高二化学选择性必修第二册第三章讲义

第一节物质的聚集状态与晶体的常识[核心素养发展目标]1.认识物质的聚集状态。2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体和非晶体。3.能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的思维模型，利用思维模型，根据晶胞结构确定微粒个数和化学式。4.了解晶体结构的测定方法。一、物质的聚集状态1．20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。2．20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。3．气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。4．其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。(1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态()(2)气态和液态物质均是由分子构成的()(3)等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性()(4)液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶()答案(1)×(2)×(3)√(4)√二、晶体与非晶体1．晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无原子排列相对无序2.获得晶体的途径(1)实验探究实验内容实验操作及现象获取硫黄晶体硫黄粉eq\o(→,\s\up7(加热))熔融态硫eq\o(→,\s\up7(自然冷却))淡黄色的菱形硫黄晶体获取碘晶体加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒获取氯化钠晶体在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒(2)获得晶体的三条途径①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中析出。3．晶体的特性(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。(3)固定的熔点。4．晶体与非晶体的测定方法测定方法测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点可靠方法对固体进行X射线衍射实验(1)晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性()(2)熔融态物质快速冷却即得到晶体()(3)熔融的硝酸钾冷却可得晶体，故液态玻璃冷却也能得到晶体()(4)粉末状的固体也有可能是晶体()(5)晶体一定比非晶体的熔点高()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×1．在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？提示CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。2．将冰和玻璃加热各有什么现象。提示加热冰时，0℃达到冰的熔点，冰开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高。加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后变为液体。玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围。3.(2019·淄博高二检测)下列物质中属于晶体的是()①橡胶②玻璃③食盐④水晶⑤塑料⑥胆矾A．①④⑤ B．②③⑥C．①③④ D．③④⑥答案D解析固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。4．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的eq\f(1,104)。晶体的各向异性主要表现在()①硬度②导热性③导电性④光学性质A．①③ B．②④C．①②③ D．①②③④答案D解析晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。三、晶胞1．概念描述晶体结构的基本单元。2．晶胞与晶体的关系一般来说，晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。3．晶胞中粒子数目的计算(1)铜晶胞①位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。②位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)NaCl晶胞①Cl－位于顶点和面心，共有4个。②Na＋位于棱上和体心，共有4个。1.晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。2．均摊法确定晶胞中粒子的个数若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有eq\f(1,n)属于这个晶胞。长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元()(2)不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同()(3)晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞()(4)一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比()答案(1)√(2)×(3)×(4)√1．下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子？(1)钠________个；(2)锌________个；(3)碘________个；(4)金刚石________个。答案(1)2(2)2(3)8(4)82．(2019·南通高二调研)下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中：○—X，●—Y，—Z。其中对应的化学式不正确的是()答案B解析A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B项中X、Y的个数比为1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1，化学式为XY，错误；C项中X的数目：4×eq\f(1,8)＋1＝eq\f(3,2)，Y的数目：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，化学式为X3Y，正确；D项中X的数目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的数目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z，正确。3．科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的化学式是()A．TiC B．Ti6C7C．Ti14C13 D．Ti13C14答案C解析如果利用“均摊法”来计算，就会得出：钛原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；碳原子数为12×eq\f(1,4)＋1＝4，从而错选A。若该图是一个晶胞，则这种计算正确，但它是一个气态团簇分子，其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。团簇分子或纳米颗粒中，所含微粒为其本身所有，不与其他分子或颗粒共用。四、晶体结构的测定1．常用仪器：X射线衍射仪。2．测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。3．作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。1．通过X射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？提示从衍射图形获得晶体结构的信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。2．因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是：__________、__________。答案243．原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))；C为(eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，0)。则D原子的坐标参数为________。答案(eq\f(1,4)，eq\f(1,4)，eq\f(1,4))1．下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是()A．是否为具有规则几何外形的固体B．是否具有各向异性C．是否具有美观、对称的外形D．内部微粒在空间是否呈周期性有序排列答案D解析具有规则几何外形的固体不一定都是晶体，如玻璃，故A错误；具有各向异性的固体一定是晶体，但是否具有各向异性不是晶体和非晶体的本质区别，故B错误；美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃，故C错误；晶体与非晶体的本质区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律呈周期性有序排列，故D正确。2．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述中正确的是()A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C．玻璃态是水的一种特殊状态D．X射线通过玻璃态水时，能产生谱线答案C解析玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，X射线通过玻璃态水时不能产生谱线，因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。3．下列过程中不能得到晶体的是()A．对NaCl饱和溶液降温所得到的固体B．气态水直接冷却成固态水C．熔融的KNO3冷却后所得到的固体D．液态的玻璃冷却后所得到的固体答案D解析得到晶体的三条途径：①溶质从溶液中析出；②气态物质凝华；③熔融态物质凝固。A选项符合①，B选项符合②，C选项符合③。由于玻璃属于非晶体，熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。4．下列有关晶胞的叙述中正确的是()A．晶胞的结构是晶体的结构B．不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同C．晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成答案D解析相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中，晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”即可推知晶体的组成，D选项正确。5．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为()A．7∶8 B．13∶14C．1∶1 D．26∶27答案D解析由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。6．如图所示的甲、乙、丙三种晶体：试推断，甲晶体的化学式(X为阳离子)：__________________________________________；乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_____________________________；丙晶体中每个D周围结合E的个数是_____________________________________________________________。答案X2Y1∶3∶18解析X位于立方体体心，该晶胞中含有1个X，Y位于顶角，该晶胞中Y原子的个数＝4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，则该晶胞中X、Y的个数之比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶体的化学式为X2Y；乙晶胞中A原子的个数＝8×eq\f(1,8)＝1，B原子的个数＝6×eq\f(1,2)＝3，C原子的个数为1，所以乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比为1∶3∶1；丙晶体中每个D周围结合E的个数是8。一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1．下列可用于判断某物质为晶体的方法是()A．质谱法 B．红外光谱法C．核磁共振法 D．X射线衍射法答案D解析质谱法用于测定有机物的相对分子质量，不能判断某物质为晶体，故A错误；红外光谱仪能测定出有机物的官能团和化学键，不能判断某物质为晶体，故B错误；核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目，不能判断某物质为晶体，故C错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否呈周期性有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，可以鉴别晶体与非晶体，故D正确。2．下列物质属于非晶体的是()①松香；②冰；③石英；④沥青；⑤铜；⑥纯碱A．①②③④⑤⑥ B．①④C．①③ D．⑤⑥答案B解析松香在温度升高后会变软，沥青铺成的路面在高温的夏天会变软，因此二者均无固定的熔点，所以它们属于非晶体。3．下列关于晶体性质的叙述中，不正确的是()A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性答案B解析晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性重复排列，两者没有矛盾，故B错误；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，则晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，故C正确；由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D正确。4．关于晶体和非晶体的说法，正确的是()A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质B．晶体在熔化过程中需要不断的吸热，温度不断地升高C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同D．晶体和非晶体之间不可以相互转化答案C解析晶体在三维空间里呈周期性有序排列，其许多物理性质常常会表现出各向异性，A不正确；晶体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，B不正确；玻璃不属于晶体，不具有物理性质各向异性的特点，C正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D不正确。5.如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是()A．金属 B．半导体C．非晶体 D．晶体答案D解析由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。6．有关晶胞的叙述正确的是()①晶胞是晶体结构中的基本结构单元②根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状的几何体③习惯采用的晶胞是平行六面体④晶胞都是正八面体A．①③B．②④C．①④D．②③答案A7.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()A．Mg2CNi3 B．MgCNi3C．MgCNi2 D．MgC2Ni答案B解析利用均摊法确定晶胞的化学式，位于顶角上的一个原子被8个晶胞占有，位于面心上的原子被2个晶胞占有，位于体心上的一个原子被一个晶胞占有，据此计算晶胞的化学式。根据晶胞结构可知，碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子，镁原子位于顶角处，因此镁原子个数为8×eq\f(1,8)＝1，所以该晶胞含有1个镁原子，镍原子位于面心处，因此镍原子个数＝6×eq\f(1,2)＝3，所以该晶胞中含有3个镍原子，故该晶体的化学式为MgCNi3，答案选B。二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。8．已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是()A．1mol该化合物中含有1molYB．1mol该化合物中含有3molCuC．1mol该化合物中含有3molBaD．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6答案CD解析由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上，大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的Cu原子位于长方体的内部，小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为8×eq\f(1,8)＝1，Ba原子个数为8×eq\f(1,4)＝2，Cu原子个数为3，O原子个数为10×eq\f(1,2)＋2＝7，故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。综上可知，C、D项错误。9．钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶胞结构示意图如图所示，它的化学式是()A．BaTi8O12 B．BaTi4O5C．BaTi2O4 D．BaTiO3答案D解析观察钛酸钡晶胞结构示意图可知，Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti原子有eq\f(1,8)属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每个O原子有eq\f(1,4)属于该晶胞。即晶体中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶(8×eq\f(1,8))∶(12×eq\f(1,4))＝1∶1∶3。10．有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为()A．Ti14C13 B．TiCC．Ti4C4 D．Ti4C3答案A解析由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个钛原子和13个碳原子构成。11．请仔细观察下列几种物质的结构示意图，判断下列说法正确的是()A.硼镁超导物质的晶体结构单元如图所示，则这种超导材料的化学式为Mg3B2B.锂的某种氧化物的晶胞如图所示，则该氧化物的化学式为Li2OC.某晶体的一部分如图所示，则这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是1∶4∶2D.Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图如图所示(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式为Mn2Bi答案BC解析该晶胞中Mg原子个数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，B原子个数为6，Mg、B原子个数之比为3∶6＝1∶2，所以其化学式为MgB2，故A错误；该晶胞中Li原子个数为8，O原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，则Li、O原子个数之比为8∶4＝2∶1，所以其化学式为Li2O，故B正确；该晶胞中B粒子个数为6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2，A粒子个数为6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)，C粒子个数为1，则A、B、C粒子个数之比为eq\f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2，故C正确；Mn原子个数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋1＋6×eq\f(1,3)＝6，Bi原子个数为6，所以Mn、Bi原子个数之比为6∶6＝1∶1，所以其化学式为MnBi，故D错误。三、非选择题12．(1)在下列物质中，__________(填序号，下同)是晶体，________是非晶体。①塑料②明矾③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O⑥冰糖⑦石蜡⑧单晶硅⑨铝块⑩橡胶(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有______，而非晶体________；另外非晶体具有(物理性质)______的特点，而晶体具有(物理性质)________的特点。(3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是________(填序号)。①从外形上来判断②从各向异性或各向同性上来判断③从导电性能来判断④从有无固定熔点来判断(4)晶体中的微粒与晶胞的关系①凡处于立方体顶角的微粒，同时为______个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为______个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为______个晶胞共有；④凡处于立方体体心的微粒，同时为______个晶胞共有。答案(1)②⑤⑥⑧⑨①③④⑦⑩(2)规则的几何外形没有规则的几何外形各向同性各向异性(3)②④(4)①8②4③2④1解析明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。13．某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶角，Y位于立方体的中心。(1)晶体中每个Y同时吸引着________个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式为________。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有________个。(3)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX为________(填角的度数)。答案(1)48Y2X(或XY2)(2)12(3)109°28′解析晶胞中的粒子分为4种：①体心上的粒子完全属于该晶胞；②面心上的粒子eq\f(1,2)属于该晶胞；③棱上的粒子eq\f(1,4)属于该晶胞；④顶角上的粒子eq\f(1,8)属于该晶胞。本题粒子Y位于体心，粒子X位于顶角，所以该晶体的化学式为Y2X或XY2。观察下图，4个X和1个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。14．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个能层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为________。(2)该晶体中离子Xn＋的n＝________。(3)X元素的原子序数是________。(4)晶体中每个N3－被________个等距离的Xn＋包围。答案(1)3∶1(2)1(3)29(4)6解析(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×eq\f(1,4)＝3；N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×eq\f(1,8)＝1，故二者个数之比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N知，X所带电荷数为1。(3)因为K、L、M三个能层充满，故Xn＋有2、8、18结构，所以X的原子序数是29。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。第二节分子晶体与共价晶体第1课时分子晶体[核心素养发展目标]1.能辨识常见的分子晶体，并能从微观角度分析分子晶体中各构成微粒之间的作用和对分子晶体物理性质的影响。2.能利用分子晶体的通性推断常见的分子晶体，理解分子晶体中微粒的堆积模型，并能用均摊法对晶胞进行分析。一、分子晶体的概念和性质1．分子晶体的概念只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用3．常见的典型分子晶体(1)所有非金属氢化物：如H2O、H2S、NH3、CH4、HX(卤化氢)等。(2)部分非金属单质：如X2(卤素单质)、O2、H2、S8、P4、C60、稀有气体等。(3)部分非金属氧化物：如CO2、SO2、NO2、P4O6、P4O10等。(4)几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。(5)绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。4．分子晶体的物理性质(1)分子晶体熔、沸点较低，硬度很小。(2)分子晶体不导电。(3)分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律。(1)组成分子晶体的微粒是分子，在分子晶体中一定存在共价键和分子间作用力()(2)分子晶体熔化时一定破坏范德华力，有些分子晶体还会破坏氢键()(3)分子晶体熔化或溶于水均不导电()(4)分子晶体的熔、沸点越高，分子晶体中共价键的键能越大()(5)水分子间存在着氢键，故水分子较稳定()(6)NH3极易溶于水的原因一是NH3、H2O均为极性分子，二是NH3和H2O之间形成分子间氢键()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√1．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、HD、C10H18 B．PCl3、CO2、H2SO4C．SO2、C60、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2答案B解析分子晶体的构成微粒为分子，分子内部以共价键结合。HD属于分子晶体，但为单质，故A错误；PCl3、CO2、H2SO4均属于分子晶体，且为化合物，故B正确；C60属于分子晶体，但为单质，故C错误；Na2S中含有离子键，不属于分子晶体，故D错误。2．(2019·贵州思南中学高二月考)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属于非电解质答案A解析由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。3．下列分子晶体的熔、沸点由高到低的顺序是()①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H2A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②①答案C解析相对分子质量越大，分子间的范德华力越大，分子晶体的熔、沸点越高，相对分子质量接近的分子，极性越强，熔、沸点越高，故选C。1.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微粒是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(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。2．分子晶体熔、沸点高低的判断(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，范德华力越强，熔、沸点越高，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、沸点越高，如CH3OH＞CH3CH3。(3)含有分子间氢键的分子晶体的熔、沸点反常升高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。(4)对于有机物中的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低，如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3＞＞。(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子中碳原子数的增加，熔、沸点升高，如C2H6＞CH4，C2H5Cl＞CH3Cl，CH3COOH＞HCOOH。二、典型的分子晶体的结构和性质1．分子晶体的结构特征分子密堆积分子非密堆积微粒间作用力范德华力范德华力和氢键空间特点通常每个分子周围有12个紧邻的分子每个分子周围紧邻的分子数小于12个，空间利用率不高举例C60、干冰、I2、O2HF、NH3、冰2.常见分子晶体的结构分析(1)冰晶体①结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个O原子周围都有四个H原子，其中两个H原子与O原子以共价键结合，另外两个H原子与O原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。其结构可用下图表示。②性质：由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。(2)干冰①结构：固态CO2称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2分子内存在C=O共价键，分子间存在范德华力，CO2的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个CO2分子，每个面上也有一个CO2分子。每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个)(如图所示)。②性质：干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；由于干冰中的CO2之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。(1)干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体()(2)干冰比冰的熔点低很多，常压下易升华()(3)干冰晶体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()(4)冰晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的分子；1mol冰中含有1mol氢键()答案(1)×(2)√(3)√(4)×1．硫化氢和水分子结构相似，但硫化氢晶体中，一个硫化氢分子周围有12个紧邻的分子，而冰中一个水分子周围只有4个紧邻分子，为什么？提示硫化氢晶体中只存在范德华力，属于分子密堆积，而冰中主要作用力是氢键，氢键具有方向性，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。2．如图为干冰的晶体结构示意图。(1)通过观察分析，有________种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点，设晶胞边长为apm，则紧邻的两个CO2分子的距离为________pm。(2)其密度ρ为________(1pm＝10－10cm)。答案(1)4eq\f(\r(2),2)a(2)eq\f(4×44,NAa×10－103)g·cm－3解析顶角一种取向，三对平行面分别为三种取向，所以共有4种取向。两个紧邻CO2分子的距离为面对角线的一半。ρ＝eq\f(1mol晶胞质量,1mol晶胞体积)＝eq\f(4×44,NAa×10－103)g·cm－3。1．下列物质固态时，一定是分子晶体的是()A．酸性氧化物 B．非金属单质C．碱性氧化物 D．含氧酸答案D2．水的沸点为100℃，硫化氢的分子结构跟水相似，但它的沸点却很低，是－60.7℃，引起这种差异的主要原因是()A．范德华力 B．共价键C．氢键 D．相对分子质量答案C解析水和H2S的结构相似，二者形成的晶体也都是分子晶体。但由于水分子间存在氢键，所以导致水的沸点高于H2S的沸点。3．干冰熔点很低是由于()A．CO2是非极性分子 B．C=O的键能很小C．CO2化学性质不活泼 D．CO2分子间的作用力较弱答案D解析干冰是分子晶体，分子晶体的相对分子质量越小，分子间的作用力越弱，熔、沸点越低，所以干冰熔点很低是由于CO2分子间的作用力较弱，与键能、化学性质等无关。4．干冰气化时，下列所述内容发生变化的是()A．分子内共价键 B．分子间作用力C．分子的性质 D．分子间的氢键答案B解析干冰是分子晶体，分子间存在分子间作用力，不存在氢键，分子气化时破坏分子间作用力，分子内原子间共价键没有被破坏，所以分子的性质不发生改变。5．下列属于分子晶体的一组物质是()A．CaO、NO、CO B．CCl4、H2O、HeC．CO2、SO2、NaCl D．CH4、O2、Na2O答案B6．下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是()A．氯气>碘单质B．四氯化硅>四氟化硅C．NH3<PH3D．异戊烷>正戊烷答案B解析碘常温下为固体，氯气为气体，碘的熔点较高，A错误；四氯化硅、四氟化硅对应的晶体都为分子晶体，四氯化硅的相对分子质量大，熔点较高，B正确；氨分子间存在氢键，熔点较高，C错误；同分异构体中，含有的支链越多，熔点越低，D错误。7．自从英国化学家巴特列(N.Bartlett)首次合成了第一种稀有气体的化合物XePtF6以来，人们又相继发现了氙的一系列化合物，如XeF2、XeF4等。巴特列为开拓稀有气体化学作出了历史性贡献。(1)请根据XeF4的结构示意图(图1)判断这个分子是极性分子还是非极性分子？________。(2)XeF2晶体是一种无色晶体，图2为它的晶胞结构图。XeF2晶体属于哪种类型的晶体？________。答案(1)非极性分子(2)分子晶体解析(1)XeF4分子中含有Xe—F极性键，由于XeF4分子是平面正方形结构，结构对称，所以XeF4分子为非极性分子。(2)根据晶胞结构可知，XeF2晶体是由分子构成的，是分子晶体。一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。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答案B解析稀有气体元素组成的晶体中，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氮、氧、氟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用分子密堆积的方式，D错误。2．分子晶体具有某些特征的本质原因是()A．组成晶体的基本微粒是分子B．熔融时不导电C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合D．熔点一般比较低答案C解析分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。3．下列晶体由原子直接构成，但属于分子晶体的是()A．固态氢 B．固态氖C．磷 D．三氧化硫答案B解析根据题意可知必须是单原子分子，符合条件的只有稀有气体，故选B。4．支持固态氨是分子晶体的事实为()A．氮原子不能形成阳离子B．铵离子不能单独存在C．常温下氨是气态物质D．氨极易溶于水答案C解析常温下氨是气态物质，说明NH3的熔点和沸点低，微粒之间的结合力小，所以固态的氨是分子晶体；只有分子晶体在常温下才可能呈气态，反之，常温下呈气态的物质一定属于分子晶体。5．碘的熔、沸点低，其原因是()A．碘的非金属性较弱B．I—I的键能较小C．碘晶体属于分子晶体D．I—I共价键的键长较长答案C解析碘单质为双原子分子，属于分子晶体，分子间作用力较弱，其熔、沸点较低，与非金属性、I—I的键能和键长无关，C正确。6．下列性质适合于分子晶体的是()①熔点1070℃，易溶于水，水溶液导电②熔点10.31℃，液态不导电，水溶液导电③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃④熔点97.81℃，质软、导电，密度为0.97g·cm－3A．①② B．①③C．②③ D．②④答案C解析②熔点10.31℃，液态不导电，说明液态时，只存在分子，没有离子，溶于水后，电离出自由移动的离子，水溶液中能导电，属于分子晶体，符合题意；③能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点444.6℃，符合分子晶体的特点，符合题意，C正确。7．目前，科学界拟合成一种“双重结构”的球形分子，即把足球烯C60的分子容纳在Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合，下列叙述错误的是()A．该晶体属于分子晶体B．该分子内原子间都以极性共价键相连接C．该物质是一种新化合物D．该物质的相对分子质量为2400答案B解析A项，由于该物质是“双重结构”的球形分子，所以该晶体类型是分子晶体，正确；B项，该分子内同种元素的原子间都以非极性共价键相结合，不同种元素的原子间以极性共价键相结合，错误；C项，该物质含有两种元素，是纯净物，因此属于一种新化合物，正确；D项，该物质的相对分子质量为12×60＋28×60＝2400，正确。二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。8．(2019·河北衡水中学月考)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(如图所示)。下列有关说法正确的是()A．正硼酸晶体属于分子晶体B．H3BO3分子的稳定性与氢键有关C．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构D．含1molH3BO3的晶体中有3mol氢键答案AD解析A项，正硼酸晶体属于分子晶体；B项，H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关，与分子间氢键无关；C项，分子中的硼原子不符合8电子稳定结构；D项，1个H3BO3分子中含有3个氢键。9.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4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18.5kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336J·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)答案D解析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＋eq\f(1,8)×8＋6×eq\f(1,2)＝8，B项错误；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18.5kJ·mol－1，1mol冰中含有2mol氢键，而常见的冰的熔化热为336J·g－1，也可写为6.05kJ·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。10．(2019·合肥一中月考)如图是甲烷晶体的晶胞结构，图中每个小球代表一个甲烷分子(甲烷分子分别位于立方体的顶角和面心)，下列有关该晶体的说法正确的是()A．该晶体与HI的晶体类型相同B．该晶体熔化时只需要破坏共价键C．SiH4分子的稳定性强于甲烷D．每个顶角上的甲烷分子与之距离最近且等距的甲烷分子有12个答案AD解析甲烷、HI晶体均属于分子晶体，A项正确；甲烷晶体属于分子晶体，熔化时只需要破坏分子间作用力，不需要破坏共价键，B项错误；C的非金属性比Si强，所以SiH4分子的稳定性弱于甲烷，C项错误；根据晶胞的结构可知，以晶胞中顶角上的甲烷分子为研究对象，与它距离最近且等距的甲烷分子分布在立方体的3个面心上，每个顶角上的甲烷分子被8个立方体共用，每个面心上的甲烷分子被2个立方体共用，所以每个甲烷分子周围与它距离最近且等距的甲烷分子有eq\f(3×8,2)＝12个，D项正确。11．海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为()A．CH4·14H2O B．CH4·8H2OC．CH4·eq\f(23,7)H2O D．CH4·6H2O答案B解析“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个H2O分子构建8个笼，每个笼内可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离的H2O分子填充，因此6个笼中有6个甲烷分子，水分子有46＋2＝48个，则“可燃冰”平均分子组成可表示为6CH4·48H2O，即CH4·8H2O；答案选B。三、非选择题12．(1)比较下列化合物的熔、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℃，但它在180℃即开始升华。请回答：①AlCl3固体是________晶体。②设计实验判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物：________________________________________________________________________。答案(1)①＜②＞③＞④＜⑤＞⑥＞(2)①分子②在熔融状态下，验证其是否导电，若不导电则是共价化合物解析(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，可比较六组物质熔、沸点的高低。(2)①由AlCl3的熔点低以及在180℃时开始升华可判断AlCl3固体为分子晶体。②要验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其在熔融状态下是否导电，不导电则是共价化合物，导电则是离子化合物。13．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的键能为167kJ·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)1molN60分解成N2时________(填“吸收”或“放出”)的热量是______kJ(已知N≡N的键能为942kJ·mol－1)，表明稳定性N60______(填“>”“<”或“＝”)N2。(3)由(2)列举N60的用途(举一种)：_________________________________________________。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13230<(3)N60可作高能炸药(答案合理即可)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晶体的大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体的高。(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1molN60中存在N—N：1mol×60×3×eq\f(1,2)＝90mol。发生的反应为N60=30N2，故ΔH＝90mol×167kJ·mol－1－30mol×942kJ·mol－1＝－13230kJ<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。14．按要求回答下列问题。(1)水分子的空间结构是________，实验测得冰中氢键的作用能为18.5kJ·mol－1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol－1，这说明______________________________________________。(2)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11kJ·mol－1)。已知冰的升华热是51kJ·mol－1，则冰晶体中氢键的能量是________kJ·mol－1。(3)下图是部分卤素单质和XY型卤素互化物的沸点与其相对分子质量的关系。它们的沸点随着相对分子质量的增大而升高，其原因是________________________。试推测ICl的沸点所处的最小范围是______________________________________________。答案(1)V形冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，也说明液态水中仍存在氢键(2)20(3)相对分子质量越大，分子间作用力越强介于Br2的沸点和IBr的沸点之间解析(2)1mol冰中含有2mol氢键，冰升华既克服氢键，又克服范德华力，所以氢键的能量为：eq\f(51kJ·mol－1－11kJ·mol－1,2)＝20kJ·mol－1。(3)Cl、Br、I三种元素形成的单质或互化物的相对分子质量为Cl2：71；Br2：160，I2：254，BrCl：115.5；IBr：207。题目所给的ICl的相对分子质量为162.5，介于Br2和IBr之间。15．据《新科学》杂志报道，科研人员在20℃、1个大气压和其他一定的实验条件下，给水施加一个弱电场，水就可以结成冰，称为“热冰”。如图是水和“热冰”微观结构的计算机模拟图。请回答下列问题：(1)以上信息体现了水分子具有________性，水分子中氧原子的杂化方式为________。(2)参照热冰的图示，以一个水分子为中心，画出水分子间最基本的连接方式(用结构式表示)________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)①固体二氧化碳外形似冰，受热气化无液体产生，俗称“干冰”。根据如图干冰的晶胞的结构回答：一个晶胞中有________个二氧化碳分子；在一个二氧化碳分子中所含的化学键类型与数目为________。②在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，出现的现象为______________________，反应的化学方程式是_____________________________________。答案(1)极sp3杂化(2)(3)①42个σ键，2个π键②镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成2Mg＋CO2eq\o(=,\s\up7(点燃))2MgO＋C解析(1)水分子为极性分子，在外加电场作用下，水分子可以发生运动。

第2课时共价晶体[核心素养发展目标]1.能辨识常见的共价晶体，并能从微观角度分析共价晶体中各构成微粒之间的作用对共价晶体物理性质的影响。2.能利用共价晶体的通性推断常见的共价晶体，并能利用均摊法对晶胞进行分析。一、共价晶体的概念及其性质1．共价晶体的结构特点及物理性质(1)概念相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。(2)构成微粒及微粒间作用(3)物理性质①共价晶体中，由于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，一般不导电。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。2．常见共价晶体及物质类别(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)极少数金属氧化物，如刚玉(α-Al2O3)等。(1)由原子直接构成的晶体一定是共价晶体()(2)具有共价键的晶体一定是共价晶体()(3)共价晶体在固态或熔化时均不导电()(4)共价晶体由于硬度及熔、沸点都较高，故常温时不与其他物质反应()答案(1)×(2)×(3)×(4)×1．怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。提示从碳到硅，核电荷数增大，电子层数增多，原子半径增大，C—C、C—Si、Si—Si的键长依次增大，键长越短，共价键越牢固，共价晶体熔化时破坏的是共价键，而键能大小是C—C＞C—Si＞Si—Si，所以，金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降。2．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/℃390030002700171014101211硬度109.59.576.56.0①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．①②B．③④C．①③D．②④答案D解析共价晶体的熔、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。3．(2019·长沙高二检测)下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥C．②③⑥ D．①②⑤⑥答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiO2、晶体Si属于共价晶体，其晶体直接由原子构成。二、常见共价晶体结构分析1．金刚石晶体金刚石晶体中，每个碳原子均以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成C—C—C夹角为109°28′的正四面体结构(即金刚石中的碳采取sp3杂化轨道形成共价键)，整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。其中最小的环是六元环。2.二氧化硅晶体(1)二氧化硅晶体中，每个硅原子均以4个共价键对称地与相邻的4个氧原子相结合，每个氧原子与2个硅原子相结合，向空间扩展，形成三维骨架结构。晶体结构中最小的环上有6个硅原子和6个氧原子，硅、氧原子个数比为1∶2。(2)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，而没有封闭的环状结构。这一结构决定了它具有手性。(1)金刚石晶体中最小碳环是六元环，且6个碳原子在同一平面内()(2)金刚石晶体中每个碳原子被12个碳原子环所共有，每个C—C被6个六元环共用()(3)1mol金刚石晶体中含有4mol碳碳键()(4)1mol二氧化硅晶体中含有4mol硅氧键()答案(1)×(2)√(3)×(4)√解析(2)任意两条相邻的C—C参加了2个六元环的形成，每个C原子可形成4条C—C，两面相邻的组合有Ceq\o\al(2,4)＝6种，故每个C原子被6×2＝12个六元环共用。而每条C—C可以与相邻的3条C—C两两相邻，故每条C—C被3×2＝6个六元环共用。1．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。答案8解析8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8。(2)已知晶胞参数为apm，则金刚石的密度为________g·cm－3。答案eq\f(12×8,NAa×10－103)(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______pm。答案eq\f(\r(3),4)a解析两个最近的碳原子之间的距离为晶胞内体对角线的eq\f(1,4)，即eq\f(\r(3),4)a。2．(2019·厦门外国语学校期中)2017年中外科学家团队共同合成了T-碳。T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代，形成碳的一种新型三维立体晶体结构，如图所示(图中的表示碳形成的正四面体结构)。已知T-碳晶胞参数为apm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是()A．每个T-碳晶胞中含32个碳原子B．T-碳中C—C的最小夹角约为109°28′C．T-碳属于共价晶体D．T-碳的密度为eq\f(12×32,NA×a×10－103)g·cm－3答案B解析1个金刚石晶胞中，含有碳原子的数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，将每个C原子换成一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元，则1个T-碳晶胞中含有的碳原子数目为8×4＝32，故A正确；T-碳中C—C的最小夹角为60°，故B错误；T-碳中碳原子间以共价键结合成空间网状结构，属于共价晶体，故C正确；1个T-碳晶胞中含碳原子的数目为32，则该晶体的密度为eq\f(12×32,NA×a×10－103)g·cm－3，故D正确。1．金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()A．晶体中不存在独立的分子B．碳原子间以共价键相结合C．是自然界中硬度最大的物质D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应答案D解析在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间三维骨架结构，不存在具有固定组成的分子；由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能很高，所以金刚石的硬度很大，故A、B、C选项正确；由于金刚石是碳的单质，高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项错误。2．美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是()A．该共价晶体中含有极性键B．该共价晶体易气化，可用作制冷材料C．该共价晶体有很高的熔、沸点D．该共价晶体的硬度大，可用作耐磨材料答案B解析共价晶体具有高硬度，高熔、沸点等性质，不易气化，不可用作制冷材料，B项错误。3．下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是()A．最小的环上，有3个硅原子和3个氧原子B．最小的环上，硅原子数和氧原子数之比为1∶2C．最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子D．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角答案C解析SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，O原子处于4个顶角。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。4．设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是()A．28g晶体硅中含有Si—Si的个数为2NAB．124g白磷(P4)晶体中含有P—P的个数为4NAC．12g金刚石中含有C—C的个数为4NAD．SiO2晶体中1mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)答案A解析晶体硅的结构与金刚石相似，每个硅原子与周围4个原子形成4个共价键，依据“均摊法”，1个硅(或碳)原子分得的共价键数为4×eq\f(1,2)＝2，A正确、C错误；白磷为正四面体结构，每个P4分子中含有6个P—P，B错误；SiO2晶体中每个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O，D错误。5．如图所示是某共价晶体A的空间结构片段，A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A中插入一个B原子，则C物质的化学式可能为()A．AB B．A5B4C．AB2 D．A2B5答案C6．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：金刚石晶体硅晶体硼熔点/℃＞355014102573沸点/℃510023552823硬度107.09.5(1)晶体硼属于________晶体，理由是_______________________________________________。(2)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________(填字母)。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数之比为1∶2D．金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却(3)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B的键角为__________，该结构单元共含有________个B—B。答案(1)共价晶体硼的熔、沸点高，硬度大(2)C(3)1260°30解析(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。(2)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数之比为(4×eq\f(1,2))∶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。(3)从题图可得出，每个顶角上的硼原子均被5个正三角形所共有，故分摊到每个正三角形的硼原子为eq\f(1,5)个，每个正三角形含有eq\f(1,5)×3个硼原子，每个结构单元含硼原子数为20×eq\f(1,5)×3＝12，而每个B—B被2个正三角形所共有，故每个结构单元含B—B的个数为20×eq\f(1,2)×3＝30。一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1．下列晶体中①SiO2②CO2③P4④晶体硅⑤H2SO4⑥P2O5⑦SO3⑧SiC⑨冰醋酸⑩金刚石，属于共价晶体的一组是()A．①③④⑤⑥⑩ B．①④⑧⑩C．③④⑧⑨⑩ D．全部答案B解析十种物质中属于分子晶体的有CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的4种物质均为共价晶体。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．干冰答案A解析A项，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，干冰是分子晶体。3．晶体AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8，常是具有半导体性质的共价晶体。已知金刚石不导电、导热，锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石，近期用制耐热器的碳化硅也制成假钻石，则识别它们的可靠方法是()A．能在玻璃上刻画出痕迹的为金刚石B．很硬不导电而导热的是金刚石C．既可导电又可导热的是碳化硅D．不导电的为锆石答案B解析比玻璃硬度大的物质比较多，用刻画玻璃的方法不可靠，由题干知金刚石导热但不导电，而锆石不导电也不导热，故选B。4．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是()A．熔点为2700℃，导电性好，延展性强B．无色晶体，熔点为3500℃，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答案B解析共价晶体的熔点高，但不导电，因此熔点为2700℃，导电性好，延展性强应该是金属，A不正确；无色晶体，熔点为3500℃，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，B正确；无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电，不符合共价晶体的性质，C不正确；熔点为－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，D不正确。5．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键长更短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答案B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，为立体三维骨架结构，A错误；由于原子半径：N<C，原子半径越小，共价键的键长越短，则键能越大，所以碳氮化合物比金刚石更坚硬，B正确；共价晶体的熔、沸点和硬度，与共价键有关，与电子数的多少无关，C错误；碳、氮的单质的化学性质均不活泼，与两种元素形成的化合物的性质无关，D错误。6．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答案A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。原子半径：C＜Si，则熔点从高到低的顺序：金刚石＞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。7．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C间的夹角是()A．6个，120° B．5个，108°C．4个，109°28′ D．6个，109°28′答案D解析根据金刚石的晶体结构特点可知最小环上碳原子数为6，任意两个C—C间的夹角为109°28′。二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。8．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有三维骨架结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置()A．12，大立方体的12条棱的中点B．8，大立方体的8个顶角C．6，大立方体的6个面的中心D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心答案A解析与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：9．氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种高强度透明材料，下列叙述错误的是()A．AlON和SiO2所含化学键的类型相同B．电解熔融AlON可得到AlC．AlON中N元素的化合价为－1D．AlON和SiO2的晶体类型不相同答案BD解析AlON和SiO2均属于共价晶体，均只含有共价键，A项正确、D项错误；AlON属于共价晶体，熔融时不导电，B项错误；AlON中O为－2价，Al为＋3价，所以N元素的化合价为－1，C项正确。10．单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是()A．是一种立体三维骨架结构的晶体B．晶体中每个硅原子与2个硅原子相连C．晶体中最小环上的原子数目为8D．晶体中最小环上的原子数目为6答案BC解析单质硅是一种立体三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B错误；根据单质硅的晶胞结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误、D正确。11．已知C3N4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C3N4晶体的说法错误的是()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．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成三维骨架结构答案D解析C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，该晶体为共价晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固，A正确；碳原子最外层有4个电子，氮原子最外层有5个电子，则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，B正确；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电子结构，C正确；金刚石只含有非极性共价键，但是C3N4晶体中碳、氮之间以极性共价键结合，原子间以极性键形成三维骨架结构，D错误。三、非选择题12．参照如图SiO2的晶体结构模型分析SiO2晶体的结构，并回答下列问题。(1)在二氧化硅晶体中有若干环状结构，最小的环状结构由________个原子构成。(2)在二氧化硅晶体中，硅原子的价电子层原子轨道发生了杂化，杂化方式是______，Si—O—Si的键角是______。(3)二氧化硅属于重要的无机非金属材料，请列举两项二氧化硅的主要用途：①________________________________________________________________________。②________________________________________________________________________。(4)下列说法中正确的是________(填序号)。①凡是共价晶体都含有共价键②凡是共价晶体都有正四面体结构③凡是共价晶体都具有三维骨架结构④凡是共价晶体都具有很高的熔点答案(1)12(2)sp3109°28′(3)①制造石英玻璃②制造石英表中的压电材料(或制造光导纤维等)(4)①③④解析可根据金刚石中碳原子的原子轨道杂化方式判断二氧化硅晶体中硅原子的杂化方式。根据原子轨道的杂化方式，即可确定键角。不同的共价晶体结构可能不同，并不是所有的共价晶体都具有正四面体结构。13．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。答案(1)共价低(2)4109°28′(3)3解析(1