第二节 分子晶体与共价晶体
第1课时 分子晶体
发
展
目
标
体
系
构
建
1.借助分子晶体模型认识分子晶体的结构特点。2．能够从范德华力、氢键的特征，分析理解分子晶体的物理特性。
一、分子晶体及其结构特点
1．概念
只含分子的晶体。
2．粒子间的作用
分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。
3．常见分子晶体及物质类别
物质种类
实例
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
4.分子晶体的常见堆积方式
分子间作用力
堆积方式
实例
范德华力
分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子
如C60、干冰、I2、O2
范德华力、氢键
分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个
如HF、NH3、冰
二、两种典型的分子晶体的组成和结构
1．冰
(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。
2．干冰
(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键。
(2)①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。
②每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。
三、分子晶体的物理性质
1．物理特性
(1)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)一般是绝缘体，熔融状态也不导电。
(3)溶解性符合“相似相溶规律”。
2．分子晶体熔、沸点高低的比较规律
(1)分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。
(2)具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)分子晶体中只存在分子间作用力
(×)
(2)分子晶体熔化时共价键断裂
(×)
(3)分子晶体中氢键越强，分子越稳定
(×)
(4)分子晶体中一定含有分子间作用力，不一定含有化学键
(√)
2．下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是( )
A．NH3、P4、C10H8
B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5
D．CCl4、H2O、Na2O2
B [A中，P4(白磷)为单质，不是化合物；C中，SiO2为共价晶体；D中，Na2O2是离子化合物、离子晶体。]
3．(1)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253
K，沸点为376
K，其固体属于________晶体。
(2)F2与其他卤素单质反应可以形成卤素互化物，如ClF3、BrF3，常温下它们都是易挥发的液体。ClF3的熔、沸点比BrF3的________(填“高”或“低”)。
(3)下图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
[解析] (1)该化合物熔点为253
K，沸点为376
K，熔、沸点较低，所以为分子晶体。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高，所以ClF3的熔、沸点比BrF3的低。
[答案] (1)
分子 (2)低 (3)12 4
探究分子晶体结构与物理性质的关系
观察下图冰和干冰的结构，回答下列问题。
(1)已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？
提示：由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶角方向的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状晶体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上。
(2)为什么冰融化为水时，密度增大？
提示：在冰晶体中，每个分子周围只有4个紧邻的水分子，由于水分子之间的主要作用力是氢键，氢键跟共价键一样具有方向性，即氢键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个相邻水分子相互吸引，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。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大。
(3)为什么干冰的熔沸点比冰低而密度却比冰大？
提示：由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于水分子间氢键的方向性，导致冰晶体不具有分子密堆积特征，晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰体积较大。由于CO2分子的相对分子质量＞H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。
(4)干冰升华过程中破坏共价键吗？
提示：干冰升华的过程中破坏分子间作用力，不破坏共价键。
1．分子晶体的物理性质
(1)分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。分子晶体熔化时要破坏分子间作用力，由于分子间作用力很弱，所以分子晶体的熔、沸点一般较低，部分分子晶体易升华(如干冰、碘、红磷、萘等)，且硬度较小。
(2)分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下均不存在自由移动的离子或自由电子，因而分子晶体在固态和熔融状态下都不能导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。
(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。
如：H2O是极性溶剂，SO2、H2S、HBr等都是极性分子，它们在水中的溶解度比N2、O2、CH4等非极性分子在水中的溶解度大。苯、CCl4是非极性溶剂，则Br2、I2等非极性分子易溶于其中，而水则不溶于苯和CCl4中。
2．分子晶体熔、沸点比较规律
(1)少数主要以氢键作用形成的分子晶体，比一般的分子晶体的熔、沸点高，如含有H—F、H—O、H—N等共价键的分子间可以形成氢键，所以HF、H2O、NH3、醇、羧酸等物质的熔、沸点相对较高。
(2)组成与结构相似，分子之间不含氢键而只利用范德华力形成的分子晶体，随着相对分子质量的增大，物质的熔、沸点逐渐升高。例如，常温下Cl2呈气态，Br2呈液态，而I2呈固态；CO2呈气态，CS2呈液态。
(3)相对分子质量相等或相近的极性分子构成的分子晶体，其熔、沸点一般比非极性分子构成的分子晶体的熔、沸点高，如CO的熔、沸点比N2的熔、沸点高。
(4)有机物中组成和结构相似且不存在氢键的同分异构体，相对分子质量相同，一般支链越多，分子间的相互作用力越弱，熔、沸点越低，如熔、沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
1．某化学兴趣小组在学习分子晶体后，查阅了几种氯化物的熔、沸点，记录如下：
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
CaCl2
熔点/℃
801
712
190
－68
782
沸点/℃
1
465
1
418
230
57
1
600
根据这些数据分析，他们认为属于分子晶体的是( )
A．NaCl、MgCl2、CaCl2
B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2
D．全部
B [由于由分子构成的晶体，分子与分子之间以分子间作用力相互作用，而分子间作用力较小，克服分子间作用力所需能量较低，故分子晶体的熔沸点较低，表中的MgCl2、NaCl、CaCl2熔、沸点很高，不属于分子晶体，AlCl3、SiCl4熔、沸点较低，应为分子晶体，所以B项正确，A、C、D三项错误。]
2．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是( )
A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体
B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子
C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华
D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子
A [干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。]
分子晶体的判断方法
?1?依据物质的类别判断,部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。
?2?依据组成晶体的粒子及粒子间作用判断,组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。
?3?依据物质的性质判断,分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。
1．下列有关分子晶体的说法中一定正确的是( )
A．分子内均存在共价键
B．分子间一定存在范德华力
C．分子间一定存在氢键
D．其结构一定为分子密堆积
B [稀有气体元素组成的分子晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，A错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内，B正确，C错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D错误。]
2．HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子有( )
A．3个 B．4个 C．5个 D．12个
B [根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。]
3．下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列，正确的一组是( )
A．HF、HCl、HBr、HI
B．F2、Cl2、Br2、I2
C．H2O、H2S、H2Se、H2Te
D．CI4、CBr4、CCl4、CF4
D [对结构和组成相似的分子晶体，其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高，但HF、H2O分子之间都存在氢键，熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl；B中应为I2>Br2>Cl2>F2；C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S；只有D正确。]
4．水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，如图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体，即冰。下列有关叙述正确的是( )
A．1
mol冰中含有4
mol氢键
B．1
mol冰中含有4×5
mol氢键
C．平均每个水分子只含有2个氢键
D．平均每个水分子只含有个氢键
C [由图可知，每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键，因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的，所以每个水分子形成的氢键数为4×＝2。]
5．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。
①CO2________SO2 ②NH3________PH3 ③O3________O2
④Ne________Ar ⑤CH3CH2OH________CH3OH ⑥CO________N2
(2)已知AlCl3的熔点为190
℃(2.02×105
Pa)，但它在180
℃即开始升华。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、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。
(2)由AlCl3的熔点低以及在180
℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可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，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物
6/8课时分层作业(十二) 共价晶体
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．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
B [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。]
2．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是( )
①Al2O3是两性氧化物 ②硬度很大 ③它的熔点为2
045
℃ ④几乎不溶于水 ⑤自然界中的刚玉有红定石和蓝定石
A．①②③
B．②③④
C．④⑤
D．②⑤
B [①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。]
3．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晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．①②③
B．④⑤⑥
C．③④⑥
D．①③⑤
C [属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。]
4．下列晶体中，最小的平面或立体环不是由6个原子构成的是( )
A．金刚石
B．石墨
C．水晶 D．晶体硅
C [金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由6个原子构成的，水晶(主要成分为SiO2)中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子，共12个原子。]
5．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )
A．熔点2
700
℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点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－56.6
℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
B [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，使共价晶体质硬而脆，A项不符合，B项符合共价晶体的特征；C项不符合共价晶体的特征；D项符合分子晶体的特征。所以应该选择B项。]
6．干冰和二氧化硅晶体同是第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点却差别很大。其原因是( )
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键能比Si—O键键能小
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
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，熔化时破坏共价键，所以二氧化硅熔点很高。]
7．(双选)氮化碳部分结构如图所示，其中β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳属于分子晶体
B．氮化碳中C为－4价，N为＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连
AB [由题给信息，氮化碳是超硬新材料，符合共价晶体的典型物理性质，故A错误；氮元素的电负性大于碳元素的，所以在氮化碳中氮元素显－3价，碳元素显＋4价，故B错误；晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的原子有被占有，边上的原子有被占有，可得晶体的化学式为C3N4，故C正确；根据题图可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确。]
8．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有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更短
C．氮原子电子数比碳原子电子数多
D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼
B [由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此B选项是正确的。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。]
9．下列有关晶体的叙述中，错误的是( )
A．分子晶体熔化时化学键不被破坏
B．白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键结合
C．石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体
D．构成分子晶体的结构粒子中可能存在共价键
B [分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生变化，破坏的只是分子间作用力，A正确；白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价键，而结构粒子(P4)之间是通过分子间作用力结合的，B错误；石英晶体是共价晶体，C正确；稀有气体在固态时也属于分子晶体，而稀有气体是单原子分子，在分子内部不存在共价键，在干冰晶体中，CO2分子内存在共价键，D正确。]
10．下列说法正确的是( )
A．冰融化时，分子中H—O发生断裂
B．共价晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高
C．分子晶体中，共价键的键能越大，该晶体的熔、沸点就越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定
B [冰的融化需要克服分子间作用力，该过程属于物理变化，H—O没有断裂，A项错误；影响共价晶体熔、沸点的因素是键能，共价键的键长越短，键能越大，熔、沸点就越高，B项正确；影响分子晶体熔、沸点的因素一般是分子间作用力的大小，与共价键的键能无关，C项错误；分子的稳定性与分子间作用力无关，与共价键的键能有关，D项错误。]
[素养培优练]
11.
Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是( )
A．氮化铝属于分子晶体
B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具
C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子
D．氮化铝晶体中Al的配位数为2
B [根据氮化铝晶体的性质，可知它属于共价晶体，故A错误；氮化铝晶体属于共价晶体，硬度很高，能用于制造切割金属的刀具，故B正确；根据晶胞结构可知，一个氮化铝晶胞中含有的Al原子的数目为8×＋1＝2，故C错误；观察晶胞结构，可得氮化铝晶体中Al的配位数为4，故D错误。]
12．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，其中每个原子最外层均满足8电子稳定结构。下列有关说法正确的是( )
A．磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体
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参与形成4个共价键
D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力
C [由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶点和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参与形成4个共价键，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。]
13．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.正硼酸晶体属于共价晶体
B．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构
C．H3BO3分子的稳定性与氢键有关
D．1
mol
H3BO3晶体中平均含3
mol氢键
D [根据题意，正硼酸(H3BO3)中存在H3BO3分子，属于分子晶体，故A项错误；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子之间形成3对共用电子对，因此分子中B原子最外层有6个电子，不是8电子稳定结构，
B项错误；分子的稳定性与分子内的共价键键能大小有关，与氢键无关，
C项错误；一个H3BO3分子参与形成了6个氢键，一个氢键为2个H3BO3分子所共用，因此1
mol
H3BO3晶体中平均含3
mol氢键，
D项正确。]
14.
C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，粒子间存在的作用力是________________________。SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是________。
(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：________________，
SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成粒子分别是________________，熔化时克服的粒子间的作用力分别是___________________。
[解析] (1)晶体硅中一个硅原子周围与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si的键长，所以熔沸点碳化硅＞晶体硅。
(2)SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，构成粒子为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合。
[答案] (1)sp3 共价键 SiC＞Si
(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p?p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键 共价 分子 ＜
(3)原子、原子、原子、分子 共价键、共价键、共价键、分子间作用力
15．N与B、Al、Ga均可以形成晶体，回答下列问题。
(1)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。
①基态B原子的电子排布式为________________________________，B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________。
②在BF3分子中，F—B—F的键角是________，B原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BF的立体构型为________。
(2)Al2O3在一定条件下可制得AlN，其晶体结构如图所示，该晶体中Al的配位数是________。
(3)下图是氮化镓的晶胞模型：
氮化镓中镓原子的杂化方式为________，氮原子的配位数为________。
[解析] (1)①B原子的原子序数为5，所以基态B原子的电子排布式为1s22s22p1；B和N都属于第二周期，同周期自左向右电负性逐渐增大，所以B和N相比，电负性较大的是N，B最外层有3个电子，所以化合价是＋3。②依据价层电子对互斥理论可计算出中心原子的孤电子对数＝(a－xb)＝×(3－3×1)＝0，所以BF3分子为平面三角形结构，F—B—F的键角是120°，杂化轨道类型为sp2；在BF中中心原子的孤电子对数＝(a－xb)＝×(3＋1－4×1)＝0，所以BF的结构为正四面体。
(2)Al原子的配位数是指1个Al原子周围邻近的N原子个数，由图示可知，Al的配位数为4。
(3)每个镓与4个N形成共价键，这四个N构成正四面体结构；每个N与4个Ga形成共价键，这四个Ga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。
[答案] (1)①1s22s22p1 N ＋3 ②120° sp2 正四面体形 (2)4 (3)sp3 4
16．(素养题)(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为a
pm，则金刚砂的密度表达式为________。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则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________。若该硅晶体的密度为ρ
g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm(用代数式表示即可)。
[解析] (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于共价晶体；每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×4＝12；该晶胞中C原子个数为8×＋6×＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10
cm，体积V＝(a×10－10
cm)3，ρ＝＝。
(2)根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，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。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×＋6×＋4＝8，则根据晶胞的密度ρ＝可知V＝＝
cm3＝
cm3，晶胞的边长a＝＝
cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的，即
×
cm。
[答案] (1)共价晶体 12
(2)4 正四面体 ×
4/8第2课时 共价晶体
发
展
目
标
体
系
构
建
1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。2.能够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。
一、共价晶体的结构和性质
1．共价晶体的结构特点
(1)构成粒子及作用力
共价晶体
(2)空间结构：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。
2．共价晶体与物质的类别
物质种类
实例
某些非金属单质
晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些非金属化合物
碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
某些氧化物
二氧化硅(SiO2)等
3.共价晶体的熔、沸点
(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。
(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
微点拨：含有共价键的晶体都是共价晶体吗？
提示：共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。
二、典型的共价晶体
1．金刚石
(1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。
(2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。
(3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。
2．二氧化硅晶体
(1)二氧化硅的结构
二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α?SiO2)。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，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。
石英晶体中的硅氧四面体
石英的左、右型晶体
相连构成的螺旋链
①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。
②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。
③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。
(2)二氧化硅的用途
二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料。
微点拨：SiO2是二氧化硅的分子式吗？
提示：二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。
1．判断正误(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)凡是由原子构成的晶体都是共价晶体
(×)
(2)CO2和SiO2中化学键类型相同，晶体类型也相同
(×)
(3)1
mol
SiO2晶体中含4
mol
Si—O键
(×)
(4)由于共价键的键能远大于分子间作用力，故共价晶体的熔点比分子晶体高
(√)
2．下列有关共价晶体的叙述错误的是( )
A．共价晶体中，只存在共价键
B．共价晶体具有空间网状结构
C．共价晶体中不存在独立的分子
D．共价晶体熔化时不破坏共价键
D [A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。]
3．有下列物质：①水晶 ②冰醋酸 ③氧化钙 ④白磷 ⑤晶体氩 ⑥氢氧化钠 ⑦铝 ⑧金刚石 ⑨过氧化钠 ⑩碳化钙 ?碳化硅 ?干冰 ?过氧化氢。
根据要求填空：
(1)属于共价晶体的化合物是________（填序号，下同）。
(2)直接由原子构成的晶体是________。
(3)直接由原子构成的分子晶体是________。
(4)由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。
[解析] 属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)。
[答案] (1)①? (2)①⑤⑧? (3)⑤ (4)②? ④⑤
共价晶体与分子晶体的比较
科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200
km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3
350
℃)，不导电，硬度极高。而干冰容易气化，碘晶体容易升华。
(1)分子晶体和共价晶体的构成粒子相同吗？
提示：不同。分子晶体为分子，共价晶体为原子。
(2)分子晶体和共价晶体受热熔化时克服粒子间作用力相同吗？
提示：不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。
1．共价晶体与分子晶体的结构特征
(1)共价晶体的结构特征
在共价晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。
(2)分子晶体的结构特征
①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。
②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。
2．共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较
(1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体
理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。
(2)晶体类型相同
①共价晶体
一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。
②分子晶体
a．若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。
b．组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。
d．同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。
1．下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
共价晶体
金刚石
氮化硼
碳化硅
石英
硅
锗
熔点/℃
3
900
3
000
2
700
1
710
1
410
1
211
硬度
10
9.5
9.5
7
6.5
6.0
①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
D [共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。]
2．下列晶体性质的比较中不正确的是( )
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
C [A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径r(C)C—Si>Si—Si。键能越大，共价晶体的熔点越高，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。]
比较共价晶体和分子晶体熔点高低的基本思路
认识典型共价晶体的结构
(1)分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？
提示：不能。因为共价晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。
(2)以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？
提示：①构成粒子不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子。②相互作用不同，共价晶体中存在的是共价键。
(3)分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环有多少个原子？1
mol
SiO2中含有多少摩尔Si—O键？
提示：SiO2晶体中最小环上有12个原子。1
mol
SiO2中含有4
mol
Si—O。
金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞
金刚石晶胞 碳化硅晶胞 二氧化硅晶胞
1．金刚石(晶体硅)
金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。
2．碳化硅晶胞
(1)碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′。
(2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。
(3)最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。
(4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。
3．二氧化硅晶胞
SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。
3．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，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，故能叫分子式
D [晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点，故SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。]
4．碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题：
(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为a
cm，密度为b
g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。
(2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为a
cm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
[解析] (1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×＋8×＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为
g，体积为a3
cm3，因此晶体密度：b
g·cm－3＝，故NA＝
mol－1。
(2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×＋8×＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为
g，体积为a3
cm3，故密度为
g·cm－3。
[答案] (1)sp3 4
mol－1 (2)4 4 sp3
1．下列物质中，属于共价晶体的化合物是( )
A．无色水晶
B．晶体硅 C．金刚石 D．干冰
A [A项，无色水晶是共价晶体，属于化合物；B项，晶体硅是单质；C项，金刚石是单质；D项，干冰属于化合物，但它是分子晶体。]
2．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是( )
A．C60和金刚石
B．晶体硅和水晶
C．冰和干冰
D．碘和金刚砂
B [氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为共价晶体，粒子间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。]
3．金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是( )
A．金刚石中C—C的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B．金刚石的熔点高与C—C的键能无关
C．金刚石中碳原子个数与C—C键数之比为1∶2
D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
C [选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同；选项B，金刚石熔化过程中C—C断裂，因C—C的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键数之比为(4×)∶4＝1∶2；选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。]
4．最近科学家成功研制成了一种新型的碳氧化物，该化合物晶体与SiO2的晶体的结构相似，晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构。下列对该晶体的叙述错误的是( )
A．该晶体是共价晶体
B．该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2
C．该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2
D．该晶体中最小的环由12个原子构成
C [该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，则该化合物晶体中不存在分子，属于共价晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳、氧原子个数比为1∶2，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键，所以C原子与C—O数目之比为1∶4，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成，D项正确。]
5．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
710
℃
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] 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；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，因而熔点更高。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
11/11课时分层作业(十一) 分子晶体
(建议用时：40分钟)
[合格过关练]
1．下列各组物质都属于分子晶体的是( )
A．碘、二氧化碳、白磷、C60
B．NaCl、二氧化碳、白磷、二氧化硅
C．SO2、金刚石、N2、铜
D．醋酸、甲烷、石墨、氧化钠
A [B项，NaCl和二氧化硅不属于分子晶体；C项，金刚石和铜不属于分子晶体；D项，石墨和氧化钠不属于分子晶体。]
2．下列属于分子晶体性质的是( )
A．熔点1
070
℃，易溶于水，水溶液能导电
B．能溶于CS2，熔点112.8
℃，沸点444.6
℃
C．熔点1
400
℃，可作半导体材料，难溶于水
D．熔点97.81
℃，质软，导电，密度0.97
g·cm－3
B [分子晶体的主要性质有熔、沸点低，硬度小；极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂；晶体不导电，熔化时也不导电。]
3．下列能说明固态氨是分子晶体的事实是( )
A．氮原子不能形成阳离子
B．铵根离子不能单独存在
C．常温常压下，氨是气态物质
D．氨极易溶于水
C [分子晶体的熔、沸点较低，故常温常压下氨呈气态，说明固态氨属于分子晶体。]
4．(双选)已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190
℃，则下列说法不正确的是( )
A．氯化铝是非电解质
B．固态氯化铝是分子晶体
C．氯化铝是极性分子
D．氯化铝是非极性分子
AC [由“相似相溶”规律可推知AlCl3为非极性分子，故C项错误。]
5．如果分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体将采取密堆积，原因是分子晶体中( )
A．范德华力无方向性和饱和性
B．占据晶格结点的微粒是原子
C．化学键是共价键
D．三者都是
A [分子晶体中分子间以范德华力结合在一起，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积，A项正确。]
6．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是( )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
A．①②③④
B．②③⑤⑥
C．②③
D．①④⑤⑥
C [①、④、⑤、⑥构成的晶体为一维、二维或三维空间结构，且在空间中粒子通过化学键连接，故它们不可能是分子晶体；而②、③都不能再以化学键与其他原子结合，故可能为分子晶体。]
7．SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推断，其中正确的是( )
①SiCl4晶体是分子晶体 ②常温、常压下SiCl4是液体 ③SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
④SiCl4的熔点高于CCl4
A．只有①
B．只有①②
C．只有②③
D．全部
D [我们熟悉的CCl4在常温下是液体，形成的晶体是分子晶体，而SiCl4的结构与CCl4相似，都是由极性键形成的非极性分子，故SiCl4形成的晶体也是分子晶体，由于相对分子质量SiCl4>CCl4，故SiCl4的熔点高于CCl4。]
8．下列说法中正确的是( )
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23.2
℃，沸点136.2
℃，所以TiCl4属于分子晶体
D [A中，C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键，其熔、沸点比甲酸甲酯高；C中HCl溶于水时破坏的共价键。]
9．下列分子晶体：①HCl、②HBr、③HI、④CO、⑤N2、⑥H2的熔点由高到低的顺序是( )
A．①②③④⑤⑥
B．③②①⑤④⑥
C．③②①④⑤⑥
D．⑥⑤④③②①
C [题给六种物质都属于分子晶体且均不存在分子间氢键，而相对分子质量由大到小的顺序是③＞②＞①＞④＝⑤＞⑥，根据分子晶体熔、沸点高低的判断，依据熔、沸点由高到低的顺序为③②①⑥，CO和N2的相对分子质量相同，但CO是极性分子，N2是非极性分子，所以熔点前者大于后者都大于H2，故正确顺序为③②①④⑤⑥。]
10．如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4个水分子形成四面体
B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体
C．水分子间通过H—O形成冰晶体
D．冰融化后，水分子之间空隙增大
A [冰晶体中的水分子是靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，故B、C两项均错误。H2O分子形成氢键时沿O的4个sp3杂化轨道形成氢键，每个水分子可以与4个水分子形成氢键，从而形成空间四面体构型，A项正确。因为冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性，故水分子靠氢键连接后，分子间空隙变大，因此冰融化成水后，体积减小，水分子之间空隙减小，D项错误。]
[素养培优练]
11．中学教材上介绍的干冰晶体的晶胞是一种面心立方结构，如图所示，即每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
C [如图在每个CO2周围距离a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有8×＝12个。]
12．某研究所合成了一种球形分子，它的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60。下列对该分子的叙述中正确的是( )
A．形成的晶体属于分子晶体
B．分子中Si60被包裹在C60里面
C．其摩尔质量为2
400
D．熔点高、硬度大
A [球形分子的分子式为C60Si60，其结构中包含有C60和Si60，该物质的晶体是由C60分子和Si60分子构成的，属于分子晶体，A正确；Si原子的半径大于C原子，所以Si—Si的键长比C—C长，分子中Si60包裹着C60，B错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，C错误；C60Si60属于分子晶体，熔点低、硬度小，D错误。]
13.
(双选)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．冰晶胞内水分子间以共价键结合
B．每个冰晶胞平均含有8个水分子
C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D．已知冰中氢键的作用力为18.5
kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336
J·g－1，这说明冰变成水，氢键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键)
BD [冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的分子个数为4＋×8＋6×＝8，B项正确；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不属于化学键，C项错误；冰中氢键的作用力为18.5
kJ·mol－1,1
mol冰中含有2
mol氢键，而常见的冰的熔化热为336
J·g－1，也可写为6.05
kJ·mol－1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D项正确。]
14．(1)如图为干冰的晶体结构示意图。
通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有________个，有________种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a
pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________pm。
(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是________，还有________，由于该主要作用力与共价键一样具有________性，故1个水分子周围只有________个紧邻的水分子，这些水分子位于________的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率________(填“较高”或“较低”)，故冰的密度比水的密度要________(填“大”或“小”)。
[解析] (1)观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，顶点为一种取向，三对平行面分别为三种不同取向。离顶点的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a
pm。每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2分子共有12个。(2)在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率较低，分子的间距较大，结构中有许多空隙，造成冰的密度小于水的密度。
[答案] (1)12 4 a (2)氢键 范德华力 方向 4 四面体 较低 小
15．据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。
已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N结合三个N原子而形成8电子稳定结构；
②N—N键的键能为167
kJ·mol－1。
请回答下列问题：
(1)N60分子组成的晶体为________晶体，其熔、沸点比N2________(填“高”或“低”)，原因是_________________________________________________。
(2)1
mol
N60分解成N2时________(填“吸收”或“放出”)的热量是________kJ(已知N≡N键的键能为942
kJ·mol－1)，表明稳定性N60________(填“>”“<”或“＝”)N2。
(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：________________________________。
[解析] (1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)>Mr(N2)，故N60晶体中分子的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。
(2)因N60中每个氮原子形成三个N—N，每个N—N被2个N
原子共用，故1
mol
N60中存在N—N键：1
mol×60×3×＝90
mol。发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90
mol×167
kJ·mol－1－30
mol×942
kJ·mol－1＝－13
230
kJ<0，为放热反应，表明稳定性：N2>N60。
(3)由于反应放出大量的热，同时生成大量气体，因此N60可用作高能炸药。
[答案] (1)分子 高 N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高 (2)放出 13
230 < (3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可)
16．(素养题)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水分子的空间结构是________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___________________________________________
________________________________________________________________。
[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×＝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×＋6×＝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，说明冰融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。
[答案] (1)BE (2)①V 孤电子对 三角锥形 ②冰融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
8/8
