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高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 几种简单的晶体结构模型优质导学案及答案
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这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 几种简单的晶体结构模型优质导学案及答案，共12页。
1.共价晶体：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。（判断方法）
2.典型共价晶体结构模型
金刚石的晶体结构模型
(1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5°，碳原子采取了sp3杂化。
(3)最小环上有6个碳原子。
(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。
(5)晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
(6)1 ml C原子组成的金刚石中含有2 ml C—C键。
通常情况下，晶体硅（Si）、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。
碳化硅也叫作金刚砂，人工合成的无机非金属材料。与金刚石结构类似，碳原子和硅原子是交替的，整个晶体中，硅和碳的原子个数比为1:1。碳化硅的硬度大，具有耐热性，耐氧化性和耐腐蚀性，可用作磨料、耐火材料、电热元件等，还可用来制造机械工程中的结构件和化学工程中的密封件。
碳化硅晶体
二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下：
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。
(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是109.5°。
(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。
(5)1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml Si—O键。
理解注意：(1)共价晶体：
①构成原子晶体的基本微粒是原子。
②形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
(2)共价晶体的结构特征
①由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
②原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
3.共价晶体的性质与共价键的关系
晶体硅(Si)、金刚砂(SiC)和金刚石结构与性质比较：
小结：（1）由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。
（2）共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，对于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，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
考点2 分子晶体
1.分子晶体
(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。
(2)微粒间的作用：分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互吸引。（非金属单质、非金属氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体，大都属于分子晶体。）
2．典型分子晶体的结构模型
(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到4个碘分子。
氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。
(2)干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。
(3) 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，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，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。这样的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，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小
考点3 晶体结构的复杂性
石墨的晶体结构：
1．在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以3个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。
2．在同一平面的碳原子还各剩下一个2p轨道，并含有一个未成对电子形成π键。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，具有金属键的性质，所以石墨沿平行方向导电性强。
3．石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。
这种既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力的晶体，称为混合型晶体。
考点4 四种晶体类型的比较
例题精析
【例题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
【答案】D
【例题2】根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是( )
A．熔点2 700 ℃，导电性强，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
【答案】B
【例题3】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( )
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相对分子质量越大，晶体的硬度越大
【答案】B
【例题4】(1)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__________________。
(2)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(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__________________________。
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＝565.76 pm，其密度为________ g·cm－3(列出计算式即可)。
已知：Ge的相对原子质量为73。
【答案】 (1)sp3 共价键(或非极性共价键) (2)①(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4)) ②eq \f(8×73,6.02×565.763)×107
【例题5】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、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2
【答案】B
【例题6】下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四个水分子形成四面体 B．冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体
C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化时，水分子之间空隙增大
【答案】A
【例题7】下列说法正确的是( )
分子晶体都具有分子密堆积的特征
B．分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定
【答案】B
【例题8】决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：
(1)上图是石墨的结构，其晶体中存在的作用力有______(填字母)。
A．σ键 B．π键 C．氢键 D．配位键 E．范德华力 F．金属键 G．离子键
(2)碳钠米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。
(3)氮化硼(BN)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。它们的晶体结构如图所示。
①关于这两种晶体的说法正确的是________(填字母)。
a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软
c．两种晶体中的B—N键均为共价键
d．两种晶体均为分子晶体
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_______________，其结构与石墨相似却不导电，原因是__________________________________________________________。
③NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼钠米管的原料之一。1 ml NH4BF4含有________ ml配位键。
【答案】(1)ABEF (2)sp2 范德华力 (3)①bc ②平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 ③2
课堂运用
【基础】
1．下列有关共价晶体的叙述中正确的是( )
A．共价晶体中只存在非极性共价键
B．共价晶体的熔点一定比金属晶体的高
C．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
D．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
2．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．碳氮键键长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、氮单质的化学性质均不活泼
3．氮化铝(AlN)常用做砂轮及高温炉衬材料，熔化状态下不导电，可知它属于( )
A．离子晶体 B．原子晶体
C．分子晶体 D．无法判断
4.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
5.根据下列性质判断所描述的物质可能属于分子晶体的是( )
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点1 128 ℃，沸点4 446 ℃，硬度很大
C．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
【巩固】
1.下列物质的熔点顺序判断不正确的是( )
A．Li>Na>K>Rb
B．共价晶体>离子晶体>金属晶体
C．金刚石>碳化硅>晶体硅
D．NaCl>KCl>CsCl
2．晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是( )
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
3．下列说法正确的是( )
A．分子晶体都具有分子密堆积的特征
B．分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定
4.请回答下列问题：
(1)下列有关石墨晶体的说法正确的是________(填字母，下同)。
a．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
b．由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体
c．由于石墨质软，所以它是分子晶体
d．石墨晶体是一种混合键型晶体
(2)据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试推测下列有关N60的说法正确的是________。
a．N60易溶于水
b．N60是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度
c．N60的熔点高于N2
d．N60的稳定性比N2强
(3)已知碘晶胞结构如图所示，请回答下列问题：
①碘晶体属于________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为______________。
③假设碘晶胞中立方体的长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为__________________。
【拔高】
1.参考下表中物质的熔点，回答有关问题：
(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的________有关，随着________的增大，熔点依次降低。
(2)硅的卤化物熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与________有关，随着________的增大，________增大，故熔、沸点依次升高。
(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与________有关，因为一般________比__________熔点高。
2.(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)。
答案：
【基础】
1．D 2．B 3．B 4.B 5.C
【巩固】
1.B 2．D 3．B
4. (1)d (2)c (3)①分子 ②分子间作用力 ③eq \f(1 016,a3NA) g·cm－3
【拔高】
1.(1)半径 半径 (2)相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力 (3)晶体类型 离子晶体 分子晶体
2.(1)原子晶体 12 eq \f(4×40 g·ml－1,a×10－10 cm3×6.02×1023 ml－1)
(2)4 正四面体 eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(224,ρ·NA))
晶体
键能/kJ·ml－1
键长/pm
熔点/℃
硬度
金刚石
(C—C)347
154
3 350
10
金刚砂
(C—Si)301
186
2 600
9
晶体硅
(Si—Si)226
234
1 415
7
离子晶体
共价晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子
和自由电子
粒子间的作用
离子键
共价键
分子间作用力(有的有氢键)
金属键
作用力强弱
(一般情况下)
较强
很强
弱
较强
确定作用力强弱的一般判断方法
离子所带电荷总数、离子半径
键长(原子半径)
分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量
离子半径、离子所带电荷数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃)
硬度
硬而脆
大
较小
差别较大
导热和
导电性
不良导体(熔化后或溶于水导电)
不良导体
不良导体(部分溶于水发生电离后导电)
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
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
7.0
6.5
6.0
物质
NaF
NaCl
NaBr
NaI
NaCl
KCl
RbCl
CsCl
熔点/℃
995
801
750
622
801
776
715
646
物质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
SiCl4
GeCl4
SnCl4
PbCl4
熔点/℃
－90.4
－70.4
5.2
120
－70.4
－49.5
－36.2
－15
1.共价晶体：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。（判断方法）
2.典型共价晶体结构模型
金刚石的晶体结构模型
(1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5°，碳原子采取了sp3杂化。
(3)最小环上有6个碳原子。
(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。
(5)晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
(6)1 ml C原子组成的金刚石中含有2 ml C—C键。
通常情况下，晶体硅（Si）、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。
碳化硅也叫作金刚砂，人工合成的无机非金属材料。与金刚石结构类似，碳原子和硅原子是交替的，整个晶体中，硅和碳的原子个数比为1:1。碳化硅的硬度大，具有耐热性，耐氧化性和耐腐蚀性，可用作磨料、耐火材料、电热元件等，还可用来制造机械工程中的结构件和化学工程中的密封件。
碳化硅晶体
二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下：
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。
(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是109.5°。
(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。
(5)1 ml二氧化硅晶体中含有4 ml Si—O键。
理解注意：(1)共价晶体：
①构成原子晶体的基本微粒是原子。
②形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
(2)共价晶体的结构特征
①由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
②原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
3.共价晶体的性质与共价键的关系
晶体硅(Si)、金刚砂(SiC)和金刚石结构与性质比较：
小结：（1）由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。
（2）共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，对于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，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
考点2 分子晶体
1.分子晶体
(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。
(2)微粒间的作用：分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互吸引。（非金属单质、非金属氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体，大都属于分子晶体。）
2．典型分子晶体的结构模型
(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到4个碘分子。
氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。
(2)干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。
(3) 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，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，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。这样的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，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小
考点3 晶体结构的复杂性
石墨的晶体结构：
1．在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以3个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。
2．在同一平面的碳原子还各剩下一个2p轨道，并含有一个未成对电子形成π键。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，具有金属键的性质，所以石墨沿平行方向导电性强。
3．石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。
这种既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力的晶体，称为混合型晶体。
考点4 四种晶体类型的比较
例题精析
【例题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
【答案】D
【例题2】根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是( )
A．熔点2 700 ℃，导电性强，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
【答案】B
【例题3】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( )
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相对分子质量越大，晶体的硬度越大
【答案】B
【例题4】(1)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__________________。
(2)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(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__________________________。
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＝565.76 pm，其密度为________ g·cm－3(列出计算式即可)。
已知：Ge的相对原子质量为73。
【答案】 (1)sp3 共价键(或非极性共价键) (2)①(eq \f(1,4)，eq \f(1,4)，eq \f(1,4)) ②eq \f(8×73,6.02×565.763)×107
【例题5】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、C10H8 B．PCl3、CO2、H2SO4
C．SO2、SiO2、P2O5 D．CCl4、Na2S、H2O2
【答案】B
【例题6】下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四个水分子形成四面体 B．冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体
C．水分子间通过H—O键形成冰晶体 D．冰融化时，水分子之间空隙增大
【答案】A
【例题7】下列说法正确的是( )
分子晶体都具有分子密堆积的特征
B．分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定
【答案】B
【例题8】决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：
(1)上图是石墨的结构，其晶体中存在的作用力有______(填字母)。
A．σ键 B．π键 C．氢键 D．配位键 E．范德华力 F．金属键 G．离子键
(2)碳钠米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。
(3)氮化硼(BN)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。它们的晶体结构如图所示。
①关于这两种晶体的说法正确的是________(填字母)。
a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大
b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软
c．两种晶体中的B—N键均为共价键
d．两种晶体均为分子晶体
②六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_______________，其结构与石墨相似却不导电，原因是__________________________________________________________。
③NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼钠米管的原料之一。1 ml NH4BF4含有________ ml配位键。
【答案】(1)ABEF (2)sp2 范德华力 (3)①bc ②平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 ③2
课堂运用
【基础】
1．下列有关共价晶体的叙述中正确的是( )
A．共价晶体中只存在非极性共价键
B．共价晶体的熔点一定比金属晶体的高
C．在SiO2晶体中，1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
D．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
2．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．碳氮键键长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、氮单质的化学性质均不活泼
3．氮化铝(AlN)常用做砂轮及高温炉衬材料，熔化状态下不导电，可知它属于( )
A．离子晶体 B．原子晶体
C．分子晶体 D．无法判断
4.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
5.根据下列性质判断所描述的物质可能属于分子晶体的是( )
A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．熔点1 128 ℃，沸点4 446 ℃，硬度很大
C．熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
【巩固】
1.下列物质的熔点顺序判断不正确的是( )
A．Li>Na>K>Rb
B．共价晶体>离子晶体>金属晶体
C．金刚石>碳化硅>晶体硅
D．NaCl>KCl>CsCl
2．晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是( )
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个
3．下列说法正确的是( )
A．分子晶体都具有分子密堆积的特征
B．分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定
4.请回答下列问题：
(1)下列有关石墨晶体的说法正确的是________(填字母，下同)。
a．由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体
b．由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体
c．由于石墨质软，所以它是分子晶体
d．石墨晶体是一种混合键型晶体
(2)据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试推测下列有关N60的说法正确的是________。
a．N60易溶于水
b．N60是一种分子晶体，有较高的熔点和硬度
c．N60的熔点高于N2
d．N60的稳定性比N2强
(3)已知碘晶胞结构如图所示，请回答下列问题：
①碘晶体属于________晶体。
②碘晶体熔化过程中克服的作用力为______________。
③假设碘晶胞中立方体的长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为__________________。
【拔高】
1.参考下表中物质的熔点，回答有关问题：
(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的________有关，随着________的增大，熔点依次降低。
(2)硅的卤化物熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与________有关，随着________的增大，________增大，故熔、沸点依次升高。
(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与________有关，因为一般________比__________熔点高。
2.(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)。
答案：
【基础】
1．D 2．B 3．B 4.B 5.C
【巩固】
1.B 2．D 3．B
4. (1)d (2)c (3)①分子 ②分子间作用力 ③eq \f(1 016,a3NA) g·cm－3
【拔高】
1.(1)半径 半径 (2)相对分子质量 相对分子质量 分子间作用力 (3)晶体类型 离子晶体 分子晶体
2.(1)原子晶体 12 eq \f(4×40 g·ml－1,a×10－10 cm3×6.02×1023 ml－1)
(2)4 正四面体 eq \f(\r(3),4)×eq \r(3,\f(224,ρ·NA))
晶体
键能/kJ·ml－1
键长/pm
熔点/℃
硬度
金刚石
(C—C)347
154
3 350
10
金刚砂
(C—Si)301
186
2 600
9
晶体硅
(Si—Si)226
234
1 415
7
离子晶体
共价晶体
分子晶体
金属晶体
构成晶体的粒子
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子
和自由电子
粒子间的作用
离子键
共价键
分子间作用力(有的有氢键)
金属键
作用力强弱
(一般情况下)
较强
很强
弱
较强
确定作用力强弱的一般判断方法
离子所带电荷总数、离子半径
键长(原子半径)
分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量
离子半径、离子所带电荷数
熔、沸点
较高
高
低
差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃)
硬度
硬而脆
大
较小
差别较大
导热和
导电性
不良导体(熔化后或溶于水导电)
不良导体
不良导体(部分溶于水发生电离后导电)
良导体
溶解性
多数易溶
一般不溶
相似相溶
一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性
不良
不良
不良
优良
延展性
差
差
差
优良
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
7.0
6.5
6.0
物质
NaF
NaCl
NaBr
NaI
NaCl
KCl
RbCl
CsCl
熔点/℃
995
801
750
622
801
776
715
646
物质
SiF4
SiCl4
SiBr4
SiI4
SiCl4
GeCl4
SnCl4
PbCl4
熔点/℃
－90.4
－70.4
5.2
120
－70.4
－49.5
－36.2
－15
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