1、第3节原子晶体与分子晶体第1课时原子晶体学习要求能借助原子晶体的模型说明晶体中的微粒及其微粒间的相互作用。素养目标通过对原子晶体的模型理解，发展学生“证据推理与模型认知”的核心素养。 知 识 梳 理一、原子晶体的结构和性质1概念及物理性质概念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构成微粒原子微粒间的作用力共价键物理性质(1)原子晶体由于原子间以较强的共价键相结合，所以原子晶体具有很高的熔点和很大的硬度。(2)结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高，硬度越大2.原子晶体与物质的类别物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些非金属
2、化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等二、典型原子晶体的结构分析1金刚石(1)碳原子采取sp3杂化，CC键键角为109.5。(2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。(3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上碳原子不在同一平面内。2晶体硅把金刚石中的C原子换成Si原子，分别得到晶体硅的结构模型和晶胞模型，不同的是SiSi键长CC键长。3二氧化硅晶体(1)Si原子采取sp3杂化，正四面体内OSiO键角为109.5。(2)每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O
3、原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为12。(3)最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。自 我 检 测1判断正误，正确的打“”；错误的打“”。(1)原子晶体内的共价键的键能越大，熔、沸点越高。()(2)CO2和SiO2中中心原子的杂化方式相同。()(3)原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键。()(4)几乎所有的酸都属于分子晶体。()(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是
4、()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立体网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的；但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。3下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是()A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B最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C最小的环上，Si原子和O原子个数之
5、比为12D最小的环上，有6个Si原子和6个O原子答案D解析二氧化硅是原子晶体，为空间网状结构，存在四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，A不正确；晶体硅的结构与金刚石相似(金刚石中最小碳环为6个碳原子)，而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子，故B、C不正确，D正确。学习任务、原子晶体的结构与性质【观图助学】1观察金刚石和二氧化硅的结构模型讨论：1 mol C组成的金刚石中含有多少摩尔CC键？1 mol SiO2晶体中含有多少摩尔SiO键？金刚石晶体中C原子数目与CC键数目之比为多少？提示2412在金刚石晶体中，1个C原子与4个C原子形成
6、4个CC键，而每2个C原子之间才形成一个键，所以1 mol C形成的CC键个数为4 mol2 mol，金刚石晶体中C原子个数与CC键数之比为12。SiO2晶体结构相当于将金刚石中的C原子全都改换为Si原子，同时在SiSi键中间增添一个O原子，所以1 mol SiO2晶体中含有4 mol SiO键。2为什么原子晶体结构比金属晶体和离子晶体结构松散，但却比金属晶体和离子晶体有更强的稳定性？提示共价键具有方向性和饱和性，使原子晶体中某个原子周围结合的其他原子是有限的，因此比较松散。由于整个晶体中各原子都以强作用力共价键相互结合，且构成了空间网状结构，所以原子晶体更稳定。【名师点拨】1原子晶体的结构特
7、征(1)在原子晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。(2)原子晶体的组成微粒是原子，不存在单个分子，其化学式仅代表原子的个数比。(3)空间构型：空间网状结构。2原子晶体熔点和硬度的比较原子晶体具有不同的结构类型，对于结构相似的原子晶体来说，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。关键提醒(1)原子晶体的熔、沸点不一定高于金属晶体和离子晶体。如MgO(2 800 )SiO2(1 713 )、钨(3 410 )SiO2(1 713 )。(2)平面网状结构的晶体不属于原子晶体。(3)原子
8、晶体中只存在共价键，不存在离子键和范德华力。(4)稀有气体原子组成的晶体不是原子晶体。3判断晶体是否是原子晶体的思路(1)根据原子晶体的构成微粒和微粒间作用力判断。(2)根据原子晶体的物理性质判断。(3)记住常见的原子晶体。金刚石(晶体硅)碳化硅二氧化硅晶胞中心原子杂化类型sp3sp3sp3键角109.5109.5109.5晶胞中微粒数目8个CC：4个Si：4个Si：8个O：16个1 mol物质中化学键数目2 mol CC2 mol CSi4 mol SiO关键提醒SiO2晶体结构相当于晶体硅结构中每两个Si原子中间插入一个O原子 。【典例1】氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高
9、温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是 ()ANaCl和金刚石B晶体硅和水晶C冰和干冰D碘和金刚砂解析氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为原子晶体，微粒间作用力为共价键。氯化钠和金刚石熔化时分别克服的是离子键和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。答案B【典例2】碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。请回答下列问题：(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为_，
10、每个碳原子周围与其距离最近的硅原子有_个；设晶胞边长为a cm，密度为b gcm3，则阿伏加德罗常数可表示为_(用含a、b的式子表示)。(2)立方氮化硼晶胞中有_个硼原子，_个氮原子，硼原子的杂化类型为_，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为_gcm3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。解析(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，硅原子数为684个，碳原子位于晶胞内，SiC晶胞中碳原子数为4个，1个晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，因此晶体密度b gcm3，故NA mol1。(2)立方氮化硼晶胞
11、中，含有N原子数为684个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为g，体积为a3 cm3，故密度为 gcm3。答案(1)sp34 mol1(2)44sp3解题反思原子晶体氮化硼晶胞与金刚石、晶体硅、碳化硅晶体相似。如晶胞中原子数目、原子杂化类型、键角都相同，但BN晶体中存在配位键BN。【变式训练1】已知氮化碳晶体是新发现的高硬度材料，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于该晶体的说法错误的是 ()A氮化碳属于原子晶体，比金刚石的硬度更大B该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相
12、连，氮化碳的化学式为C3N4C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答案D解析氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成，因此该晶体应为原子晶体。又因为CC键键长大于CN键键长，故CN键的键能大于CC键，硬度更大的是氮化碳，A项正确；每个C原子与4个N原子形成共价单键，每个N原子与3个C原子形成共价单键，C原子和N原子的最外层都达到8电子稳定结构，所以氮化碳的化学式为C3N4，N的非金属性大于C的非金属性，氮化碳中C显4价，N显3价，B和C均正确；氮化碳晶体原子间以NC极性键形成空间网状结构，D不正确。【变式训练2】氮氧化铝(AlO
13、N)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是( )AAlON和石英的化学键类型相同BAlON和石英晶体类型相同CAlON和Al2O3的化学键类型不同DAlON和Al2O3晶体类型相同答案D解析AlON与石英(SiO2)均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A、B项正确；Al2O3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C项正确、D项错误。【变式训练3】关于SiO2晶体的叙述正确的是()A60 g SiO2晶体中含有NA个分子 (NA表示阿伏加德罗常数的数值)B60 g SiO2晶体中，含有2NA个SiO键CSiO2晶体中与同一Si原子相连的4个O原子处于同一四面体的4个顶点DSiO2
14、晶体中，1个Si原子和2个O原子形成2个共价键答案C解析SiO2晶体为原子晶体，晶体中不存在单个分子，A不正确；1 mol SiO2晶体中含有SiO键4 mol，B不正确；SiO2晶体中，与每个Si原子相连的4个O原子构成四面体结构，O原子位于顶点，Si原子位于四面体的中心，C正确；SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D不正确。解题反思硅晶体SiO2晶体【变式训练4】二氧化硅晶体是空间立体网状结构，如图所示：关于二氧化硅晶体的下列说法中，正确的是 ()A1 mol SiO2晶体中SiO键为2 molB二氧化硅晶体的分子式是SiO2C晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结
15、构D晶体中最小环上的原子数为8答案C解析A选项错误，SiO2晶体中，1个硅原子与周围4个氧原子形成SiO键，所以1 mol SiO2晶体中SiO键为4 mol；B选项错误，晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键，1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键，SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为12，并不是分子式；C选项正确，1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对，1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对，所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构；D选项错误，晶体中最小环上硅与氧交替连接，SiO2晶体中最小环上的原子数为12，其中6个为硅原子，6个为氧原子。1科学家用激光将置于铁室中石
16、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答案B解析由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知，该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体的结构是一种空间网状结构而不是平面结构，A选项错误；氮原子的半径比碳原子的半径小，二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的硬度应该比金刚石更高，B选项正确；原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项
17、错误。2下表是某些原子晶体的熔点和硬度：原子晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/3 9003 0002 7001 7101 4101 211硬度109.59.576.56.0分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大构成原子晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大AB CD答案D解析原子晶体的熔点和硬度与构成原子晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。3现有几组物质的熔点()数据：A组B组C组D组金刚石：3 350Li：181HF：
18、83NaCl：801硅晶体：1 415Na：98HCl：155KCl：776硼晶体：2 573K：64HBr：89RbCl：718二氧化硅：1 713Rb：39HI：51CsCl：645据此回答下列问题：(1)A组属于_晶体，其熔化时克服的微粒间作用力是_。(2)B组晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电性导热性延展性(3)C组中HF熔点反常是由于_。(4)D组晶体可能具有的性质是_(填序号)。硬度小水溶液能导电固体能导电熔融状态能导电(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaClKClRbClCsCl，其原因为_。答案(1)原子共价键(2)(3)HF分子间形成氢键(4)(5)晶格能：
19、NaClKClRbClCsCl解析(1)A组物质熔点均很高，且均由非金属元素组成，故为原子晶体，熔化时克服共价键。(2)B组晶体均为金属单质，故均属于金属晶体，金属晶体的物理通性有金属光泽，易导电、导热，有延展性。(3)C组物质均属于分子晶体，由于HF分子间存在氢键，故HF熔点反常。(4)D组物质均属于离子晶体，一般来说，硬度较大，水溶液能导电，固体不导电，熔融状态导电。(5)决定离子晶体熔点的因素：晶格能。离子半径越小，离子所带电荷数越多，晶格能越大，离子晶体的熔点越高。4回答下列问题：(1)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
20、硬度_(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是_。下列物质熔化时所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间的作用力相同的是_。a单质I2和晶体硅B冰和干冰c碳化硅和二氧化硅D石墨和氧化镁已知氮化硅的晶体结构中，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8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_。(2)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，其晶体结构与单晶硅相似。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。(3)金刚石与金刚砂(S
21、iC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答：金刚砂属于_晶体。金刚砂的熔点比金刚石熔点_。金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合_个碳原子，其中键角是_。金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有_个硅原子。碳、硅原子均采取_杂化。答案(1)小于氮化硅和氮化碳均为原子晶体，氮化硅中NSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小cSi3N4(2)4正四面体原子(3)原子低4109.53sp3解析(1)氮化硅和氮化碳均为原子晶体。氮化硅中CSi键的键长比氮化碳中CN键的键长长，键能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。I2、冰、干冰固态时为分子晶
22、体，熔化时克服范德华力；晶体硅、碳化硅、二氧化硅固态时为原子晶体，熔化时克服共价键；石墨为混合晶体，MgO为离子晶体，故选c。由题意知氮化硅晶体中每个Si原子连接4个N原子，每个N原子连接3个Si原子，Si和C原子均达到8电子稳定结构，其化学式为Si3N4。(2)GaN与单晶硅结构相似，所以每个Ga原子与4个N原子形成共价键，每个N原子与4个Ga原子形成共价键。与同一Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体结构，GaN与晶体硅都是原子晶体。(3)由于金刚砂是空间网状结构，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅原子半径比碳原子大，故金刚砂熔点低；硅和碳最外层电子、成键方式
23、相同，均采取sp3杂化，硅原子周围有4个碳原子，键角109.5；组成的六元环中，有3个碳原子，3个硅原子。课时作业基础练1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无法判断答案B解析熔化状态下不导电的化合物必定是共价化合物，排除是离子化合物的可能，又因为具有耐高温的性能，所以必定是原子晶体。2根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是( )A熔点2 700 ，导电性好，延展性强B无色晶体，熔点3 550 ，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，
24、固态或液态时不导电答案B解析本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项符合金属晶体的特征；B项符合原子晶体的特征；C项符合离子晶体的特征；D项符合分子晶体的特征。3干冰和二氧化硅晶体同属第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二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量BCO键键能比SiO键键能小C干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体D干冰易升华，二氧化硅不能答案C解析干冰和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为原子晶体，熔化时破坏化学键，所以熔点较高。41999年美国科学杂志报道：在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K，
25、人们成功制得了原子晶体干冰，下列推断中不正确的是()A原子晶体干冰有很高的熔点、沸点，有很大的硬度B原子晶体干冰易汽化，可用作制冷材料C原子晶体干冰的硬度大，可用作耐磨材料D每摩尔原子晶体干冰中含4 mol CO键答案B解析既然干冰是原子晶体，所以可将干冰类比成原子晶体SiO2，具有熔点高，硬度大，耐磨等性质。每摩尔SiO2中有4 mol SiO键，所以D项也正确。5氮化硅是一种新合成的超硬、耐磨、耐高温的材料。下列对氮化硅的叙述中，正确的是()A氮化硅是分子晶体B氮化硅是原子晶体C氮化硅是离子晶体D氮化硅化学式为Si4N3答案B解析从构成元素上看，氮化硅应该是共价化合物，共价化合物形成的晶体
26、有两种可能分子晶体和原子晶体，再由超硬、耐磨、耐高温等特点考虑，其应该属于原子晶体。从两种元素的常见价态看，氮化硅的化学式应为Si3N4。6氮化碳结构如下图所示，其中氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。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每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连答案B解析根据氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；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，B项错误；由图中虚线描绘的晶胞结构可知四边形顶点上有4个C原子，每个C原子为4个晶胞所
27、共有，四边形棱的中心有4个C原子，每个C原子为2个晶胞所共有，故C原子个数为443，晶胞中共有4个N原子，全部属于该晶胞，故氮化碳的化学式为C3N4，C项正确；分析晶胞结构可知每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D项正确。7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()A金刚石中CC键的键角均为10928，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B金刚石的熔点高与CC键的键能无关C金刚石中碳原子个数与CC键键数之比为12D金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却答案C解析选项A，金刚石是原子晶体，CH4是分子晶体，
28、二者的晶体类型不同。选项B，金刚石熔化过程中CC键断裂，因CC键的键能大，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CC键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与CC键键数之比为(4)412。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。8下列说法正确的是()A在含4 mol SiO键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NAB金刚石晶体中，碳原子数与CC键数之比为12C30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子D晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的原子晶体答案B解析在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成
29、4个SiO键，故含有4 mol SiO键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个CC键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol CC键，因此碳原子数与CC键数之比为12，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，属于分子晶体，D项错误。9根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是()A熔点2 700 ，导电性好，延展性强B无色晶体，熔点3 550 ，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
30、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解析A项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合原子晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征。10下列有关原子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是正四面体B1 mol金刚石中的CC键数目是2NA，1 mol SiO2晶体中的SiO键数目是4NAC水晶和干冰在熔化时，晶体的共价键都会断裂DSiO2并不表示二氧化硅晶体的分子式答案C解析金刚石和二氧化硅晶体的基本结构单元都是正四面体，A项正确；金刚石
31、中，1个C原子与另外4个C原子形成4个CC键，故1 mol C原子形成的CC键为4 mol2 mol，而SiO2晶体中1个Si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；水晶是原子晶体，在熔化时，SiO键断裂，而分子晶体干冰熔化时，破坏的是分子间作用力，碳氧双键不会断裂，故C项不正确；SiO2晶体中不存在SiO2分子，D项正确。11氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。 (1)氮化硅晶体属于_晶体。(2)下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是_(填编号)。单质I2和金刚石晶体硅和
32、二氧化硅冰和干冰金刚石和碳化硅(3)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子与氮原子、硅原子与硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：_。(4)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为_。答案(1)原子(2)(3)Si3N4(4)3SiCl42N26H2Si3N412HCl解析(1)这是一道信息题，从题给信息知氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，应是原子晶体。(2)氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力为共价键，所给的4组物质中，单质I2、冰和干冰都是分子晶体，只需破坏范德华力
33、。(3)氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。12请回答下列问题：(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是_。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成，该半导体材料的化学式是_，其晶体结构类型可能为_。(2)C、N元素形成的新材料具有如下图所示结构，该晶体的化学式为_。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石，其原因是_。(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN，其晶体结构如图所示，该晶体属于_晶体。(4)下图是氮化镓的晶胞结构：氮化镓中镓原子的杂化方式为_，氮原子的配位数为_。(5)立
34、方氮化硼结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为a cm，立方氮化硼晶胞中含有_个氮原子、_个硼原子。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p1GaAs原子晶体(2)C3N4C3N4与金刚石都是原子晶体，CN键键长比CC键键长短，键能大(3)原子(4)sp34(5)44解析(1)Ga与Al同主族，位于第4周期A族，从而可得其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料，不是离子化合物，Ga最外层有3个电子，As最外层有5个电子，两者以共价键形成GaAs，属于原子晶体。(2)该晶胞中含C原子
35、数843，N原子数为4，故该晶体化学式为C3N4。由于CN键键长比CC键键长短，键能大，所以金刚石硬度比C3N4硬度小。(4)每个Ga与4个N形成共价键，这四个N构成正四面体结构；每个N与4个Ga形成共价键，这四个Ga构成正四面体结构，所以氮化镓中镓原子的杂化方式为sp3杂化。氮原子的配位数为4。(5)金刚石晶胞是立方体，其中8个顶角有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如右图所示，所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数8648，因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子。素养练13砷化镓为第三代半导体，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
36、所示。请回答下列问题：(1)下列说法不正确的是_(填序号)。A砷化镓晶胞结构与NaCl相同B砷化镓是原子晶体C电负性 AsGaD第一电离能 AsGaE砷化镓晶体中含有配位键(2)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_。(3)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空间构型为_。答案(1)A(2)sp2非极性 三角锥形(3)4正四面体形解析(1)氯化钠为面心立方晶胞，两者晶胞结构不同，A不正确；由图示可知砷化镓中原子间
37、以共价键结合成网状结构，其晶体属于原子晶体，B正确；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，C和D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，E正确。(2)Ga的价电子对数为3，孤电子对数为0，所以Ga原子的杂化方式为sp2，(CH3)3Ga 分子中三个CGaC键的键角均为120，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4，孤电子对数为1，所以该分子为三角锥形。(3)根据“切割法”：白色球个数为684。由与同一镓原子相连的砷原子有4个
38、，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空间构型为正四面体形。14已知A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次增大，其中A元素的原子半径在短周期元素中最小；B原子核外电子有6种不同的运动状态；D原子L层上有2对成对电子。E元素在地壳中含量居第二位，F 与E位于同一周期，且是该周期元素中电负性最大的元素。根据以上信息回答下列问题：(1)E元素可分别与D元素、F元素形成两种常见化合物，这两种化合物的熔、沸点高低顺序为_(用化学式表示)，原因是_。(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是_。(3)1 mol B2A2分子中含键的数目是_。(4)图()是B元素的单质晶体的一个晶胞，该晶胞中含有_个原子，该晶体类型为_。(5)E单质存在与金刚石结构类似的晶体，晶体中原子之间以_相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献_个原子。(6)BD2在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图()所示。该晶体的类型属于_(填“分子”、“原子”、“离子”或“金属”)晶体，该晶体中B原子轨道的杂化类型为_。答案(1)SiO2SiCl4 二氧化硅为原子晶体，而SiCl4为分子晶体(2)NH3分子间形成氢键，PH3分子间不能形成氢键(3)3NA(或1.8061024)(4)8原子晶体(5)共价键3(6)原子sp3杂化
