1、十四 共 价 晶 体【基础通关】(40 分钟 70 分)一、选择题(本题包括 8 小题，每小题 5 分，共 40 分)1(2021合肥高二检测)下列有关晶体的说法正确的是()A分子晶体中均存在共价键B共价晶体中共价键越弱，熔点越低C晶体在受热熔化过程中一定存在化学键的断裂D共价晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体内只存在范德华力【解析】选 B。稀有气体分子中不存在化学键，A 不正确。分子晶体受热熔化时，破坏的是分子间作用力，C 不正确。在分子晶体中还可能存在氢键与共价键，D不正确。2(2021揭阳高二检测)下列说法正确的是()A由原子构成的晶体不一定是共价晶体B分子晶体中的分子内不含有共价键C
2、分子晶体中一定有非极性共价键D分子晶体中分子一定是密堆积【解析】选 A。由原子构成的晶体可能是分子晶体，比如稀有气体，A 正确；二氧化碳固体为分子晶体，二氧化碳分子内碳原子与氧原子之间为共价键，B 错误；稀有气体分子形成的晶体不含有共价键，C 错误；冰中水分子间存在氢键，氢键具有方向性，所以冰不具有分子密堆积的特征，D 错误。3(2021青岛高二检测)下列关于 C、Si 及其化合物结构与性质的论述错误的是()A键能 CCSiSi、CHSiH，因此 C2H6 稳定性大于 Si2H6BSiH4 中 Si 的化合价为4，CH4 中 C 的化合价为4，因此 SiH4 还原性小于CH4CSi 原子间难形
3、成双键而 C 原子间可以，是因为 Si 的原子半径大于 C，难形成pp 键D立方型 SiC 是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度【解析】选 B。原子半径越小、共价键键能越大，物质越稳定，原子半径：SiC，所以键能 CCSiSi、CHSiH，C2H6 稳定性大于 Si2H6，故 A 正确；SiH4中 Si 的化合价为4，CH4 中 C 的化合价为4，Si 与 C 为同主族元素，同族元素从上到下，非金属元素的电负性减小，原子半径增大，原子失电子的能力递增，氢化物的还原性增强，因此 SiH4 还原性大于 CH4，故 B 错误；Si 的原子半径较大，原子间形成的 键较长，pp 轨道
4、重叠程度很小，难形成 键，所以 Si 原子间难形成双键而 C 原子间可以，故 C 正确；由于立方型 SiC 是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，均为共价晶体，所以立方型 SiC 具有很高的硬度，故 D 正确。4干冰和二氧化硅晶体同属A 族元素的最高价氧化物，它们的熔沸点差别很大的原因是()A二氧化硅分子量大于二氧化碳分子量BCO 键键能比 SiO 键键能小C干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体D干冰易升华，二氧化硅不能【解析】选 C。干冰和 SiO2 所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力，SiO2 为共价晶体，熔化时破坏化学键，所以熔点较高。5(2021西宁高二检测)下列说
5、法中正确的是()A共价晶体中只含有共价键，分子晶体中只含有共价键B共价晶体的熔点不一定比分子晶体的高C分子晶体熔化时，不破坏共价键；共价晶体熔化时，破坏共价键D任何晶体中，若含有分子则必含共价键【解析】选 C。共价晶体中只含有共价键，分子晶体中不一定含有共价键，如稀有气体，A 错误；共价晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高，B 错误；分子晶体熔化时，不破坏共价键，破坏的是分子间作用力；共价晶体熔化时，破坏共价键，C 正确；分子晶体中稀有气体晶体中无共价键，D 错误。6(2021上海虹口区高二检测)硅与某非金属元素 X 的化合物具有高熔点高硬度的性能，X 一定不可能是()AA 族元素 BA 族元素C
6、A 族元素DA 族元素【解析】选 D。硅与某非金属元素 X 的化合物具有高熔点高硬度的性能，说明该晶体为共价晶体，可能为碳化硅，氮化硅，二氧化硅、而四氯化硅、四氟化硅为分子晶体，X 一定不可能是第A 族元素，故选 D。7(2021福州高二检测)有关晶体的叙述中正确的是()A在 SiO2 晶体中，最小的单元环是由 6 个硅原子组成的六元环B在 124 g 白磷(P4)晶体中，含 PP 共价键个数为 4NAC金刚石的熔沸点高于晶体硅，是因为 CC 键键能小于 SiSi 键D12 g 金刚石中含 C 原子与 CC 键之比为 12【解析】选 D。在二氧化硅晶体中，由 Si、O 构成的最小单元环是 12
7、 元环，每个最小环中含有 6 个硅原子和 6 个氧原子，故 A 错误；124 g 白磷(P4)晶体物质的量124 g431 gmol1 1 mol，又因为 1 个 P4 分子中含 6 个 PP 键，所以在 124 g 白磷(P4)晶体中，含 PP 共价键的个数为 6NA，故 B 错误；CC 键键能大于 SiSi键，所以金刚石的熔沸点高于晶体硅，故 C 错误；金刚石晶体中，1 个碳原子形成 4 个共价键，每个共价键连有两个 C 原子，所以碳原子数与 CC 键数之比为12，故 D 正确。8(2021合肥高二检测)下列有关共价晶体的叙述不正确的是()A金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体B
8、含 1 mol C 的金刚石中 CC 键数目是 2NA，1 mol SiO2 晶体中 SiO 键数目是 4NAC水晶和干冰在熔化时，晶体中的共价键都会断裂DSiO2 晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2 不是它的分子式【解析】选 C。金刚石是 1 个中心 C 原子连接 4 个 C 原子，二氧化硅是 1 个中心Si 原子连接 4 个 O 原子，均为正四面体，A 项正确；金刚石中，1 个 C 原子与另外 4 个 C 原子形成 4 个 CC 键，这个 C 原子对每个单键的贡献只有12，所以 1 mol C 原子形成的 CC 键为 4 mol12 2 mol，而 SiO2 晶体中 1 个 S
9、i 原子分别与4 个 O 原子形成 4 个 SiO 键，则 1 mol SiO2 晶体中 SiO 键为 4 mol，B 项正确；干冰熔化时只破坏分子间作用力，共价键不会断裂，C 项错误；共价晶体的构成微粒是原子不是分子，D 项正确。二、非选择题(本题包括 3 小题，共 30 分)9(10 分)(2021济南高二检测)请按要求填空：(1)C、N 元素形成的新材料具有如图所示的结构，该晶体的化学式为_。(2)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
10、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最外层 8 电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：_。(3)第A、A 族元素组成的化合物 GaN、GaP、GaAs 等是人工合成的新型半导体材料，其晶体结构与晶体硅相似。在 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 原子构成的空间构型为_，GaN属于_晶体。【解析】(1)根据晶胞的结构可知含有碳原子数目818 412 3，氮原子数目为 4，则化学式为 C3N4。(2)氮化碳和氮化硅晶体结构相似，它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定，这说明二者形成的晶
11、体都是共价晶体，由于硅原子半径大于碳原子半径，氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短，键能大，所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度；N 的最外层电子数为 5，要满足 8 电子稳定结构，需要形成 3 个共价键，Si 的最外层电子数为 4，要满足 8 电子稳定结构，需要形成 4 个共价键，所以氮化硅的化学式为 Si3N4。(3)GaN 的晶体结构与晶体硅相似，则 GaN 属于共价晶体，每个 Ga 原子与 4 个 N原子相连，与同一个 Ga 原子相连的 N 原子构成的空间构型为正四面体形。答案：(1)C3N4(2)小于 硅原子半径大于碳原子半径，氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短，故氮碳
12、形成的共价键的键能大，氮化碳的硬度大 Si3N4(3)4 正四面体形 共价10(10 分)砷化镓为第二代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长、耗能少。已知砷化镓的晶胞结构如图所示。请回答下列问题：(1)下列说法不正确的是_(填序号)。A砷化镓是分子晶体B电负性 AsGaC第一电离能 AsGaD砷化镓晶体中含有配位键(2)Ga 的核外电子排布式为_。(3)砷化镓可由(CH3)3Ga 和 AsH3 在 700 下反应制得，(CH3)3Ga 中镓原子的杂化方式为_，(CH3)3Ga 分子是_(填“极性”或“非极性”)分子。AsH3 分子空间构型为_，N、P、As 处于同一主族，其氢化物沸点由高到低的顺
13、序是_(用氢化物分子式表示)。(4)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白色球)个数为_，与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为_。【解析】(1)由图示可知砷化镓中原子间以共价键结合成网状结构，其晶体属于共价晶体，A 错误；同周期从左到右元素的电负性增大，As 和 Ga 处于同一周期，而处于A 族的 As 4p 电子处于半满的较稳定结构，B 和 C 均正确；由于 Ga 原子最外层只有 3 个电子，而每个 Ga 原子与 4 个 As 原子成键，因此其中一个共价键必为配位键，D 正确。(2)Ga 位于第四周期第A 族，价电子排布式为 4s24p1。因此其核外电子排布式为 1s22s22p63s23p6
14、3d104s24p1 或Ar3d104s24p1。(3)Ga 的价电子对数为3323，孤电子对数为 0，所以 Ga 原子的杂化方式为 sp2，(CH3)3Ga 分子为平面正三角形结构，所以该分子为非极性分子。AsH3 分子中的 As 采取 sp3杂化，As 的价电子对数为5324，孤电子对数为 1，所以该分子为三角锥形。由于 NH3 分子间存在氢键，而 AsH3、PH3 分子间不能形成氢键，分子间作用力弱，所以 NH3 的沸点最高，由于 AsH3 的相对分子质量大于 PH3，故 AsH3 的沸点高于PH3。(4)根据“均摊法”：白球个数为 612 818 4。由与同一镓原子相连的砷原子有 4
15、个可知，镓采取 sp3 杂化，所以与同一个镓原子相连的砷原子构成的立体构型为正四面体形。答案：(1)A(2)1s22s22p63s23p63d104s24p1 或Ar3d104s24p1(3)sp2 非极性 三角锥形NH3AsH3PH3(4)4 正四面体形11(10 分)(2021徐州高二检测)通常人们把拆开 1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(H)，化学反应的 H 等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能/kJmol146036043643
16、1176347请回答下列问题：(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“”或“”)。SiC_Si；SiCl4_SiO2。(2)如图立方体中心的“”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)2H2(g)=高温 Si(s)4HCl(g)。该反应的反应热 H_kJmol1。【解析】(1)SiC 和晶体 Si 皆为共价晶体，由于碳化硅晶体中的 SiC 键的键能大于硅晶体中 SiSi 键的键能，故 SiC 的熔点比 Si 高；SiCl4 为分子晶体，SiO2 为共价晶体，故 SiCl4 的熔点比 SiO2 低。(2)晶体硅的结
17、构与金刚石相似，每个硅原子都被相邻的 4 个硅原子包围，这 4 个硅原子位于四面体的四个顶点上，被包围的硅原子处于正四面体的中心。(3)根据题目所给反应式，需要断裂的旧化学键键能之和为4360 kJmol12436 kJmol12 312 kJmol1，形成的新化学键键能之和为4431 kJmol12176 kJmol12 076 kJmol1，所以 H236 kJmol1。答案：(1)(2)(或)(3)236【能力进阶】(20 分钟 30 分)一、选择题(本题包括 3 小题，每小题 5 分，共 15 分)12(2021邢台高二检测)关于 SiO2 晶体的叙述中，正确的是()A通常状况下，60
18、 g SiO2 晶体中含有的分子数为 NA(NA 表示阿伏加德罗常数)B60 g SiO2 晶体中，含有 2NA 个 SiO 键C晶体中与同一硅原子相连的 4 个氧原子处于同一四面体的 4 个顶点D因为硅和碳属于同一主族，所以 SiO2 晶体与 CO2 晶体类型相同【解析】选 C。SiO2 晶体是共价晶体，不存在分子，A 错误；1 mol SiO2 晶体存在4 mol SiO 键，所以 60 g SiO2 晶体即 1 mol SiO2 晶体含有 4 mol SiO 键，B 错误；晶体中一个硅原子和四个氧原子，形成四面体结构，四个氧原子处于同一四面体的四个顶点，C 正确；SiO2 晶体是共价晶体
19、，CO2 晶体是分子晶体，D 错误。13(2021黄冈高二检测)已知 SiC 的熔点为 2 700，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是()ASiC 晶体中碳原子和硅原子均采用 sp3 杂化B硅单质的熔点低于 2 700 C距离硅原子最近的硅原子数为 4D若晶胞参数为 a pm，则该晶体的密度为1606.02107a3 gcm3【解析】选 C。SiC 晶体中碳原子周围有 4 个硅原子，而硅原子周围有 4 个碳原子，均采用 sp3 杂化，A 正确；共价键的键长越短，键能越大，则熔沸点越高，CSi键键长比 SiSi 键键长短，硅单质的熔点低于 2 700，B 正确；距离硅原子最近且距离相等的硅原子
20、数为 12，C 错误；若晶胞参数为 a pm，则该晶体的密度为160 gNAa31030 cm3 1606.02107a3 gcm3，D 正确。14(2021泰安高二检测)氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹铝材料，属于共价晶体，主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是()A基态铝原子的价电子排布式为 3s23p1B制备 AlON 的原料 N2 中 N 原子采取 sp2 杂化CAlON 和水晶的化学键类型相同DAlON 的熔点比 AlCl3 的熔点高【解析】选 B。基态铝原子核外电子分布在 1s、2s、2p、3s、3p
21、能级上，电子排布式为 1s22s22p63s23p1，价电子排布式为 3s23p1，故 A 正确；氮气分子中含有 1个氮氮三键，为直线形结构，其结构式为 NN，氮原子的孤电子对数53121，三键中含 1 个 键，氮原子的价层电子对数112，氮原子的杂化方式：sp，它的杂化轨道用于形成 键，两个 p 轨道形成两个 键，故 B 错误；氮氧化铝(AlON)属共价晶体，水晶(SiO2)属于共价晶体，化学键都是共价键，故 C 正确；氮氧化铝(AlON)属共价晶体，氯化铝为共价化合物，但属于分子晶体，所以 AlON的熔点比 AlCl3 的熔点高，故 D 正确。二、非选择题(本题包括 1 小题，共 15 分
22、)15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。(3)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为 r，金刚石晶胞的棱长为 a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。【解析】(1)在石墨烯晶体中，每个 C 原子连接 3 个六元环，每个六元环占有 C原子数为 613 2。(2)在金刚石晶体中，每个 C 原子与周围的 4 个碳原子形成四个碳碳单键，最小的环为六元环，每
23、个单键为三个环共有，则每个 C 原子连接 4312 个六元环，晶胞中共平面的原子如图，共 4 个。(3)金刚石的晶胞结构是碳原子位于立方体的所有顶点及面心处，将立方体切割成 8 个小立方体，在其中 4 个互不相邻的立方体体心各有一个碳原子，也就是说金刚石晶胞是面心立方堆积完之后还在四个四面体里有原子，在金刚石晶胞的体对角线上连排了四个原子，并且相切，所以体对角线长度就是碳原子半径的 8 倍，则碳原子数为 818612 48。3 a8r，r 38a。晶胞的体积为 a3，碳原子的体积为 843 r3，空间占有率为843r3a3100%316100%。答案：(1)3 2(2)12 4(3)8 316100%
