(共21张PPT)
1.定义及结构特点
(1)分子晶体:只含分子的晶体。
(2)分子晶体中粒子的相互作用
必备知识 清单破
知识点 1 分子晶体
第一节 分子晶体与共价晶体
2.属于分子晶体的物质类型
(1)所有非金属氢化物:如H2O、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。
(2)部分非金属单质:如X2(卤素单质)、O2、H2、白磷(P4)、硫(S8)、C60等。
(3)部分非金属氧化物:如CO2、SO2、NO2、P4O10等。
(4)稀有气体。
(5)几乎所有的酸:如H2SO4、HNO3、H3PO4等。
(6)绝大多数有机物:如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、尿素等。
3.粒子堆积方式
分子间作用力 堆积方式
范德华力 每个分子周围最多可以有12个紧邻的分子,这一特征称为分子密堆积,如C60、干冰、I2、O2
范德华力、氢键 如冰晶体中,由于氢键的存在,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
4.分子晶体的物理性质(详见定点1)
1.定义及特点
(1)定义:相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体叫共价晶体。
(2)特点:构成粒子是原子;粒子间作用力为共价键。
2.属于共价晶体的物质类型
(1)某些单质:如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、金刚石等。
(2)某些非金属化合物:如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。
3.物理性质
①共价晶体中,各原子均以强的共价键相结合,因此一般熔点很高,硬度很大,难溶于常见溶剂,
不导电。
②结构相似的共价晶体,一般原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔点越高。例如,熔
点:金刚石>碳化硅>晶体硅。
知识点 2 共价晶体
4.典型的共价晶体结构分析
(1)金刚石晶体结构及特点
金刚石的晶体结构和晶胞示意图
①在晶体中每个碳原子以4个共价单键与相邻的4个碳原子结合;
②晶体中C—C—C夹角为109°28',碳原子采取sp3杂化;
③最小环上有6个碳原子;
④晶体中C原子个数与C—C键个数之比为1∶2。
①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键,每个O原子和2个Si原子相结合;
②1 mol SiO2中含4 mol Si—O键;
③最小环由6个Si原子和6个O原子组成。
(2)二氧化硅晶体结构及特点
知识拓展 低温石英
SiO2有多种结构,自然界最常见的是低温石英。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四
面体形成螺旋上升的长链,这一结构决定了它具有手性(左、右型)。
石英晶体中的硅氧四面体相连构成的螺旋链
石英的左、右型晶体
1.SiO2是二氧化硅的分子式,这种说法正确吗
二氧化硅为共价晶体,晶体中不存在单个分子,SiO2不是其分子式。
2.分子晶体中,共价键的键能越大,该分子晶体的熔点越高,这种说法正确吗
分子晶体的熔点高低与其共价键键能大小无关。
3.干冰的熔、沸点比冰低,这种说法正确吗
由于冰中除了范德华力外还有分子间氢键作用,破坏分子间作用力较难,所以熔、沸
点比干冰高。
4.H2S晶体中一个H2S分子周围有12个H2S紧邻,则冰中一个水分子周围也有12个紧邻水分子,
这种说法正确吗
冰中可以形成分子间氢键,1个水分子可以与4个水分子形成氢键,故一个水分子周
围有4个紧邻水分子。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
( )
( )
( )
√
( )
5.PF5和PCl5均为三角双锥结构的分子晶体,所以两者的沸点:PF5
五氟化磷和五氯化磷是结构相似的分子晶体,五氟化磷的相对分子质量小于五氯化
磷,分子间作用力小于五氯化磷,沸点低于五氯化磷。
6.金刚石晶体中的最小环为六元环,每个碳原子均被12个六元环共用,这种说法正确吗
金刚石晶体结构中,最小环为六元环,每个碳原子均被12个六元环共用。
提示
提示
( )
√
( )
√
1.常见分子晶体的结构
(1)干冰
干冰的晶胞模型
①立方体的每个顶点上有1个CO2分子,6个面心还有6个CO2分子,每个晶胞中有8× +6× =4
个CO2分子,有12个原子。
②每个CO2分子周围等距离且紧邻的CO2分子数为12。
关键能力 定点破
定点 1 常见分子晶体的结构及物理性质
(2)冰
①水分子之间主要的作用力是氢键,当然也有范德华力。
②由于氢键的方向性,使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互
吸引。
2.分子晶体的物理性质
(1)较低的熔点和沸点(易升华或易挥发)。
(2)较小的硬度。
(3)一般都是绝缘体,固态及熔融状态也不导电。
(4)多数能溶于适当的溶剂(相似相溶)。
3.分子晶体熔点比较规律
(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,分子间作用力越大,熔点越
高。如:I2>Br2>Cl2>F2,HI>HBr>HCl。
(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,熔点越高。如:CH3
OH>CH3CH3。
(3)分子间氢键会导致熔点反常升高。如:H2O>H2Te>H2Se>H2S。
(4)对有机物来讲,一般分子式相同,支链越多,熔点越低。
(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,熔点升高。如:C2H6>
CH4,C2H5Cl>CH3Cl,CH3COOH>HCOOH。
典例 (1)比较下列物质熔点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2 SO2;
②NH3 PH3;
③O3 O2;
④Ne Ar;
⑤CH3CH2OH CH3OH;
⑥CO N2。
(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.202×105 Pa),请回答:
①AlCl3固体是 晶体。
②设计一个可靠的实验,判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是
。
解析 (1)各组物质均为分子晶体,根据分子晶体熔点的判断规律,如相对分子质量、分子极
性、分子间氢键等比较六组物质熔点的高低。(2)由AlCl3的熔点低判断AlCl3晶体为分子晶
体。验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可检测其熔融状态下是否导电,若不导
电是共价化合物,导电则是离子化合物。
答案 (1)①< ②> ③> ④< ⑤> ⑥>
(2)①分子 ②在熔融状态下,检测其是否导电,若不导电,则是共价化合物
1.分子晶体和共价晶体的比较
定点 2 分子晶体和共价晶体的比较及晶体类型的判断
晶体类型 分子晶体 共价晶体
定义 分子间通过分子间作用力结
合形成的晶体 相邻原子间以共价键结合形成的具有空间网状结构的晶体
构成粒子 分子 原子
物质 多数非金属单质和共价化合物 某些单质和共价化合物
粒子间的作用力 分子间作用力 共价键
续表
晶体类型 分子晶体 共价晶体
熔化时需克服的作用力 分子间作用力 共价键
物 理 性 质 熔点 较低 很高
硬度 较小 很大
导电性 固态和熔融态时一般都不导电,但某些分子晶体溶于水能导电,如HCl 固态和熔融态时多数不导电,但晶体Si、晶体Ge为半导体,能导电
溶解性 相似相溶 难溶于一般溶剂
决定熔点高低的因素 分子间作用力的强弱 共价键的强弱
典型例子 干冰、冰 金刚石、二氧化硅
2.共价晶体与分子晶体熔点高低的比较
(1)晶体类型不同时
熔点:共价晶体>分子晶体,原因:共价晶体的熔点与共价键有关,分子晶体的熔点与分子间作
用力有关,共价键的键能远大于分子间作用力。
(2)晶体类型相同时
根据分子晶体和共价晶体的熔点变化规律进行比较。
3.判断分子晶体和共价晶体的方法
(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断
(2)依据晶体的熔点判断
共价晶体的熔点很高,而分子晶体的熔点通常较低。
(3)依据晶体的硬度判断
共价晶体硬度大,分子晶体硬度较小。
(4)依据熟记的典型共价晶体和分子晶体判断
常见的共价晶体有:①单质,如金刚石、晶体硅、晶体锗等;②化合物,如SiO2、SiC、
BN、AlN、Si3N4等。绝大多数非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、稀有
气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体属于分子晶体。
典例 现有两组物质的熔点数据如表所示:
A组 B组
金刚石:>3 500 ℃ HF:-83 ℃
晶体硅:1 410 ℃ HCl:-115 ℃
晶体硼:2 300 ℃ HBr:-89 ℃
二氧化硅:1 713 ℃ HI:-51 ℃
根据表中数据回答下列问题:
(1)A组属于 晶体,其熔化时克服的粒子间的作用力是 。
(2)B组中HF熔点反常是由于 。
(3)B组晶体不可能具有的性质是 (填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④液体状态能导电
解析 (1)A组熔点很高,应是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的是共价键。(2)B组是分子晶
体,且结构相似,一般是相对分子质量越大,熔点越高;HF的相对分子质量最小但熔点比HCl高,
出现反常的原因是HF分子间存在氢键,HF熔化时除了破坏范德华力,还要破坏氢键,所需能
量更多。(3)分子晶体在固态和熔化状态都不导电。
答案 (1)共价 共价键 (2)HF分子间能形成氢键 (3)③④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.下列说法错误的是( )
A.凡是共价晶体都含有共价键
B.金刚石是共价晶体,化学性质稳定,不与物质发生反应
C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构
D.凡是共价晶体都具有很高的熔点
2.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.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.1mol立方BN中含有2mol共价键
4.晶体硼的结构如图所示,熔点为2573K。已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个B原子。下列有关说法不正确的是( )
A.每个结构单元含有20个硼原子
B.1mol晶体硼中含有30NA个B—B键
C.晶体硼中键角是60°
D.晶体硼是共价晶体
5.方英石(SiO2)的结构单元如图,下列有关说法正确的是( )
A.图示结构单元中实际占有18个硅原子
B.1molSi形成2molSi—O键
C.方英石晶体中的Si采用的是sp3杂化
D.方英石晶体中,Si—O键之间的夹角为90°
6.氮化镓在光电器件领域应用广泛;N与Si组成的Si3N4硬度很大。下列说法不正确的是( )
A.Si3N4、晶体Si、金刚石均是共价晶体
B.氮化镓晶胞结构如图所示,其化学式为GaN
C.钻石璀璨夺目与其为共价晶体有关
D.共价晶体中共价键越强,熔点越高
题组二 共价晶体的性质
7.碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似,俗称金刚砂。下列说法正确的是( )
A.SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1
B.SiC晶体的熔点较高
C.SiC晶体的硬度较小
D.SiC属于分子晶体
8.分子筛的化学组成通式为M2/nO·Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金属离子(人工合成时通常为Na)。下列说法正确的是( )
A.SiO2、冰都是典型的共价晶体
B.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.SiO2晶体中Si采用的是sp2杂化
D.SiO2晶体中的最小环上有6个原子
9.在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高聚氮的N—N的键能为160kJ/mol(N2中的键能为942kJ/mol),晶体中每个氮原子最外层均满足8e-的稳定结构,结构如图所示。下列有关这种晶体的说法不正确的是( )
A.每个氮原子的配位数为3
B.该晶体属于共价晶体
C.这种固体的可能潜在应用是做炸药
D.在高压下氮气发生聚合得到高聚氮,该反应为放热反应
10.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
11.根据下列物质的性质判断为共价晶体的是( )
A.微溶于水,硬度小,熔点-56.6℃,固态或液态不导电
B.熔点3140℃,电的良导体,加压可变形
C.熔点3530℃,不导电,难溶于水和有机溶剂,硬度大
D.熔点801℃,易溶于水,熔化时导电
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.1molSi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.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+2N2Si3N4+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:C3N42.下列有关金刚石晶体和SiO2晶体的叙述正确的是( )
金刚石及其晶胞 二氧化硅
A.金刚石晶体和SiO2晶体均属于共价晶体
B.金刚石晶胞中含有6个碳原子
C.60gSiO2晶体中所含共价键数目为6NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
D.金刚石晶体熔化时破坏共价键,SiO2晶体熔化时破坏分子间作用力
3.下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为空间网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小环上有6个碳原子
4.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10∶4
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.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)已知图甲晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如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)。
题组二 共价晶体的有关计算
6.砷化镓是一种立方晶系,晶胞结构如图甲所示,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料,晶胞结构如图乙所示,砷化镓的晶胞参数为xpm,密度为ρg·cm-3。下列说法错误的是( )
A.砷化镓中As的配位数为4
B.Ga和As的最近距离是xpm
C.砷化镓中与一个As原子距离最近且相等的Ga构成的结构为四面体形
D.Mn掺杂到砷化镓晶体中,与Mn最近且等距离的As的数目为6
7.一种广谱性熏蒸杀虫剂,其晶体熔点约2000℃,晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为ρg·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×1010pm
8.立方砷化硼的晶胞结构如图所示,请回答下列问题:
(1)As在元素周期表中的位置是 ;As属于 区元素。
(2)该晶胞的化学式为 ;2、3、4、5四个原子所围成的空间结构为 形。
(3)晶胞有两个基本要素。
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,图中1号原子的坐标参数为(0,0,0),6号原子的坐标参数为(1,1,1),则2号原子的坐标参数为 。
②晶胞参数是用来描述晶胞大小和形状的,设该晶胞的晶胞参数为apm,阿伏加德罗常数的值为NA,则B、As原子之间的最短距离为 pm,该晶胞的密度为 g·cm-3。
9.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γcm,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/cm3(用代数式表示)。
答案与分层梯度式解析
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
1.B 共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体,具有三维骨架结构,熔化时破坏共价键,具有很高的熔点,A、C、D正确;金刚石能在O2中燃烧生成CO2,B错误。
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
顶点和面心的原子个数为8×=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。
4.A
该晶体是由B原子之间以共价键形成的空间立体结构,是共价晶体,D正确。
5.C 由方英石(SiO2)的结构单元可知,所含硅原子数为8×+4=8,故A错误;由方英石的结构单元可知,1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,则1molSi形成4molSi—O键,故B错误;1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,说明Si原子的价层电子对数为4,采用sp3杂化,故C正确;由于Si原子采用sp3杂化,且没有孤电子对,则Si—O键之间的夹角为109°28',故D错误。
6.C Si3N4的硬度很大,属于共价晶体,晶体Si、金刚石均是共价晶体,A正确;一个晶胞中含有Ga的个数为8×=4,含有N的个数为4,化学式为GaN,B正确;钻石璀璨夺目与其是否为共价晶体无关,C错误;共价晶体中共价键越强,熔点越高,D正确。
7.B SiC晶体中硅、碳元素的质量比为28∶12=7∶3,A错误;SiC晶体结构与金刚石相似,属于共价晶体,熔点较高,硬度较大,B正确,C、D错误。
8.B 冰是分子晶体,A错误;金刚石、碳化硅、晶体硅都是共价晶体,原子半径CC—Si>Si—Si,硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅,B正确;SiO2晶体中Si原子的价层电子对数为4,采用sp3杂化,晶体中最小环上有6个Si原子和6个O原子,共12个原子,C、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.D 高聚氮晶体中每个N原子和另外3个N原子相连形成空间网状结构,属于共价晶体,配位数为3,A、B正确;由于高聚氮晶体中有大量的N—N键,并且N—N的键能比的键能低得多,易破坏,所以高聚氮可能做成炸药,C正确;高聚氮转变成N2会释放大量能量,高压下N2发生聚合得到高聚氮是吸热反应,D错误。
10.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。
11.C 共价晶体的硬度很大,熔点很高,大多不导电,加压不易变形,难溶于水和有机溶剂,C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1molSi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.A 金刚石晶体和SiO2晶体均属于共价晶体,A正确;金刚石的晶胞中含有碳原子数为8×+4=8,B错误;60gSiO2晶体的物质的量为1mol,1molSi原子与4molO原子形成4mol硅氧键,1molSiO2中含4mol硅氧键,即共价键数为4NA,C错误;SiO2晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,D错误。
3.D 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A错误;分子晶体中分子间作用力越大,其熔、沸点越高,与分子的稳定性没有关系,B错误;HF分子之间可以形成氢键,HF的沸点高于HI,C错误;金刚石为空间网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小环上有6个碳原子,D正确。
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×+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
解析 (1)GaAs和GaN结构相似,均属于共价晶体,原子半径NGa—As,沸点GaAs(2)根据题图甲晶胞的投影图可知,金刚石晶胞沿体对角线垂直在纸平面的投影图为D。
6.D 由图甲知,1个As与4个Ga形成共价键,即砷化镓中As的配位数为4,A正确;由砷化镓晶胞结构可知,Ga和As的最近距离为晶胞体对角线长的,则Ga和As的最近距离是xpm,B正确;砷化镓中与一个As原子距离最近且相等的Ga有4个,构成的结构为四面体形,C正确;由图乙晶胞结构可知,与Mn最近且等距离的As的数目为4,D错误。
7.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×=4,则化学式为AlP,A正确;该晶体的熔点很高,约为2000℃,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×1010pm,两个P原子间的最近核间距为面对角线长的一半,即×1010pm,D正确。
8.答案 (1)第四周期第ⅤA族 p (2)BAs 四面体 (3)①(×1030
解析 (1)As核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3,As在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤA族;As属于p区元素。(2)该晶胞中灰球有4个,白球个数为8×=4,其化学式为BAs。2、3、4、5四个原子所围成的空间结构为四面体形。(3)①题图中1号原子的坐标参数为(0,0,0),6号原子的坐标参数为(1,1,1),2号原子在体对角线的处,则其坐标参数为()。②B、As原子之间的最短距离为体对角线长的,即apm,该晶胞的密度为g·cm-3=×1030g·cm-3。
9.答案 (1)4 4 (2))
(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×=4。(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm,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γcm,D、E原子之间的距离为晶胞边长的,即γcm。(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的原子分数坐标为()。(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的氮原子和硼原子均为4个,则晶胞的质量为g,氮化硼晶胞的边长为γcm,则晶胞体积为γ3cm3,晶体的密度为g/cm3。
17第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
基础过关练
题组一 分子晶体及其判断
1.下列物质在常温常压下密度比水大,能溶于水,形成的晶体属于分子晶体的是( )
A.CH3CH2OH B.CCl4
C.O2 D.CO(NH2)2
2.下列说法正确的是( )
A.干冰升华时,分子中CO键发生断裂
B.所有非金属氢化物都属于分子晶体
C.分子晶体中,分子间作用力越大,对应的物质越稳定
D.所有分子晶体中都存在化学键
3.(易错题)下列各组晶体都属于化合物组成的分子晶体的是( )
A.H2O、O3、CCl4
B.CCl4、HD、H2O2
C.SO2、NaCl、CS2
D.P2O5、CO2、H3PO4
题组二 常见分子晶体的结构
4.甲烷晶体的晶胞结构如下图,下列有关说法不正确的是( )
A.甲烷晶体属于分子晶体
B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C.CH4晶体熔化时需克服共价键
D.可燃冰(CH4·8H2O)是在低温、高压下形成的晶体
5.黄砷(As4)是砷元素的一种单质,其分子结构与白磷(P4)相似。下列关于黄砷和白磷的叙述不正确的是( )
A.黄砷分子中共价键键角为60°
B.黄砷分子比白磷分子更稳定
C.黄砷和白磷形成的晶体都为分子晶体
D.黄砷的熔点高于白磷
6.富勒烯(C60)具有许多优异性能,如超导性、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀等。C60的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.晶胞中C60分子沿体对角线紧密排列
B.晶体中每个C60分子等距且最近的C60分子有12个
C.该晶体熔、沸点高,硬度大
D.每个C60晶胞中含有14个C60分子
7.干冰(固态CO2)在-78℃时可直接升华,其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.CO2中有CO键,中心原子C是sp2杂化
B.每个晶胞中含有4个CO2分子
C.每个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子
D.干冰升华时需克服分子间作用力
8.下图为冰晶体的结构模型,大球代表O,小球代表H。下列有关说法正确的是( )
A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构
B.冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样
C.水分子间通过H—O键形成冰晶体
D.冰融化后,水分子之间的空隙增大
9.(1)德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20,该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。1个C20分子共有 个正五边形,共有 个共价键;C20晶体属于 晶体。
(2)白磷的分子结构及其晶胞结构如图所示,晶胞参数为anm。
①P4中磷原子的杂化方式为 。
②白磷晶体中,距离一个P4最近的P4的个数为 。
③该晶体的密度= g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
题组三 分子晶体的性质
10.氦、冰晶体均为分子晶体,氦晶体的升华能是0.105kJ·mol-1,而冰的升华能则为46.9kJ·mol-1,能解释这一事实的是( )
①氦分子间仅存在范德华力 ②冰中有氢键 ③氦原子之间的化学键很弱 ④水分子之间的共价键强
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
11.我国科学家通过电化学与生物技术将CO2转化为乙酸(CH3COOH),再转化成葡萄糖(C6H12O6)等有机物,实现了CO2的资源化利用。下列说法错误的是( )
A.该研究有利于我国实现“碳中和”
B.乙酸溶于水能电离出H+,但乙酸属于分子晶体
C.葡萄糖是分子晶体
D.乙酸晶体中共价键的键能大,故熔点和沸点高
12.SiH4的分子结构与CH4类似,对SiH4作出如下推测,其中不正确的是( )
A.SiH4晶体是分子晶体
B.SiH4的热稳定性比CH4弱
C.SiH4是由极性键形成的非极性分子
D.SiH4的沸点低于CH4
13.医院在进行外科手术时,常用HgCl2稀溶液作为手术刀的消毒剂,已知HgCl2有如下性质:①HgCl2晶体熔点较低;②HgCl2熔融状态下不导电;③HgCl2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl2的叙述中正确的是( )
A.HgCl2晶体属于分子晶体
B.HgCl2属于离子化合物
C.HgCl2属于电解质,且属于强电解质
D.HgCl2属于非电解质
能力提升练
题组一 分子晶体的结构与性质P169定点1
1.干冰、冰的结构模型如图所示,下列说法正确的是( )
干冰的结构模型(晶胞) 冰的结构模型
A.构成干冰的微粒是碳、氧原子
B.每个干冰晶胞中含4个CO2分子
C.冰晶体中每个水分子周围有2个紧邻的水分子
D.冰融化时,H2O分子中H—O键断裂
2.乙醚(CH3CH2—O—CH2CH3)做溶剂时,可以改变某些物质的氧化性或还原性,比如:SO3和H2S在乙醚中可以共存,现将SO3和H2S按照物质的量1∶1通入乙醚中,出现无色晶体A,该晶体由C、H、O、S四种元素组成,反应前后C—H键、C—O键没有被破坏,且晶体中的C—H键数是SO3分子个数的20倍。则下列说法正确的是 ( )
A.H2S形成的晶体,有较高的熔点
B.SO3晶体中只含σ键
C.分子晶体中都存在化学键
D.该晶体的化学式为H2S2O3·2(C2H5)2O
3.三聚氰胺是一种有机合成剂。下列说法错误的是( )
A.晶体类型为分子晶体
B.1mol该分子中存在15molσ键
C.三聚氰胺晶体中含氢键,硬度大、熔点高
D.分子中所有化学键均为极性键
题组二 分子晶体的相关计算
4.自从合成了第一种稀有气体的化合物XePtF6以来,人们又相继发现了Xe的一系列化合物,如XeF2、XeF4等。图甲为XeF4的结构示意图,图乙为XeF2晶体的晶胞结构图。下列有关说法错误的是( )
图甲 图乙
A.XeF4是由极性键构成的非极性分子
B.XeF2晶体属于分子晶体
C.一个XeF2晶胞中平均含有4个XeF2分子
D.XeF2晶体中距离最近的两个XeF2之间的距离为(a为晶胞边长)
5.在C60的晶体空隙中插入金属离子可获得超导体。一种超导体的面心立方晶胞如图1所示,已知:晶胞参数为apm,各点的原子分数坐标分别为A(0,0,0),B(0,)。下列说法错误的是( )
图1 图2
A.沿图1虚线切割后得到的截面如图2所示
B.相邻两个K+的最短距离为apm
C.晶胞中C点原子分数坐标为()
D.该晶体的密度表达式为g·cm-3
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
基础过关练
1.D CH3CH2OH的密度小于水,CCl4不溶于水,O2不易溶于水,A、B、C错误;CO(NH2)2是尿素,密度比水大,能溶于水,是分子晶体,D正确。
2.B 干冰升华时,分子间作用力被破坏,分子中CO键不发生断裂,A错误;所有非金属氢化物都是分子晶体,B正确;分子晶体的稳定性与分子间作用力的大小无关,C错误;稀有气体如He等单原子分子形成的分子晶体中不存在化学键,D错误。
3.D O3、HD是单质,不是化合物,A、B错误;NaCl中不存在分子,不是分子晶体,C错误;P2O5、CO2、H3PO4都是共价化合物,它们的晶体均是分子晶体,D正确。
易错分析
对化合物的概念和HD的组成理解不透彻而错选B项,实际上HD是由氢元素的两种原子(H、D)构成的单质,属于分子晶体。
4.C CH4属于分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,A项正确、C项错误;由晶胞图可知,与每个CH4分子距离相等且最近的CH4分子有12个,B项正确;可燃冰是甲烷分子被包进水分子形成的笼状结构中,在海底低温、高压下形成的,D项正确。
5.B 黄砷分子结构与白磷(P4)相似,键角均为60°,A正确;原子半径:As>P,键长:As—As>P—P,键能:As—As6.B 晶胞中C60分子沿面对角线紧密排列,故A错误;晶体中每个C60分子等距且最近的C60分子有12个,故B正确;该晶体为分子晶体,熔、沸点较低,硬度较小,故C错误;每个C60晶胞中含有8×=4个C60分子,故D错误。
7.A CO2中有CO键,中心原子C是sp杂化,A错误;干冰在-78℃时可直接升华,干冰是分子晶体,升华时需克服分子间作用力,每个晶胞中含有8×=4个CO2分子,B、D正确;每个CO2分子周围有×(3×8)=12个紧邻的CO2分子,C正确。
8.A 干冰晶体主要是靠范德华力结合在一起,冰晶体中的水分子间主要是靠氢键结合在一起,B、C错误;冰晶体中每个水分子可以与4个水分子形成氢键,从而形成四面体结构,这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,因此冰融化后,水分子之间空隙减小,A正确、D错误。
9.答案 (1)12 30 分子
(2)①sp3 ②12 ③
解析 (1)根据题给信息可判断C20晶体属于分子晶体。根据其结构可知每个碳原子形成3个碳碳键,每个碳碳键被2个碳原子共用,所以1个C20分子含有的共价键数是=30。因为每个共价键被2个正五边形共用,所以平均每个正五边形含有的共价键数是2.5,故1个C20分子共有=12个正五边形。
(2)①白磷分子为正四面体结构,分子中磷原子的价层电子对数为4,原子的杂化方式为sp3。②白磷晶体中,距离一个P4最近的P4的个数为12。③晶胞中白磷分子的个数为8×=4,晶体的密度为g·cm-3。
10.A 氦分子间仅存在范德华力,冰中存在氢键,冰升华需要的能量高,两者的升华过程不涉及共价键,故选A。
11.D 通过电化学与生物技术将CO2转化为乙酸,该研究有利于我国实现“碳中和”,A正确;葡萄糖、乙酸都是由分子构成的分子晶体,共价键的键能大小与晶体的熔点和沸点高低无关,B、C正确,D错误。
12.D SiH4是分子晶体,A正确;C、Si位于同一主族,非金属性:C>Si,热稳定性:SiH4CH4,则SiH4的沸点高于CH4,C正确、D错误。
13.A 由HgCl2的性质可知,HgCl2晶体属于分子晶体,属于共价化合物,是弱电解质。
能力提升练
1.B 干冰是分子晶体,构成干冰的微粒是二氧化碳分子,A不正确;从晶胞图中可以看出,每个干冰晶胞中含CO2分子的个数为8×=4,B正确;从题图中可以看出,冰晶体中每个水分子周围有4个紧邻的水分子,C不正确;冰融化时,H2O分子中H—O键没有被破坏,D不正确。
2.D H2S形成分子晶体,熔点较低,A错误;SO3晶体中既含σ键又含π键,B错误;稀有气体形成的晶体中,不存在任何化学键,C错误;反应前后,C—H键、C—O键没有被破坏说明A物质中存在乙醚分子,由于A中的C—H键数是SO3分子个数的20倍,1mol乙醚分子中含10molC—H键,则SO3与乙醚的物质的量之比为1∶2,A的分子式为H2S2O3·2(C2H5)2O,D正确。
3.C 三聚氰胺晶体是由分子构成的分子晶体,硬度小、熔点较低,A正确、C错误;1个三聚氰胺分子中含6个N—Hσ键、9个碳氮σ键,1mol该分子中存在15molσ键,B正确;该分子中化学键均为极性键,D正确。
4.C Xe和F之间形成的是极性键,根据XeF4的结构示意图可知,该分子为平面正方形结构,正电中心和负电中心重合,该分子是由极性键构成的非极性分子,A正确;XeF2晶体是由XeF2分子通过范德华力构成的分子晶体,B正确;一个XeF2晶胞中平均含有XeF2分子的个数为8×+1=2,C错误;立方体体心的XeF2与每个顶点的XeF2之间的距离相等且最近,该距离为晶胞体对角线长的一半,即,D正确。
5.D C60位于顶点和面心,K+位于棱上、体心、体对角线,所以沿图1虚线切割后得到的截面如图2所示,故A正确;根据图示,相邻两个K+的最短距离为体对角线长的,即apm,故B正确;A点原子分数坐标为(0,0,0),A点是坐标原点,根据坐标系,晶胞中C点原子分数坐标为(),故C正确;根据均摊法,该晶胞中C60数目为8×=4、K+数目为12×+9=12,该晶体的密度表达式为g·cm-3,故D错误。
12