《共價(jià)晶體》教案[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.能辨識常見的共價(jià)晶體，并能從微觀角度分析共價(jià)晶體中各構(gòu)成微粒之間的作用對共價(jià)晶體物理性質(zhì)的影響。2.能利用共價(jià)晶體的通性推斷常見的共價(jià)晶體，并能利用均攤法對晶胞進(jìn)行分析。一、共價(jià)晶體的概念及其性質(zhì)1．共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及物理性質(zhì)(1)概念相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合形成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。(2)構(gòu)成微粒及微粒間作用(3)物理性質(zhì)①共價(jià)晶體中，由于各原子均以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，因此一般熔點(diǎn)很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導(dǎo)電。②結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高。2．常見共價(jià)晶體及物質(zhì)類別(1)某些單質(zhì)：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)等。(1)由原子直接構(gòu)成的晶體一定是共價(jià)晶體()(2)具有共價(jià)鍵的晶體一定是共價(jià)晶體()(3)共價(jià)晶體在固態(tài)或熔化時(shí)均不導(dǎo)電()(4)共價(jià)晶體由于硬度及熔、沸點(diǎn)都較高，故常溫時(shí)不與其他物質(zhì)反應(yīng)()答案(1)×(2)×(3)×(4)×1．怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點(diǎn)和硬度依次下降。提示從碳到硅，核電荷數(shù)增大，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，C—C、C—Si、Si—Si的鍵長依次增大，鍵長越短，共價(jià)鍵越牢固，共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的是共價(jià)鍵，而鍵能大小是C—C＞C—Si＞Si—Si，所以，金剛石、碳化硅、晶體硅的熔點(diǎn)和硬度依次下降。2．下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度，分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是()共價(jià)晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0①構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類越多，晶體的熔點(diǎn)越高②構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵的鍵能越大，晶體的熔點(diǎn)越高③構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越大，晶體的硬度越大④構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小，晶體的硬度越大A．①②B．③④C．①③D．②④答案D解析共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度等物理性質(zhì)取決于晶體內(nèi)的共價(jià)鍵，構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，對應(yīng)共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。3．(2019·長沙高二檢測)下列物質(zhì)的晶體直接由原子構(gòu)成的一組是()①CO2②SiO2③晶體Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固態(tài)HeA．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥C．②③⑥ D．①②⑤⑥答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固態(tài)He是分子晶體，其晶體由分子構(gòu)成，稀有氣體He由單原子分子構(gòu)成；SiO2、晶體Si屬于共價(jià)晶體，其晶體直接由原子構(gòu)成。二、常見共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)分析1．金剛石晶體金剛石晶體中，每個(gè)碳原子均以4個(gè)共價(jià)單鍵對稱地與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，形成C—C—C夾角為109°28′的正四面體結(jié)構(gòu)(即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價(jià)鍵)，整塊金剛石晶體就是以共價(jià)鍵相連的三維骨架結(jié)構(gòu)。其中最小的環(huán)是六元環(huán)。2.二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個(gè)硅原子均以4個(gè)共價(jià)鍵對稱地與相鄰的4個(gè)氧原子相結(jié)合，每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)中最小的環(huán)上有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子，硅、氧原子個(gè)數(shù)比為1∶2。(2)低溫石英的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。(1)金剛石晶體中最小碳環(huán)是六元環(huán)，且6個(gè)碳原子在同一平面內(nèi)()(2)金剛石晶體中每個(gè)碳原子被12個(gè)碳原子環(huán)所共有，每個(gè)C—C被6個(gè)六元環(huán)共用()(3)1mol金剛石晶體中含有4mol碳碳鍵()(4)1mol二氧化硅晶體中含有4mol硅氧鍵()答案(1)×(2)√(3)×(4)√解析(2)任意兩條相鄰的C—C參加了2個(gè)六元環(huán)的形成，每個(gè)C原子可形成4條C—C，兩面相鄰的組合有Ceq\o\al(2,4)＝6種，故每個(gè)C原子被6×2＝12個(gè)六元環(huán)共用。而每條C—C可以與相鄰的3條C—C兩兩相鄰，故每條C—C被3×2＝6個(gè)六元環(huán)共用。1．金剛石晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問題。(1)一個(gè)金剛石晶胞中含有________個(gè)碳原子。答案8解析8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8。(2)已知晶胞參數(shù)為apm，則金剛石的密度為________g·cm－3。答案eq\f(12×8,NAa×10－103)(3)晶體中兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為______pm。答案eq\f(\r(3),4)a解析兩個(gè)最近的碳原子之間的距離為晶胞內(nèi)體對角線的eq\f(1,4)，即eq\f(\r(3),4)a。2．(2019·廈門外國語學(xué)校期中)2017年中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同合成了T-碳。T-碳的結(jié)構(gòu)是將立方金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代，形成碳的一種新型三維立體晶體結(jié)構(gòu)，如圖所示(圖中的表示碳形成的正四面體結(jié)構(gòu))。已知T-碳晶胞參數(shù)為apm，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是()A．每個(gè)T-碳晶胞中含32個(gè)碳原子B．T-碳中C—C的最小夾角約為109°28′C．T-碳屬于共價(jià)晶體D．T-碳的密度為eq\f(12×32,NA×a×10－103)g·cm－3答案B解析1個(gè)金剛石晶胞中，含有碳原子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，將每個(gè)C原子換成一個(gè)由4個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元，則1個(gè)T-碳晶胞中含有的碳原子數(shù)目為8×4＝32，故A正確；T-碳中C—C的最小夾角為60°，故B錯誤；T-碳中碳原子間以共價(jià)鍵結(jié)合成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于共價(jià)晶體，故C正確；1個(gè)T-碳晶胞中含碳原子的數(shù)目為32，則該晶體的密度為eq\f(12×32,NA×a×10－103)g·cm－3，故D正確。1．金剛石是典型的共價(jià)晶體，下列關(guān)于金剛石的說法中錯誤的是()A．晶體中不存在獨(dú)立的分子B．碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合C．是自然界中硬度最大的物質(zhì)D．化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會與氧氣發(fā)生反應(yīng)答案D解析在金剛石中，碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合形成空間三維骨架結(jié)構(gòu)，不存在具有固定組成的分子；由于碳的原子半徑比較小，碳與碳之間的共價(jià)鍵鍵能很高，所以金剛石的硬度很大，故A、B、C選項(xiàng)正確；由于金剛石是碳的單質(zhì)，高溫下可以在空氣或氧氣中燃燒生成CO2，故D選項(xiàng)錯誤。2．美國《科學(xué)》雜志曾報(bào)道：在40GPa的高壓下，用激光加熱到1800K，人們成功制得了共價(jià)晶體CO2，下列對該物質(zhì)的推斷一定不正確的是()A．該共價(jià)晶體中含有極性鍵B．該共價(jià)晶體易氣化，可用作制冷材料C．該共價(jià)晶體有很高的熔、沸點(diǎn)D．該共價(jià)晶體的硬度大，可用作耐磨材料答案B解析共價(jià)晶體具有高硬度，高熔、沸點(diǎn)等性質(zhì)，不易氣化，不可用作制冷材料，B項(xiàng)錯誤。3．下列關(guān)于SiO2晶體空間結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是()A．最小的環(huán)上，有3個(gè)硅原子和3個(gè)氧原子B．最小的環(huán)上，硅原子數(shù)和氧原子數(shù)之比為1∶2C．最小的環(huán)上，有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子D．存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O原子處于中心，Si原子處于4個(gè)頂角答案C解析SiO2晶體中，每個(gè)硅原子與4個(gè)氧原子成鍵，每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子成鍵，晶體中的硅氧四面體中Si原子處于中心，O原子處于4個(gè)頂角。最小的環(huán)是十二元環(huán)，環(huán)上有6個(gè)Si原子、6個(gè)O原子，Si、O原子數(shù)之比是1∶1。4．設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法中正確的是()A．28g晶體硅中含有Si—Si的個(gè)數(shù)為2NAB．124g白磷(P4)晶體中含有P—P的個(gè)數(shù)為4NAC．12g金剛石中含有C—C的個(gè)數(shù)為4NAD．SiO2晶體中1mol硅原子可與氧原子形成2NA個(gè)共價(jià)鍵(Si—O)答案A解析晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，每個(gè)硅原子與周圍4個(gè)原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，依據(jù)“均攤法”，1個(gè)硅(或碳)原子分得的共價(jià)鍵數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2，A正確、C錯誤；白磷為正四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)P4分子中含有6個(gè)P—P，B錯誤；SiO2晶體中每個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成4個(gè)Si—O，D錯誤。5．如圖所示是某共價(jià)晶體A的空間結(jié)構(gòu)片段，A與某物質(zhì)B反應(yīng)生成C，其實(shí)質(zhì)是在每個(gè)A—A中插入一個(gè)B原子，則C物質(zhì)的化學(xué)式可能為()A．AB B．A5B4C．AB2 D．A2B5答案C6．單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)回答問題：金剛石晶體硅晶體硼熔點(diǎn)/℃＞355014102573沸點(diǎn)/℃510023552823硬度107.09.5(1)晶體硼屬于________晶體，理由是_______________________________________________。(2)金剛石具有硬度大、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，大量用于制造鉆頭、金屬切割刀具等。其結(jié)構(gòu)如圖所示，下列判斷正確的是________(填字母)。A．金剛石中C—C的鍵角均為109°28′，所以金剛石和CH4的晶體類型相同B．金剛石的熔點(diǎn)高與C—C的鍵能無關(guān)C．金剛石中碳原子個(gè)數(shù)與C—C數(shù)之比為1∶2D．金剛石的熔點(diǎn)高，所以在打孔過程中不需要進(jìn)行澆水冷卻(3)已知晶體硼的結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖所示)，該結(jié)構(gòu)單元中有20個(gè)正三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角上各有一個(gè)硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此結(jié)構(gòu)單元是由________個(gè)硼原子構(gòu)成的，其中B—B的鍵角為__________，該結(jié)構(gòu)單元共含有________個(gè)B—B。答案(1)共價(jià)晶體硼的熔、沸點(diǎn)高，硬度大(2)C(3)1260°30解析(1)從題表可知，晶體硼的熔、沸點(diǎn)以及硬度都介于晶體硅和金剛石之間。而金剛石和晶體硅均為共價(jià)晶體，在元素周期表中B與C相鄰，與Si處于對角線位置，則晶體硼也屬于共價(jià)晶體。(2)選項(xiàng)A，金剛石是共價(jià)晶體，CH4是分子晶體，二者的晶體類型不同；選項(xiàng)B，金剛石熔化過程中C—C斷裂，因C—C的鍵能大，斷裂時(shí)需要的能量多，故金剛石的熔點(diǎn)很高；選項(xiàng)C，金剛石中每個(gè)C都參與了4個(gè)C—C的形成，而每個(gè)C對每條鍵的貢獻(xiàn)只有一半，故碳原子個(gè)數(shù)與C—C數(shù)之比為(4×eq\f(1,2))∶4＝1∶2；選項(xiàng)D，金剛石的熔點(diǎn)高，但在打孔過程中會產(chǎn)生很高的溫度，如不澆水冷卻鉆頭，會導(dǎo)致鉆頭熔化。(3)從題圖可得出，每個(gè)頂角上的硼原子均被5個(gè)正三角形所共有，故分?jǐn)偟矫總€(gè)正三角形的硼原子為eq\f(1,5)個(gè)，每個(gè)正三角形含有eq\f(1,5)×3個(gè)硼原子，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元含硼原子數(shù)為20×eq\f(1,5)×3＝12，而每個(gè)B—B被2個(gè)正三角形所共有，故每個(gè)結(jié)構(gòu)單元含B—B的個(gè)數(shù)為20×eq\f(1,2)×3＝30。題組一共價(jià)晶體及其性質(zhì)1．下列晶體中①SiO2②CO2③P4④晶體硅⑤H2SO4⑥P2O5⑦SO3⑧SiC⑨冰醋酸⑩金剛石，屬于共價(jià)晶體的一組是()A．①③④⑤⑥⑩ B．①④⑧⑩C．③④⑧⑨⑩ D．全部答案B解析十種物質(zhì)中屬于分子晶體的有CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的4種物質(zhì)均為共價(jià)晶體。2．下列物質(zhì)中，屬于共價(jià)晶體的化合物是()A．水晶 B．晶體硅C．金剛石 D．干冰答案A解析A項(xiàng)，水晶是共價(jià)晶體，屬于化合物；B項(xiàng)，晶體硅是單質(zhì)；C項(xiàng)，金剛石是單質(zhì)；D項(xiàng)，干冰是分子晶體。3．晶體AB型共價(jià)化合物，若原子最外層電子數(shù)之和為8，常是具有半導(dǎo)體性質(zhì)的共價(jià)晶體。已知金剛石不導(dǎo)電、導(dǎo)熱，鋯石(ZrO2)不導(dǎo)電、不導(dǎo)熱，卻硬似鉆石，近期用制耐熱器的碳化硅也制成假鉆石，則識別它們的可靠方法是()A．能在玻璃上刻畫出痕跡的為金剛石B．很硬不導(dǎo)電而導(dǎo)熱的是金剛石C．既可導(dǎo)電又可導(dǎo)熱的是碳化硅D．不導(dǎo)電的為鋯石答案B解析比玻璃硬度大的物質(zhì)比較多，用刻畫玻璃的方法不可靠，由題干知金剛石導(dǎo)熱但不導(dǎo)電，而鋯石不導(dǎo)電也不導(dǎo)熱，故選B。4．根據(jù)下列性質(zhì)判斷，屬于共價(jià)晶體的物質(zhì)是()A．熔點(diǎn)為2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng)B．無色晶體，熔點(diǎn)為3500℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點(diǎn)為800℃，熔化時(shí)能導(dǎo)電D．熔點(diǎn)為－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電答案B解析共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高，但不導(dǎo)電，因此熔點(diǎn)為2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng)應(yīng)該是金屬，A不正確；無色晶體，熔點(diǎn)為3500℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑，符合共價(jià)晶體的性質(zhì)特點(diǎn)，B正確；無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點(diǎn)為800℃，熔化時(shí)能導(dǎo)電，不符合共價(jià)晶體的性質(zhì)，C不正確；熔點(diǎn)為－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電，符合分子晶體的性質(zhì)，屬于分子晶體，D不正確。5．我國的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，據(jù)報(bào)道，有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時(shí)再用射頻電火花噴射氮?dú)?，此時(shí)碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬。其原因可能是()A．碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體B．碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短C．氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多D．碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑答案B解析碳、氮原子結(jié)合成的碳氮化合物比金剛石更堅(jiān)硬，說明該化合物為共價(jià)晶體，為立體三維骨架結(jié)構(gòu)，A錯誤；由于原子半徑：N<C，原子半徑越小，共價(jià)鍵的鍵長越短，則鍵能越大，所以碳氮化合物比金剛石更堅(jiān)硬，B正確；共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度，與共價(jià)鍵有關(guān)，與電子數(shù)的多少無關(guān)，C錯誤；碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑，與兩種元素形成的化合物的性質(zhì)無關(guān)，D錯誤。6．碳化硅的晶體有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它與晶體硅和金剛石相比較，正確的是()A．熔點(diǎn)從高到低的順序：金剛石＞碳化硅＞晶體硅B．熔點(diǎn)從高到低的順序：金剛石＞晶體硅＞碳化硅C．三種晶體中的結(jié)構(gòu)單元都是三角錐結(jié)構(gòu)D．三種晶體都是共價(jià)晶體且均為電的良導(dǎo)體答案A解析碳化硅的晶體有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，這說明碳化硅形成的晶體是共價(jià)晶體。則形成共價(jià)晶體的原子半徑越小，共價(jià)鍵鍵能越大，其熔、沸點(diǎn)越高。原子半徑：C＜Si，則熔點(diǎn)從高到低的順序：金剛石＞碳化硅＞晶體硅，A正確、B錯誤；三種晶體中的結(jié)構(gòu)單元都是四面體結(jié)構(gòu)，C錯誤；三種晶體都是共價(jià)晶體且都不是電的良導(dǎo)體，D錯誤。7．氮氧化鋁(AlON)屬于共價(jià)晶體，是一種高強(qiáng)度透明材料，下列敘述錯誤的是()A．AlON和SiO2所含化學(xué)鍵的類型相同B．電解熔融AlON可得到AlC．AlON中N元素的化合價(jià)為－1D．AlON和SiO2的晶體類型相同答案B解析AlON和SiO2均屬于共價(jià)晶體，均只含有共價(jià)鍵，A、D項(xiàng)正確；AlON屬于共價(jià)晶體，熔融時(shí)不導(dǎo)電，B項(xiàng)錯誤；AlON中O為－2價(jià)，Al為＋3價(jià)，所以N元素的化合價(jià)為－1，C項(xiàng)正確。題組二共價(jià)晶體的晶體結(jié)構(gòu)8．金剛石是由碳原子所形成的正四面體結(jié)構(gòu)向空間無限延伸而得到的具有三維骨架結(jié)構(gòu)的共價(jià)晶體。在立方體中，若一碳原子位于立方體體心，則與它直接相鄰的四個(gè)碳原子位于該立方體互不相鄰的四個(gè)頂角上(如圖中的小立方體)。請問，圖中與小立方體頂角的四個(gè)碳原子直接相鄰的碳原子數(shù)為多少，它們分別位于大立方體的什么位置()A．12，大立方體的12條棱的中點(diǎn)B．8，大立方體的8個(gè)頂角C．6，大立方體的6個(gè)面的中心D．14，大立方體的8個(gè)頂角和6個(gè)面的中心答案A解析與小立方體頂角的四個(gè)碳原子直接相鄰的碳原子分別位于大立方體的12條棱的中點(diǎn)，共12個(gè)。如圖所示：9．在金剛石的晶體中，含有由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上所需碳原子數(shù)及每個(gè)碳原子上任意兩個(gè)C—C間的夾角是()A．6個(gè)，120° B．5個(gè)，108°C．4個(gè)，109°28′ D．6個(gè)，109°28′答案D解析根據(jù)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知最小環(huán)上碳原子數(shù)為6，任意兩個(gè)C—C間的夾角為109°28′。10．單質(zhì)硅的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。下列關(guān)于單質(zhì)硅晶體的說法不正確的是()A．是一種立體三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體B．晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)硅原子相連C．晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)目為8D．晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)目為6答案C解析單質(zhì)硅是一種立體三維骨架結(jié)構(gòu)的共價(jià)晶體，A正確；晶體中每個(gè)硅原子與4個(gè)硅原子相連，B正確；根據(jù)單質(zhì)硅的晶胞結(jié)構(gòu)可判斷晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)目為6，C錯誤、D正確。11．已知C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于C3N4晶體的說法錯誤的是()A．該晶體屬于共價(jià)晶體，其化學(xué)鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固B．該晶體中每個(gè)碳原子連接4個(gè)氮原子，每個(gè)氮原子連接3個(gè)碳原子C．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)D．該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成三維骨架結(jié)構(gòu)答案D解析C3N4晶體具有比金剛石還大的硬度，該晶體為共價(jià)晶體，其化學(xué)鍵比金剛石中的碳碳鍵更牢固，A正確；碳原子最外層有4個(gè)電子，氮原子最外層有5個(gè)電子，則該晶體中每個(gè)碳原子連接4個(gè)氮原子，每個(gè)氮原子連接3個(gè)碳原子，B正確；構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子連接4個(gè)氮原子，每個(gè)氮原子連接3個(gè)碳原子，則晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu)，C正確；金剛石只含有非極性共價(jià)鍵，但是C3N4晶體中碳、氮之間以極性共價(jià)鍵結(jié)合，原子間以極性鍵形成三維骨架結(jié)構(gòu)，D錯誤。12．參照如圖SiO2的晶體結(jié)構(gòu)模型分析SiO2晶體的結(jié)構(gòu)，并回答下列問題。(1)在二氧化硅晶體中有若干環(huán)狀結(jié)構(gòu)，最小的環(huán)狀結(jié)構(gòu)由________個(gè)原子構(gòu)成。(2)在二氧化硅晶體中，硅原子的價(jià)電子層原子軌道發(fā)生了雜化，雜化方式是______，Si—O—Si的鍵角是______。(3)二氧化硅屬于重要的無機(jī)非金屬材料，請列舉兩項(xiàng)二氧化硅的主要用途：①________________________________________________________________________。②________________________________________________________________________。(4)下列說法中正確的是________(填序號)。①凡是共價(jià)晶體都含有共價(jià)鍵②凡是共價(jià)晶體都有正四面體結(jié)構(gòu)③凡是共價(jià)晶體都具有三維骨架結(jié)構(gòu)④凡是共價(jià)晶體都具有很高的熔點(diǎn)答案(1)12(2)sp3109°28′(3)①制造石英玻璃②制造石英表中的壓電材料(或制造光導(dǎo)纖維等)(4)①③④解析可根據(jù)金剛石中碳原子的原子軌道雜化方式判斷二氧化硅晶體中硅原子的雜化方式。根據(jù)原子軌道的雜化方式，即可確定鍵角。不同的共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)可能不同，并不是所有的共價(jià)晶體都具有正四面體結(jié)構(gòu)。13．金剛石和金剛砂(SiC)具有相似的晶體結(jié)構(gòu)，在金剛砂的三維骨架結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以單鍵相結(jié)合。試回答：(1)金剛砂屬于________晶體。金剛砂熔點(diǎn)比金剛石熔點(diǎn)________。(2)在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)硅原子周圍結(jié)合________個(gè)碳原子，鍵角是________。(3)金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有由共價(jià)鍵形成的原子環(huán)，其中最小的環(huán)上有________個(gè)硅原子。答案(1)共價(jià)低(2)4109°28′(3)3解析(1)根據(jù)題意可知金剛砂屬于共價(jià)晶體，由于Si—C的鍵長大于C—C的鍵長，故Si—C的鍵能小，金剛砂的熔點(diǎn)比金剛石的熔點(diǎn)低。(2)Si原子與C原子交替以共價(jià)單鍵相結(jié)合，且Si、C原子都形成四個(gè)單鍵，故一個(gè)碳原子周圍結(jié)合4個(gè)硅原子，同時(shí)一個(gè)硅原子周圍結(jié)合4個(gè)碳原子。由于硅原子周圍的四個(gè)碳原子在空間呈正四面體形排列，故鍵角為109°28′。(3)類比金剛石中最小的原子環(huán)中有6個(gè)碳原子可知，在金剛砂中，最小的環(huán)上應(yīng)有3個(gè)硅原子和3個(gè)碳原子。14．氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在13000℃時(shí)反應(yīng)獲得。(1)氮化硅晶體屬于________晶體。(2)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子與Si原子不直接相連，同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出氮化硅的化學(xué)式：______________。(3)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得到較高純度的氮化硅。反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________________。(4)六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有________個(gè)氮原子、________個(gè)硼原子，立方氮化硼的密度是________g·cm－3(只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。答案(1)共價(jià)(2)Si3N4(3)3SiCl4＋2N2＋6H2eq\o(=,\s\up7(強(qiáng)熱))Si3N4＋12HCl(4)44eq\f(25×4,361.5×10－103×NA)解析(2)氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相連，同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此氮化硅的化學(xué)式為Si3N4。(4)立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，在金剛石的一個(gè)晶胞中含有C原子的個(gè)數(shù)：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，則在立方氮化硼晶胞中含有4個(gè)氮原子、4個(gè)硼原子；由于晶胞邊長為361.5pm，所以立方氮化硼的密度是ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(25×4,361.5×10－103×NA)g·cm－3。課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.下列關(guān)于共價(jià)晶體和分子晶體的說法不正確的是()A.共價(jià)晶體硬度通常比分子晶體大B.共價(jià)晶體的熔點(diǎn)較高C.有些分子晶體的水溶液能導(dǎo)電D.金剛石、水晶和干冰都屬于共價(jià)晶體答案D解析由于共價(jià)晶體中粒子間以共價(jià)鍵結(jié)合,而分子晶體中分子間以分子間作用力結(jié)合,故共價(jià)晶體比分子晶體的熔點(diǎn)高,硬度大;有些分子晶體溶于水后能電離出自由移動的離子而導(dǎo)電,如H2SO4、HCl;干冰(固態(tài)CO2)是分子晶體,D錯誤。2.下列晶體中,其中任何一個(gè)原子都被相鄰四個(gè)原子包圍,以共價(jià)鍵形成正四面體,并向空間伸展成共價(jià)鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的是()A.C60 B.冰C.金剛石 D.水晶答案C解析C60和冰都是分子晶體,A、B兩項(xiàng)均不符合題意;金剛石和水晶都是共價(jià)晶體,在金剛石中,每個(gè)碳原子周圍都有四個(gè)等距離的碳原子與之形成正四面體結(jié)構(gòu),C項(xiàng)符合題意;在水晶中,每個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子以共價(jià)鍵相連形成正四面體結(jié)構(gòu),但是每個(gè)氧原子只與兩個(gè)硅原子直接相連,D項(xiàng)不符合題意。3.如圖是冰的晶胞示意圖,冰以此為單位向空間延伸,則冰中的每個(gè)水分子均攤氫鍵()A.2個(gè) B.4個(gè)C.8個(gè) D.12個(gè)答案A解析每個(gè)水分子中的氧原子可以分別與另外兩個(gè)水分子中的氫原子形成2個(gè)氫鍵;每個(gè)水分子含有的兩個(gè)氫原子也可以分別與另外兩個(gè)水分子中的氧原子形成2個(gè)氫鍵;由于每個(gè)氫鍵都為兩個(gè)水分子所共有,因而每個(gè)水分子均攤氫鍵數(shù)為4×12=24.根據(jù)下列性質(zhì)判斷,屬于共價(jià)晶體的是()A.熔點(diǎn)為2700℃,導(dǎo)電性好,延展性強(qiáng)B.無色晶體,熔點(diǎn)為3550℃,不導(dǎo)電,質(zhì)硬,難溶于水和無機(jī)溶劑C.無色晶體,能溶于水,質(zhì)硬而脆,熔點(diǎn)為800℃,熔化時(shí)能導(dǎo)電D.熔點(diǎn)為-56.6℃,微溶于水,硬度小,固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電答案B解析因?yàn)楣矁r(jià)晶體中原子與原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合,共價(jià)鍵的作用比較強(qiáng),使共價(jià)晶體熔點(diǎn)高、硬度大,B項(xiàng)符合共價(jià)晶體的特征。5.下列各組物質(zhì)的熔點(diǎn)按由高到低的次序排列,其中熔點(diǎn)高低均與鍵能大小有關(guān)的是()A.鈉、干冰B.金剛石、晶體硅C.碘化氫、溴化氫D.二氧化硅、二氧化硫答案B解析干冰為分子晶體,熔點(diǎn)較低,是由于分子間作用力弱,而不是因?yàn)殒I能小,A錯誤;晶體硅、金剛石都為共價(jià)晶體,原子半徑C<Si,原子半徑越小,共價(jià)鍵鍵能越大,則熔點(diǎn)越高,B正確;HI、HBr為同主族元素所形成的分子晶體,分子的相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,晶體的熔點(diǎn)越高,故熔點(diǎn):HI>HBr,C錯誤;二氧化硫形成的是分子晶體,其熔點(diǎn)低是由于分子間作用力小,熔點(diǎn)低不是由鍵能引起的,D錯誤。6.(1)CO能與金屬Fe形成化合物Fe(CO)5,該化合物熔點(diǎn)為253K,沸點(diǎn)為376K,其固體屬于晶體。

(2)F2與其他鹵素單質(zhì)反應(yīng)可以形成鹵素互化物,如ClF3、BrF3,常溫下它們都是易揮發(fā)的液體。ClF3的熔、沸點(diǎn)比BrF3的(填“高”或“低”)。

(3)下圖為CO2分子晶體結(jié)構(gòu)的一部分。觀察圖示可知,每個(gè)CO2分子周圍有個(gè)與之緊鄰的CO2分子;該結(jié)構(gòu)單元平均占有個(gè)CO2分子。

答案(1)分子(2)低(3)124解析(1)由化合物熔點(diǎn)為253K,沸點(diǎn)為376K可知,其熔、沸點(diǎn)較低,所以為分子晶體。(2)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,范德華力越大,熔、沸點(diǎn)越高,所以ClF3的熔、沸點(diǎn)比BrF3的低。關(guān)鍵能力提升練7.(雙選)下列物質(zhì)的沸點(diǎn)順序正確的是()A.CH4<SiH4<GeH4<SnH4B.NH3<PH3<AsH3<SbH3C.H2O>H2S>H2Se>H2TeD.HF>HI>HBr>HCl答案AD解析同主族元素形成的氣態(tài)氫化物的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似,且相對分子質(zhì)量隨著原子序數(shù)增大而增大。一般情況下,范德華力隨著相對分子質(zhì)量的增大而增大,但由于氨、水和HF分子間分別可以形成氫鍵,所以其沸點(diǎn)在同主族元素氫化物中最高,故B、C兩項(xiàng)錯誤,A、D正確。8.干冰晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,即8個(gè)CO2分子占據(jù)立方體的頂點(diǎn),且在6個(gè)面的中心又各有1個(gè)CO2分子。在每個(gè)CO2分子周圍距離22a(其中a為立方體棱長)的CO2分子有(A.4個(gè) B.8個(gè)C.12個(gè) D.6個(gè)答案C解析根據(jù)題圖,以頂點(diǎn)CO2分子為研究對象,在每個(gè)CO2分子周圍距離其22a的CO2分子,即每個(gè)面心上的CO2分子,共有8×3×12=12個(gè),故9.BeCl2熔點(diǎn)較低,易升華,可溶于醇和醚,其化學(xué)性質(zhì)與AlCl3相似,BeBr2與BeCl2晶體類型相同。由此可推測BeCl2()A.熔融態(tài)不導(dǎo)電B.水溶液呈中性C.熔點(diǎn)比BeBr2高D.不與NaOH溶液反應(yīng)答案A解析由BeCl2熔點(diǎn)較低、易升華、可溶于醇和醚可知BeCl2晶體為分子晶體,分子晶體在熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電,A項(xiàng)正確;根據(jù)BeCl2的化學(xué)性質(zhì)與AlCl3相似,由于AlCl3溶液中的Al3+能發(fā)生水解:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+,使溶液顯酸性,可知BeCl2水溶液應(yīng)顯酸性,B錯誤;BeCl2和BeBr2形成的晶體都是分子晶體,且二者結(jié)構(gòu)相似,故熔、沸點(diǎn)隨著相對分子質(zhì)量的增大逐漸升高,C錯誤;由AlCl3能與NaOH溶液反應(yīng)可知BeCl2也能與NaOH溶液反應(yīng),D錯誤。10.(雙選)下表是某些共價(jià)晶體的熔點(diǎn)和硬度,分析表中的數(shù)據(jù),判斷下列敘述正確的是()原子晶體金剛石氮化硼碳化硅石英硅鍺熔點(diǎn)/℃>350030002700171014101211硬度109.59.576.56.0A.構(gòu)成共價(jià)晶體的原子種類越多,晶體的熔點(diǎn)越高B.構(gòu)成共價(jià)晶體的原子間的共價(jià)鍵的鍵能越大,晶體的熔點(diǎn)越高C.構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越大,晶體的硬度越大D.構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小,晶體的硬度越大答案BD解析共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度等物理性質(zhì)取決于晶體內(nèi)的共價(jià)鍵,構(gòu)成共價(jià)晶體的原子半徑越小,鍵長越短,鍵能越大,對應(yīng)共價(jià)晶體的熔、沸點(diǎn)越高,硬度越大。11.石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體(結(jié)構(gòu)如圖)。下列有關(guān)說法正確的是()A.固態(tài)時(shí),碳的各種單質(zhì)的晶體類型相同B.石墨烯中含有極性共價(jià)鍵C.從石墨中剝離石墨烯需要破壞氫鍵D.石墨烯具有導(dǎo)電性答案D解析碳形成的晶體有多種,如石墨、金剛石、C60等,其中金剛石為共價(jià)晶體,C60為分子晶體,A錯誤;石墨烯中含有的C—C為非極性共價(jià)鍵,B錯誤;石墨晶體中不存在氫鍵,C錯誤;石墨烯具有石墨的性質(zhì),具有導(dǎo)電性,D正確。12.碳元素和硅元素在化學(xué)中占有極其重要的地位。(1)SiC的晶體結(jié)構(gòu)與晶體硅的相似,其中C原子的雜化方式為,微粒間存在的作用力是,SiC和晶體Si的熔點(diǎn)高低順序是。

(2)C、Si為同一主族的元素,CO2和SiO2的化學(xué)式相似,但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的不同。CO2中C與O原子間形成σ鍵和π鍵,SiO2中Si與O原子間不能形成π鍵。從原子半徑大小的角度分析,為何C、O原子間能形成π鍵,而Si、O原子間不能形成π鍵:。SiO2屬于晶體,CO2屬于晶體,所以熔點(diǎn)CO2SiO2(填“<”“=”或“>”)。

(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、CO2四種晶體的構(gòu)成微粒分別是(用“原子”或“分子”回答),熔化時(shí)克服的微粒間的作用力分別是。

答案(1)sp3共價(jià)鍵SiC>Si(2)Si的原子半徑較大,Si、O原子間距離較大,p軌道“肩并肩”重疊程度較小,故不能形成穩(wěn)定的π鍵共價(jià)分子<(3)原子、原子、原子、分子共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、分子間作用力解析(1)晶體硅中一個(gè)硅原子與周圍4個(gè)硅原子相連形成正四面體結(jié)構(gòu),所以硅原子的雜化方式是sp3;因?yàn)镾i—C的鍵長小于Si—Si的鍵長,所以熔點(diǎn)高低是碳化硅>晶體硅。(2)SiO2為共價(jià)晶體,CO2為分子晶體,所以熔點(diǎn)高低是SiO2>CO2。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價(jià)晶體,構(gòu)成微粒為原子,熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵;CO2為分子晶體,由分子構(gòu)成,CO2分子間以分子間作用力結(jié)合。13.下表是元素周期表中短周期的一部分,表中所列字母分別代表一種元素。(1)上述元素形成的單質(zhì)中熔點(diǎn)最高的可能是(填字母);