第3章 第2节 第2课时 共价晶体（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修2（人教版）

第三章　晶体结构与性质 第二节　分子晶体与共价晶体 第2课时　共价晶体 基础过关练 题组一　共价晶体及其结构 1.(2025江苏苏州中学期中)2024年1月,我国自主研制的AG60E电动飞机成功首飞。AG60E采用了SiC电控系统,SiC晶体属于(　　) A.分子晶体　　　　B.金属晶体 C.离子晶体　　　　D.共价晶体 2.(2024河南开封期中)如图是金刚石晶体结构模型,下列关于金刚石晶体的说法正确的是(　　) A.碳碳键之间的夹角为120° B.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.碳原子与碳碳键数目之比为1∶4 3.(2025天津南开期中)AlN具有耐高温、抗冲击等优良品质,广泛应用于电子工业、陶瓷工业,其晶胞结构如下图所示。下列说法错误的是(　　) A.AlN晶体中N原子的杂化类型为sp3 B.AlN晶体属于共价晶体 C.AlN晶胞中含4个N和4个Al原子 D.每个Al原子周围距离最近的N原子个数为2 4.(2024江苏南通二模)BN是一种无机非金属材料,立方BN的硬度仅次于金刚石,其晶胞如图所示。下列说法错误的是(　　) A.立方BN属于共价晶体 B.1个晶胞中含有4个B和4个N C.距离每个B最近的N有4个 D.1 mol立方BN中含有2 mol共价键 5.(2025湖北随州联考)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.60 g SiO2晶体中所含共价键数目为6NA(NA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 6.(2025辽宁点石联考)砷化镓是一种重要的半导体材料,熔点为1 238 ℃。它在600 ℃以下,能在空气中稳定存在,并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　) A.砷化镓是一种分子晶体 B.距离砷原子最近的砷原子数为6 C.若晶胞参数为a pm,则Ga原子与As原子的最短距离为a pm D.晶胞中与Ga等距且最近的As形成的空间结构为正四面体 题组二　共价晶体的性质 7.(2025山东潍坊期中)新型碳化硅(SiC)增强铝基复合材料曾助力“天问一号”成功探火。它不具有的性质是(　　) A.耐高温　　B.密度大　　C.耐腐蚀　　D.抗磨损 8.(2025四川成都新津中学月考)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 3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 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—C D.石英的分子式:SiO2 9.(2024安徽安庆期中)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.SiCl4、Si3N4的晶体类型相同 B.Si3N4晶体具有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 10.(2025江苏南航苏州附中月考)已知Ga与Al的性质相似,在一定条件下Ga和NH3可以制得GaN。GaN具有硬度大、熔点高的特点。已知GaN成键结构与金刚石相似,其晶胞结构如图。已知:GaN、GaP、GaAs的熔点高,且熔融状态均不导电。下列说法不正确的是(　　) A.熔点:GaN<GaP<GaAs B.GaN为共价晶体 C.GaN晶体中所有N原子均采取sp3杂化 D.与N原子相连的Ga原子构成的空间结构为正四面体 11.(2025辽宁抚顺一中开学考)分析下列各物质的性质,判断其固态属于共价晶体的是(　　) A.固态时或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右 B.黄色晶体,熔点2 200 ℃,熔融态不导电 C.选择性良好的某试剂,在室温下易升华 D.无色晶体,沸点2 980 ℃,固态不导电,熔融态能导电 12.硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同的元素,可形成多电子的n型半导体或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p-n结,此时自由电子发生扩散运动,在交界面处形成电场。下列说法正确的是(　　) A.1 mol Si晶体中含有的Si—Si键数目为4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值) B.若在Si晶体中掺入P元素,可得n型半导体 C.p-n结中,n型一侧带负电,p型一侧带正电 D.光伏电池的能量转化形式:光能→化学能→电能 能力提升练 题组一　共价晶体的结构与性质 1.(2024湖北名校联盟测评)氮化硅(Si3N4)常用作飞船返回舱耐高温结构材料,可由石英和焦炭在高温的氮气中通过以下反应制备:3SiO2+6C+2N2 Si3N4+6CO。下列说法错误的是(　　) A.SiO2和Si3N4均属于共价晶体 B.基态硅原子核外电子有8种空间运动状态 C.对石英进行X射线衍射可确定其是否为晶体 D.C3N4与Si3N4结构相似,硬度:C3N4<Si3N4 2.(2025北京丰台期中)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.键长:N—C<C—C D.每个碳原子与4个氮原子相连,每个氮原子与3个碳原子相连 3.(2025山东青岛第五十八中学月考)硅材料在工业生产中具有重要的应用,下列说法正确的是　　(　　) 　　　　　 　　 A.熔、沸点比较:金刚石<SiC B.SiC中与Si距离最近的Si有12个 C.Si12与单晶硅互为同分异构体 D.1 mol SiO2中含有2 mol Si—O键 4.(2024山东淄博期中)我国科学家预测并成功合成了新型碳材料:T-碳。它可以看作金刚石结构中的每个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代, 金刚石晶胞如图所示,小球代表碳原子。下列说法不正确的是(　　) A.T-碳中碳原子数与共价键数之比为5∶2 B.每个T-碳晶胞中碳原子数为32 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 5.(2025山东泰安一中月考)我国“玉兔二号”月球车通过砷化镓太阳能电池提供能量。 (1)GaAs、GaN结构相似,都为共价晶体,沸点GaAs　　　　GaN(填“>”或“<”)。  (2)碳的一种同素异形体——金刚石,其晶胞如图所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆积)沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图　　　　(从A~D图中选填)。  　　　 (3)SiC结构类似金刚石,则SiC为　　　　晶体。如图为SiC的晶胞图,其中两个正方体中心重合、各面分别平行,其中心为Si原子,其余Si原子位于大正方体的　　　　　　　　　位置。  题组二　共价晶体的有关计算 6.(2024河南周口项城四校期末)一种广谱性熏蒸杀虫剂,其晶体熔点约2 000 ℃,晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值。下列有关该晶体的说法错误的是(　　) A.化学式为AlP B.晶体类型为共价晶体 C.晶胞中Al原子的配位数为8 D.两个P原子间的最近核间距为××1010 pm 7.(2025湖南常德汉寿一中期中)砷化镓晶胞结构如图甲所示,晶胞参数为a pm,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料如图乙所示,下列说法错误的是(　　) A.甲中Ga和As的最近距离是a pm B.甲中As原子位于以Ga为顶点的正四面体的体心上 C.乙中与Mn最近且等距离的As的个数为4 D.乙中Ga原子与As原子的个数比为7∶8 8.(2025山西太原月考)磷化铝的熔点为2 000 ℃,它与晶体硅的结构类似,磷化铝的晶胞结构如图所示。 (1)磷化铝晶体中磷与铝微粒间的作用力为　　　　　。  (2)图中A点和B点的原子坐标参数如图所示,则C点的原子坐标参数为　　　　　。  (3)磷化铝晶体的密度为ρ g·cm-3,用NA表示阿伏加德罗常数的值,则该晶胞中距离最近的两个铝原子之间的距离为　　　　　cm。  9.(2025江西景德镇一中期中)古画墨迹千年不褪色是因为常温下石墨稳定,金刚石与石墨是碳的同素异形体。金刚石晶胞如图所示,若碳原子半径为r nm,根据硬球接触模型,碳原子的空间利用率为　　　　(用含π的代数式表示);金刚石的密度为　　　　　g·cm-3(用含r和NA的计算式表示)。  10.氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其晶胞如图所示。 (1)在一个晶胞中,含有硼原子　　　　个,氮原子　　　　个。  (2)已知氮化硼晶胞参数为γ cm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离是　 　cm,D、E原子之间的距离是　　　　cm。  (3)以晶胞边长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。已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则E原子为　　　　。  (4)氮化硼晶胞的俯视投影图是　　　　。  (5)设NA为阿伏加德罗常数的值,则氮化硼晶体的密度为　　　　　g·cm-3(用代数式表示)。  答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.D　SiC中的Si和C以共价键结合形成空间网状结构,和金刚石结构相似,故SiC属于共价晶体。 2.C　金刚石晶体中C—C键之间的夹角为109°28',晶胞中最小的环为六元环,每个环中最多有4个碳原子在同一平面内,每个碳原子与其他4个碳原子相连,形成正四面体结构,A、B错误,C正确;金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳原子形成碳碳键,每2个碳原子形成一个碳碳键,碳原子与碳碳键数目之比为1∶(4×)=1∶2,D错误。 3.D　AlN晶体中N原子形成4个单键,其杂化类型为sp3,A正确;AlN晶体由Al、N通过共价键形成,具有耐高温的特点,属于共价晶体,B正确;该晶胞中N原子位于晶胞内部,有4个,Al原子位于顶点和面心,则Al原子数目为8×+6×=4,C正确;据题图可知,N原子位于Al原子形成的四面体空隙,则N原子配位数为4,根据化学式可知Al原子的配位数也为4,D错误。 4.D　 顶点和面心的原子个数为8×+6×=4,晶胞内部的原子个数为4,则1个晶胞中含有4个B和4个N,B正确。 5.A　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(破题关键),均为共价晶体,A正确;由均摊法可计算出金刚石晶胞中碳原子数为8×+6×+4=8,B错误;60 g SiO2晶体含Si原子=1 mol,1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键,即共价键数目为4NA,C错误;金刚石和二氧化硅都是共价晶体,熔化时都破坏共价键,D错误。 6.D　砷化镓的熔点为1 238 ℃,其熔点较高,为共价晶体,A错误;该晶胞中Ga原子位于顶点和面心,Ga的原子个数为4,As位于体内,个数为4,其化学式为GaAs,则距离As原子最近的As原子数等同于距离Ga原子最近的Ga原子数(破题关键),以晶胞中任意一顶点Ga为例,与其等距离(即晶胞边长的)的Ga有12个,则距离As原子最近的As原子数也为12,B错误;Ga、As原子间的最短距离为晶胞体对角线长度的,晶胞体对角线长度为a pm,则Ga原子与As原子最短距离为a pm,C错误;由题图可知,下底面面心上的Ga原子与上下两层体内的As等距且最近,As形成的空间结构为正四面体,D正确。 7.B　SiC是共价晶体,与金刚石结构类似,具有耐高温、耐腐蚀、抗磨损等特点,但密度不大,故选B。 8.B　共价晶体的熔点与构成晶体的原子种类多少无关,与原子间的共价键键能有关,键能越大熔点越高,A错误;构成共价晶体的原子半径越小,其键能越大,硬度越大,由原子半径:C<Si,可知键能:C—C>Si—C>Si—Si,即硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅,B正确、C错误;石英是共价晶体,不存在分子(易错点),其化学式为SiO2,D错误。 归纳总结 共价晶体熔点和硬度的比较 　　对结构相似的共价晶体来说,一般原子半径越小,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。 9.B　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,具有共价键三维骨架结构。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。 10.A　已知GaN成键结构与金刚石相似,由GaN、GaP、GaAs的熔点高,且熔融状态均不导电,可知均为共价晶体,原子半径:N<P<As,故键能:Ga—N>Ga—P>Ga—As,则熔点:GaN>GaP>GaAs,A错误、B正确;晶胞中每个N原子均连有4个共价键,所有N原子均采取sp3杂化,C正确;该晶胞中每个N原子连有的4个Ga原子构成的空间结构为正四面体,D正确。 11.B　共价晶体具有空间网状结构,熔点较高,且熔融状态不导电,B符合题意,A、D不符合题意;在室温下易升华,应为分子晶体,C不符合题意。 12.B　硅晶体中,1个硅原子与4个硅原子形成4个Si—Si键,1个Si—Si键为2个硅原子共用,平均1 mol Si晶体中含有的Si—Si键数目为2NA,故A错误;若在Si晶体中掺入P元素,P最外层是5个电子,可形成多电子的n型半导体,故B正确;n型一侧失电子,带正电,p型一侧得电子,带负电,故C错误;光伏电池利用太阳光直接发电,能量转化形式为光能→电能,故D错误。 能力提升练 1.D　SiO2和Si3N4均是由原子通过共价键形成的共价晶体,A正确;基态硅原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,核外电子占有原子轨道数为1+1+3+1+2=8,则有8种空间运动状态,B正确;X射线衍射实验是检验晶体最科学的方法,C正确;C3N4与Si3N4都是共价晶体,键能:C—N>Si—N,硬度:C3N4>Si3N4,D错误。 2.B　根据氮化碳晶体类型与金刚石类似,可知氮化碳属于共价晶体,A正确;电负性N>C,即在氮化碳中氮元素显-3价,碳元素显+4价,B错误;键长C—N键<C—C键,C正确;据题图可知,每个碳原子与4个氮原子相连,每个氮原子与3个碳原子相连,D正确。 3.B　金刚石和SiC均为共价晶体,其熔、沸点与共价键强弱有关;原子半径C<Si,即金刚石中共价键键能较大,熔、沸点更高,A错误。由SiC晶胞结构可知,Si与C的位置可以交换,则与Si距离最近(即边长的)的Si有12个,B正确。Si12与单晶硅为硅元素的不同单质,互为同素异形体,C错误。由SiO2晶体结构可知,每个Si原子形成4个Si—O键,故1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键,D错误。 4.A　T-碳中每个碳原子形成的C—C键数是4个,每个共价键被两个碳原子共用,所以碳原子数与共价键数之比为1∶2,A错误;金刚石晶胞中碳原子的个数为8×+6×+4=8,T-碳晶胞结构可看作金刚石晶胞中的每个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代,则每个T-碳晶胞中碳原子个数为8×4=32,B正确;T-碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式均为sp3,C正确;T-碳可以看作金刚石结构中的每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,熔化时需破坏共价键,D正确。 5.答案　(1)<　(2)D　(3)共价　每条棱的中点 解析　(1)GaAs和GaN结构相似,均属于共价晶体,原子半径N<As,键长Ga—N<Ga—As,键能Ga—N>Ga—As,沸点GaAs<GaN。(2)金刚石晶胞沿体对角线投影后,形成双重正六边形嵌套图案(即图D)。外层大六边形:由晶胞的6个顶点原子投影形成;内层小六边形:由6个面心原子投影形成;中心重叠点:体对角线两端顶点原子与1个内部原子投影重合;内部另3个原子与面心原子投影重合。(3)SiC结构类似金刚石,则SiC为共价晶体;SiC结构类似金刚石,其余Si原子位于大正方体的每条棱的中点。 6.C　根据题图可知,该晶胞中Al原子的数目为4,P原子的数目为8×+6×=4,则化学式为AlP,A正确;该晶体的熔点很高,约为2 000 ℃,为共价晶体,B正确;由晶胞结构可知,晶胞中Al原子的配位数是4,C错误;晶胞体积为 cm3,则晶胞的边长为×1010 pm,两个P原子间的最近核间距为面对角线长的一半,即××1010 pm,D正确。 7.D　 8.答案　(1)共价键　(2)(,,)　(3)× 解析　(1)根据题意可知磷化铝为共价晶体,磷与铝之间的作用力为共价键。(2)C点位于A点所在的体对角线的处,其原子坐标参数为(,,)。(3)晶胞中Al原子个数为8×+6×=4,P原子个数为4,晶胞参数a= cm,晶胞中距离最近的两个Al原子间的距离为面对角线长度的一半,即× cm。 9.答案　×100%　 解析　晶胞中碳原子数目为8×+6×+4=8,碳原子半径为r nm,晶胞体对角线长度为8r nm,则晶胞边长为r nm,碳原子的空间利用率为×100%=×100%;金刚石的密度为 g·cm-3。 10.答案　(1)4　4　(2)γ　γ　(3)(,,) (4)b　(5) 解析　(1)硼原子位于晶胞内,氮原子位于顶点和面心,则在一个晶胞中,含有硼原子4个,氮原子个数为8×+6×=4。(2)已知氮化硼晶胞参数为γ cm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离为N与B之间的距离,即最短距离为晶胞体对角线长的,则是γ cm,D、E原子之间的距离为晶胞面对角线长的,即γ cm。(3)已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则由E原子的位置知,E原子的分数坐标为(,,)。(4)由晶胞示意图知,氮化硼晶胞的俯视投影图是b。(5)1个氮化硼晶胞内含有4个氮原子和4个硼原子,则晶胞的质量为 g,氮化硼晶胞的边长为γ cm,则晶胞体积为γ3 cm3,晶体的密度为= g·cm-3。 7 学科网（北京）股份有限公司 $