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第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第二课时 共价晶体
一．选择题
1. 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二氧化碳相同
【答案】C
【解析】
A.晶胞中：P位于顶点和面心，数目为 ，B位于晶胞内，数目为4，则磷化硼晶体
的化学式为BP，由于磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，属于原子晶体，故A错误；
B.磷化硼晶体是原子晶体，熔点高，但熔融状态下没有自由的离子所以不能导电，故B错误；
C.该晶胞配位数为4，即每个原子均形成4条共价键，故C正确；
D.磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与二氧化碳不相同，故D错误。
故选C。
2. 二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示：
关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是
A. 晶体中 键为
B. 二氧化硅晶体的分子式是
C. 晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D. 晶体中最小环上的原子数为8
【答案】C
【解析】A.每个Si原子形成四个共价键，则 晶体中含 键，故A错误；
B.二氧化硅晶体中不存在单个分子，化学式是 故B错误；
C.在晶体中硅原子周围有4对共用电子对，氧原子有两对共用电子对，这样两种原子都满足8电子
结构，故C正确；
D.由二氧化硅晶体结构图可知，晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子，所以最小环上的原
子数为12，故D错误。
故选C。
3. 根据陈述的知识，类推得出的结论正确的是
A. 锂在空气中燃烧生成的氧化物是 ，则钠在空气中燃烧生成的氧化物是
B. 链状烷烃的结构和性质都相似，则分子组成不同的链状烷烃一定互为同系物
C. 晶体硅熔点高、硬度大，则可用于制作半导体材料
D. 金刚石的硬度大，则 的硬度也大
【答案】B
【解析】
A.锂在空气中燃烧生成的氧化物是 ，则钠在空气中燃烧生成的氧化物是 ，故A错误；
B.结构相似，在分子组成上相差一个 或若干个 的有机物互称为同系物，链状烷烃的分子
式为 ，链状烷烃的结构和性质都相似，则分子组成不同的链状烷烃，在分子组成上一定相
差一个 或若干个 ，互为同系物，故B正确；
C.晶体硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，用于制作半导体材料与晶体硅的
熔点和硬度无关，故C错误；
D.原子晶体硬度较大，分子晶体硬度较小，金刚石是原子晶体、 是分子晶体，所以金刚石硬度
较大、 的硬度不大，故D错误。
4. 以 表示阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是
A. 18g冰 图 中含 键数目为B. 28g晶体硅 图 中含有 键数目为
C. 44g干冰 图 中含有 个晶胞结构单元
D. 石墨烯 图 是碳原子单层片状新材料，12g石墨烯中含 键数目为
【答案】C
【解析】
A.1个水分子中含有2个 键，18g冰的物质的量为1mol，含 键数目为 ，故A正
确；
B.28g硅晶体中含有1molSi原子，晶体硅中，每个硅原子与其它4个Si形成4个 键，则每
个硅原子形成的共价键为： ，则1mol单质硅含有 键，含有 个 键，故
B正确；
C.1个晶胞结构单元含有4个二氧化碳分子，44g干冰即1mol中含有晶胞结构单元个数为
个，故C错误；
D.在石墨烯中，每个碳原子周围有两个 单键和一个 双键，所以每个碳原子实际占化
学键为 个，12g石墨烯即1mol所含碳碳键数目为 ，则 键数目为 ，故D正
确。
5. 下列反应只需要破坏共价键的是
A. 晶体硅熔化 B. 碘升华 C. 熔融 D. NaCl溶于水
【答案】A
【解析】
A.晶体硅是原子晶体，熔融破坏的是共价键，故A正确；
B.碘升华是克服分子间作用力，故B错误；
C.氧化铝是离子化合物，熔融破坏的是离子键，故C错误；
D.氯化钠是离子化合物，溶于水破坏的是离子键，故D错误；
故选A。
6. 下列关于原子晶体、分子晶体的叙述中，正确的是
A. 在 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. 金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子
D. HI的相对分子质量大于HF，所以HI的沸点高于HF
【答案】C
【解析】
A.在 晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，故A错误；
B.分子晶体中分子间作用力越大，其熔、沸点越高，但是与分子的稳定性没有关系，分子的稳定性
与分子内的化学键的强弱有关，故B错误；
C.金刚石为网状结构，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子，故C正确；
D.虽然HI的相对分子质量大于HF，但由于HF分子之间可以形成氢键，所以HF的沸点高于HI，
故D错误。
故选C。
7. GaAs 晶体的熔点很高，硬度很大，密度为 ，Ga 和 As 的摩尔质量
分别为 和 ，原子半径分别为 和
pm，阿伏加德罗常数值为 ，其晶胞结构如图所示，下列说法错误的是
A. 该晶体为原子晶体
B. 在该晶体中，Ga 和 As 均无孤对电子，Ga 和 As 的配位数均为 4
C. 原子的体积占晶胞体积的百分率为
D. 所有原子均满足 8 电子稳定结构
【答案】C
【解析】
A. 晶体的熔点很高，硬度很大，为空间立体网状结构，属于原子晶体，故A正确；
B. 由晶胞结构可知，Ga的配位数为4，晶胞中Ga原子数目 ，As原子数目
，晶胞中As、Ga原子数目之比为1：1，故As的配位数也是4，Ga与周围4个As原子形成正四面
体结构，As与周围4个Ga原子也形成正四面体结构，原子均形成4个键，Ga原子价电子为3，与
As形成4个共价键，说明As原子提供1对孤电子对给Ga形成配位键，As原子最外层5个电子全
部成键，均没有孤电子对，故B正确；C. 晶胞中原子总体积 ，晶胞质量 ，晶胞体积
，原子的体积占晶胞体积的百分率
，故C错误；
D. 每个As、Ga原子都形成4个共价键，均没有孤电子对，所有原子均满足 8 电子稳定结构，故D
正确。
故选：C。
8. 2018年7月5日 科学 杂志在线报道：合成一种新的具有超高热导率半导体材料 砷化
硼 。通过反应 ，晶体 可制备BAs晶体。下
列说法错误的是
A. 图 表示 结构， 分子中成键电子对与孤电子对数目之比为
B. 图 表示晶态单质硼的 基本结构单元，该基本单元为正二十面体
C. 图 所示晶态单质硼的熔点为 ，它属于原子晶体
D. 图 表示BAs晶胞结构，As原子的配位数为4【答案】A
【解析】
A.As是第VA族元素， 分子中成键电子对为6，孤电子对数目为4，则成键电子对与孤电子对
数目之比为 ，故A符合题意；
B.由结构知，该基本单元为正二十面体，故B不符合题意；
C.晶态单质硼的熔点为 ，熔点高，则它属于原子晶体，故C不符合题意；
D.由BAs晶胞结构知，则As原子的配位数为4，故 D不符合题意；
故选A。
9. 短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。W的某种核素不含中子；X、Y原子核外
L层的电子数之比为 ；X与Z同主族，且X、Y、Z原子的最外层电子数之和为16。下列说
法不正确的
A. W、X、Z三种元素形成的化合物一定为强电解质
B. 简单氢化物的稳定性：
C. X与Y形成晶体的基本结构单元为四面体
D. 原子半径：
【答案】A
【解析】
短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。W的某种核素不含中子，则W为H元素；
X、Y原子核外L层的电子数之比为3：4，则L层电子数分别为3、4或6、8，X与Z为同主族元
素，且X、Y、Z的最外层电子数之和为16，若X、Y的L层电子数分别为3、4，则
，则X的L层电子数为6，X为O元素，Z为S元素，Y的最外层电子数为 ，且
Y的L层电子数为8，则Y为Si元素，据此解答。
根据分析可知：W为H，X为O元素，Y为Si，Z为S元素。
A.H、O、S形成的亚硫酸为弱酸，属于弱电解质，故A错误；
B.非金属性 ，则简单氢化物的稳定性 ，故B正确；
C.O、Si形成的化合物为二氧化硅，二氧化硅晶体的基本结构单元为四面体，故C正确；
D.同一主族从上到下原子半径逐渐增大，同一周期从左向右原子半径逐渐减小，则原子半径
，故D正确；
故选：A。
10. 氮化硅 是一种新型的耐高温耐磨材料，氮化硅属于
A. 离子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 原子晶体【答案】D
【解析】
相邻原子之间通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫做原子晶体，其构成微粒是原
子；原子晶体具有熔点高和硬度大的特点，氮化硅 是一种新型的耐高温耐磨材料，说明氮
化硅属于原子晶体，
故选：D。
11. 氮化硼 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。它们的晶体结构如右图所示。关于这两种晶体的
说法正确的是
A. 两种晶体均为原子晶体
B. 立方相氮化硼含有 键和 键，所以硬度大
C. 六方相氮化硼层结构与石墨相似却不导电的原因是层状结构中没有自由移动的电子
D. 氟硼酸铵 是合成氮化硼纳米管的原料之一． 含有 配位键
【答案】C
【解析】
A.六方相氮化硼为过渡性晶体，立方相氮化硼为原子晶体，故A错误；
B.立方相氮化硼中所有共价键都是 键，没有 键，由于所有原子均以共价键连接处空间网状结
构，即形成了原子晶体，所以硬度大，故B错误；
C.六方相氮化硼与石墨一样都具有层状结构，但石墨中每个碳原子最外层4个电子，形成3条共价键后，还有1个电子自由移动，而六方相氮化硼中没有自由移动电子，不可以导电，故C正确；
D.一个 中N原子和其中一个H原子之间存在配位键、B原子和其中一个F原子之间存在
一个配位键，所以含有2个配位键， 含有 配位键，故D错误。
故选C。
二、填空题
12. 回答下列问题：
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。
氮化硅的硬度_______ 填“大于”或“小于” 氮化碳的硬度，原因是___________。
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8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：
___________。
第ⅢA族、第VA族元素组成的化合物 、 、 等是人工合成的新型半导体材
料，其晶体结构与单晶硅相似。
在 晶体中，每个 原子与___________个 原子相连，与同一个 原子相连的 原
子构成的空间结构为___________， 属于___________晶体。
【答案】 小于；氮化硅和氮化碳均为共价晶体，氮化硅中 键的键长比氮化碳中
键的键长长，键能小 ；
；正四面体形；共价。
【解析】
氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度，原因是：氮化硅和氮化碳均为共价晶体，氮化硅中 键
的键长比氮化碳中 键的键长长，键能小 ；
晶体结构与单晶硅相似，则每个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形，GaN属于共价晶体。
13. 磷、硫、氯、砷等是农药中的重要组成元素．回答下列问题：基态砷原子价层电子的电子排布式为________，基态砷原子的核外有________个未成对电
子．
生产农药的原料 中P、S、Cl的第一电离能由大到小的顺序为________，电负性：
由大到小的顺序为________．
羰基硫 可用作粮食的熏蒸剂，其中碳原子的杂化轨道类型为________，
中含有________ 键和________ 键，与COS键合方式相同且空间构型也相同的微粒
是________ 写出一种即可 ．
与 为同族元素的氢化物， 可以形成 或 ，而 几乎不能形成类
似的 或 ，其原因是________．
因杀虫效率高、廉价易得而被广泛应用．已知AlP的熔点为 ，熔融状态下的
AlP不导电，其晶胞结构如图所示．
磷化铝的晶体类型为________．
、B点的原子坐标如图所示，则C点的原子坐标为________．
磷化铝的晶胞参数为 ，阿伏加德罗常数的值为 ，则磷化铝的密度为________
列出计算式 ．【答案】 ；3；
； ；
；2；2； 或 等 ；
氧的电负性大且原子半径小， 分子间及与 可形成氢键，而硫的电负性较小且原子半径
大， 分子间及与 不能形成氢键；
原子晶体；
；
。
【解析】
砷为33号元素，基态原子核外电子排布式为： ，价层电子排布式
为： ，基态砷原子的核外有3个未成对电子，故答案为： ；3；
、S、Cl位于同一周期，同周期元素从左到右电负性逐渐增大，第一电离能呈增大趋势，因为
P原子3p轨道上的电子为半满稳定状态，第一电离能大于右侧的硫元素，第一电离能由大到小的顺
序为： ，电负性由大到小的顺序为： ，故答案为： ；
；
的结构式为 ，中心原子碳原子形成两个 键，无孤电子对，所以杂化轨道类型
为sp杂化，由它的结构式可知，羰基硫中含有碳氧或碳硫极性键，碳与氧或硫之间分别形成一个
键和一个 键，所以 中含有2mol 键和2mol 键，根据等电子体的概念，COS与
、 等互为等电子体，与COS键合方式相同且空间构型也相同，故答案为：sp；2；2；
或 等 ；因为氧原子半径小，氧元素电负性大，水分子和 间能形成氢键从而结合成 ，硫原子
半径大且电负性小，不能形成氢键，因此不能形成类似水合氢离子的结构，故答案为：氧的电负性
大且原子半径小， 分子间及与 可形成氢键，而硫的电负性较小且原子半径大，几乎不能形
成氢键；
磷化铝熔点非常高，因此可判断为原子晶体，故答案为：原子晶体；
由A、B点的原子坐标可知，C点的原子坐标为： ，故答案为： ；
由均摊法计算平均每个晶胞含 P原子个数 ，Al原子个数 ，晶胞密度
，故答案为： 。
14. 非金属元素虽然种类不多，但是在自然界中的丰度却很大，请回答下列问题：
氮化硼，晶胞结构如图 和 中的化学键均为共价键，BN的熔点高且硬度大，
的晶体干冰却松软且极易升华。
由此可以判断：BN可能是______晶体， 可能是______晶体，BN晶体中B原子的杂化轨
道类型为______，干冰中C原子的杂化轨道类型为______
分子极性： ______ ，键角： ______ 填“ ””或者“ ”
金刚石和石墨都是碳元素的单质，但石墨晶体熔点比金刚石______，原因是______单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的
C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得如图所示的金刚砂
结构。在SiC结构中，每个C原子周围距离相等且最近的
C原子数目为______，假设 键长为acm，则晶胞密度为______
【答案】 原子； 分子； ； sp；
； ；
高； 石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大；
；
【解析】
由共价键形成的空间网站结构，熔点高、硬度大，属于原子晶体；而干冰松软且极易升
华，属于分子晶体；BN晶体中B原子形成4个 键，杂化轨道数目为4，B原子采取 杂
化，干冰中C原子形成2个 键，没有孤电子对，杂化轨道数目为2，C原子采取sp杂化，
故答案为：原子；分子； ；sp；
二者结构相似，均为V形，F与O的电负性相对比较接近，H与O的电负性相差较大，水分子
中共用电子对较大地偏向O，所以 键的极性较弱，所以整个分子的极性也较弱，水分子中成
键电子对之间排斥更大，故水分子中键角也更大，
故答案为： ； ；
石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大，故石墨晶体熔点比金刚石的高，
故答案为：高；石墨层内碳碳键的键长比金刚石要短，键能比金刚石大；晶胞中每个碳原子与4个Si原子形成正四面体，每个Si原子与周围的4个C原子形成正四面
体，晶胞中Si、C的相对位置相同，可以将白色球看作C、黑色球看作Si，互换后以顶点原子研
究，与之最近的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共用，故每个C原
子周围距离相等且最近的C原子数目为 ；
顶点Si原子与四面体中心C原子连线处于晶胞体对角线上，且距离等于体对角线长度的 ，而体对
角线长度等于晶胞棱长的 倍，假设 键长为acm，则晶胞棱长 cm，晶胞中Si原子
数目 、C原子数目 ，晶胞质量 ，
晶胞密度 ，
故答案为：12； 。
15. 第四周期过渡元素Mn、Fe、Ti可与C、H、O形成多种化合物。
下列叙述正确的是______。 填字母
A. 与水分子间能形成氢键
B. 和 分子中的中心原子均采用 杂化
C. 分子中含有6个 键和1个大 键， 是非极性分子
D. 晶体的熔点、沸点都比二氧化硅晶体的低
和Fe的部分电离能数据如下表：
元素 Mn Fe
717 759
电离能
1509 1561
3248 2957
Mn元素价电子排布式为_________，气态 再失去一个电子比气态 再失去一个电子
难，其原因是_____________________________________。根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域，其中 Ti属于____
区。
的一种氧化物X，其晶胞结构如图所示，则X的化学式为___________。
电镀厂排放的废水中常含有剧毒的 离子，可在X的催化下，先用NaClO将 氧化
成 ，再在酸性条件下 继续被NaClO氧化成 和 。
、C、N、O四种元素的电负性由小到大的顺序为___________________。
与 互为等电子体微粒的化学式为___________ 写出一种即可 。
氰酸 是一种链状分子，它与异氰酸 互为同分异构体，其分子内各原子
最外层均已达到稳定结构，试写出氰酸的结构式________。
【答案】 ；
； 转化为 时，3d能级由较稳定的 半充满状态转变为不稳定的 状态
或 转化为 时，3d能级由不稳定的 状态转变为较稳定的 半充满状态；
；
；；
、 ；
【解析】
甲醛中氧元素电负性很大，与水分子中H原子可以形成氢键，故A正确；
B. 分子中C原子形成3个 键，而 分子中C原子形成2个 键，均没有孤电子对，
HCHO分子中C原子采用 杂化，二氧化碳分子中C原子为sp杂化，故B错误；
C. 分子中含有12个 键和1个大 键，故C错误；
D.二氧化碳晶体是分子晶体，二氧化硅晶体是原子晶体，所以 晶体的熔点、沸点都比二氧化硅
晶体的低，故D正确，
故答案为：AD；
号元素锰，价电子个数为 ，价电子排布为 ， 转化为 时，3d能
级由较稳定的 半充满状态转变为不稳定的 状态，而铁为26号元素，价电子排布为 ，
转化为 时，3d能级由不稳定的 状态转变为较稳定的 半充满状态，故气态
再失去一个电子比气态 再失去一个电子难；
故答案为： ； 转化为 时，3d能级由较稳定的 半充满状态转 变为不稳定
的 状态，而 转化为 时，3d能级由不稳定的 状态转变为较稳定的 半充满状
态；
根据元素原子的外围电子排布的特征，可将元素周期表分成五个区域，s区、d区、ds区、p
区、f区，s区为第ⅠA、ⅡA族，p区为第ⅢA到0族，d区包括从第ⅢB族到Ⅷ族，ds区为第
ⅠB、ⅡB族，f区为镧系和锕系，其中钛位于第ⅣB族，属于d区；
故答案为：d；
每个晶胞中含有钛原子数为 ，氧原子数为 ，故化学式为 ；
故答案为： ；氢位于第一周期，碳、氮、氧元素位于第二周期，同周期从左向右，电负性逐渐增大，故电
负性大小为 ，
故答案为： ；
电子数为22，等电子体为电子数相等，故与 互为等电子体微粒的化学式 、
、 等，
故答案为： 、 ；
氰酸 是一种链状分子，且其分子内各原子最外层均已达到稳定结构，碳为四配位，氮
为三配位，氧为两配位，故 ；
故答案为： 。
16. C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。
写出C原子的核外电子排布式_______________________________。
的晶体结构与金刚石相似，SiC晶体中存在的微粒间作用力是______________；
SiC的熔点_________ 金刚石。 填“ ”或“ ”
氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M的原子结构示意图为________；MO是优良的
耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似，则每个 周围吸引_____个 ；每个MO晶
胞 中 含 有 _____ 个 ； MO 的 熔 点 比 CaO 的 高 ， 其 原 因 是
___________________________________________。
【答案】
共价键
6 4 半径比 小，MgO的晶格能大
【解析】是6号元素，C原子核外共6个电子，按照能量最低原则电子先填入能量最低的 1s轨道，填
满后再依次填入能量较高的轨道；其电子排布式为： ，
故答案为； ；
中 Si 和 C 原子均形成四个单键，非金属原子之间形成的化学键全部是共价键； 因为
的键长大于 键，则 的键能小于 键，故SiC的熔点低于金刚石，
故答案为：共价键； ；
和SiC的电子总数相等，故含有的电子数为20，则M含有12个电子，即Mg，其原子结构
示意图为： ；氯化钠中阴阳离子配位数为6，所以MgO中 的配位数为6，根据均
摊法可知，氯化钠晶胞中含有氯离子数目为 4，钠离子数目为4，所以氧化镁中氧离子、镁离子数
分别为4、4，MgO和CaO都是离子晶体，镁离子半径小于钙离子，且二者所带电荷相等，所以
MgO的晶格能大于CaO，所以MgO的熔点高于CaO，
故答案为： ；6；4； 半径比 小，MgO的晶格能大。
17. 新型无机非金属材料是新材料开发的重要领域，氮化硼 就是其中一种。回答下列问题：
氮化硼与碳元素的单质相似，有两种重要晶型：A型和B型。A型氮化硼硬度很高，是特
殊的耐磨和切削材料；B型氮化硼化学稳定性较好，是一种优良的耐高温润滑剂。A型氮化硼
结构如图________ 填“Ⅰ”或“Ⅱ” 所示。结合下列相关数据预测A型氮化硼的熔点范围：_________________。
型氮化硼晶体中六元环与B原子的个数比为________。
工业上氮化硼是以三氯化硼、氢气、氮气为原料，在高温条件下反应制得的。写出该反应
的化学方程式：_____________________。
【答案】 Ⅰ
在 到 之间
【解析】
由图可知，Ⅰ为无限延伸的空间网状结构，是原子晶体；Ⅱ为层状结构，类似于石墨。结合题
给信息，Ⅰ为A型。
原子晶体的熔点的高低和键长有关，键长越短，键能越大，熔点越高。 键的键长约为
， 键的键长约为 m， 键的
键长约为 m， 键的键长约为 m， 键的键长约为
m。可知 键的键长介于 键和 键之间，因此A型氮化硼的熔点介于碳化硅和金刚石的熔点之间。
每个六元环中含有3个B原子，每个B原子被3个六元环所共有，每个六元环只占有每个B原
子的 ，每个六元环所占有B原子数为1。
工业上用三氯化硼、氢气、氮气在高温条件下反应制得氮化硼，反应的化学方程式为
。
