2019-2020年高中化学第三章晶体结构与性质3.2分子晶体与原子晶体第2课时原子晶体新人教版选修

2019-2020年高中化学第三章晶体结构与性质

3.2分子晶体与原子晶体第2课时原子晶体新人教版选修知识归纳1．原子晶体

（1）概念相邻原子间以______相结合形成的具有______结构的晶体，称为原子晶体，又称______

（2）构成微粒原子晶体中的微粒是______，原子与原子之间的作用力是______

（3）常见的原子晶体

①常见的非金属单质，如金刚石（C）、硼（B）、______（Si）、锗（Ge）等

②某些非金属化合物，如______（SiC）、氮化硼（BN）、二氧化硅（SiO2）等2．原子晶体的熔沸点变化规律原子晶体的熔点高低与其内部结构密切相关对结构相似的原子晶体来说，原子半径越______，键长越______，键能越______，晶体的熔点就越高3．金刚石______空间结构，C—C—C夹角为______，成键碳原子采取______杂化特点

①__________________；

②____________（填“溶于”或“不溶于”）一般的溶剂；

③不能导电【答案】1．

（1）共价键三维共价键网状共价晶体

（2）原子共价键

（3）晶体硅碳化硅2．小短大3．正四面体网状109°28′sp3硬度高，熔点髙不溶于知识重点有关常见原子晶体结构判断的易错点1．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅等原子晶体中的成键数目

（1）金刚石或晶体硅中，1molC或Si形成2molC—C或Si—Si键

（2）SiC晶体中，1molC或1molSi均形成4molC—Si键

（3）1molSiO2晶体中，共有4molSi—O键2．金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化碳中最小环上的原子数

（1）金刚石、晶体硅、SiC晶体中最小环上的原子数分别为6个C、6个Si、3个Si和3个C

（2）SiO2晶体中最小环上有12个原子6个Si和6个O3．金刚石、晶体硅的一个晶胞中，分别含有碳原子数为

8、硅原子数为8NA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键的个数为2NAB．124g白磷P4晶体中含有P—P键的个数为4NAC．12g金刚石中含有C—C键的个数为4NAD．SiO2晶体中每摩尔硅可与氧原子形成2NA个共价键Si—O键【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×=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键，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键，D错误【答案】A【易错诊断】若对典型晶体的空间结构掌握不清，又不会利用“均摊法”将共价键分配，易错选C、D；对白磷晶体来说，P4的空间构型为4个P分别位于正四面体的4个顶点，键角为60°，每个分子中有6个P—P键，而很多同学认为含有4个P—P键，因而错选B1．下列晶体中不属于原子晶体的是A．干冰B．金刚砂C．金刚石D．水晶2．下列关于原子晶体、分子晶体的叙述中，正确的是A．在SiO2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．C6H5OH既能表示物质的组成，又能表示物质的一个分子D．分子晶体的熔、沸点低，常温下均呈液态或气态3．下列说法中，正确的是A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．原子晶体中，共价键越强，熔点越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定4．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晶体的说法中错误的是A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固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空间网状结构5．氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示下列有关氮化碳的说法不正确的是A．氮化碳属于原子晶体B．氮化碳中碳显−4价，氮显+3价C．氮化碳的化学式为C3N4D．每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连6．现有以下8种晶体A．干冰B．CS2C．金刚石D．SiCE．晶体硅F．水晶G．冰H．晶体氩

（1）属于分子晶体，且分子的立体构型为直线形的是__________用晶体编号填空，下同

（2）通过非极性键形成的原子晶体是__________；晶体内不含化学键的是____________

（3）直接由原子构成的晶体是__________

（4）受热熔化时，化学键发生变化的是________，干冰的熔点比冰的熔点低得多，原因是______________

（5）金刚石、SiC、晶体硅都是同主族元素组成的晶体，它们的熔点高低顺序为_____________________用名称填空，其原因是______________________________7．[双选]在40GPa高压下，用激光器加热到1800K时，人们成功制得了原子晶体二氧化碳，下列关于原子晶体CO2的推断正确的是A．二氧化碳原子晶体有很高的熔、沸点，有很大的硬度B．二氧化碳原子晶体易汽化，可用作制冷剂C．二氧化碳原子晶体硬度大，可用于耐磨材料D．lmol二氧化碳原子晶体干冰中含2molC—O键8．根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是AlCl3SiCl4晶体硼金刚石晶体硅熔点/℃190−682300＞35501415沸点/℃17857255048272355A．SiCl4是分子晶体B．晶体硼是原子晶体C．AlCl3是分子晶体，加热能升华D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱9．下列物质熔点逐渐降低的是A．H2O、H2S、H2SeB．GeH

4、SiH

4、CH4C．CH

4、CH3CH

3、CH3CH2CH3D．晶体硅、碳化硅、金刚石10．诺贝尔化学奖曾授予对发现C60有重大贡献的三位科学家C60分子是形如足球状的多面体如图所示，该结构的建立基于以下理论

（1）C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键

（2）C60分子只含有五边形和六边形

（3）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理顶点数+面数−棱边数=2据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30请回答下列问题

（1）固体C60与金刚石相比较，熔点较高的应是___________，理由是_____________________

（2）试估计C60跟F2在一定条件下能否发生反应生成C60F60________填“可能”或“不可能”并简述其理由_________________________________

（3）通过计算，确定C60分子所含单键数为_______________11．碳及其化合物广泛存在于自然界中回答下列问题

（1）碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，原因是________________________

（2）CS2分子中，共价键的类型有______________，C原子的杂化轨道类型是______________，写出两个与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子______________

（3）CO能与金属Fe形成FeCO5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体

（4）碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示

①在石墨烯晶体中，每个C原子连接_______个六元环，每个六元环占有________个C原子

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接______个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面真题12．[xx课标Ⅰ]锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛回答下列问题

（1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有__________个未成对电子

（2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge原子之间难以形成双键或叁键从原子结构角度分析，原因是________________

（3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因_____________________GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃−

49.526146沸点/℃

83.1186约400

（4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是______________

（5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为_______________________，微粒之间存在的作用力是_____________

（6）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

（000）；B为（，0，）；C为（，，0）则D原子的坐标参数为______

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状已知Ge单晶的晶胞参数a=

565.76pm，其密度为__________g·cm-3（列出计算式即可）参考答案1．【答案】A【解析】干冰属于分子晶体，A正确2．【答案】C【解析】SiO2晶体中1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，A项错误；分子晶体中分子间作用力影响的是物质的物理性质，如熔、沸点等，分子的稳定性与分子内化学键的强弱有关，故B项错误；分子晶体中含有单独存在的分子，C项正确；虽然分子晶体的熔、沸点很低，但在常温下也有呈固态的，如S8，D项错误3．【答案】B【解析】A项，冰为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，故A项错误；B项，原子晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，故B项正确；C项，分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，所以C项错误，D项也错误4．【答案】D【解析】由C3N4的物理性质可判断是原子晶体，因C—N键的键长小于C—C键，所以C3N4中的C—N键比金刚石中的C—C键的键能更大，更牢固，C—N键为极性键5．【答案】B【解析】A项，根据氮化碳的硬度比金刚石大判断，氮化碳属于原子晶体；B项，氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显+4价，氮显-3价；C项，晶体结构示意图中虚线部分正方形是晶体的最小结构单元，该正方形顶点的原子被4个正方形共用，边上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4×+4×=3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连6．【答案】

（1）AB

（2）CEH

（3）CDEFH

（4）CDEF干冰中CO2分子之间只存在范德华力，冰中H2O分子之间存在范德华力和氢键，且氢键的强度比范德华力大

（5）金刚石碳化硅晶体硅金刚石、碳化硅、晶体硅都是原子晶体，键长C－C键C－Si键Si－Si键，则共价键强度C－C键C－Si键Si－Si键【解析】

（1）A、B、G、H属于分子晶体，其中CO

2、CS2为直线形分子，H2O为V形分子，Ar属于单原子分子

（2）非极性键形成的原子晶体应为单质，有金刚石和晶体硅，题述物质中只有晶体氩中不含有化学键

（3）直接由原子构成的晶体为原子晶体和由稀有气体组成的分子晶体

（4）受热熔化时，分子晶体只是破坏分子间的作用力，而不会破坏分子内的化学键；原子晶体要破坏其中的共价键干冰和冰均为分子晶体，但是冰中水分子间存在氢键，使熔点升高

（5）金刚石、SiC和晶体硅都是原子晶体，原子晶体的熔点取决于共价键的键能由于原子半径SiC，故键长Si－SiSi－CC－C，所以键能的大小顺序为C－CSi－CSi－Si，所以三种晶体的熔点金刚石碳化硅晶体硅7．【答案】AC【解析】B项错误，所述为分子晶体干冰的特点；D项错误，lmol二氧化碳原子晶体干冰中含4molC—O键8．【答案】D【解析】SiCl

4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，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；晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高低可知金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强9．【答案】B【解析】A项中的H2O分子之间能形成氢键，H2O的熔点比另外两种高；H2S、H2Se中H2Se的相对分子质量更大，分子间作用力大，H2Se的熔点比H2S高，A错误B项中三种物质是组成和结构相似的分子晶体，GeH

4、SiH

4、CH4相对分子质量依次减小，分子间作用力依次减小，熔点依次降低，B正确C项也是组成和结构相似的分子晶体，但相对分子质量依次增大，因此熔点升高，C错误D项是结构相似的原子晶体，键长Si－SiSi－CC－C，键能Si－SiSi－CC－C，熔点依次升高，D错误10．【答案】

（1）金刚石金刚石是原子晶体，而固体C60不是，所以金刚石熔点较高

（2）可能C60分子中含30个双键，它与极活泼的F2发生加成反应，可能生成C60F60

（3）60【解析】这是一道信息题，又是一道综合题，考査学生的自学能力、观察能力、空间想象能力和思维能力首先，要仔细阅读题目，从中筛选出有效信息并推出新的结论题目中多次提到C60是分子，因此它的固态只能为分子晶体，分子间仅有范德华力，而金刚石则是原子晶体，其固态是原子以共价键相连的一个巨大分子因此要破坏这个晶体就要破坏共价键，需要外界给予较大的能量题目中已经给出，C60分子中有30个双键，而每个碳原子都跟其他3个碳原子相连，共有60×3×=9090个化学键所以单键数应该是90−30=6060个既然分子中有30个双键，而双键加溴是所熟知的反应，F2比Br2活泼，因此形成C60F60是有可能的11．【答案】

（1）C有4个价电子且半径小，难以通过得、失电子达到稳定电子结构

（2）σ键和π键spCO

2、SCN−或COS等

（3）分子

（4）

①32

②124【解析】

（1）碳原子有4个价电子，且碳原子半径小，很难通过得、失电子达到稳定电子结构，所以碳在形成化合物时，其键型以共价键为主

（2）CS2中C为中心原子，采用sp1杂化，与CS2具有相同空间构型和键合形式的分子或离子有CO

2、SCN−等

（3）FeCO5的熔、沸点较低，符合分子晶体的特点，故其固体为分子晶体

（4）

①由石墨烯晶体结构图可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6=2

②观察金刚石晶体的空间构型，以1个C原子为标准计算，1个C原子和4个C原子相连，则它必然在4个六元环上，这4个C原子中每个C原子又和另外3个C原子相连，必然又在另外3个六元环上，3×4=12，所以每个C原子连接12个六元环；六元环中最多有4个C原子在同一平面12．【答案】

（1）3d104s24p22

（2）Ge原子半径大，原子间形成的σ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

（3）GeCl

4、GeBr

4、GeI4的熔、沸点依次增高原因是分子结构相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强

（4）O＞Ge＞Zn

（5）sp3共价键

（6）

①，，

②【解析】

（1）Ge是32号元素，与碳元素是同一主族的元素，在元素周期表中位于第四周期IVA族；基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p2；在其原子的最外层的2个4s电子是成对电子，位于4s轨道，2个4p电子分别位于2个不同的4p轨道上，所以基态Ge原子有2个未成对的电子

（2）Ge与C是同族元素，C原子原子半径较小，原子之间可以形成双键、三键；但Ge原子之间难以形成双键或三键，从原子结构角度分析，这是由于锗的原子半径大，原子之间形成的ρ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键

（3）锗元素的卤化物在固态时都为分子晶体，分子之间通过微弱的分子间作用力结合对于组成和结构相似的物质来说，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高由于相对分子质量GeCl4＜GeBr4＜GeI4，所以它们的熔沸点由低到高的顺序是GeCl4＜GeBr4＜GeI4

（4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂元素的非金属性越强，其吸引电子的能力就越强，元素的电负性就越大元素Zn、Ge、O的非金属性强弱顺序是O＞Ge＞Zn，所以这三种元素的电负性由大至小的顺序是O＞Ge＞Zn

（5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为1个s轨道与3个p轨道进行的sp3杂化；由于是同一元素的原子通过共用电子对结合，所以微粒之间存在的作用力是非极性共价键或写为共价键

（6）

①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是，，；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3【名师点睛】物质结构包括原子结构原子核外电子排布、原子的杂化方式、元素电负性大小比较、元素金属性、非金属性的强弱、分子结构化学键，分子的电子式、结构式、结构简式的书写，化学式的种类，官能团等、晶体结构晶体类型的判断，物质熔沸点高低的判断、影响因素，晶体的密度，均摊法的应用等只有掌握这些，才可以更好的解决物质结构的问题徐光宪1920年11月7日出生，浙江上虞人，中国科学院院士、中国稀土之父、著名物理化学家、无机化学家于2015年4月28日上午去世，享年95岁徐光宪院士基于对稀土化学键、配位化学和物质结构等基本规律的深刻认识，发现了稀土溶剂萃取体系具有“恒定混合萃取比”的基本规律，在20世纪70年代建立了具有普适性的“串级萃取理论”，把我国稀土萃取分离工艺提高到国际先进水平，并取得巨大经济和社会效益，其《物质结构》一书自1959年出版以来，已印刷了20余万册，迄今依然是化学领域重要的参考书之一。