微專題5分子晶體、共價晶體的比較與應用1．共價晶體和分子晶體的比較類型比較分子晶體共價晶體概念分子間以分子間作用力相結(jié)合而形成的晶體相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體構(gòu)成晶體微粒分子原子微粒之間的作用力分子間作用力共價鍵物理性質(zhì)熔、沸點較低很高硬度較小很大導電性本身不導電，溶于水時發(fā)生電離后可導電絕緣體(或半導體)延展性無無溶解性極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑不溶于任何常見溶劑典型實例部分非金屬單質(zhì)(如P4、硫等)、部分非金屬氧化物(如CO2、SO2等)、酸(如H2SO4等)、所有非金屬氫化物(如甲烷、硫化氫等)、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外)金剛石、晶體硅、二氧化硅等2.判斷分子晶體和共價晶體的方法(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷構(gòu)成共價晶體的微粒是原子，微粒間的作用力是共價鍵；構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，微粒間的作用力是分子間作用力。(2)依據(jù)晶體的熔點判斷共價晶體的熔點高，常在1000℃以上，而分子晶體的熔點低，常在數(shù)百度以下甚至溫度更低。(3)依據(jù)晶體的硬度與機械性能判斷共價晶體的硬度大，分子晶體的硬度小且較脆。(4)依據(jù)導電性判斷分子晶體為非導體，但部分溶于水后能導電；共價晶體多數(shù)為非導體，但晶體硅、鍺是半導體。(5)記憶常見的共價晶體、分子晶體常見的共價晶體有：①單質(zhì)：金剛石、晶體硅、晶體硼、晶體鍺等；②化合物：SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等。除共價晶體外的絕大多數(shù)非金屬單質(zhì)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物、酸、絕大多數(shù)有機物(有機鹽除外)都屬于分子晶體。1．下列各組晶體物質(zhì)中，化學鍵類型相同，晶體類型也相同的是()①SiO2和SO3②晶體硼和HCl③CO2和SO2④晶體硅和金剛石⑤晶體氖和晶體氮⑥硫黃和碘A．①②③ B．④⑤⑥C．③④⑥ D．①③⑤答案C解析屬于分子晶體的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶體氖、晶體氮、硫黃和碘。屬于共價晶體的有SiO2、晶體硼、晶體硅和金剛石。但晶體氖是由稀有氣體分子組成，稀有氣體為單原子分子，分子間不存在化學鍵。2．下列晶體熔、沸點由高到低的順序正確的是()①SiC②Si③HCl④HBr⑤HI⑥CO⑦N2⑧H2A．①②③④⑤⑥⑦⑧ B．①②⑤④③⑥⑦⑧C．①②⑤④③⑦⑥⑧ D．⑥⑤④③②①⑦⑧答案B解析SiC和Si為共價晶體，熔、沸點高，因為SiC晶體中Si—C比Si晶體中Si—Si更牢固，則SiC的熔、沸點大于Si的熔、沸點，剩余晶體均為分子晶體，熔、沸點低于共價晶體，結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，范德華力就越大，熔、沸點越高，相對分子質(zhì)量相同的分子晶體，極性分子的熔、沸點大于非極性分子的熔、沸點，所以熔、沸點由高到低的順序正確的是①②⑤④③⑥⑦⑧，故B項正確。3．現(xiàn)有以下8種晶體：A．干冰B．CS2C．金剛石D．SiCE．晶體硅F．水晶G．冰H．晶體氬(1)屬于分子晶體，且分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形的是________________(填字母，下同)。(2)通過非極性鍵形成的共價晶體是________；晶體內(nèi)不含化學鍵的是________。(3)直接由原子構(gòu)成的晶體是________。(4)受熱熔化時，化學鍵發(fā)生變化的是________，干冰的熔點比冰的熔點低得多，原因是________________________________________________________________________。(5)金剛石、SiC、晶體硅都是同主族元素組成的晶體，它們的熔點高低順序為______>_______>_______(用名稱填空)，其原因是___________________________________________________。答案(1)AB(2)CEH(3)CDEFH(4)CDEF干冰中CO2分子之間只存在范德華力，冰中H2O分子之間存在范德華力和氫鍵，且氫鍵的強度比范德華力大(5)金剛石碳化硅晶體硅金剛石、碳化硅、晶體硅都是共價晶體，鍵長：C—C<C—Si<Si—Si，則共價鍵強度：C—C>C—Si>Si—Si解析(1)A、B、G、H屬于分子晶體，其中CO2、CS2為直線形分子，H2O為V形分子，Ar屬于單原子分子。(2)非極性鍵形成的共價晶體應為單質(zhì)，有金剛石和晶體硅，題述物質(zhì)中只有晶體氬不含化學鍵。(3)直接由原子構(gòu)成的晶體為共價晶體和由稀有氣體組成的分子晶體。(4)受熱熔化時，分子晶體只是破壞分子間的作用力，而不會破壞分子內(nèi)的化學鍵；共價晶體會破壞其中的共價鍵，干冰和冰均為分子晶體，但是冰中水分子間存在氫鍵，使熔點升高。(5)金剛石、SiC和晶體硅都是共價晶體，共價晶體的熔點取決于共價鍵的鍵能。由于原子半徑Si>C，故鍵長：Si—Si>Si—C>C—C，所以鍵能的大小順序為C—C>Si—C>Si—Si，所以三種晶體的熔點高低順序：金剛石>碳化硅>晶體硅。4．現(xiàn)有兩組物質(zhì)的熔點數(shù)據(jù)如表所示：A組B組金剛石：＞3500℃HF：－83℃晶體硅：1410℃HCl：－115℃晶體硼：2300℃HBr：－89℃二氧化硅：1710℃HI：－51℃根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題。(1)A組屬于________晶體，其熔化時克服的微粒間的作用力是_____________________________________________________________________。(2)B組中HF熔點反常是由于________。(3)B組晶體不可能具有的性質(zhì)是________(填序號)。①硬度?、谒芤耗軐щ姠酃腆w能導電④液體狀態(tài)能導電答案(1)共價共價鍵(2)HF分子間能形成氫鍵，熔化時需要消耗更多的能量(3)③④解析A組熔點很高，應是共價晶體，共價晶體熔化時破壞的是共價鍵；B組是分子晶體，且結(jié)構(gòu)相似，一般是相對分子質(zhì)量越大，熔點越高；HF的相對分子質(zhì)量最小，但熔點比HCl高，出現(xiàn)反常的原因是HF分子間存在氫鍵，HF熔化時除了破壞分子間作用力，還要破壞氫鍵，所需能量更高，因而熔點更高。分子晶體在固態(tài)和熔化狀態(tài)時都不導電。5．通常人們把斷開(或形成)1mol某化學鍵所吸收(或放出)的能量看成該化學鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學鍵的強弱，也可以估算化學反應的反應熱(ΔH)?；瘜W反應的ΔH等于反應中斷裂舊化學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和的差。Si—OSi—ClH—HH—ClSi—SiSi—C鍵能/(kJ·mol－1)460360436431176347請回答下列問題：(1)比較下列兩組物質(zhì)的熔點高低(填“>”或“<”)SiCl4________SiO2;Si________SiC。(2)如圖每個“”表示硅晶體中的一個硅原子，每個硅原子與Si—Si數(shù)目之比為________，屬于________晶體。答案(1)<<(2)1∶2共價解析(1)鍵長短，鍵能大，熔點高。(2)每個硅原子形成四個共價鍵，而一個共價鍵由兩個硅原子形成，所以每個硅原子與Si—Si數(shù)目之比為1∶(eq\f(1,2)×4)＝1∶2。6．硼(B)及其化合物在化學中有重要的地位。請回答下列問題：(1)Ga與B同主族，Ga的基態(tài)原子核外電子排布式為___________________________。B與同周期相鄰兩元素第一電離能由大到小的順序是________________。(2)硼酸(H3BO3)是白色片狀晶體(層狀結(jié)構(gòu)如圖)，有滑膩感，在冷水中溶解度很小，加熱時溶解度增大。①硼酸中B原子的雜化軌道類型為________。②硼酸晶體中存在的作用力有范德華力和__________________________________________。③加熱時，硼酸的溶解度增大，主要原因是____________________________。④硼酸是一元弱酸，在水中電離時硼酸結(jié)合水電離出的H＋而呈酸性。寫出硼酸的電離方程式：_______________________________________________________________________________。(3)立方氮化硼是一種新型陶瓷材料，結(jié)構(gòu)和形體都類似金剛石，是現(xiàn)在所知的幾乎最硬的物質(zhì)，化學式為BN，則立方氮化硼中B原子的雜化軌道類型為________；1mol立方氮化硼中B—N的物質(zhì)的量為________。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)C＞Be＞B(2)①sp2②氫鍵、共價鍵③加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵④H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋(3)sp34mol解析(1)Ga的基態(tài)原子核外電子排布式：1s22s22p63p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1；同周期元素第一電離能從左到右有增大的趨勢，但第ⅡA、第ⅤA出現(xiàn)反常，故第一電離能：C＞Be＞B。(2)①B原子的雜化軌道類型為sp2雜化；②硼酸晶體中除了范德華力還有共價鍵和氫鍵；③加熱時，硼酸的溶解度增大，是由于加熱破壞了硼酸分子之間的氫鍵；④硼酸的電離方程式為H3BO3＋H2O[B(OH)4]－＋H＋。(3)B原子的雜化軌道類型為sp3雜化；立方氮化硼結(jié)構(gòu)和形體都類似金剛石，故晶胞中含有4個B原子和4個N原子，故1mol立方氮化硼中含有4molB—N。7．回答下列問題：(1)氮化碳和氮化硅晶體結(jié)構(gòu)相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定。氮化硅的硬度________(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是__________________________________________________________________________________________________。(2)第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似。①在GaN晶體中，每個Ga原子與________個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為________________，GaN屬于________晶體。②三種新型半導體材料的熔點由高到低的順序為____________________________________。答案(1)小于氮化硅和氮化碳均為共價晶體，氮化硅中N—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小(2)①4正四面體共價②GaN＞GaP＞GaAs解析(1)氮化硅和氮化碳均為共價晶體。氮化硅中N—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。(2)①GaN與單晶硅結(jié)構(gòu)相似，所以每個Ga原子與4個N原子形成共價鍵，每個N原子與4個Ga原子形成共價鍵。與同一個Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為正四面體結(jié)構(gòu)，GaN與晶體硅都是共價晶體。②原子半徑越小，共價鍵越強，晶體的熔點越高。8．納米技術(shù)制成的金屬燃料、非金屬固體燃料、氫氣等已應用到社會生活和高科技領(lǐng)域。(1)A和B的單質(zhì)單位質(zhì)量的燃燒熱大，可用作燃料。已知A和B為短周期元素，其原子的第一至第四電離能如下表所示：電離能/(kJ·mol－1)I1I2I3I4A93218211539021771B7381451773310540①某同學根據(jù)上述信息，推斷B的核外電子排布如右圖所示，該同學所畫的電子排布圖違背了________。②根據(jù)價層電子對互斥理論，預測A和氯元素形成的簡單分子空間結(jié)構(gòu)為________。(2)氫氣作為一種清潔能源，必須解決它的儲存問題，C60可用作儲氫材料。①已知金剛石中C—C的鍵長為154.45pm，C60中C—C的鍵長為145～140pm，有同學據(jù)此認為C60的熔點高于金剛石，你認為是否正確并闡述理由：___________________________________________________________________________________________________________。②科學家把C60和K摻雜在一起制造了一種富勒烯化合物，其晶胞如圖所示，該物質(zhì)在低溫時是一種超導體。該物質(zhì)的K原子和C60分子的個數(shù)之比為________。③繼C60后，科學家又合成了Si60、N60，C、Si、N原子的電負性由大到小的順序是________。Si60分子中每個硅原子只跟相鄰的3個硅原子形成共價鍵，且每個硅原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則Si60分子中π鍵的數(shù)目為______________。答案(1)①能量最低原理②直線形(2)①不正確。C60為分子晶體，熔化時破壞的是分子間作用力，無需破壞共價鍵，而分子間作用力較弱，所需能量較低，故C60的熔點低于金剛石的熔點②3∶1③N>C>Si30解析(1)