第2课时 共价晶体
新知探究(一)——典型共价晶体的结构特征
1.共价晶体的构成
(1)构成微粒及作用:
(2)共价晶体结构:整个晶体形成共价键三维骨架结构。
2.两种典型的共价晶体结构特征
(1)金刚石的晶体结构特征
①在晶体中,每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合,成为正四面体。
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,每个C原子被12个六元环共用。
④晶体中碳原子个数与C—C数之比为1∶=1∶2,1 mol金刚石中有2 mol碳碳键。
(2)二氧化硅的晶体结构特征
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。
③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。
④每个Si原子被12个12元环共用,每个O原子被6个12元环共用。
应用化学
1.下表中数据为二氧化碳(CO2)和二氧化硅(SiO2)的熔、沸点。
晶体 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 -56.6(在527 kPa下测得) -78.5
SiO2 1 713 2 230
碳和硅元素位于元素周期表中同一主族,且二氧化碳和二氧化硅晶体均含有共价键,熔、沸点差距很大。请结合分子晶体的性质,判断SiO2固体是否属于分子晶体 并说明理由。
2.天然的金刚石和水晶都呈现规则多面体的外形,如图,体现了晶体的什么性质 其微观本质是什么
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体 ( )
(2)具有共价键的晶体叫做共价晶体 ( )
(3)SiO2表示二氧化硅分子 ( )
(4)同一主族的氧化物,晶体类型可能不同 ( )
2.下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体(如图所示)的叙述正确的是 ( )
A.金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体
B.金刚石晶胞中含有6个碳原子
C.60 g SiO2晶体中所含共价键数目为6NA(NA是阿伏加德罗常数的值)
D.金刚石晶体熔化时破坏共价键,二氧化硅晶体熔化时破坏分子间作用力
3.我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图,下列说法不正确的是 ( )
A.石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B.每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2,可用“SiO2”来表示石英的组成
D.在晶体中存在石英分子,故石英的分子式为SiO2
4.金刚石晶胞结构如图所示,回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有 个碳原子。
(2)已知晶胞参数为a pm,则金刚石的密度为 g·cm-3。
(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为 pm。
(4)碳原子的半径为r,则a、r之间关系式为 。
新知探究(二)——共价晶体的性质特征及物质类别
导学设计
下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
1.为什么金刚石的熔点高、硬度大
2.影响共价晶体的熔点和硬度的因素有 (填序号),如何影响共价晶体的熔点和硬度
①构成共价晶体的原子种类数目;②构成共价晶体的原子间的共价键键能;③构成共价晶体的原子半径;④构成共价晶体的原子的相对原子质量。
[系统融通知能]
1.共价晶体的性质特征
高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特征。一般难溶于常见溶剂,绝大部分共价晶体不导电。
[微点拨] 硬度大的物质不一定经得起锤击,如金刚石硬度最大,却很容易经锤击而破碎。物质经受锤击的性质属于延展性。
2.共价晶体熔、沸点高低及硬度大小比较
结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度越大。
3.常见共价晶体及类别
4.分子晶体与共价晶体的判断
依据 分子晶体 共价晶体
微粒种类 分子 原子
微粒间的作用力 分子间作用力 共价键
晶体的熔、沸点 熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低 熔点高,常在1 000 ℃以上
晶体的导电性 晶体不导电,但部分溶于水后能导电 绝大多数不导电,但晶体Si、Ge为半导体
晶体的硬度、 机械性能 硬度小且较脆 硬度大
物质的分类 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外) 金刚石、晶体硅、晶体硼等单质;碳化硅、二氧化硅等化合物
[题点多维训练]
1.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法中错误的是 ( )
AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅
熔点/℃ 190 -68 2 300 >3 500 1 410
沸点/℃ 178 57 2 550 4 827 2 355
A.SiCl4是分子晶体
B.晶体硼是共价晶体
C.AlCl3是分子晶体,加热能升华
D.金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱
2.碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较,正确的是 ( )
A.熔点从高到低的顺序:金刚石>碳化硅>晶体硅
B.熔点从高到低的顺序:金刚石>晶体硅>碳化硅
C.三种晶体中的结构单元都是三角锥结构
D.三种晶体都是共价晶体且均为电的良导体
3.下列晶体性质的比较中不正确的是 ( )
A.熔点:氮化硼>石英>锗
B.沸点:NH3>PH3
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
4.据报道,某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键长更短
C.氮原子电子数比碳原子电子数多
D.碳、氮单质的化学性质均不活泼
5.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构,在金刚砂的三维骨架结构中,碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答:
(1)金刚砂属于 晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点 。
(2)在金刚砂的结构中,一个硅原子周围结合 个碳原子,键角是 。
(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环,其中最小的环上有 个硅原子。
|思维建模|
分子晶体、共价晶体熔、沸点高低及硬度比较
(1)先判断晶体类型:一般来说,共价晶体>分子晶体。
(2)对于同一类型的晶体
①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越强,熔、沸点及硬度越高。
②分子晶体的熔、沸点高低及硬度大小取决于分子间作用力。分子间作用力与是否存在氢键、相对分子质量大小及分子极性有关。
第2课时 共价晶体
新知探究(一)
[应用化学]
1.提示:分子晶体中分子间作用力小,晶体熔、沸点低,所以SiO2不是分子晶体,SiO2是共价晶体。
2.提示:晶体呈现多面体外形体现了晶体的自范性,其微观本质是原子在三维空间里呈周期性有序排列。
[题点多维训练]
1.(1)× (2)× (3)× (4)√
2.选A 金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体,A项正确;金刚石的晶胞中含有碳原子数为8×+6×+4=8(个),B项错误;60 g SiO2晶体的物质的量为1 mol,1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键,1 mol O原子与2 mol Si原子形成2 mol硅氧键,故1 mol SiO2中含4 mol硅氧键,即共价键数为4NA,C项错误;二氧化硅晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,D项错误。
3.选D 由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连,而每个氧原子与两个硅原子相连,在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2,“SiO2”仅表示石英的组成,不存在单个的SiO2分子。
4.(1)8×+6×+4=8
(2) (3)a (4)2r=a pm
新知探究(二)
[导学设计]
1.提示:金刚石晶体中C—C共价键的键能很大,很难破坏C—C共价键,因此,金刚石的熔点高、硬度大。
2.提示:②③ 构成共价晶体的原子间的共价键键能越大、共价晶体的原子半径越小,则晶体的熔点越高、硬度越大。
[题点多维训练]
1.选D SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都属于分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,即在未熔化的温度下它就能汽化,故AlCl3加热能升华,A、C正确;单质B的熔、沸点高,所以晶体硼是共价晶体,B正确;C原子的半径比Si原子的半径小,金刚石中C—C的键长比晶体硅中Si—Si的键长短,金刚石中C—C的键能比晶体硅中Si—Si的键能大,金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si强,D错误。
2.选A 碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的,这说明碳化硅形成的晶体是共价晶体。则形成共价晶体的原子半径越小,共价键键能越大,其熔、沸点越高,而原子半径:C碳化硅>晶体硅,A正确,B错误。三种晶体中的结构单元都是四面体结构,C错误。三种晶体都是共价晶体且都不是电的良导体,D错误。
3.选C 三种物质都是共价晶体,A项正确;因为NH3分子间存在氢键,所以NH3的沸点大于PH3的沸点,B项正确;二氧化硅是共价晶体,硬度很大,白磷和冰都是分子晶体,硬度较小,C项错误;四卤化硅为分子晶体,它们的组成和结构相似,分子间不存在氢键,故相对分子质量越大,熔点越高,D项正确。
4.选B 碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬,说明该化合物为共价晶体,为立体结构,A错误;由于原子半径:N5.解析:(1)根据题意可知金刚砂属于共价晶体,由于Si—C的键长大于C—C的键长,故Si—C的键能小,金刚砂的熔点比金刚石的熔点低。(2)Si原子与C原子交替以共价单键相结合,且Si、C原子都形成四个单键,故一个碳原子周围结合4个硅原子,同时一个硅原子周围结合4个碳原子。由于硅原子周围的四个碳原子在空间呈正四面体形排列,故键角为109°28'。(3)类比金刚石中最小的原子环中有6个碳原子可知,在金刚砂中,最小的环上应有3个硅原子和3个碳原子。
答案:(1)共价 低 (2)4 109°28' (3)3(共82张PPT)
共价晶体
第2课时
目录
新知探究（一）
典型共价晶体的结构特征
新知探究（二）
共价晶体的性质特征及物质类别
课时跟踪检测
典型共价晶体的结构特征
新知探究(一)
1.共价晶体的构成
(1)构成微粒及作用:
(2)共价晶体结构:整个晶体形成共价键三维骨架结构。
2.两种典型的共价晶体结构特征
(1)金刚石的晶体结构特征
①在晶体中,每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合,成为正四面体。
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,每个C原子被12个六元环共用。
④晶体中碳原子个数与C—C数之比为1∶=1∶2,1 mol金刚石中有2 mol碳碳键。
(2)二氧化硅的晶体结构特征
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。
③最小环是由6个Si原子和6个O原子组成。
④每个Si原子被12个12元环共用,每个O原子被6个12元环共用。
应用化学
1.下表中数据为二氧化碳(CO2)和二氧化硅(SiO2)的熔、沸点。
晶体 熔点/℃ 沸点/℃
CO2 -56.6(在527 kPa下测得) -78.5
SiO2 1 713 2 230
碳和硅元素位于元素周期表中同一主族,且二氧化碳和二氧化硅晶体均含有共价键,熔、沸点差距很大。请结合分子晶体的性质,判断SiO2固体是否属于分子晶体 并说明理由。
提示:分子晶体中分子间作用力小,晶体熔、沸点低,所以SiO2不是分子晶体,SiO2是共价晶体。
2.天然的金刚石和水晶都呈现规则多面体的外形,如图,体现了晶体的什么性质 其微观本质是什么
提示:晶体呈现多面体外形体现了晶体的自范性,其微观本质是原子在三维空间里呈周期性有序排列。
题点多维训练
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体( )
(2)具有共价键的晶体叫做共价晶体( )
(3)SiO2表示二氧化硅分子( )
(4)同一主族的氧化物,晶体类型可能不同( )
×
×
×
√
2.下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体(如图所示)的叙述正确的是 ( )
A.金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体
B.金刚石晶胞中含有6个碳原子
C.60 g SiO2晶体中所含共价键数目为6NA(NA是阿伏加德罗常数的值)
D.金刚石晶体熔化时破坏共价键,二氧化硅晶体熔化时破坏分子间作用力
√
解析:金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体,A项正确;金刚石的晶胞中含有碳原子数为8×+6×+4=8(个),B项错误;60 g SiO2晶体的物质的量为1 mol,1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键,1 mol O原子与
2 mol Si原子形成2 mol硅氧键,故1 mol SiO2中含4 mol硅氧键,即共价键数为4NA,C项错误;二氧化硅晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,D项错误。
3.我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶胞结构图,下列说法不正确的是 ( )
A.石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用
B.每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用
C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2,可用“SiO2”来表示石英的组成
D.在晶体中存在石英分子,故石英的分子式为SiO2
√
解析:由题图可知每个硅原子与四个氧原子相连,而每个氧原子与两个硅原子相连,在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2,“SiO2”仅表示石英的组成,不存在单个的SiO2分子。
4.金刚石晶胞结构如图所示,回答下列问题。
(1)一个金刚石晶胞中含有 个碳原子。
(2)已知晶胞参数为a pm,则金刚石的密度为 g·cm-3。
(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为 pm。
(4)碳原子的半径为r,则a、r之间关系式为 。
8× +6× +4=8
新知探究(二)
共价晶体的性质特征及物质类别
导学设计
下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ >3 500 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
摩氏硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
1.为什么金刚石的熔点高、硬度大
提示:金刚石晶体中C—C共价键的键能很大,很难破坏C—C共价键,因此,金刚石的熔点高、硬度大。
2.影响共价晶体的熔点和硬度的因素有 (填序号),如何影响共价晶体的熔点和硬度
①构成共价晶体的原子种类数目;②构成共价晶体的原子间的共价键键能;③构成共价晶体的原子半径;④构成共价晶体的原子的相对原子质量。
提示:构成共价晶体的原子间的共价键键能越大、共价晶体的原子半径越小,则晶体的熔点越高、硬度越大。
②③
系统融通知能
1.共价晶体的性质特征
高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特征。一般难溶于常见溶剂,绝大部分共价晶体不导电。
[微点拨] 硬度大的物质不一定经得起锤击,如金刚石硬度最大,却很容易经锤击而破碎。物质经受锤击的性质属于延展性。
2.共价晶体熔、沸点高低及硬度大小比较
结构相似的共价晶体,原子半径越小,键长越短,键能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度越大。
3.常见共价晶体及类别
4.分子晶体与共价晶体的判断
依据 分子晶体 共价晶体
微粒种类 分子 原子
微粒间的作用力 分子间作用力 共价键
晶体的熔、沸点 熔点低,常在数百摄氏度以下甚至更低 熔点高,常在1 000 ℃以上
晶体的 导电性 晶体不导电,但部分溶于水后能导电 绝大多数不导电,但晶体Si、Ge为半导体
晶体的硬度、机械性能 硬度小且较脆 硬度大
物质的分类 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外) 金刚石、晶体硅、晶体硼等单质;碳化硅、二氧化硅等化合物
续表
1.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法中错误的是 ( )
题点多维训练
AlCl3 SiCl4 晶体硼 金刚石 晶体硅
熔点/℃ 190 -68 2 300 >3 500 1 410
沸点/℃ 178 57 2 550 4 827 2 355
A.SiCl4是分子晶体
B.晶体硼是共价晶体
C.AlCl3是分子晶体,加热能升华
D.金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si弱
√
解析:SiCl4、AlCl3的熔、沸点低,都属于分子晶体,AlCl3的沸点低于其熔点,即在未熔化的温度下它就能汽化,故AlCl3加热能升华,A、C正确;单质B的熔、沸点高,所以晶体硼是共价晶体,B正确;C原子的半径比Si原子的半径小,金刚石中C—C的键长比晶体硅中Si—Si的键长短,金刚石中C—C的键能比晶体硅中Si—Si的键能大,金刚石中的C—C比晶体硅中的Si—Si强,D错误。
2.碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较,正确的是 ( )
A.熔点从高到低的顺序:金刚石>碳化硅>晶体硅
B.熔点从高到低的顺序:金刚石>晶体硅>碳化硅
C.三种晶体中的结构单元都是三角锥结构
D.三种晶体都是共价晶体且均为电的良导体
√
解析:碳化硅的晶体有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的,这说明碳化硅形成的晶体是共价晶体。则形成共价晶体的原子半径越小,共价键键能越大,其熔、沸点越高,而原子半径:C碳化硅>晶体硅,A正确,B错误。三种晶体中的结构单元都是四面体结构,C错误。三种晶体都是共价晶体且都不是电的良导体,D错误。
3.下列晶体性质的比较中不正确的是 ( )
A.熔点:氮化硼>石英>锗
B.沸点:NH3>PH3
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
√
解析:三种物质都是共价晶体,A项正确;因为NH3分子间存在氢键,所以NH3的沸点大于PH3的沸点,B项正确;二氧化硅是共价晶体,硬度很大,白磷和冰都是分子晶体,硬度较小,C项错误;四卤化硅为分子晶体,它们的组成和结构相似,分子间不存在氢键,故相对分子质量越大,熔点越高,D项正确。
4.据报道,某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键长更短
C.氮原子电子数比碳原子电子数多
D.碳、氮单质的化学性质均不活泼
√
解析:碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬,说明该化合物为共价晶体,为立体结构,A错误;由于原子半径:N5.金刚石和金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构,在金刚砂的三维骨架结构中,碳原子、硅原子交替以单键相结合。试回答:
(1)金刚砂属于 晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点 。
解析:根据题意可知金刚砂属于共价晶体,由于Si—C的键长大于C—C的键长,故Si—C的键能小,金刚砂的熔点比金刚石的熔点低。
共价
低
(2)在金刚砂的结构中,一个硅原子周围结合 个碳原子,键角是 。
解析:Si原子与C原子交替以共价单键相结合,且Si、C原子都形成四个单键,故一个碳原子周围结合4个硅原子,同时一个硅原子周围结合4个碳原子。由于硅原子周围的四个碳原子在空间呈正四面体形排列,故键角为109°28'。
4
109°28'
(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环,其中最小的环上有 个硅原子。
解析:类比金刚石中最小的原子环中有6个碳原子可知,在金刚砂中,最小的环上应有3个硅原子和3个碳原子。
3
|思维建模|
分子晶体、共价晶体熔、沸点高低及硬度比较
(1)先判断晶体类型:一般来说,共价晶体>分子晶体。
(2)对于同一类型的晶体
①共价晶体的熔点高低、硬度大小取决于共价键的强弱。原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越强,熔、沸点及硬度越高。
②分子晶体的熔、沸点高低及硬度大小取决于分子间作用力。分子间作用力与是否存在氢键、相对分子质量大小及分子极性有关。
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√
1.下列各组晶体物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 ( )
①SiO2和SO3 ②金刚石和白磷 ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石
⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘
A.①②③ B.④⑤⑥
C.③④⑥ D.①③⑤
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解析:属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是单原子分子,晶体中不存在化学键。
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2.干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA族元素的最高价氧化物,它们的熔、沸点差别很大的原因是 ( )
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的键能比Si—O的键能小
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
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3.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是 ( )
A.熔点为2 700 ℃,导电性好,延展性强
B.无色晶体,熔点为3 550 ℃,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.熔点为-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
解析:共价晶体一般不导电,难溶于水和有机溶剂,熔、沸点较高,B项符合题目要求。
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4.下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是 ( )
A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6
B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度
C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4
D.Si原子间难形成双键而C原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p p π键
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解析:化合物中键能越大,该物质越稳定,由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,故可判断稳定性:C2H6>Si2H6,A项正确;SiC与金刚石均为空间网状的共价晶体,二者成键和结构均相似,均具有很高的硬度,B项正确;根据H-具有较强还原性,可知还原性:SiH4>CH4,C项错误;由于原子半径:Si>C,Si原子间难形成p p π键,故决定了Si原子间很难形成双键,D项正确。
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√
5.下列有关晶体的叙述不正确的是 ( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体,形成的最小的环都是六元环
B.含1 mol C的金刚石中C—C的数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O的数目是4NA
C.干冰在熔化时,晶体中的共价键不会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
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解析:金刚石形成的最小的环是由六个碳原子形成的六元环,二氧化硅中最小的环是由6个氧原子和6个硅原子组成的十二元环,故A错误; 干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,故C正确。
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√
6.二氧化硅有晶体和无定形两种形态,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外,SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似,其结构单元如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.方英石晶体中存在着SiO4结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O
C.图示结构单元中实际占有18个硅原子
D.方英石晶体中,Si—O之间的夹角为90°
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解析:由方英石结构示意图,知方英石晶体中存在着SiO4的结构单元,A项正确;1 mol Si形成4 mol Si—O,B项错误;题图所示的结构单元实际占有的硅原子数:8×+6×+4=8个,C项错误;方英石晶体中存在着SiO4的结构单元,说明Si—O之间的夹角为109°28',D项错误。
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√
7.金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构,硬度为9.5,熔点为2 700 ℃,其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该晶体属于共价晶体,熔点比金刚石高
B.C位于Si构成的正四面体空隙中
C.C—Si的键长为a pm,则晶胞边长为2a pm
D.金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
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解析:金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构,SiC属于共价晶体,C—Si的键长大于C—C的,故熔点比金刚石低,A错误;距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4,且四个Si原子构成正四面体结构,所以C位于Si构成的四面体空隙中,B正确;C—Si的长度为晶胞体对角线长度的,设晶胞棱长为x,则×x=a pm,所以x== pm,C错误;以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象,每个C原子周围最近且等距的C原子位于面心,由于顶角碳原子为8个晶胞共有,则C原子周围等距且最近的C原子数为12,D错误。
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√
8.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图。下列说法正确的是 ( )
A.11BN 和10BN的化学性质相似
B.该晶体具有良好的导电性
C.该晶胞中含有14个B原子,4个N原子
D.B原子周围等距且最近的B原子数为6
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解析:11B和10B互为同位素,11B和10B的化学性质相似,故11BN和10BN的化学性质相似,A正确;该晶体为立方氮化硼晶体,属于由共价键形成的共价晶体,没有良好的导电性,B错误;由“均摊法”知,B原子位于晶胞的8个顶角和6个面心,该晶胞中含B:8×+6×=4(个),N原子都在晶胞内,有4个N原子,C错误;B原子周围等距且最近的B原子数为12,D错误。
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√
9.高压下氮气会聚合生成高聚氮,这种高聚氮晶体的立体网状结构如图所示。已知N—N的键能为160 kJ·mol-1,而N≡N的键能为945 kJ·mol-1。
则下列有关说法不正确的是 ( )
A.高聚氮转化为氮气的过程中发生了化学变化
B.高聚氮晶体属于共价晶体
C.高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=1∶3
D.高聚氮可能会被用作炸药或高能材料
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解析:高聚氮转化为氮气的过程中有新物质生成,发生了化学变化,A项正确;高聚氮晶体中原子间以共价键结合并形成立体网状结构,所以高聚氮为共价晶体,B项正确;高聚氮晶体中每个氮原子与其他三个氮原子形成单键,而每个N—N为两个氮原子共有,所以高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=2∶3,C项错误;由高聚氮的结构及N—N的键能较小,而N≡N的键能很大可知,高聚氮转化为N2会放出大量的热,可能会被用作炸药或高能材料,D项正确。
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√
10.金刚石结构如图所示,晶体Si、立方SiC具有类似金刚石结构。
下列说法错误的是( )
A.熔点:金刚石>晶体Si
B.晶体Si晶胞中含有8个Si
C.金刚石的晶体中碳原子数与C—C键数之比为1∶2
D.立方SiC晶胞顶点从1号位分别平移至2号位和3号位,所得晶胞中Si位置相同
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解析:碳碳键的键长比硅硅键的键长短,键能大,故A正确;利用均摊法,可得一个金刚石晶胞中有8个C原子,所以一个晶体硅晶胞中含有8个Si,故B正确;金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键,且每两个碳原子形成一个C—C,则1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C,故C正确;1号与2号原子相同,但1号与3号原子不同,故D错误。
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11.氮化碳部分结构如图所示,其中β 氮化碳的硬度超过金刚石,成为首屈一指的超硬材料。下列有关氮化碳的说法错误的是 ( )
A.β 氮化碳属于共价晶体,其化学键
比金刚石的更稳定
B.氮化碳晶体的熔点比金刚石高
C.β 氮化碳的化学式为C3N4,其中氮显-3价,碳显+4价
D.该晶体与金刚石结构相似,都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
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解析:A项中,N原子半径小于C原子,键长:C—N17
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12.氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹铝材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是 ( )
A.基态铝原子的价层电子排布为3s23p1
B.制备AlON的原料NH3中N原子采取sp2杂化
C.AlON和水晶的化学键类型相同
D.AlON和水晶的晶体类型相同
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解析:根据元素周期表位置可知,基态铝原子的价层电子排布为3s23p1,A正确;NH3分子中N为sp3杂化,B错误;二者均属于共价晶体,均只含有共价键,C、D正确。
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13.回答下列问题。
(1)已知Ge单晶具有金刚石型结构,Ge单晶的熔点比金刚石____ (填“高”或“低”)。
解析:Ge单晶具有金刚石型结构,Ge单晶和金刚石均为共价晶体,原子半径越小,键能越大,熔、沸点越高,故Ge单晶熔点比金刚石低。
低
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(2)晶胞有两个基本要素:
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①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为,C为。则D原子的坐标参数为 。
解析:根据晶胞结构分析,D位于右上前顶角,则D原子的坐标参数为(1,0,1)。
(1,0,1)
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②已知Ge单晶的晶胞参数(即图中立方体的边长)a=565.76 pm
(1 pm=10-12 m),NA近似为6.02×1023,其密度为
__________________________ g·cm-3(列出计算式即可)。
解析:晶胞中,顶角粒子占,面心粒子占,内部粒子为整个晶胞所有,故一个晶胞中含有Ge的个数为8×+6×+4=8个,Ge单晶的体积V=a3 pm3=(565.76×10-10)3 cm3,故晶体密度ρ= g·cm-3。
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14.请回答下列问题。
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是________________________
。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型为 。
解析:Ga与Al同主族,位于第四周期ⅢA族,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。
1s22s22p63s23p63d104s24p1
(或[Ar]3d104s24p1)
GaAs
共价晶体
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(2)C、N元素形成的新材料具有如图a所示结构,该晶体的化学式为 。该晶体硬度超过金刚石,其原因是_____________________
。
解析:该晶胞中含C原子数=8×+4×=3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N的键长比C—C的键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。
C3N4
C3N4与金刚石都是共价
晶体,C—N的键长比C—C的键长短,键能大
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(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图b所示,该晶体属于 晶体。
共价
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(4)图c是氮化镓的晶胞结构:氮化镓中镓原子的杂化方式为 ,氮原子的配位数为 。
解析:每个Ga原子与4个N原子形成共价键,这4个N原子构成正四面体结构;每个N原子与4个Ga原子形成共价键,这4个Ga原子构成正四面体结构,所以氮化镓中镓原子的杂化方式为sp3杂化,氮原子的配位数为4。
sp3
4
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(5)立方相氮化硼结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为
a cm,立方相氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子。
解析:金刚石晶胞是立方体结构,其中每个顶点各有1个碳原子,每个面心各有1个碳原子,立方体内部还有4个碳原子,如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×+6×+4=8,因此一个立方相氮化硼晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子。
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15.请按要求填空。
(1)C、N元素形成的材料具有如图所示的结构,该晶体的化学式为 。
解析:根据晶胞的结构可知含有碳原子数目=8×+4×=3,氮原子数目为4,则化学式为C3N4。
C3N4
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(2)氮化碳和氮化硅晶体结构相似, 是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是
小于
硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价
键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大
。
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解析:氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;
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②已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式: 。
解析:N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。
Si3N4
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(3)第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
解析:GaN的晶体结构与晶体硅相似,则GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。
4
正四面体
共价
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高阶思维训练
16.氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如图所示。下列叙述正确的是( )
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A.硼酸具有片层状结构,层与层之间、H3BO3单元间都以范德华力连接
B.立方氮化硼结构与金刚石相似,立方氮化硼晶胞中每个氮原子周围有4个硼原子
C.BF3与HF反应后再用氨气中和得到NH4BF4,1 mol NH4BF4含有配位键的数目为NA
D.NH3与BF3都是由极性键构成的极性分子
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√
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解析:硼酸具有片层状结构,层与层之间、H3BO3单元间不仅以范德华力连接,还有氢键,A项错误;立方氮化硼结构与金刚石相似,金刚石中每个碳原子周围有4个碳原子,则立方氮化硼晶胞中每个氮原子周围有4个硼原子,B项正确;1 mol NH4BF4含有配位键的数目为2NA,C项错误;NH3是由极性键构成的极性分子,而BF3是由极性键构成的非极性分子,D项错误。
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17.某科研小组受民间中医启发,发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮(N)、磷(P)、砷(As)为ⅤA族元素,该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。
(1)氮原子的价电子排布为 ,N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
解析:氮原子的原子序数为7,价电子排布为2s22p3;N、P、As位于同一主族,随着原子序数逐渐增大,原子半径逐渐增大,原子失去电子的能力逐渐增强,原子的第一电离能逐渐减小,所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As。
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2s22p3
N>P>As
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(2)立方氮化硼晶体(BN)是一种超硬材料,有优异的耐磨性,其晶胞如图所示。
①立方氮化硼是 晶体,晶体中
氮原子的杂化轨道类型为 ,硼原子的配位数为 。
解析:立方氮化硼晶体超硬,具有优异的耐磨性,推测立方氮化硼晶体为共价晶体;立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构,硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构,因此晶体中氮原子的杂化轨道类型为sp3;硼原子的配位数为4。
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共价
sp3杂化
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②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目之比为 。
解析:硼原子最外层有3个电子,形成4个共价键,所以含有1个配位键,故硼原子与氮原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。
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3∶1
1
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(3)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子,立方氮化硼的密度是
g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。阿伏加德罗常数的值为NA)。
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解析:金刚石晶胞中有8个碳原子,则BN晶胞中也有8个原子,硼原子、氮原子各4个。BN的摩尔质量为25 g·mol-1,一个晶胞的质量为×25 g,除以一个晶胞的体积(361.5×10-10)3 cm3,即为晶体的密度。
17课时跟踪检测(十八) 共价晶体
1.下列各组晶体物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是 ( )
①SiO2和SO3 ②金刚石和白磷 ③CO2和SO2
④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘
A.①②③ B.④⑤⑥
C.③④⑥ D.①③⑤
2.干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA族元素的最高价氧化物,它们的熔、沸点差别很大的原因是 ( )
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的键能比Si—O的键能小
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
3.根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是 ( )
A.熔点为2 700 ℃,导电性好,延展性强
B.无色晶体,熔点为3 550 ℃,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.熔点为-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
4.下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是 ( )
A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6
B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度
C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4
D.Si原子间难形成双键而C原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p p π键
5.下列有关晶体的叙述不正确的是 ( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体,形成的最小的环都是六元环
B.含1 mol C的金刚石中C—C的数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O的数目是4NA
C.干冰在熔化时,晶体中的共价键不会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
6.二氧化硅有晶体和无定形两种形态,晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外,SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似,其结构单元如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.方英石晶体中存在着SiO4结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O
C.图示结构单元中实际占有18个硅原子
D.方英石晶体中,Si—O之间的夹角为90°
7.金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构,硬度为9.5,熔点为2 700 ℃,其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该晶体属于共价晶体,熔点比金刚石高
B.C位于Si构成的正四面体空隙中
C.C—Si的键长为a pm,则晶胞边长为2a pm
D.金刚砂中C原子周围等距且最近的C原子数为6
8.我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图。下列说法正确的是 ( )
A.11BN 和10BN的化学性质相似
B.该晶体具有良好的导电性
C.该晶胞中含有14个B原子,4个N原子
D.B原子周围等距且最近的B原子数为6
9.高压下氮气会聚合生成高聚氮,这种高聚氮晶体的立体网状结构如图所示。已知N—N的键能为160 kJ·mol-1,而N≡N的键能为945 kJ·mol-1。则下列有关说法不正确的是 ( )
A.高聚氮转化为氮气的过程中发生了化学变化
B.高聚氮晶体属于共价晶体
C.高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=1∶3
D.高聚氮可能会被用作炸药或高能材料
10.金刚石结构如图所示,晶体Si、立方SiC具有类似金刚石结构。
下列说法错误的是 ( )
A.熔点:金刚石>晶体Si
B.晶体Si晶胞中含有8个Si
C.金刚石的晶体中碳原子数与C—C键数之比为1∶2
D.立方SiC晶胞顶点从1号位分别平移至2号位和3号位,所得晶胞中Si位置相同
11.氮化碳部分结构如图所示,其中β 氮化碳的硬度超过金刚石,成为首屈一指的超硬材料。下列有关氮化碳的说法错误的是 ( )
A.β 氮化碳属于共价晶体,其化学键比金刚石的更稳定
B.氮化碳晶体的熔点比金刚石高
C.β 氮化碳的化学式为C3N4,其中氮显-3价,碳显+4价
D.该晶体与金刚石结构相似,都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
12.氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹铝材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。
下列描述错误的是 ( )
A.基态铝原子的价层电子排布为3s23p1
B.制备AlON的原料NH3中N原子采取sp2杂化
C.AlON和水晶的化学键类型相同
D.AlON和水晶的晶体类型相同
13.回答下列问题。
(1)已知Ge单晶具有金刚石型结构,Ge单晶的熔点比金刚石 (填“高”或“低”)。
(2)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,如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为,C为。则D原子的坐标参数为 。
②已知Ge单晶的晶胞参数(即图中立方体的边长)a=565.76 pm(1 pm=10-12 m),NA近似为6.02×1023,其密度为 g·cm-3(列出计算式即可)。
14.请回答下列问题。
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型为 。
(2)C、N元素形成的新材料具有如图a所示结构,该晶体的化学式为 。该晶体硬度超过金刚石,其原因是 。
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图b所示,该晶体属于 晶体。
(4)图c是氮化镓的晶胞结构:氮化镓中镓原子的杂化方式为 ,氮原子的配位数为 。
(5)立方相氮化硼结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为a cm,立方相氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子。
15.请按要求填空。
(1)C、N元素形成的材料具有如图所示的结构,该晶体的化学式为 。
(2)氮化碳和氮化硅晶体结构相似, 是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是 。
②已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式: 。
(3)第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
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16.氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN,如图所示。下列叙述正确的是 ( )
A.硼酸具有片层状结构,层与层之间、H3BO3单元间都以范德华力连接
B.立方氮化硼结构与金刚石相似,立方氮化硼晶胞中每个氮原子周围有4个硼原子
C.BF3与HF反应后再用氨气中和得到NH4BF4,1 mol NH4BF4含有配位键的数目为NA
D.NH3与BF3都是由极性键构成的极性分子
17.某科研小组受民间中医启发,发现As2O3对白血病有明显的治疗作用。氮(N)、磷(P)、砷(As)为ⅤA族元素,该族元素的化合物在研究和生产中有着许多重要用途。
(1)氮原子的价电子排布为 ,N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为 。
(2)立方氮化硼晶体(BN)是一种超硬材料,有优异的耐磨性,其晶胞如图所示。
①立方氮化硼是 晶体,晶体中氮原子的杂化轨道类型为 ,硼原子的配位数为 。
②立方氮化硼晶体中“一般共价键”与配位键的数目之比为 。
(3)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当,晶胞边长为361.5 pm。立方氮化硼晶胞中含有 个氮原子、 个硼原子,立方氮化硼的密度是 g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值。阿伏加德罗常数的值为NA)。
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1.选C 属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是单原子分子,晶体中不存在化学键。
2.选C 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,熔化时破坏化学键,所以熔点较高。
3.选B 共价晶体一般不导电,难溶于水和有机溶剂,熔、沸点较高,B项符合题目要求。
4.选C 化合物中键能越大,该物质越稳定,由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,故可判断稳定性:C2H6>Si2H6,A项正确;SiC与金刚石均为空间网状的共价晶体,二者成键和结构均相似,均具有很高的硬度,B项正确;根据H-具有较强还原性,可知还原性:SiH4>CH4,C项错误;由于原子半径:Si>C,Si原子间难形成p p π键,故决定了Si原子间很难形成双键,D项正确。
5.选A 金刚石形成的最小的环是由六个碳原子形成的六元环,二氧化硅中最小的环是由6个氧原子和6个硅原子组成的十二元环,故A错误; 干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,故C正确。
6.选A 由方英石结构示意图,知方英石晶体中存在着SiO4的结构单元,A项正确;1 mol Si形成4 mol Si—O,B项错误;题图所示的结构单元实际占有的硅原子数:8×+6×+4=8个,C项错误;方英石晶体中存在着SiO4的结构单元,说明Si—O之间的夹角为109°28',D项错误。
7.选B 金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构,SiC属于共价晶体,C—Si的键长大于C—C的,故熔点比金刚石低,A错误;距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4,且四个Si原子构成正四面体结构,所以C位于Si构成的四面体空隙中,B正确;C—Si的长度为晶胞体对角线长度的,设晶胞棱长为x,则×x=a pm,所以x== pm,C错误;以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象,每个C原子周围最近且等距的C原子位于面心,由于顶角碳原子为8个晶胞共有,则C原子周围等距且最近的C原子数为12,D错误。
8.选A 11B和10B互为同位素,11B和10B的化学性质相似,故BN的化学性质相似,A正确;该晶体为立方氮化硼晶体,属于由共价键形成的共价晶体,没有良好的导电性,B错误;由“均摊法”知,B原子位于晶胞的8个顶角和6个面心,该晶胞中含B:8×+6×=4(个),N原子都在晶胞内,有4个N原子,C错误;B原子周围等距且最近的B原子数为12,D错误。
9.选C 高聚氮转化为氮气的过程中有新物质生成,发生了化学变化,A项正确;高聚氮晶体中原子间以共价键结合并形成立体网状结构,所以高聚氮为共价晶体,B项正确;高聚氮晶体中每个氮原子与其他三个氮原子形成单键,而每个N—N为两个氮原子共有,所以高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=2∶3,C项错误;由高聚氮的结构及N—N的键能较小,而N≡N的键能很大可知,高聚氮转化为N2会放出大量的热,可能会被用作炸药或高能材料,D项正确。
10.选D 碳碳键的键长比硅硅键的键长短,键能大,故A正确;利用均摊法,可得一个金刚石晶胞中有8个C原子,所以一个晶体硅晶胞中含有8个Si,故B正确;金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键,且每两个碳原子形成一个C—C,则1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C,故C正确;1号与2号原子相同,但1号与3号原子不同,故D错误。
11.选D A项中,N原子半径小于C原子,键长:C—N12.选B 根据元素周期表位置可知,基态铝原子的价层电子排布为3s23p1,A正确;NH3分子中N为sp3杂化,B错误;二者均属于共价晶体,均只含有共价键,C、D正确。
13.解析:(1)Ge单晶具有金刚石型结构,Ge单晶和金刚石均为共价晶体,原子半径越小,键能越大,熔、沸点越高,故Ge单晶熔点比金刚石低。(2)①根据晶胞结构分析,D位于右上前顶角,则D原子的坐标参数为(1,0,1)。②晶胞中,顶角粒子占,面心粒子占,内部粒子为整个晶胞所有,故一个晶胞中含有Ge的个数为8×+6×+4=8个,Ge单晶的体积V=a3 pm3=(565.76×10-10)3 cm3,故晶体密度ρ=
g·cm-3。
答案:(1)低 (2)①(1,0,1) ②
14.解析:(1)Ga与Al同主族,位于第四周期ⅢA族,其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1或[Ar]3d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。(2)该晶胞中含C原子数=8×+4×=3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N的键长比C—C的键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。(4)每个Ga原子与4个N原子形成共价键,这4个N原子构成正四面体结构;每个N原子与4个Ga原子形成共价键,这4个Ga原子构成正四面体结构,所以氮化镓中镓原子的杂化方式为sp3杂化,氮原子的配位数为4。
(5)金刚石晶胞是立方体结构,其中每个顶点各有1个碳原子,每个面心各有1个碳原子,立方体内部还有4个碳原子,如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=8×+6×+4=8,因此一个立方相氮化硼晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子。
答案:(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1) GaAs 共价晶体 (2)C3N4 C3N4与金刚石都是共价晶体,C—N的键长比C—C的键长短,键能大
(3)共价 (4)sp3 4 (5)4 4
15.解析:(1)根据晶胞的结构可知含有碳原子数目=8×+4×=3,氮原子数目为4,则化学式为C3N4。(2)①氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;②N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。(3)GaN的晶体结构与晶体硅相似,则GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。
答案:(1)C3N4 (2)①小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大 ②Si3N4 (3)4 正四面体 共价
16.选B 硼酸具有片层状结构,层与层之间、H3BO3单元间不仅以范德华力连接,还有氢键,A项错误;立方氮化硼结构与金刚石相似,金刚石中每个碳原子周围有4个碳原子,则立方氮化硼晶胞中每个氮原子周围有4个硼原子,B项正确;1 mol NH4BF4含有配位键的数目为2NA,C项错误;NH3是由极性键构成的极性分子,而BF3是由极性键构成的非极性分子,D项错误。
17.解析:(1)氮原子的原子序数为7,价电子排布为2s22p3;N、P、As位于同一主族,随着原子序数逐渐增大,原子半径逐渐增大,原子失去电子的能力逐渐增强,原子的第一电离能逐渐减小,所以N、P、As原子的第一电离能由大到小的顺序为N>P>As。(2)①立方氮化硼晶体超硬,具有优异的耐磨性,推测立方氮化硼晶体为共价晶体;立方氮化硼中氮原子与周围的4个硼原子形成四面体结构,硼原子与周围的4个氮原子形成四面体结构,因此晶体中氮原子的杂化轨道类型为sp3;硼原子的配位数为4。②硼原子最外层有3个电子,形成4个共价键,所以含有1个配位键,故硼原子与氮原子之间共价键与配位键的数目之比为3∶1。(3)金刚石晶胞中有8个碳原子,则BN晶胞中也有8个原子,硼原子、氮原子各4个。BN的摩尔质量为25 g·mol-1,一个晶胞的质量为×25 g,除以一个晶胞的体积(361.5×10-10)3 cm3,即为晶体的密度。
答案:(1)2s22p3 N>P>As (2)①共价 sp3杂化 4
②3∶1 (3)4 4
