1、第第 2 2 课时课时 共价晶体共价晶体 基础巩固 1.下列晶体中，最小的平面或立体环不是由 6 个原子构成的是( ) A.金刚石 B.石墨 C.水晶 D.晶体硅 解析 金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由 6 个原子构成的， 水晶(主要成分为 SiO2)中的最小环上有 6 个硅原子、6 个氧原子，共 12 个原子。 答案 C 2.下面关于 SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( ) A.最小的环上，有 3 个 Si 原子和 3 个 O 原子 B.最小的环上，Si 和 O 原子数之比为 12 C.最小的环上，有 6 个 Si 原子和 6 个 O 原子 D.存在四面体结构单元，O 处于
2、中心，Si 处于 4 个顶角 解析 联想教材中 SiO2的晶体空间结构模型， 每个硅原子与 4 个氧原子结合形成 4 个共价键，每个氧原子与 2 个硅原子结合形成 2 个共价键，其空间网状结构中 存在四面体结构单元， 硅原子位于四面体的中心， 氧原子位于四面体的 4 个顶角， 故 D 项错误；金刚石的最小环上有 6 个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体 结构中的碳原子用硅原子代替，每个 SiSi 键中“插入”一个氧原子，所以其最 小环上有 6 个硅原子和 6 个氧原子，Si、O 原子个数比为 11，故 A、B 两项错 误，C 项正确。 答案 C 3.氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种
3、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 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。 答案 D 4.下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是( ) A.共价晶体硬度通常比分子晶体大 B.共价晶体的熔点较高 C.分子晶体中有的水溶液能导电 D.金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体 解析 由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用 力结合，故共价晶体比分子
4、晶体的熔点高，硬度大。有些分子晶体溶于水后能电 离出自由移动的离子而导电，如 H2SO4、HCl。D 选项中的干冰(固态 CO2)是分子 晶体，D 错误。 答案 D 5.干冰和二氧化硅晶体同是第A 族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点却差 别很大。其原因是( ) A.二氧化硅相对分子质量大于二氧化碳相对分子质量 B.C、O 键键能比 Si、O 键键能小 C.干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体 D.干冰易升华，二氧化硅不能 解析 干冰和 SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用 力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏共价键，所以二氧化硅熔点很高。 答案 C 6.氮化碳的硬度比金
5、刚石大，其结构如图所示。下列有关氮化碳的说法不正确的 是( ) A.氮化碳属于共价晶体 B.氮化碳中碳显4 价，氮显3 价 C.氮化碳的化学式为 C3N4 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 解析 A 项，根据氮化碳的硬度比金刚石晶体大判断，氮化碳属于共价晶体；B 项，氮的非金属性强于碳的非金属性，氮化碳中碳显4 价，氮显3 价；C 项， 晶体结构模型中虚线部分(正方形)是晶体的最小结构单元，该正方形顶点的原子 被 4 个正方形共用，边上的原子被 2 个正方形共用，则其含有的碳原子数为 41 4 41 23，氮原子数为 4，故氮化碳的化学式为 C3N4；D 项，
6、碳形成 4 个共价 键，每个碳原子与 4 个氮原子相连；每个氮原子形成 3 个共价键，每个氮原子与 3 个碳原子相连。 答案 B 7.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室 中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子 结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是 ( ) A.碳、氮原子构成平面结构的晶体 B.碳氮键比金刚石中的碳碳键更短 C.氮原子电子数比碳原子电子数多 D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼 解析 由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种共价晶体， 共价晶体是一种空间网状结构而不是平
7、面结构，所以 A 选项是错误的。由于氮原 子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键 长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此 B 选项是正确的。 原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以 C、 D 选项也是错误的。 答案 B 8.美国科学杂志曾报道：在 40 GPa 的高压下，用激光加热到 1 800 K，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点 D.该共价晶体硬度大，可用作耐磨材料 解析 CO2由固
8、态时形成的分子晶体变为共价晶体，其成键情况也发生了变化， 但化学键依然为极性共价键，故 A 正确。CO2共价晶体具有高硬度、高熔点等特 点，故 C、D 选项正确，B 项错误。 答案 B 9.下列物质的熔点均按由高到低的次序排列， 其中是由于键能由大到小的是( ) A.钠、干冰 B.金刚石、晶体硅 C.碘化氢、溴化氢 D.二氧化硅、二氧化碳 解析 干冰为分子晶体， 熔点较低， 是由于分子间作用力弱， 而不是因为键能小， A 错误；晶体硅、金刚石都为共价晶体，原子半径 CSi，原子半径越小，共价 键键能越大，则熔点越高，B 正确；HI、HBr 为同主族元素所形成的分子晶体， 分子的相对分子质量越大
9、， 分子间作用力越大， 晶体的熔点越高， 则熔点： HIHBr， 而键能：HBrHI，C 错误；二氧化碳是分子晶体，其分子间作用力小，不是由键 能引起的熔点低，D 错误。 答案 B 10.用 NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( ) A.124 g 白磷中含有 PP 键的个数为 4NA B.12 g 金刚石中含有 CC 键的个数为 4NA C.28 g 晶体硅中含有 SiSi 键的个数为 2NA D.60 g SiO2中含有 SiO 键的个数为 2NA 解析 由白磷的分子结构可知， 124 g 白磷即 1 mol P4中的 PP 键的个 数为 6NA；金刚石晶体中每个碳原子与 4
10、个碳原子形成 4 个 CC 共价键，每个 键为 2 个 C 共有，故 12 g 金刚石中含有 CC 键的个数为 2NA；晶体硅中每个 Si 原子形成 4 个 SiSi 键而每个 SiSi 键为 2 个 Si 原子共有， 故 1 mol 晶体硅中含 有 2NA个 SiSi 键；由 SiO2的晶体结构可知，每个 Si 原子形成 4 个 SiO 键， 60 g SiO2即 1 mol SiO2中含有 SiO 键的个数为 4NA。 答案 C 能力提升 11.C 元素和 Si 元素在化学中占有极其重要的地位。 (1)SiC 的晶体结构与晶体硅的相似，其中 C 原子的杂化方式为_，微粒间 存在的作用力是_
11、，SiC 和晶体 Si 的熔、沸点高低顺序是_。 (2)C、Si 为同一主族的元素，CO2和 SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的 不同。CO2中 C 原子与 O 原子间形成 键和 键，SiO2中 Si 原子与 O 原子间不 形成 键。从原子半径大小的角度分析，C、O 原子间能形成 键，而 Si、O 原 子间不能形成 键的原因是_。 SiO2属于_晶体， CO2属于_ 晶体，所以熔点：CO2_SiO2(填“”)。 (3)金刚石、 晶体硅、 二氧化硅、 CO2 4 种晶体的组成微粒分别是_， 熔化时克服的微粒间的作用力分别是 _。 解析 (1)SiC 与晶体硅结构相似，晶体硅中一个硅原子与
12、周围四个硅原子相连， 呈正四面体结构，所以杂化方式是 sp3，则 SiC 晶体中 C 原子杂化方式为 sp3；因 为 SiC 键的键长小于 SiSi 键的键长，所以熔、沸点高低顺序：SiCSi。(2)Si 的原子半径较大，Si、O 原子间距离较大，pp 轨道肩并肩重叠程度较小，不能 形成稳定的 键。SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，所以熔点：SiO2CO2。 (3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价 键；CO2为分子晶体，由分子构成，以分子间作用力(范德华力)结合。 答案 (1)sp3 共价键 SiCSi (2)Si 的原子半径较大，Si、O 原子间距离较
13、大，pp 轨道肩并肩重叠程度较小， 不能形成稳定的 键 共价 分子 (3)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力(或范德华 力) 12.碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮 化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。 请回答下列问题： (1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为_，每个硅原子周围与其距离最近的 碳原子有_个；设晶胞边长为 a cm，密度为 b g cm 3，则阿伏加德罗常数 可表示为_(用含 a、b 的式子表示)。 (2)立方氮化硼晶胞中有_个硼原子，_个氮原子，硼原子的杂化类 型为_，若晶胞的边长为 a cm，则立方氮化硼的密度
14、表达式为 _ g cm 3(设 N A为阿伏加德罗常数的值)。 解析 (1)SiC 晶体中，每个 Si 原子与 4 个 C 原子形成 4 个 键，故 Si 采取 sp3 杂化， 每个 Si 原子距离最近的 C 原子有 4 个。 SiC 晶胞中， 碳原子数为 61 28 1 8 4 个，硅原子位于晶胞内，SiC 晶胞中硅原子数为 4 个，1 个晶胞的质量为 160 g mol 1 NA g，体积为 a3 cm3，因此晶体密度：b g cm 3 160 g NA a3cm3，故 NA 160 a3b mol 1。 (2)立方氮化硼晶胞中，含有 N 原子数为 61 28 1 84 个，B 原子位于晶
15、胞内， 立方氮化硼晶胞中含硼原子 4 个。每个硼原子与 4 个氮原子形成 4 个 键，故硼 原子采取 sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为100 NA g，体积为 a3 cm3，故密度 为 100 a3 NA g cm 3。 答案 (1)sp3 4 160 a3b mol 1 (2)4 4 sp3 100 a3 NA 13.回答下列问题： (1)CO2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是_。 (2)熔点：金刚石_晶体硅；沸点：CH4_SiH4。(填“”或“”) (3)下列有关元素锗及其化合物的叙述中正确的是_(填序号)。 A.锗的第一电离能高于碳而电负性低于碳 B.四氯化锗与四氯化碳分子都
16、是四面体构型 C.常温下，二氧化锗与二氧化碳都是非极性的气体化合物 D.锗和碳都存在具有共价晶体结构的单质 (4)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图所示， 其中空心 球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。每个 冰晶胞平均占有_个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的 原因是_ _。 (5)二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入 1 个氧原子，二 氧化硅的空间网状结构中， 硅、 氧原子形成的最小环上氧原子数目是_个。 (6)已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如右上图所示)，其中有 20 个等边三角形的面和一定
17、数目的顶角，每个顶角上各有 1 个 B 原子。通过观察图 形及推算，此晶体结构单元由_个硼原子构成，其中 BB 键的键角为 _，共含有_个 BB 键。 解析 (3)锗与碳同主族，其中锗位于第四周期，故锗的第一电离能、电负性均小 于碳；GeCl4与 CCl4的结构相似，因中心原子价电子全部成键且价层电子对数为 4，故为正四面体；常温下，GeO2为固体；晶体锗、金刚石均为共价晶体。(6)20 个正三角形，共 60 个硼原子，每个硼原子为 5 个正三角形共有，故硼原子个数为 601 512。BB 键的个数为 203 1 230。 答案 (1)分子间作用力(范德华力) (2) (3)BD (4)8 碳
18、原子与氧原子都为 sp3杂化，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性(每 个水分子与相邻的 4 个水分子形成氢键) (5)6 (6)12 60 30 14.(1) 比 较 下 列 锗 卤 化 物 的 熔 点 和 沸 点 ， 分 析 其 变 化 规 律 及 原 因 _。 GeCl4 GeBr4 GeI4 熔点/ 49.5 26 146 沸点/ 83.1 186 约 400 (2)光催化还原 CO2制备 CH4反应中， 带状纳米 Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。 Zn、Ge、O 电负性由大至小的顺序是_。 (3)Ge 单晶具有金刚石型结构，其中 Ge 原子的杂化方式为_，微粒之间存 在的作用力是_
19、。 (4)晶胞有两个基本要素： 原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为 Ge 单晶的晶胞，其 中原子坐标参数 A 为(0，0，0)；B 为(1 2，0， 1 2)；C 为( 1 2， 1 2，0)。则 D 原子的坐 标参数为_。 晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知 Ge 单晶的晶胞参数 a565.76 pm， 其密度为_g cm 3(列出计算式即可)。 解析 (1)由表中数据，可知几种锗卤化物的熔、沸点都较低，都属于分子晶体。 随着相对分子质量的逐渐增大， 其分子间作用力逐渐增强， 故熔、 沸点逐渐升高。 (2)Zn、Ge、O 三种元素中，Zn 和 Ge 是金属元素，O 是非金属
20、元素。O 的电负性 比 Zn 和 Ge 的大，又根据同周期元素的电负性从左到右逐渐增大的规律，可知电 负性：OGeZn。 (3)由于锗单晶具有金刚石型的结构，故每个锗原子与相邻的四个锗原子形成四个 共价键，其原子轨道杂化类型为 sp3杂化。 (4)由 Ge 单晶晶胞结构示意图， 可知 D 原子与 A 原子及位于 3 个相邻面面心的 3 个原子构成了正四面体结构，D 原子位于正四面体的中心，再根据 A、B、C 三 个原子的坐标参数可知 D 原子的坐标参数为(1 4， 1 4， 1 4)。由锗单晶的晶胞结构示 意图，可知该晶胞中位于顶点的有 8 个原子，位于面心的有 6 个原子，位于内部 的有 4 个原子，则一个晶胞中所含有的锗原子个数为 81 86 1 248，再由晶 胞参数可知该晶胞为边长为 565.76 pm 的正方体，则其密度为 8 NA73 （565.7610 10）3 g cm 3。 答案 (1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高。原因是分子结构相似，相对 分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强 (2)OGeZn (3)sp3 共价键 (4)(1 4， 1 4， 1 4) 873 6.02565.76310 7