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.下列有关共价晶体的叙述,错误的是( )
A.共价晶体中,原子不遵循紧密堆积原则
B.共价晶体中不存在独立的分子
C.共价晶体的熔点和硬度较高
D.共价晶体熔化时不破坏化学键
2.下列物质中,属于共价晶体的化合物是( )
A.水晶 B.晶体硅 C.金刚石 D.干冰
3.(2019上海杨浦一模)共价晶体一定具有的性质是( )
A.熔点高 B.易导热
C.能导电 D.良好的延展性
4.(2019上海闵行高三二模)科学家借助晶体硅提高了阿伏加德罗常数的精确度。有关晶体硅描述错
误的是( )
A.由原子构成 B.含非极性键
C.含非极性分子 D.熔点高
5.将SiCl 与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH ) 。将该化合物在无氧条件下高温灼烧,可得到氮化
4 2 4
硅(Si N )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
3 4
( )
A.SiCl 、Si N 的晶体类型相同
4 3 4
B.Si N 晶体是立体网状结构
3 4
C.共价晶体C N 的熔点比Si N 的低
3 4 3 4
D.SiCl 晶体在熔化过程中化学键断裂
4
6.二氧化硅晶体是立体网状结构,其结构如图所示。下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是( )
A.晶体中每个硅原子与4个氧原子相连
B.晶体中硅、氧原子个数比为1∶2
C.晶体中最小环上的原子数为8
D.晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构
7.有下列物质构成的晶体:①二氧化硅 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)属于共价晶体的是 。
(2)由单原子分子构成的晶体是 。
(3)由极性分子构成的晶体是 ,属于单质构成的分子晶体是 。
题组二 共价晶体的性质
8.下列三种晶体:①金刚石,②晶体硅,③碳化硅。熔点从高到低的顺序是( )
深度解析
A.①③② B.②③①
C.③①② D.②①③
9.(2020山东枣庄三中高二网测)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3 500 ℃,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
10.(2019河北石家庄期中)根据下列几种物质的熔点和沸点数据判断,下列有关说法错误的是( )
物质 AlCl SiCl 单质B
3 4
熔点/℃ 190 -70 2 300
沸点/℃ 182.7 57.6 2 500注:AlCl 熔点在2.02×105 Pa条件下测定。
3
A.SiCl 是分子晶体
4
B.单质B是共价晶体
C.AlCl 加热能升华
3
D.单质B和AlCl 晶体类型相同
3
11.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 ,微粒间存在的作用力是 。
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,CO 和SiO 的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO 中C与O原
2 2 2
子间形成σ键和π键,SiO 中Si与O原子间不形成π键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子
2
间能形成π键,而Si、O原子间不能形成π键:
;SiO 属于 晶体,CO 属于 晶体,所以熔点CO SiO (填“<”“=”或“>”)。
2 2 2 2
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅三种晶体的构成微粒分别是 ,熔化时克服的微
粒间的作用力分别是 。
能力提升练
题组一 共价晶体的结构与性质
1.(2020山东滕州一中高二月考, )美国Lawrence Livermore国家实验室成功地在高压下将CO 转化
2
为具有类似SiO 结构的共价晶体,下列关于CO 的共价晶体的说法正确的是( )
2 2
A.CO 的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
2
B.在一定条件下,CO 的共价晶体转化为CO 的分子晶体是物理变化
2 2
C.CO 的共价晶体和CO 的分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
2 2
D.在CO 的共价晶体中,每个C原子结合4个O原子,每个O原子跟2个C原子相结合
2
2.(2020山东淄博淄川中学高二月考, )下列说法中正确的是( )
A.金刚石晶体中的最小环由6个碳原子构成
B.AlCl 晶体属于共价晶体
3
C.1 mol SiO 晶体中含2 mol Si—O键
2D.金刚石化学性质稳定,即使在高温下也不会和O 反应
2
3.(双选)( )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/℃ >3 550 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
分析表中的数据,判断下列叙述正确的是( )
A.构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
B.构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高
C.构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大
D.构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越小
4.( )已知C N 晶体具有比金刚石还大的硬度,且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C N
3 4 3 4
晶体的说法不正确的是( )
A.该晶体属于共价晶体,其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固
B.该晶体中每个碳原子连接4个氮原子,每个氮原子连接3个碳原子
C.该晶体与金刚石相似,碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶2
D.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
题组二 晶体结构与性质的综合应用
5.( )有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素,原子序数E<Q<T<X<Z。E、Q、T三种元素的基态原子
具有相同的能层和能级,且第一电离能I (E)<I (T)<I (Q),其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态,且
1 1 1
QT+与ET 具有相同的原子数和价电子数。X为周期表前四周期中电负性最小的元素,Z的原子序数为
2 2
28。请回答下列问题(答题时如需表示具体元素,请用相应的元素符号):
(1)写出QT+的电子式: ,基态Z原子的核外电子排布式为 。
2
(2)Q的简单氢化物极易溶于T的简单氢化物,其主要原因有 、
。
(3)化合物甲由T、X两元素组成,其晶胞如下图所示,则甲的化学式为 。(4)化合物乙的晶胞如下图所示,乙由E、Q两元素组成,硬度超过金刚石。
①乙的晶体类型为 ,其硬度超过金刚石的原因是 。
②乙的晶体中E、Q两种元素原子的杂化方式均为 。
6.( )(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晶体晶胞结构与该硅晶体相似。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N ,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为
A
cm(用代数式表示)。
答案全解全析
基础过关练
1.D 2.A 3.A 4.C 5.B 6.C 8.A 9.B
10.D
1.D 共价晶体中原子之间通过共价键相连,而共价键具有方向性和饱和性,所以共价晶体中,原子不遵
循紧密堆积原则。共价晶体在熔化时破坏共价键。
2.A 晶体硅、金刚石属于单质,干冰属于分子晶体。3.A 高硬度、高熔点是共价晶体的特性,共价晶体不能导电、导热,延展性差,故选A。
4.C 晶体硅是共价晶体,由原子构成,A正确;硅原子与硅原子间以非极性共价键连接,B正确;晶体硅
是共价晶体,不含分子,C错误;共价晶体熔点高,D正确。
5.B SiCl 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。Si N 是共价晶体,为立
4 3 4
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C N 的熔点比
3 4
Si N 的高。
3 4
6.C 由二氧化硅晶体结构图可知,每个硅原子连有4个氧原子,每个氧原子连有2个硅原子,硅原子、
氧原子个数比为1∶2;晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子,最小环上的原子总数为12;晶体
中每个硅原子有四对共用电子对,每个氧原子有两对共用电子对,二者都满足最外层8电子结构。
7.答案 (1)①⑧ (2)⑤ (3)② ④⑤
解析 题述物质构成的晶体属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和二氧化硅;属于分子晶体的是晶体氩
(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)。
8.A 题中所列的三种晶体均属于共价晶体,结构相似,晶体内的原子间通过共价键相连,其熔点取决于
共价键的键长和键能,共价键键长越短,键能越大,其熔点越高。碳原子半径小于硅原子半径,它们所含
共价键的键长是C—C键<Si—C键<Si—Si键,则熔点由高到低的顺序为①③②。
归纳总结 共价晶体熔点和硬度的比较:
共价晶体具有不同的结构,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,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,键能依次增大,故金刚石、硅、锗的熔点和硬
度依次下降。
9.B 共价晶体的熔点高,但不能导电,延展性差,故A不符合题意;无色晶体,熔点3 500 ℃,不导电,质硬,
难溶于水和有机溶剂,符合共价晶体的性质特点,故B符合题意;无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800
℃,熔化时能导电,不属于共价晶体,故C不符合题意;熔点-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导
电,符合分子晶体的性质,属于分子晶体,故D不符合题意。10.D 由表中数据可知,SiCl 的熔、沸点较低,属于分子晶体,选项A正确;单质B的熔、沸点很高,所
4
以单质B是共价晶体,选项B正确;由表中数据可知AlCl 的沸点比熔点低,所以AlCl 加热能升华,选项
3 3
C正确;单质B是共价晶体,AlCl 属于分子晶体,两者晶体类型不同,选项D错误。
3
11.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,不能形成稳定的π键 共
价 分子 <
(3)原子、原子、原子 共价键、共价键、共价键
解析 (1)晶体硅中一个硅原子与周围4个硅原子相连,所以杂化方式是sp3,SiC的晶体结构与晶体硅
相似,所以C原子采取sp3杂化;因为Si—C键的键长小于Si—Si键的键长,所以熔、沸点:碳化硅>晶体
硅。
(2)SiO 为共价晶体,CO 为分子晶体,所以熔点SiO >CO 。
2 2 2 2
(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体,构成微粒为原子,熔化时克服共价键。
能力提升练
1.D 2.A 3.BD 4.C
1.D 同素异形体的研究对象是单质,CO 是化合物,故A错误;二氧化碳的共价晶体和二氧化碳的分子
2
晶体属于不同物质,所以在一定条件下,CO 的共价晶体转化为CO 的分子晶体是化学变化,故B错误;
2 2
二氧化碳的分子晶体和二氧化碳的共价晶体的构成微粒不同,空间构型不同,所以其物理性质和化学
性质不同,故C错误;利用知识迁移的方法分析,把二氧化硅结构中的硅原子替换成碳原子,在二氧化碳
的共价晶体中,每个C原子结合4个O原子,每个O原子跟2个C原子相结合,故D正确。
2.A 金刚石是共价晶体,原子间以共价键相结合,形成三维的空间网状结构,最小的环上有6个碳原
子,A正确;AlCl 熔、沸点较低,其晶体属于分子晶体,B错误;1个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si
3
—O键,而1个氧原子能形成2个Si—O键,1 mol SiO 晶体有1 mol硅原子和2 mol氧原子,含有Si—O
2
键的物质的量为4 mol,C错误;金刚石为碳元素形成的单质,高温下与O 反应,D错误。
2
3.BD 共价晶体的熔点与原子种类多少无关,A项错误;共价晶体的熔点与构成共价晶体的原子间的
共价键键能有关,B项正确;构成共价晶体的原子的半径越大,键长越长,共价键键能越小,晶体的硬度越
小,C项错误,D项正确。
4.C C N 晶体具有比金刚石还大的硬度,则该晶体属于共价晶体,其化学键比金刚石更牢固,A正确;C
3 4
的最外层有4个电子,因此一个碳原子连接4个N原子,N的最外层有5个电子,因此一个N原子连接3个C原子,B正确;根据以上分析可知该晶体中碳原子个数与碳氮键个数之比为1∶4,C错误;构成该晶
体的微粒间只以单键结合,每个碳原子连接4个氮原子,每个氮原子连接3个碳原子,则晶体中碳原子
和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构,D正确。
5.答案 (1)[········N········]+ 1s22s22p63s23p63d84s2
O O
(2)这两种氢化物均为极性分子 分子之间能形成氢键
(3)KO
2
(4)①共价晶体 C—N键的键长小于C—C键,键能大于C—C键 ②sp3
解析 由题意知,E、Q、T、X、Z五种元素分别为C、N、O、K、Ni。(1)CO 、NO+具有相同的原子
2 2
数和价电子数,电子式相似,故N
O+
的电子式为[········N········]+,基态Ni原子的核外电子排布式为
2 O O
1s22s22p63s23p63d84s2。(2)Q的简单氢化物NH 极易溶于T的简单氢化物H O,其主要原因有这两种氢
3 2
化物均为极性分子、分子之间能形成氢键。(3)由化合物甲的晶胞可知,甲的化学式为KO 。(4)①由
2
化合物乙的晶胞可知,乙的化学式为C N ,其硬度大,属于共价晶体,其硬度超过金刚石的原因是C—N
3 4
键的键长小于C—C键,键能大于C—C键。②C N 晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3杂
3 4
化。
4×40 g·mol-1
6.答案 (1)共价晶体 12
(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1
(2)4 正四面体 ❑√3 × √ 3 224
4 ρ·N
A
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;每个碳原子连接4个硅原子,每个硅原子连
接4个碳原子,所以每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×1+6×1=4,Si原
8 2
m 4×40 g·mol-1
子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积V=(a×10-10 cm)3,ρ= = 。
V (a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1
(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8×1+6×1+4=8,则1个
8 228×8
晶胞的体积为 cm3= 224 cm3,晶胞的边长为√ 224 cm,在晶胞中两个最近的Si原子之间的距
N 3
A ρ·N ρ·N
ρ A A
离为晶胞体对角线长的 1 ,即 ❑√3 × √ 3 224 cm。
4 4 ρ·N
A
