3.2 分子晶体与共价晶体（解析版）
文档属性
| 名称 | 3.2 分子晶体与共价晶体（解析版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 657.4KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-24 16:33:39 | ||
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文档简介
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第三章 第二节 分子晶体与共价晶体
【学习目标】
1．使学生了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点；知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。
2．掌握共价晶体的概念，了解金刚石等典型共价晶体的结构特征；能描述金刚石、二氧化硅等共价晶体的结构与性质的关系。
【素养目标】
1．通过研究分子晶体和共价晶体的结构与性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。
2．通过典型分子晶体和共价晶体的晶胞模型来研究晶体内部的结构，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：分子晶体
1．构成粒子及作用力
(1) 定义：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
(2) 构成微粒：分子
(3) 微粒间的作用：分子间作用力
2．微粒堆积方式
(1)若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻的分子。
如：干冰：CO2的晶体。
①在常压下极易升华。
②干冰中的CO2分子间只存在范德华力而不存在氢键，一个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。
(2)分子间含有其他作用力，如：氢键，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。
①水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。
②氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
【点拨】晶体冰中氢键存在的判断易错点
(1)晶体冰中每个水分子可以与另外4个水分子形成氢键(不是2个)；每个水分子平均形成2个氢键(不是4个)。
(2)冰晶胞的结构和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。晶体中C、O均采用sp3杂化，均与4个其他原子形成正四面体结构单元，因此，冰晶胞的结构与金刚石的晶胞结构有一定的相似性。
(3)冰、氢氟酸中均有氢键，且O—H…O比H—F…H弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。
(4)晶体冰的密度比液态水的小。这是因为氢键的方向性使晶体冰中水分子形成氢键，空间的利用率变小。
3．常见的分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4等。
(2)部分非金属单质，如卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、P4O10、SO2、SO3等。
(4)几乎所有的酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数有机物，如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
4．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。
(2)分子晶体熔、沸点高低的比较规律
(3)分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。
【规律应用】分子晶体的特例与熔、沸点高低的判断
1．稀有气体
稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。
2．分子晶体熔、沸点高低的判断
(1)组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。
如：I2＞Br2＞Cl2＞F2
(2)组成和结构不相似的分子晶体（相对分子质量接近），分子的极性越大，熔、沸点越高。
如：CH3OH＞CH3CH3
(3)含有分子间氢键的会导致熔、沸点反常升高。如：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S
(4)对于有机物来说，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。
(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl
典例1． 下列性质符合分子晶体特点的是( )
①熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃
④熔点97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·cm－3
A．①④ B．②③ C．①② D．②④
【答案】B
【解析】本题考查分子晶体的性质。分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④项能导电，不是分子晶体的性质，该项所述是金属钠的性质。故选②③。
典例2．下列说法中，正确的是( )
A．冰融化时，分子中的H—O键发生断裂
B．有些分子间不仅存在范德华力，还可能存在氢键
C．分子晶体中，共价键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定
【答案】B
【解析】冰融化时是物理变化 ，不会破坏化学键，A错误；有些分子间不仅存在范德华力，还存在氢键，如H2O、NH3、HF等，B正确；分子的稳定性与共价键有关，熔、沸点与分子间作用力有关，C、D错误。
典例3．中学教材上介绍的干冰晶体结构如图所示，每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a (其中a为立方体棱长)的CO2有 ( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
【答案】C
【解析】如图在每个顶点上的CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×(3×)=12个。
知识点二：共价晶体
1．构成粒子及作用力
(1) 定义：原子都以共价键相结合，是三维的共价键网状结构。
(2) 构成微粒：原子
(3) 微粒间相互作用：共价键
2．常见的共价晶体
(1)某些非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、硅(Si)和锗(Ge)等；
(2)某些非金属化合物，如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等；
3．共价晶体的特点：硬度最大、熔沸点高，难溶于水。
4．共价晶体的熔沸点变化规律
共价晶体的熔点高低与其内部结构密切相关：对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
5．典型的共价晶体
(1)金刚石
结构：正四面体网状空间结构，C—C—C夹角为109°28′，成键碳原子采取sp3杂化。
性质：①硬度高，熔点髙；②不溶于一般的溶剂；③不能导电。
【点拨】 每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C—C键的夹角为109°28’ 。晶体中的最小环为六元环，每个C原子被12个六元环共有，每个C—C键被6个六元环共有，每个环所拥有的C原子数为1/2，拥有的C—C键数为1 ，则C原子数与C—C键数之比为1:2。
(2) SiO2晶体
制水泥、玻璃、宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等。
【点拨】SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子开成4个共价键，每个Si原子周围结合成4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环上有12个原子。
【点拨】有关常见原子晶体结构判断
1．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目。
(1)金刚石(或晶体硅)中，1 mol C(或Si)形成2 mol C—C(或Si—Si)键。
(2)SiC晶体中，1 mol C或1 mol Si均形成4 mol C—Si键。
(3)1 mol SiO2晶体中，共有4 mol Si—O键。
2．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化碳中最小环上的原子数。
(1)金刚石、晶体硅、SiC晶体中最小环上的原子数分别为6个C、6个Si、3个Si和3个C。
(2)SiO2晶体中最小环上有12个原子(6个Si和6个O)。
3．金刚石、晶体硅的一个晶胞中，分别含有碳原子数为8、硅原子数为8。
典例4．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )
A．熔点2700℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【答案】B
【解析】本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体的质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征，所以应该选择B项。
典例5．NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( )
A．28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．SiO2晶体中每摩尔硅可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
【答案】A
【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×=2，A正确、C错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。
典例6．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )
A．磷化硼晶体的化学式为BP，属于分子晶体
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键
D．磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠相同
【答案】C
【解析】根据题意，磷化硼为超硬耐磨涂层材料，说明其晶体类型为共价晶体，熔融状态不导电，A项和B项错误；磷化硼原子间均为共价键，由图可以发现，每个原子均形成4个共价键，C正确；由磷化硼的晶体结构可以看出，它的配位数为4，而NaCl晶体的配位数为6，二者结构微粒的堆积方式明显不同，故D错误。
知识点三：共价晶体和分子晶体
1．共价晶体和分子晶体比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概念 相邻原子间以共价键相结合而形成的空间立体网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体
组成微粒 原子 分子
微粒间作用力 共价键 分子间作用力
物理性质 熔、沸点高，硬度大，不溶于常见的溶剂，不导电，个别为半导体 熔、沸点较低，硬度较小，部分溶于水，不导电，部分溶于水导电
熔化时破坏的作用力 破坏共价键 一定破坏范德华力，有时还破坏氢键，如冰熔化
实例 金刚石、二氧化硅等 冰、干冰等
2．判断晶体类型(共价晶体和分子晶体)的方法
非金属单质和共价化合物所形成的晶体属于共价晶体还是分子晶体，可以从以下角度进行分析判断：
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
组成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
(2)依据物质的分类判断
①常见的共价晶体有：金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。
新型无机非金属材料“家庭”的成员(如Si3N4、BN等)熔点高、硬度大、耐高温、抗氧化，它们大多属于共价晶体。
②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都是分子晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔、沸点高，常在1 000 ℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。
(4)依据物质的状态判断
一般常温下呈气态或液态的单质(Hg除外)与化合物，其呈固态时都属于分子晶体。
(5)依据物质的挥发性判断
一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。
(6)依据导电性判断
分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能够导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。
(7)依据硬度和机械性能判断
共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小且较脆。
典例7． 下列说法中，正确的是( )
A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定
【答案】B
【解析】A项，冰为分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，故A项错误；B项，共价晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，故B项正确；C项，分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，所以C项错误，D项也错误。故选B。
典例8．下列说法中，正确的是( )
A．构成分子晶体的微粒一定含有共价键
B．在结构相似的情况下，共价晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高
C．某分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大
D．分子晶体中只存在分子间作用力而不存在任何化学键，所以其熔、沸点一般较低
【答案】B
【解析】构成分子晶体的微粒不一定含有共价键，如稀有气体元素形成的晶体；在结构相似的情况下，共价晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高；分子晶体的熔、沸点的高低决定于分子间作用力的大小，与共价键键能的大小无关；分子晶体中基本构成微粒间的相互作用是分子间的作用力，多数分子中存在化学键，但化学键不影响分子晶体的熔、沸点。
核心价值与学科素养
典例9．目前，科学界拟合成一种“二重构造”的球型分子，即把“足球型”的C60分子溶进“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合。下列关于这种分子的说法中不正确的是( )
A．该晶体是一种新型的化合物
B．该晶体属于分子晶体
C．是两种单质组成的混合物
D．相对分子质量为2400
【答案】C
【解析】球型分子的化学式为Si60C60，是一种化合物而不是混合物。由原子构成的分子属于分子晶体，其相对分子质量为2400。
典例10．为缓解北京地区的旱情，有关部门选择适宜的条件和方法，向大气中发射催雨剂，其主要成分是干冰（固态CO2）、液氮、碘化银等。下列有关叙述不正确的是( )
A．干冰是由分子构成的晶体
B．干冰和液氮的分子中都有非极性共价键
C．干冰和液氮催雨的原理都属于物理变化
D．碘化银粒在冷云中产生冰晶，起到催雨作用
【答案】B
【解析】干冰中没有非极性键
典例11．科学家们合成了具有半导体特性的环状C18分子，其合成方法的示意图如图：
下列说法不正确的是( )
A．键长：C≡C>C—C B．键能：C—O>C—C
C．C20O2为极性分子 D．C18晶体为分子晶体
【答案】A
【解析】A．一般单键的键长＞双键＞三键，故键长：C≡C＜C—C，A错误；B．由于C原子半径大于O，故C—C键的键长大于C—O键的键长，其C—O为极性键，C—C为非极性键，故键能：C—O>C—C，B正确；C．由图可知，C20O2不是中心对称结构，正、负电荷的中心不重合，故其为极性分子，C正确；D．由图示可知，C18为一个独立的分子，故C18晶体为分子晶体，D正确；故答案为：A。
典例12．近年来，科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知，最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6，它的熔点为150 ℃，燃烧热极高。Al2H6球棍模型如图。下列有关说法肯定错误的是( )
A．Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B．氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
C．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水
D．Al2H6中含有离子键和极性共价键
【答案】D
【解析】根据Al2H6分子的球棍模型可判断，该化合物形成的晶体属于分子晶体，含有的化学键是极性键，A正确，D不正确。由于燃烧热极高，所以B正确。根据Al2H6的组成元素可判断，其燃烧产物是氧化铝和水，C正确。
典例13． 最近科学家在实验室里成功地将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是( )
A．该晶体中C、O原子个数比为1︰2
B．该晶体中C—O—C的键角为180°
C．该晶体的熔、沸点高，硬度大
D．该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
【答案】B
【解析】若为共价晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英(SiO2)相似的空间立体网状结构。
【跟踪练习】 基础过关
1． 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。下列推断可能正确的是( )
A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B．Si3N4晶体是立体网状结构
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
【答案】B
【解析】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，其晶体为立体网状结构。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。
2． 硫和氮是两种常见的“明星元素”，其化合物是现代无机化学研究的最为活跃的领域之一，如图是已经合成的某硫氮化合物的分子结构，下列说法错误的是( )
A．该物质的分子式为SN
B．该物质的熔沸点较低
C．该物质的分子中含有非极性键
D．N的电负性比S的电负性强
【答案】A
【解析】A．由图可知，分子中含4个N原子、4个S原子，则该物质的分子式为S4N4，故A错误；B．该化合物为分子晶体，熔沸点较低，故B正确；C．分子中含有的S-S键为非极性键，故C正确；D．N的非金属性比S强，则N的电负性比S的电负性强，故D正确；故答案为A。
3． 氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B．立方相氮化硼含有σ键和π键，且为共价晶体，所以硬度大
C．两种晶体均为分子晶体
D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为平面三角形
【答案】D
【解析】A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；立方相氮化硼中只含有σ键，立方相氮化硼是共价晶体，B、C项错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形，正确。
4． 氮化碳的硬度比金刚石大，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
【答案】B
【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，氮的非金属性大于碳的非金属性，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4×+4×=3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。
5． 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法正确的是( )
A．磷化硼的化学式为B2P
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体属于共价晶体
D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
【答案】C
【解析】A．由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，A错误；B．磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B错误；C．由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料可知磷化硼晶体属于共价晶体，C正确；D．磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D错误；故答案选C。
能力达成
6． 氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。
(2)下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是_ _______(填编号)。
①单质I2和金刚石 ②晶体硅和二氧化硅
③冰和干冰 ④金刚石和碳化硅
(3)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子、硅原子与硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：__________。
(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为 ________________________。
【答案】 (1)共价 (2)②④ (3)Si3N4 (4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
【解析】(1)这是一道信息题，从题给信息知氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，应是共价晶体。(2)氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力为共价键，所给的4组物质中，单质I2、冰和干冰都是分子晶体，只需破坏分子间作用力。(3)氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。
7． 碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________。
(2)CS2分子中，共价键的类型有____________，C原子的杂化轨道类型是__________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：______________。
(3)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。
(4)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接_______个六元环，每个六元环占有________个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接______个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
【答案】(1)C有4个价电子且半径小，难以通过得、失电子达到稳定电子结构
(2)σ键和π键 sp CO2、SCN (或COS等)
(3)分子
(4)①3 2 ②12 4
【解析】(1)碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得、失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。(2)CS2中C为中心原子，采用sp1杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN 等。(3)Fe(CO)5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。(4)①由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6=2。②观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4=12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。
8． 在我国南海300～500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。在常温、常压下它会分解成水和甲烷，因而得名。请回答下列问题：
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是 （填序号）。
A．甲烷晶胞中的球只代表一个C原子
B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C．CH4熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E．CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构有多种。其中冰 Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的立体结构是 形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋），水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有 ，应用价层电子对互斥理论（或模型）推测H3O＋的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol－1，这说明___________________________________________________________________。
(3)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点（℃），则x、y、z的大小关系是 ，其判断依据是______________________________________________________。
【答案】(1)BE (2)①V 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键 (3)x＞z＞y 水分子间可以形成氢键，H2Se的相对分子质量大于H2S，故有沸点：H2O＞H2Se＞H2S
【解析】(1)CH4是分子晶体，熔化时克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子，并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析，位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×1/2＝12（个）。甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×1/8＋6×1/2＝4（个）。CH4分子为正四面体结构，C原子位于正四面体的中心，结构对称，CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数＝＝4，孤电子对数为2，所以水分子为V形，H2O分子能与H＋形成配位键，其原因是在O原子上有孤电子对，H＋有空轨道。H3O＋价电子对数＝4，含有1对孤电子对，故H3O＋为三角锥形。②冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol－1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍存在氢键。
(3)水分子间存在氢键，H2Se与H2S分子间不存在氢键，但H2Se的相对分子质量大于H2S相对分子质量，H2Se分子间范德华力大于H2S分子间范德华力。
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第三章 第二节 分子晶体与共价晶体
【学习目标】
1．使学生了解分子晶体的组成粒子、结构模型和结构特点及其性质的一般特点；知道一些常见的属于分子晶体的物质类别。
2．掌握共价晶体的概念，了解金刚石等典型共价晶体的结构特征；能描述金刚石、二氧化硅等共价晶体的结构与性质的关系。
【素养目标】
1．通过研究分子晶体和共价晶体的结构与性质，培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。
2．通过典型分子晶体和共价晶体的晶胞模型来研究晶体内部的结构，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：分子晶体
1．构成粒子及作用力
(1) 定义：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。
(2) 构成微粒：分子
(3) 微粒间的作用：分子间作用力
2．微粒堆积方式
(1)若分子间作用力只有范德华力，则分子晶体有分子密堆积特征，即每个分子周围有12个紧邻的分子。
如：干冰：CO2的晶体。
①在常压下极易升华。
②干冰中的CO2分子间只存在范德华力而不存在氢键，一个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个。
(2)分子间含有其他作用力，如：氢键，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。
①水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。
②氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引。
【点拨】晶体冰中氢键存在的判断易错点
(1)晶体冰中每个水分子可以与另外4个水分子形成氢键(不是2个)；每个水分子平均形成2个氢键(不是4个)。
(2)冰晶胞的结构和金刚石的晶胞结构相似，每个晶胞平均拥有8个水分子。晶体中C、O均采用sp3杂化，均与4个其他原子形成正四面体结构单元，因此，冰晶胞的结构与金刚石的晶胞结构有一定的相似性。
(3)冰、氢氟酸中均有氢键，且O—H…O比H—F…H弱，但水的沸点更高，其原因是平均每个水分子形成的氢键数比HF多。
(4)晶体冰的密度比液态水的小。这是因为氢键的方向性使晶体冰中水分子形成氢键，空间的利用率变小。
3．常见的分子晶体
(1)所有非金属氢化物，如H2O、NH3、CH4等。
(2)部分非金属单质，如卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等。
(3)部分非金属氧化物，如CO2、P4O10、SO2、SO3等。
(4)几乎所有的酸，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等。
(5)绝大多数有机物，如苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
4．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体中粒子间是以范德华力或范德华力和氢键而形成的晶体，因此，分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。
(2)分子晶体熔、沸点高低的比较规律
(3)分子晶体在固态和熔融状态均不存在自由离子，因而不能导电，易溶于水的电解质在水中全部或部分电离而能够导电，不溶于水的物质或易溶于水的非电解质不能导电。
【规律应用】分子晶体的特例与熔、沸点高低的判断
1．稀有气体
稀有气体单质是由原子直接构成的分子晶体，无化学键，晶体中只有分子间作用力。
2．分子晶体熔、沸点高低的判断
(1)组成和结构相似、不含氢键的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔、沸点越高。
如：I2＞Br2＞Cl2＞F2
(2)组成和结构不相似的分子晶体（相对分子质量接近），分子的极性越大，熔、沸点越高。
如：CH3OH＞CH3CH3
(3)含有分子间氢键的会导致熔、沸点反常升高。如：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S
(4)对于有机物来说，分子式相同，支链越多，熔、沸点越低。
(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子数的增加，熔、沸点升高。如：C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl
典例1． 下列性质符合分子晶体特点的是( )
①熔点1070℃，易溶于水，水溶液能导电
②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液能导电
③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃
④熔点97.81℃，质软，导电，密度为0.97g·cm－3
A．①④ B．②③ C．①② D．②④
【答案】B
【解析】本题考查分子晶体的性质。分子晶体中分子之间是以分子间作用力相结合的，分子晶体具有低熔点、易升华、硬度小等性质。①熔点高，不是分子晶体的性质；④项能导电，不是分子晶体的性质，该项所述是金属钠的性质。故选②③。
典例2．下列说法中，正确的是( )
A．冰融化时，分子中的H—O键发生断裂
B．有些分子间不仅存在范德华力，还可能存在氢键
C．分子晶体中，共价键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，对应的物质越稳定
【答案】B
【解析】冰融化时是物理变化 ，不会破坏化学键，A错误；有些分子间不仅存在范德华力，还存在氢键，如H2O、NH3、HF等，B正确；分子的稳定性与共价键有关，熔、沸点与分子间作用力有关，C、D错误。
典例3．中学教材上介绍的干冰晶体结构如图所示，每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子，在每个CO2周围距离a (其中a为立方体棱长)的CO2有 ( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
【答案】C
【解析】如图在每个顶点上的CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×(3×)=12个。
知识点二：共价晶体
1．构成粒子及作用力
(1) 定义：原子都以共价键相结合，是三维的共价键网状结构。
(2) 构成微粒：原子
(3) 微粒间相互作用：共价键
2．常见的共价晶体
(1)某些非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、硅(Si)和锗(Ge)等；
(2)某些非金属化合物，如二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硼(BN)等；
3．共价晶体的特点：硬度最大、熔沸点高，难溶于水。
4．共价晶体的熔沸点变化规律
共价晶体的熔点高低与其内部结构密切相关：对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
5．典型的共价晶体
(1)金刚石
结构：正四面体网状空间结构，C—C—C夹角为109°28′，成键碳原子采取sp3杂化。
性质：①硬度高，熔点髙；②不溶于一般的溶剂；③不能导电。
【点拨】 每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C—C键的夹角为109°28’ 。晶体中的最小环为六元环，每个C原子被12个六元环共有，每个C—C键被6个六元环共有，每个环所拥有的C原子数为1/2，拥有的C—C键数为1 ，则C原子数与C—C键数之比为1:2。
(2) SiO2晶体
制水泥、玻璃、宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等。
【点拨】SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子开成4个共价键，每个Si原子周围结合成4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环上有12个原子。
【点拨】有关常见原子晶体结构判断
1．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等共价晶体中的成键数目。
(1)金刚石(或晶体硅)中，1 mol C(或Si)形成2 mol C—C(或Si—Si)键。
(2)SiC晶体中，1 mol C或1 mol Si均形成4 mol C—Si键。
(3)1 mol SiO2晶体中，共有4 mol Si—O键。
2．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化碳中最小环上的原子数。
(1)金刚石、晶体硅、SiC晶体中最小环上的原子数分别为6个C、6个Si、3个Si和3个C。
(2)SiO2晶体中最小环上有12个原子(6个Si和6个O)。
3．金刚石、晶体硅的一个晶胞中，分别含有碳原子数为8、硅原子数为8。
典例4．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )
A．熔点2700℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
【答案】B
【解析】本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体的质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征，所以应该选择B项。
典例5．NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( )
A．28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
B．124 g白磷(P4)晶体中含有P—P键的个数为4NA
C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为4NA
D．SiO2晶体中每摩尔硅可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O键)
【答案】A
【解析】晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×=2，A正确、C错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P键，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键，D错误。
典例6．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )
A．磷化硼晶体的化学式为BP，属于分子晶体
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键
D．磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠相同
【答案】C
【解析】根据题意，磷化硼为超硬耐磨涂层材料，说明其晶体类型为共价晶体，熔融状态不导电，A项和B项错误；磷化硼原子间均为共价键，由图可以发现，每个原子均形成4个共价键，C正确；由磷化硼的晶体结构可以看出，它的配位数为4，而NaCl晶体的配位数为6，二者结构微粒的堆积方式明显不同，故D错误。
知识点三：共价晶体和分子晶体
1．共价晶体和分子晶体比较
晶体类型 共价晶体 分子晶体
概念 相邻原子间以共价键相结合而形成的空间立体网状结构的晶体 分子间以分子间作用力相结合的晶体
组成微粒 原子 分子
微粒间作用力 共价键 分子间作用力
物理性质 熔、沸点高，硬度大，不溶于常见的溶剂，不导电，个别为半导体 熔、沸点较低，硬度较小，部分溶于水，不导电，部分溶于水导电
熔化时破坏的作用力 破坏共价键 一定破坏范德华力，有时还破坏氢键，如冰熔化
实例 金刚石、二氧化硅等 冰、干冰等
2．判断晶体类型(共价晶体和分子晶体)的方法
非金属单质和共价化合物所形成的晶体属于共价晶体还是分子晶体，可以从以下角度进行分析判断：
(1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
组成原子晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；组成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。
(2)依据物质的分类判断
①常见的共价晶体有：金刚石、晶体硼、晶体锗等单质；SiO2、SiC、BN、AlN、Si3N4等化合物。
新型无机非金属材料“家庭”的成员(如Si3N4、BN等)熔点高、硬度大、耐高温、抗氧化，它们大多属于共价晶体。
②大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、气态氢化物、非金属氧化物(SiO2除外)、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都是分子晶体。
(3)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔、沸点高，常在1 000 ℃以上；分子晶体的熔、沸点低，常在数百摄氏度以下甚至更低。
(4)依据物质的状态判断
一般常温下呈气态或液态的单质(Hg除外)与化合物，其呈固态时都属于分子晶体。
(5)依据物质的挥发性判断
一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。
(6)依据导电性判断
分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能够导电；共价晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。
(7)依据硬度和机械性能判断
共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小且较脆。
典例7． 下列说法中，正确的是( )
A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定
【答案】B
【解析】A项，冰为分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，故A项错误；B项，共价晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，故B项正确；C项，分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，所以C项错误，D项也错误。故选B。
典例8．下列说法中，正确的是( )
A．构成分子晶体的微粒一定含有共价键
B．在结构相似的情况下，共价晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高
C．某分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大
D．分子晶体中只存在分子间作用力而不存在任何化学键，所以其熔、沸点一般较低
【答案】B
【解析】构成分子晶体的微粒不一定含有共价键，如稀有气体元素形成的晶体；在结构相似的情况下，共价晶体中的共价键越强，晶体的熔、沸点越高；分子晶体的熔、沸点的高低决定于分子间作用力的大小，与共价键键能的大小无关；分子晶体中基本构成微粒间的相互作用是分子间的作用力，多数分子中存在化学键，但化学键不影响分子晶体的熔、沸点。
核心价值与学科素养
典例9．目前，科学界拟合成一种“二重构造”的球型分子，即把“足球型”的C60分子溶进“足球型”的Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键结合。下列关于这种分子的说法中不正确的是( )
A．该晶体是一种新型的化合物
B．该晶体属于分子晶体
C．是两种单质组成的混合物
D．相对分子质量为2400
【答案】C
【解析】球型分子的化学式为Si60C60，是一种化合物而不是混合物。由原子构成的分子属于分子晶体，其相对分子质量为2400。
典例10．为缓解北京地区的旱情，有关部门选择适宜的条件和方法，向大气中发射催雨剂，其主要成分是干冰（固态CO2）、液氮、碘化银等。下列有关叙述不正确的是( )
A．干冰是由分子构成的晶体
B．干冰和液氮的分子中都有非极性共价键
C．干冰和液氮催雨的原理都属于物理变化
D．碘化银粒在冷云中产生冰晶，起到催雨作用
【答案】B
【解析】干冰中没有非极性键
典例11．科学家们合成了具有半导体特性的环状C18分子，其合成方法的示意图如图：
下列说法不正确的是( )
A．键长：C≡C>C—C B．键能：C—O>C—C
C．C20O2为极性分子 D．C18晶体为分子晶体
【答案】A
【解析】A．一般单键的键长＞双键＞三键，故键长：C≡C＜C—C，A错误；B．由于C原子半径大于O，故C—C键的键长大于C—O键的键长，其C—O为极性键，C—C为非极性键，故键能：C—O>C—C，B正确；C．由图可知，C20O2不是中心对称结构，正、负电荷的中心不重合，故其为极性分子，C正确；D．由图示可知，C18为一个独立的分子，故C18晶体为分子晶体，D正确；故答案为：A。
典例12．近年来，科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知，最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6，它的熔点为150 ℃，燃烧热极高。Al2H6球棍模型如图。下列有关说法肯定错误的是( )
A．Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B．氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
C．Al2H6在空气中完全燃烧，产物为氧化铝和水
D．Al2H6中含有离子键和极性共价键
【答案】D
【解析】根据Al2H6分子的球棍模型可判断，该化合物形成的晶体属于分子晶体，含有的化学键是极性键，A正确，D不正确。由于燃烧热极高，所以B正确。根据Al2H6的组成元素可判断，其燃烧产物是氧化铝和水，C正确。
典例13． 最近科学家在实验室里成功地将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是( )
A．该晶体中C、O原子个数比为1︰2
B．该晶体中C—O—C的键角为180°
C．该晶体的熔、沸点高，硬度大
D．该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
【答案】B
【解析】若为共价晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英(SiO2)相似的空间立体网状结构。
【跟踪练习】 基础过关
1． 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。下列推断可能正确的是( )
A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B．Si3N4晶体是立体网状结构
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
【答案】B
【解析】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，其晶体为立体网状结构。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。
2． 硫和氮是两种常见的“明星元素”，其化合物是现代无机化学研究的最为活跃的领域之一，如图是已经合成的某硫氮化合物的分子结构，下列说法错误的是( )
A．该物质的分子式为SN
B．该物质的熔沸点较低
C．该物质的分子中含有非极性键
D．N的电负性比S的电负性强
【答案】A
【解析】A．由图可知，分子中含4个N原子、4个S原子，则该物质的分子式为S4N4，故A错误；B．该化合物为分子晶体，熔沸点较低，故B正确；C．分子中含有的S-S键为非极性键，故C正确；D．N的非金属性比S强，则N的电负性比S的电负性强，故D正确；故答案为A。
3． 氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂；立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示，下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B．立方相氮化硼含有σ键和π键，且为共价晶体，所以硬度大
C．两种晶体均为分子晶体
D．六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为平面三角形
【答案】D
【解析】A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；立方相氮化硼中只含有σ键，立方相氮化硼是共价晶体，B、C项错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形，正确。
4． 氮化碳的硬度比金刚石大，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
【答案】B
【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，氮的非金属性大于碳的非金属性，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4×+4×=3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。
5． 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法正确的是( )
A．磷化硼的化学式为B2P
B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C．磷化硼晶体属于共价晶体
D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
【答案】C
【解析】A．由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，A错误；B．磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B错误；C．由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料可知磷化硼晶体属于共价晶体，C正确；D．磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D错误；故答案选C。
能力达成
6． 氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。
(2)下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是_ _______(填编号)。
①单质I2和金刚石 ②晶体硅和二氧化硅
③冰和干冰 ④金刚石和碳化硅
(3)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子、硅原子与硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：__________。
(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为 ________________________。
【答案】 (1)共价 (2)②④ (3)Si3N4 (4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl
【解析】(1)这是一道信息题，从题给信息知氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，应是共价晶体。(2)氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力为共价键，所给的4组物质中，单质I2、冰和干冰都是分子晶体，只需破坏分子间作用力。(3)氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。
7． 碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：
(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________。
(2)CS2分子中，共价键的类型有____________，C原子的杂化轨道类型是__________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子：______________。
(3)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。
(4)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：
①在石墨烯晶体中，每个C原子连接_______个六元环，每个六元环占有________个C原子。
②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接______个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。
【答案】(1)C有4个价电子且半径小，难以通过得、失电子达到稳定电子结构
(2)σ键和π键 sp CO2、SCN (或COS等)
(3)分子
(4)①3 2 ②12 4
【解析】(1)碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得、失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主。(2)CS2中C为中心原子，采用sp1杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO2、SCN 等。(3)Fe(CO)5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体。(4)①由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6=2。②观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4=12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面。
8． 在我国南海300～500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。在常温、常压下它会分解成水和甲烷，因而得名。请回答下列问题：
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是 （填序号）。
A．甲烷晶胞中的球只代表一个C原子
B．晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C．CH4熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E．CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构有多种。其中冰 Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的立体结构是 形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，形成水合氢离子（H3O＋），水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有 ，应用价层电子对互斥理论（或模型）推测H3O＋的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol－1，这说明___________________________________________________________________。
(3)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点（℃），则x、y、z的大小关系是 ，其判断依据是______________________________________________________。
【答案】(1)BE (2)①V 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键 (3)x＞z＞y 水分子间可以形成氢键，H2Se的相对分子质量大于H2S，故有沸点：H2O＞H2Se＞H2S
【解析】(1)CH4是分子晶体，熔化时克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子，并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析，位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×1/2＝12（个）。甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×1/8＋6×1/2＝4（个）。CH4分子为正四面体结构，C原子位于正四面体的中心，结构对称，CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数＝＝4，孤电子对数为2，所以水分子为V形，H2O分子能与H＋形成配位键，其原因是在O原子上有孤电子对，H＋有空轨道。H3O＋价电子对数＝4，含有1对孤电子对，故H3O＋为三角锥形。②冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0 kJ·mol－1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍存在氢键。
(3)水分子间存在氢键，H2Se与H2S分子间不存在氢键，但H2Se的相对分子质量大于H2S相对分子质量，H2Se分子间范德华力大于H2S分子间范德华力。
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