高二化学物质结构与性质课时作业17331 原子晶体Word文档格式.docx

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[解析]　金刚石是碳原子间以共价键结合形成的空间网状结构的原子晶体，不存在单个的分子。

在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大。

在高温下金刚石可以与氧气反应生成二氧化碳。

3．下列关于SiO2晶体网状结构的叙述中正确的是（　　）

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原子个数之比为1∶2

D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子

[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，所以A项错误；

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。

4．下列说法正确的是（　　）

A．在含4molSi—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA

B．金刚石晶体中，碳原子数与C—C键数之比为1∶2

C．30g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4个Si—O键，故含有4molSi—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1mol，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C—C键，故1mol碳原子构成的金刚石中共有2molC—C键，因此碳原子数与C—C键数之比为1∶2，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。

题组2　原子晶体的性质及判断

5．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

[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。

6．下列事实能说明刚玉（Al2O3）是一种原子晶体的是（　　）

①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2045℃　④几乎不溶于水　⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石

A．①②③B．②③④

C．④⑤D．②⑤

[解析]　①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种原子晶体。

7．AB型共价化合物晶体，若其原子最外层电子数之和为8，常是具有半导体性质的原子晶体。

已知金刚石不导电而导热；

锆石（ZrO2）不导电、不导热，却硬似钻石；

近期用制耐热器的碳化硅制成了假钻石，则识别它们的可行方法是（　　）

A．能在玻璃上刻划出痕迹的为金刚石

B．很硬不导电而导热的是金刚石和碳化硅

C．既可导电又可导热的是碳化硅

D．不导电的为锆石

[解析]　金刚石、SiC、锆石均为原子晶体，但物理性质有差异。

8．下列物质的熔点顺序判断不正确的是（　　）

A．Li>

Na>

K>

Rb

B．原子晶体>

离子晶体>

金属晶体

C．金刚石>

碳化硅>

晶体硅

D．NaCl>

KCl>

CsCl

[解析]　晶体熔、沸点高低取决于结构微粒间作用力的大小，即金属键、共价键、离子键、分子间作用力的大小。

金属晶体的熔点差别很大，可能比离子晶体的熔、沸点高，离子晶体的熔、沸点与离子半径和离子所带电荷数有关，电荷数相同时，离子半径越小，晶体的熔、沸点越高，原子晶体中原子的半径越小，熔点越高。

题组3　原子晶体结构与性质的综合考查

9.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。

下图为其晶体结构中最小的重复结构单元，其中的每个原子均满足8电子稳定结构。

下列有关说法正确的是（　　）

A．磷化硼晶体的化学式为BP，属于离子晶体

B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电

C．磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键

D．磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠相同

[答案]　C

[解析]　根据题意，磷化硼为超硬耐磨材料，说明其晶体类型为原子晶体，熔融状态不导电，A项和B项错误；

磷化硼原子间均为共价键，由图可以发现，每个原子均形成4个共价键，C正确；

由磷化硼的晶体结构可以看出，它的配位数为4，而NaCl晶体的配位数为6，二者结构微粒的堆积方式明显不同，故D错误。

10．在40GPa高压下，用激光器加热到1800K时，科学家成功地制得了原子晶体CO2，下列有关这种CO2晶体推断正确的是（　　）

A．原子晶体CO2易升华，可用做制冷剂

B．原子晶体CO2的硬度和耐磨性都不如水晶

C．原子晶体CO2有很高的熔、沸点，很大的硬度，可用做耐磨材料

D．每摩尔原子晶体CO2含2molC—O键，每摩尔C原子与4molO原子形成共价键

[解析]　原子晶体CO2中C和O原子之间以共价键结合成空间立体网状结构，共价键作用强，所以其具有很高的熔、沸点，很大的硬度，A不正确，C正确；

CO2与SiO2组成相似，将SiO2晶体中的Si原子换成C原子就是原子晶体CO2的结构，由于C—O键的键长小于Si—O键的键长，C—O键的键能大于Si—O键的键能，所以原子晶体CO2的硬度和耐磨性都强于水晶，B不正确；

在原子晶体CO2中，每个C原子都处于4个氧原子构成的四面体的中心，所以每摩尔原子晶体CO2中含有4molC—O键，每摩尔C原子与4molO原子形成共价键，D不正确。

11．（2018·

江西南昌检测）氮化碳部分结构如图所示，其中β氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为超硬新材料。

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C为－4价，N为＋3价

C．氮化碳的化学式为C3N4

D．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

[解析]　由题给信息，氮化碳是超硬新材料，符合原子晶体的典型物理性质，故A正确；

氮元素的电负性大于碳元素的，所以在氮化碳中氮元素显－3价，碳元素显＋4价，故B错误；

晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的原子有

被占有，边上的原子有

被占有，可得晶体的化学式为C3N4，故C正确；

根据题图可知，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正确。

12．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，下列关于这两种晶体的说法正确的是（　　）

A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电

B．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大

C．两种晶体均为分子晶体

D．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平面三角形

[解析]　A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；

B项，立方相氮化硼中只含有σ键，错误；

C项，立方相氮化硼是原子晶体，错误；

D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形，正确。

13．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据：

金刚石

晶体硼

熔点/K

＞3823

1683

2573

沸点/K

5100

2628

2823

硬度

10

7.0

9.5

（1）晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是_________________________

________________________________________________________________________。

（2）已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体（如图），其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。

通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成，键角为________。

[答案]　

（1）原子　晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为原子晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为原子晶体

（2）12　60°

[解析]　

（2）每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到

，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有

×

20＝12个。

又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°

。

14．

（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（

，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）。

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（

）　②

107

[解析]　

（1）类比金刚石，晶体锗是原子晶体，每个锗原子与其周围的4个锗原子形成4个单键，故锗原子采用sp3杂化，锗原子间以共价键（或非极性共价键）结合。

（2）①对照晶胞图示及A、B、C点坐标，选A点为参照点，可知D在体对角线的

处，运用比例关系可得D的坐标参数为（

）；

②因为其晶胞类似金刚石晶胞，故其晶胞内含8个Ge原子，ρ＝

＝

107g·

cm－3。

15．

（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apm，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ρg·

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]　

（1）原子晶体　12　

（2）4　正四面体　

[解析]　

（1）金刚砂（SiC）的硬度为9.5，硬度大，属于原子晶体；

每个碳原子连接4个硅原子，每个硅原子又连接其他3个碳原子，所以每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×

4＝12；

该晶胞中C原子个数为8×

＋6×

＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×

10－10cm，体积V＝（a×

10－10cm）3，ρ＝

（2）根据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。

在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×

＋4＝8，则根据晶胞的密度ρ＝

可知V＝

cm3＝

cm3，晶胞的边长a＝

cm，在晶胞中两个最近的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的

，即

cm。