考點13-共價晶體(解析版)

考點13共價晶體【核心考點梳理】考點一、共價晶體的概念及其性質1．共價晶體的結構特點及物理性質(1)概念相鄰原子間以共價鍵相結合形成共價鍵三維骨架結構的晶體。(2)構成微粒及微粒間作用(3)物理性質①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點很高，硬度很大，難溶于常見溶劑，一般不導電。②結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。2．常見共價晶體及物質類別(1)某些單質：如硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石等。(2)某些非金屬化合物：如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。(3)極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(α-Al2O3)等?？键c二、常見共價晶體結構分析1．金剛石晶體金剛石晶體中，每個碳原子均以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結合，形成C—C—C夾角為109°28′的正四面體結構(即金剛石中的碳采取sp3雜化軌道形成共價鍵)，整塊金剛石晶體就是以共價鍵相連的三維骨架結構。其中最小的環(huán)是六元環(huán)。2.二氧化硅晶體(1)二氧化硅晶體中，每個硅原子均以4個共價鍵對稱地與相鄰的4個氧原子相結合，每個氧原子與2個硅原子相結合，向空間擴展，形成三維骨架結構。晶體結構中最小的環(huán)上有6個硅原子和6個氧原子，硅、氧原子個數(shù)比為1∶2。(2)低溫石英的結構中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，而沒有封閉的環(huán)狀結構。這一結構決定了它具有手性。【必備知識基礎練】1．(2021·貴陽高二檢測)下列說法正確的是()A．冰融化時，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂B．分子晶體中，共價鍵鍵能越大，分子晶體的熔沸點越高C．共價晶體中，共價鍵越強，熔點越高D．分子晶體中，分子間作用力越大該物質越穩(wěn)定【答案】C【解析】冰融化克服氫鍵與范德華力，屬于物理變化，H—O鍵沒有斷裂，故A錯誤；影響分子晶體熔沸點高低的因素是分子間作用力的大小，與共價鍵的鍵能無關，故B錯誤；影響共價晶體熔沸點高低的因素是鍵能的大小，共價鍵的鍵長越短，鍵能越大，熔點就越高，故C正確；分子的穩(wěn)定性與分子間作用力無關，穩(wěn)定性取決于鍵能，故D錯誤。2．（2021·云南·馬關縣第一中學校高二階段練習）下列有關原子晶體（共價晶體）的敘述錯誤的是A．原子晶體中，只存在共價鍵 B．原子晶體具有空間網(wǎng)狀結構C．原子晶體中不存在獨立的分子 D．原子晶體熔化時不破壞共價鍵【答案】D【詳解】A．原子晶體中原子之間通過共價鍵相連，在原子晶體中只存在共價鍵，故A正確；B．原子晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結合而形成的空間網(wǎng)狀結構的晶體，故B正確；C．原子晶體是由原子以共價鍵相結合而形成的，不存在獨立的分子，故C正確；D．原子晶體是原子間通過共價鍵結合而形成的，熔化時需要破壞共價鍵，故D錯誤；故答案選D。3．（2021·山東聊城·高二期末）下列敘述正確的是A．液晶是由分子較大、分子形狀呈長形或碟形的物質形成的晶體B．制造光導纖維的主要材料是高純度硅，屬于共價晶體C．共價晶體中，共價鍵的鍵能越大，熔、沸點越高D．硫化氫晶體和冰晶體升華時克服的作用力相同【答案】C【詳解】A．液晶是一種介于晶體與液體之間的中間態(tài)物質，通常是由分子較大、分子形狀呈長形或碟形的物質形成的液晶態(tài)，故A錯誤；B．制造光導纖維的主要材料是二氧化硅，不是高純度硅，故B錯誤；C．共價晶體的熔、沸點高低取決于原子間共價鍵的強弱，共價鍵的強弱與鍵能和鍵長有關，晶體中，共價鍵的鍵能越大，熔、沸點越高，故C正確；D．硫化氫晶體和冰晶體都是分子晶體，晶體升華時，硫化氫晶體克服分子間作用力，冰晶體克服分子間作用力和氫鍵，克服的作用力不相同，故D錯誤；故選C。4．（2022·吉林·梅河口市第五中學高二期末）下列關于和的描述不正確的是A．為共價晶體，為分子晶體B．兩者中心原子采取的雜化方式不同C．和都是非極性分子D．晶體的熔點比晶體高【答案】C【詳解】A．二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共價晶體，二氧化碳是由二氧化碳分子形成的分子晶體，故A正確；B．二氧化硅晶體中每個硅原子周圍有4個氧原子，則硅原子的雜化方式為sp3雜化，二氧化碳分子中碳原子的價層電子對數(shù)為2，孤對電子對數(shù)為0，碳原子的雜化方式為sp雜化，則兩者中心原子采取的雜化方式不同，故B正確；C．二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共價晶體，晶體中不存在分子，故C錯誤；D．原子晶體的熔沸點高于分子晶體，二氧化硅是硅原子和氧原子形成的共價晶體，二氧化碳是由二氧化碳分子形成的分子晶體，則二氧化硅晶體的熔點高于二氧化碳，故D正確；故選C。5．（2021·全國·高二課時練習）下列事實能說明剛玉()是共價晶體的是①是兩性氧化物；②硬度很大；③它的熔點為2045℃；④自然界中的剛玉有紅寶石和藍寶石。A．①② B．②③ C．①④ D．③④【答案】B【詳解】Al2O3是兩性氧化物，屬于物質的分類，與晶體類型無關，①錯誤；硬度很大、熔點為2045℃(很高)，都是共價晶體的物理性質，②③正確；紅寶石、藍寶石是剛玉在自然界中的存在形式，與晶體類型無關，④錯誤，正確的組合是②③；故選B。6．（2021·寧夏·石嘴山市第三中學高二期中）二氧化硅晶體是空間立體網(wǎng)狀結構，如圖所示，下列說法中，正確的是A．硅原子的物質的量比氧原子的物質的量比硅氧鍵=1：2：4B．CO2和SiO2是等電子體，晶體類型相同C．晶體中Si原子雜化方式為sp3，O原子雜化方式為spD．晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為6【答案】A【詳解】A．根據(jù)圖知，該晶體中每個Si原子連接4個O原子、每個O原子連接2個Si原子，則Si、O原子個數(shù)之比為2∶4=1∶2，每個Si原子含有4個硅氧鍵，則硅原子的物質的量比氧原子的物質的量比硅氧鍵=1∶2∶4，A正確；B．CO2晶體是由分子構成的，SiO2晶體是由原子構成的，則前者為分子晶體、后者為共價晶體，晶體類型不同，B錯誤；C．該晶體中每個Si原子形成4個共價鍵，每個O原子形成2個共價鍵且每個O原子還含有2個孤電子對，則Si、O原子的價層電子對數(shù)都是4，則Si、O原子都采用sp3雜化，C錯誤；D．由二氧化硅晶體結構圖可知，晶體中最小環(huán)上含有6個硅原子和6個氧原子，所以最小環(huán)上的原子數(shù)為12，D錯誤；故選A?！娟P鍵能力提升練】7．（2021·浙江·高二學業(yè)考試）下列說法不正確的是A．硅晶體熔化與碘化氫分解需克服的化學鍵相同B．氯化氫溶于水或者熔融條件下等能電離出H+、Cl-C．在相同溫度下，H2O的電離能力大于CH3CH2OHD．固體NaOH、濃硫酸溶于水都表現(xiàn)放熱與微粒之間的相互作用有關【答案】B【詳解】A．硅晶體熔化與碘化氫分解需克服的化學鍵相同，都要破壞共價鍵，A正確；B．氯化氫溶于水能電離出H+、Cl-，在熔融條件下不能電離，B不正確；C．H2O是電解質，而CH3CH2OH是非電解質，所以H2O的電離能力大于CH3CH2OH，C正確；D．固體NaOH、濃硫酸溶于水都表現(xiàn)放熱與微粒之間的相互作用有關，它們電離后形成水合離子時放熱，D正確；故答案為：B。8．（2021·河南·輝縣市第一高級中學高二階段練習）以NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值，下列說法正確的是A．18g冰(圖1)中含氫鍵數(shù)目為4NAB．28g晶體硅(圖2)中含有Si－Si鍵數(shù)目為4NAC．88g干冰(圖3)中含有0.5NA個晶胞結構單元D．12g石墨烯中含C－C鍵數(shù)目為3NA【答案】C【詳解】A．由圖可知，每個水分子與4個水分子形成4個氫鍵，每個水分子形成的氫鍵數(shù)目為4×=2個，則18g冰中含氫鍵數(shù)目為×2×NAmol—1=2NA，故A錯誤；B．由圖可知，晶體硅中每個硅原子與4個硅原子形成4個硅硅鍵，每個硅原子形成的硅硅鍵數(shù)目為4×=2個，則28g冰中含氫鍵數(shù)目為×2×NAmol—1=2NA，故B錯誤；C．由晶胞結構可知，晶胞中含有二氧化碳的個數(shù)為8×+6×=4，則88g干冰中含有的晶胞結構單元為××NAmol—1=0.5NA，故C正確；D．由圖可知，石墨烯中每個碳原子與3個碳原子形成碳碳鍵，每個碳原子形成的碳碳鍵數(shù)目為3×=1.5個，則12g石墨烯中含碳碳鍵數(shù)目為×1.5×NAmol—1=1.5NA，故D錯誤；故選C。9．（2021·福建·泉州市第六中學高二期中）與石墨結構相似的六方氮化硼(BN)晶體在高溫高壓下可以轉化為立方氮化硼(BN)，立方氮化硼的結構與金剛石相似，硬度與金剛石相當。下列關于該物質的分析中正確的是A．六方氮化硼轉化為立方氮化硼是物理變化B．立方氮化硼(BN)中氮元素的化合價為C．和鍵相比，鍵的鍵長更長D．立方氮化硼比晶體硅的熔點更高，硬度更大【答案】D【詳解】A．由題干信息可知，六方氮化硼和立方氮化硼的結構不同，性質不同，故六方氮化硼轉化為立方氮化硼有新物質生成，故是化學變化，A錯誤；B．由于N的電負性強于B的，故立方氮化硼(BN)中氮元素的化合價為-3價，B錯誤；C．共價鍵的鍵長是指兩原子的核間距，近似等于兩原子半徑之和，由于Si的半徑大于B和N的，故和鍵相比，鍵的鍵長更短，C錯誤；D．由于Si的半徑大于B和N的，故立方氮化硼中B-N鍵的鍵長比晶體硅中Si-Si鍵的鍵長更短，鍵能更大，故立方氮化硼比晶體硅的熔點更高，硬度更大，D正確；故答案為：D。10．（2021·全國·高二期末）觀察下列模型并結合有關信息，判斷下列說法錯誤的是物質或結構單元結構模型示意圖備注熔點1873K—易溶于—A．單質硼屬于原子晶體B．是非極性分子C．屬于分子晶體D．分子中鍵與鍵的數(shù)目之比為【答案】D【詳解】A．單質硼熔點1873K，熔點很高，屬于原子晶體，故A正確；B．是正八面體形分子，正負電荷中心重合，是非極性分子，故B正確；C．易溶于非極性溶劑，屬于分子晶體，故C正確；D．是sp雜化的直線形分子，鍵與鍵的數(shù)目之比為，故D錯誤；故答案為D。11．（2021·云南昭通·高二階段練習）下列說法正確的是(NA為阿伏加德羅常數(shù))A．124gP4含有P—P鍵的個數(shù)為4NAB．12g石墨中含有C—C鍵的個數(shù)為1.5NAC．1mol[Co(NH3)4Cl2]Cl含有σ鍵的數(shù)目為12NAD．60gSiO2中含Si—O鍵的個數(shù)為2NA【答案】B【詳解】A．124gP4的物質的量是1mol，1個P4中含有6個P-P鍵，則1molP4中含有P-P鍵的個數(shù)為6NA，A錯誤；B．12g石墨中含有C原子的物質的量是1mol，在石墨中每個C原子與相鄰的3個C原子形成C-C共價鍵，每個共價鍵為2個C原子形成，則含有1molC原子的石墨中含有的C-C鍵的個數(shù)為1mol××NA/mol=1.5NA，B正確；C．NH3、Cl-與Co3+形成的配位鍵均為σ鍵，每個NH3分子內(nèi)還有3個σ鍵，所以1mol[Co(NH3)4Cl2]Cl含有σ鍵的數(shù)目為18NA，C錯誤；D．60gSiO2中含有SiO2的物質的量是1mol，每個Si原子與相鄰的4個O原子形成Si-O共價鍵，則1molSiO2中含有Si-O鍵的個數(shù)為4NA，D錯誤；綜上所述答案為B。12.碳元素和硅元素在化學中占有極其重要的地位。(1)SiC的晶體結構與晶體硅的相似,其中C原子的雜化方式為,微粒間存在的作用力是,SiC和晶體Si的熔點高低順序是。

(2)C、Si為同一主族的元素,CO2和SiO2的化學式相似,但結構和性質有很大的不同。CO2中C與O原子間形成σ鍵和π鍵,SiO2中Si與O原子間不能形成π鍵。從原子半徑大小的角度分析,為何C、O原子間能形成π鍵,而Si、O原子間不能形成π鍵:。SiO2屬于晶體,CO2屬于晶體,所以熔點CO2SiO2(填“<”“=”或“>”)。

(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、CO2四種晶體的構成微粒分別是(用“原子”或“分子”回答),熔化時克服的微粒間的作用力分別是。

【答案】(1)sp3共價鍵SiC>Si(2)Si的原子半徑較大,Si、O原子間距離較大,p軌道“肩并肩”重疊程度較小,故不能形成穩(wěn)定的π鍵共價分子<(3)原子、原子、原子、分子共價鍵、共價鍵、共價鍵、分子間作用力【解析】(1)晶體硅中一個硅原子與周圍4個硅原子相連形成正四面體結構,所以硅原子的雜化方式是sp3;因為Si—C的鍵長小于Si—Si的鍵長,所以熔點高低是碳化硅>晶體硅。(2)SiO2為共價晶體,CO2為分子晶體,所以熔點高低是SiO2>CO2。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價晶體,構成微粒為原子,熔化時破壞共價鍵;CO2為分子晶體,由分子構成,CO2分子間以分子間作用力結合。13..回答下列問題：（1）金剛砂（SiC）的硬度很大，摩氏硬度為9.5級，僅次于金剛石，其晶胞結構如圖甲所示，則金剛砂的晶體類型為_______________；在SiC中，與每個C原子距離相等且最近的C原子數(shù)目為_____________________；若晶胞的邊長為，則金剛砂的密度表達式為_________________。（2）硅的某種單質的晶胞結構如圖乙所示。GaN晶體的結構與該硅晶體的結構相似，則GaN晶體中，每個Ga原子與_________________個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為_____________________；若該硅晶體的密度為，阿伏加德羅常數(shù)的值為，則晶體中相距最近的兩個硅原子之間的距離為______________cm（用代數(shù)式表示）?！敬鸢浮浚?）共價晶體；12；（2）4；正四面體形；【解析】（1）由題述信息可知，金剛砂（SiC）屬于共價晶體；以晶胞頂點的C原子為例，距離該碳原子最近的碳原子位于晶胞的面心上，每個頂點C原子被8個晶胞共用，故與每個碳原子距離相等且最近的碳原子數(shù)目為；該晶胞中C原子個數(shù)為，Si原子個數(shù)為4，相當于每個晶胞中含有4個SiC，晶胞邊長為，故。（2）根據(jù)物質的晶體結構可知，在GaN晶體中，每個Ga原子與4個N原子相連，與同一個Ga原子相連的N原子構成的空間結構為正四面體形；在晶體Si的晶胞中含有的Si原子的數(shù)目是，則根據(jù)晶體的密度=可知，，晶胞的邊長=，在晶胞中兩個相距最近的Si原子之間的距離為晶胞體對角線長的，即。【學科素養(yǎng)拔高練】14．工業(yè)制玻璃時，主要反應的化學方程式為：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑完成下列填空：(1)鈉原子核外電子排布式為___________。與電子排布式相比，軌道表示式增加了核外電子運動狀態(tài)中___________的描述。(2)上述反應中，反應物和生成物所形成晶體的晶體類型共有___________種，屬于共價晶體的是___________。(3)上述物質中的非金屬元素原子半徑由大到小的順序為___________(用元素符號表示)。碳的非金屬性弱于氧，從原子結構角度解釋原因___________。(4)向一定量的Na2CO3溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌。隨著鹽酸的加入，溶液中各種離子數(shù)目變化如圖所示，b、c分別代表___________、___________(填離子符號)。(5)室溫下，同濃度的Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液中，對水電離程度的影響___________(選填“前者大”或“后者大”)，作出判斷并說明理由___________?！敬鸢浮?s22s22p63s1或[Ar]3s1電子云的伸展方向、電子的自旋3SiO2Si、C、O