价键时，若两个成键原子吸引电子的能力相同，共用电子对不发生偏移，这样的共价键叫做非极性共价键，简称非极性键；若两个成键原子 吸引电子的能力不同，共用电子对发生偏移，这样的共价键叫做极性共价键，简称极性键。两种成键元素间的电负性差值越大，它们形成的共价键的极性就越强 3．由一个原子提供孤电子对与另一个有空轨道可接受电子的原子形成共价键，这类共价 键称为配位键在表示分子或离子的结构式时，常用“ ”表示配位键，其箭头指向接受孤电子对的 原子。例如NH4 +的结构式可用如下图表示 【典例2】（24-25高二下·江苏苏州·阶段练习）下列分子中，只含有键而不含有键的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】单键都是键，双键中一个键，一个键，三键中一个键，两个键。 【详解】A．含氮氮三键，含有键和键，A错误； B．含碳氧双键，含有键和键，B错误； C．含碳碳单键、碳氢单键，只含有键而不含有键，C正确； D．含碳碳三键、碳氢单键，含有键和键，D错误； 故选C。 【变式2-1】（23-24高二上·江苏宿迁·期中）反应应用于玻璃雕刻。下列说法正确的是 A．属于离子化合物 B．是极性键形成的非极性分子 C．HF的电子式为 D．氧原子价电子轨道表达式为 【答案】B 【详解】A．SiO2中原子间以共价键相结合，为共价化合物，A错误； B．SiF4和CH4的空间结构一样，都是正四面体结构，结构对称，为非极性分子，Si和F原子间形成极性共价键，B正确； C．HF中H原子和F原子间形成共用电子对为共价键，电子式为，C错误； D．氧原子价电子排布式为2s22p4，价电子轨道表达式为，D错误； 故选B。 【变式2-2】（24-25高二上·江苏宿迁·期中）我国科学家通过电化学与生物技术将还原为乙酸()，再转化成葡萄糖等有机物，实现了资源化利用。下列说法不正确的是 A．该研究利于实现“碳中和” B．中键与键数目之比为 C．是分子晶体 D．该反应中涉及电能与化学能的转化 【答案】B 【详解】A．该研究实现了资源化利用，有利于实现“碳中和”，A正确； B．双键中有1个键、1个键，中键与键数目之比为，B错误； C．葡萄糖由分子构成，是分子晶体，C正确； D．通过电化学与生物技术将还原为乙酸()，再转化成葡萄糖等有机物，涉及电能与化学能的转化，D正确； 故选B。 【变式2-3】下列说法对σ键和π键的认识不正确的是(　　) A．分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键 B．s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键都是轴对称的 C．p-p σ键和p-p π键的重叠方式是相同的 D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者 【答案】　C 【详解】　单键为σ键，双键和三键中均含1个σ键，所以分子中只要含有共价键，则至少含有一个σ键，故A正确；因s-s σ键、p-p σ键与s-p σ键的电子云均为“头碰头”重叠，则为轴对称，故B正确；p-p σ键是“头碰头”重叠，而p-p π键是“肩并肩”重叠，故C错误；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，故D正确。 题型03 共价键键能与化学反应的反应热 1．键能：人们把在101 kPa、298 K条件下， 1 mol气态AB分子生成1 mol气态A原子和1 mol气态B原子的过程中所吸收的能量，称为AB 间共价键的键能。 2．当两个原子形成共价键时，原子轨道发生重叠。原子轨道重叠的程度越大，共价键的 键能越大，两原子核间的平均间距——键长越短 3．化学反应的实质：旧化学键的断裂和新化学键的形成。 如果化学反应中旧化学键断裂 所吸收的总能量大于新化学键形成所放出的总能量，该化学反应为吸热反应；反之，该化学反应为放热反应。 【典例3】碳和硅的有关化学键键能如表所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O 键能/(kJ·mol－1) 348 413 358 化学键 Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ·mol－1) 226 323 368 (1)通常条件下，稳定性：CH4_____(填“<”“>”或“＝”)SiH4，原因是______________________________。 (2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 ____________________________________________________________________________。 (3)SiH4的稳定性较弱，Si更易生成氧化物，原因是_____________________________________ ________________________________________________。 答案　(1)>　C—H键的键能大于Si—H键的键能，所以CH4比SiH4稳定 (2)C—C键和C—H键的键能比Si—H键和Si—Si键的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 (3)Si—H的键能小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 【变式3-1】已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表： 化学键 O==O(g) H—H(g) H—O(g) 键能/ (kJ·mol－1) 496 436 x 则表中x为(　　) A．920 B．557 C．463 D．188 答案　C 解析　根据题意，可得热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572 kJ·mol－1；而18 g水蒸气变成液态水时放出44 kJ热量，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－484 kJ·mol－1，即－484 kJ·mol－1＝2×436 kJ·mol－1＋496 kJ·mol－1－4x kJ·mol－1，解得x＝463。 【变式3-2】已知下列化学键的键能： 化学键 C—C N—N O—O O===O O—H 键能/(kJ·mol－1) 347.7 193 142 497.3 462.8 化学键 S—H Se—H N—H As—H 键能/(kJ·mol－1) 363.5 276 390.8 247 回答下列问题： (1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为_____________。 (2)O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小，原因是_____________________________________，据此可推测P—H键的键能范围为________＜P—H键的键能＜________。 (3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是___________________________________。 答案　(1)－213.3 kJ·mol－1 (2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，因而键能依次减小　247 kJ·mol－1　363.5 kJ·mol－1 (3)C—C键的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链 解析　(1)反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(462.8×4＋142×2) kJ·mol－1－(462.8×4＋497.3) kJ·mol－1＝－213.3 kJ·mol－1。(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，键长越长，键能越小，所以O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小；N、P、As位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致N—H键、P—H键、As—H键的键长逐渐变长，N—H键、P—H键、As—H键的键能依次减小，所以As—H键的键能＜P—H键的键能＜N—H键的键能，同时P—H键的键长＞S—H键的键长，故P—H键的键能＜S—H键的键能，即247 kJ·mol－1＜P—H键的键能＜363.5 kJ·mol－1。(3)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，分子越稳定，由表中数据可知，C—C键的键能较大(347.7 kJ·mol－1)，易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能较小(键能分别为193 kJ·mol－1、142 kJ·mol－1)，化学键不稳定，容易断裂，所以氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链。 【变式3-3】某些化学键的键能(单位：kJ·mol－1)如表所示： 化学键 H—H Cl—Cl Br—Br I—I H—Cl H—Br H—I 键能 436 243 193 151 431 366 298 (1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出热量______ kJ。 (2)在一定条件下，1 mol H2与足量的Cl2、Br2、I2分别反应，放出热量由多到少的顺序是________(填字母)。 a．Cl2＞Br2＞I2 b．I2＞Br2＞Cl2 c．Br2＞I2＞Cl2 预测1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热________(填“多”或“少”)。 答案　(1)183　(2)a　多 解析　(1)根据键能数据可得，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－431 kJ·mol－1×2＝－183 kJ·mol－1，1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，故放出的热量为183 kJ。(2)由表中数据计算知1 mol H2在Cl2中燃烧放热最多，在I2中燃烧放热最少；由以上结果分析，生成物越稳定，放出热量越多。因稳定性：HF＞HCl，故1 mol H2在足量F2中燃烧比在Cl2中燃烧放热多。 题型04 共价晶体 1．晶体中所有原子通过共价键结合，形成空间网状 结构，像这样的晶体叫做共价晶体。晶体硅（Si）、金刚砂（SiC）、 二氧化硅（SiO2 ）等都属于共价晶体。 2．由于共价键的键能大，所以共价晶体一般具有很高 的熔、沸点和很大的硬度 【典例4】（24-25高二下·江苏苏州·阶段练习）硅材料在生活中占有重要地位。(结构如图所示)受热分解可生成和。是一种优良的耐高温结构陶瓷。下列有关说法不正确的是 A．属于共价晶体 B．中的、N元素属于p区元素，H元素属于s区元素 C．基态和N原子的未成对电子数之比为2：3 D．熔点： 【答案】D 【详解】A．由是一种优良的耐高温结构陶瓷可知，属于共价晶体，A正确； B．中的、N元素分别为第ⅣA、第ⅤA元素，属于p区元素，H元素为第ⅠA属于s区元素，B正确； C．基态Si原子的价层电子排布式为3s23p2，未成对电子数为2，基态N原子的价层电子排布式为2s22p3，未成对电子数为3，C正确； D．由题意可知属于分子晶体，属于共价晶体，故熔点：，D错误； 故选D。 【变式4-1】下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体(如图所示)的叙述正确的是 A．金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体 B．金刚石晶胞中含有6个碳原子 C．晶体中所含共价键数目为(是阿伏加德罗常数的值) D．金刚石晶体熔化时破坏共价键，二氧化硅晶体熔化时破坏分子间作用力 【答案】A 【详解】A．依据晶胞结构可知，金刚石晶体和二氧化硅晶体都是由原子通过共价键结合而成的空间网状结构，都是共价晶体，故A正确； B．根据均摊法可计算出晶胞中碳原子数为，故B错误； C．晶体的物质的量为，原子与原子形成硅氧键，所含共价键数目为，故C错误； D．金刚石和二氧化硅都是共价晶体，熔化时都破坏共价键，故D错误； 答案选A。 【变式4-2】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，如图是简化了的平面示意图。下列关于该硅氧化物的说法正确的是 A．该晶体中硅原子与氧原子的数目之比是 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个键，1个O原子与2个Si原子形成2个键，则硅原子与氧原子的数目之比是，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4-3】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。 题型05 共价晶体的性质与键参数的关系 对于结构相似的共价晶体而言，共价键的键长越长，键能就越小，晶体的熔、沸点越 低，硬度越小 【典例5】下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　) A．金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构 B．含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA C．金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂 D．SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式 答案　B 解析　A正确，金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子，均为正四面体结构。B错误，金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，这个C原子对每个单键的贡献只有，所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×＝2 mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol。C正确。金刚石和二氧化硅熔化时，共价键会断裂。D正确，共价晶体中不存在分子。 【变式5-1】科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构。下列对该晶体叙述错误的是(　　) A．晶体的熔、沸点高，硬度大 B．该物质的化学式为CO2 C．晶体中C原子数与C—O化学键数之比为1∶6 D．晶体的空间最小环由12个原子构成 答案 C 解析 A项，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为空间网状的无限伸展结构，所以是共价晶体，熔沸点高、硬度大，故A正确；B项，晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数比为1∶2，则其化学式为CO2，故B正确；C项，该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，所以C原子与C—O化学键数目之比为1∶4，故C错误；D项，该晶体的空间最小环是由6个碳原子和6个氧原子构成的12元环，故D正确。 【变式5-2】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/℃ ＞3 550 1 410 2 573 沸点/℃ 5 100 2 355 2 823 硬度 10 7.0 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键的键能无关 B．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为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 答案　(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大　(2)B 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，则晶体硼也属于共价晶体。(2)选项A，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项B，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4＝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，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。 【变式5-3】共价晶体因具有熔、沸点高，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设NA为阿伏加德罗常数的值。 (1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含________个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为__________元环，每个最小环独立含有__________个Si原子，含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为________。 (2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。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C—Si键。 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为________。 答案　(1)8　6　　2NA　(2)①Si<SiC<C　②4　109°28′　③1　④12 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4＋8×＋6×＝8，在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个硅原子被12个环共用，因此每个最小环独立含有Si原子的数目为6×＝，每个Si原子与周围4个Si原子形成4个共价键，每2个Si原子共用1个Si—Si键，即含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si键的数目为2NA。(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6×＝1。④以SiC晶胞顶点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。 / 学科网（北京）股份有限公司 $