2018-2019版高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 原子晶體與分子晶體 第1課時學案 魯科版選修3.doc

《2018-2019版高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 原子晶體與分子晶體 第1課時學案 魯科版選修3.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019版高中化學 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第3節(jié) 原子晶體與分子晶體 第1課時學案 魯科版選修3.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第1課時　原子晶體 [學習目標定位]　知道原子晶體的概念，熟知常見的原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，能從原子結(jié)構(gòu)的特點，分析理解其物理特性。 一、常見的原子晶體的結(jié)構(gòu) 1．金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型如圖所示。回答下列問題： (1)在晶體中每個碳原子以4個共價單鍵對稱地與相鄰的4個碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 (2)晶體中相鄰碳碳鍵的夾角為109.5，碳原子采取了sp3雜化。 (3)最小環(huán)上有6個碳原子。 (4)晶體中C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。 (5)晶體中C—C鍵鍵長很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點很高。 (6)1 mol C原子組成的金剛石中含有2 mol C—C鍵。 2．二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的空間立體網(wǎng)狀的原子晶體。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 觀察分析二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖，回答下列問題： (1)在二氧化硅晶體中，每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子，同時每個O原子與2個Si原子結(jié)合。 (2)在二氧化硅晶體中，位于四面體中心的原子是硅原子，位于四面體四個頂點上的原子是氧原子。 (3)在二氧化硅晶體中，硅原子采取sp3雜化，Si—O—Si鍵與Si—O—Si鍵的夾角是109.5。 (4)二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)是12，包括6個O原子和6個Si原子。 (5)1 mol二氧化硅晶體中含有4 mol Si—O鍵。 (1)原子晶體：相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。 ①構(gòu)成原子晶體的基本微粒是原子。 ②形成原子晶體的作用力是共價鍵。在原子晶體中只存在共價鍵(極性鍵或非極性鍵)，沒有分子間作用力和其他相互作用。 (2)原子晶體的結(jié)構(gòu)特征 ①由于共價鍵的方向性和飽和性，每個中心原子周圍排列的原子數(shù)目是有限的，故原子不遵循緊密堆積原則。 ②原子晶體呈空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子晶體中不存在單個分子，原子晶體的化學式僅僅表示晶體中的原子個數(shù)關(guān)系。 (3)常見的原子晶體：①常見的非金屬單質(zhì)，如金剛石(C)、硼(B)、晶體硅(Si)等。②某些非金屬化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。 例1　下列物質(zhì)的晶體直接由原子構(gòu)成的一組是(　　) ①CO2?、赟iO2?、劬wSi　④白磷?、莅被宜帷、薰虘B(tài)He A．①②③④⑤⑥ B．②③④⑥ C．②③⑥ D．①②⑤⑥ 答案　C 例2　下列有關(guān)原子晶體的敘述不正確的是(　　) A．金剛石和二氧化硅晶體的最小結(jié)構(gòu)單元都是正四面體 B．含1 mol C的金剛石中C—C鍵數(shù)目是2NA,1 mol SiO2晶體中Si—O鍵數(shù)目是4NA C．水晶和干冰在熔化時，晶體中的共價鍵都會斷裂 D．SiO2晶體是原子晶體，所以晶體中不存在分子，SiO2不是它的分子式 答案　C 解析　金剛石是1個中心碳原子連接4個碳原子，二氧化硅是1個中心硅原子連接4個氧原子，均為正四面體，A項正確；金剛石中，1個C原子與另外4個C原子形成4個C—C鍵，這個C原子對每個單鍵的貢獻只有，所以1 mol C原子形成的C—C鍵為4 mol＝2 mol，而二氧化硅晶體中1個Si原子分別與4個O原子形成4個Si—O鍵，則1 mol SiO2晶體中Si—O鍵為4 mol，B項正確；干冰熔化時只破壞分子間作用力，共價鍵不會斷裂，C項錯誤；原子晶體的構(gòu)成微粒是原子不是分子，D項正確。 規(guī)律總結(jié)　 (1)晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似，即將金剛石中的碳原子換成硅原子。不同的是，硅晶體中的Si—Si鍵的鍵長比金剛石中的C—C鍵的鍵長長。 (2)SiO2晶體結(jié)構(gòu)相當于晶體硅結(jié)構(gòu)中每個Si—Si鍵中間插入一個O原子。 (3)碳化硅晶體與金剛石結(jié)構(gòu)相似，其空間結(jié)構(gòu)中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子個數(shù)之比為1∶1。 二、原子晶體的性質(zhì)與共價鍵的關(guān)系 晶體硅(Si)和金剛砂(SiC)都是與金剛石相似的原子晶體。其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)比較如下表所示： 晶體 鍵能/kJmol－1 鍵長/pm 熔點/℃ 摩氏硬度 金剛石 (C—C)347 154 3 350 10 金剛砂 (C—Si)301 186 2 600 9 晶體硅 (Si—Si)226 234 1 415 7 請根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)，分析其熔點、硬度的大小與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 答案　鍵長越短，鍵能越大，熔點越高，硬度越大；反之，鍵長越長，鍵能越小，熔點越低，硬度越小。 (1)由于原子晶體中原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，故原子晶體：①熔、沸點很高；②硬度大；③一般不導電；④難溶于溶劑。 (2)原子晶體具有不同的結(jié)構(gòu)類型，對于結(jié)構(gòu)相似的原子晶體來說，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的穩(wěn)定性越高，熔、沸點越高，硬度越大。 提醒　原子晶體的熔、沸點不一定高于金屬晶體和離子晶體。如MgO(2 800 ℃)＞SiO2(1 713 ℃)、鎢(3 410 ℃)＞SiO2(1 713 ℃)。 例3　根據(jù)下列物質(zhì)的性質(zhì)，判斷其屬于原子晶體的是(　　) A．熔點2 700 ℃，導電性強，延展性強 B．無色晶體，熔點3 550 ℃，不導電，質(zhì)硬，難溶于水和有機溶劑 C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點為800 ℃，熔化時能導電 D．熔點－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時不導電 答案　B 解析　原子晶體一般不導電，沒有延展性，A項錯誤；原子晶體難溶于水，C項錯誤；原子晶體一般熔點很高，硬度很大，D項錯誤。 例4　下表是某些原子晶體的熔點和硬度。 原子晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺 熔點/℃ 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 分析表中的數(shù)據(jù)，判斷下列敘述正確的是(　　) A．構(gòu)成原子晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高 B．構(gòu)成原子晶體的原子間的共價鍵鍵能越大，晶體的熔點越高 C．構(gòu)成原子晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大 D．構(gòu)成原子晶體的原子的相對分子質(zhì)量越大，晶體的硬度越大 答案　B 1．下列物質(zhì)中，屬于原子晶體的化合物是(　　) A．無色水晶 B．晶體硅 C．金剛石 D．干冰 答案　A 解析　A項，無色水晶是原子晶體，屬于化合物；B項，晶體硅是單質(zhì)；C項，金剛石是單質(zhì)；D項，干冰是分子晶體。 2．下列有關(guān)原子晶體的敘述中正確的是(　　) A．原子晶體中只存在非極性共價鍵 B．原子晶體的熔點一定比金屬晶體的高 C．在SiO2晶體中，1個硅原子和2個氧原子形成2個共價鍵 D．石英晶體是直接由硅原子和氧原子通過共價鍵所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體 答案　D 解析　原子晶體單質(zhì)中含有非極性共價鍵，原子晶體化合物中存在極性共價鍵；在SiO2晶體中，1個硅原子與周圍4個氧原子形成4個Si—O鍵；金屬晶體的熔點差別很大，有些金屬晶體(如W)熔點可能高于某些原子晶體的熔點。 3．二氧化硅晶體是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖所示，下列關(guān)于二氧化硅晶體的說法中正確的是 (　　) A．1 mol SiO2晶體中Si—O鍵為2 mol B．二氧化硅晶體的分子式是SiO2 C．晶體中Si、O原子最外電子層都滿足8電子結(jié)構(gòu) D．晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為8 答案　C 解析　A選項錯誤，SiO2晶體中，1個硅原子與周圍4個氧原子形成Si—O鍵，所以1 mol SiO2晶體中Si—O鍵為4 mol；B選項錯誤，晶體中1個硅原子與周圍4個氧原子形成共價鍵，1個氧原子與周圍2個硅原子形成共價鍵，SiO2表示晶體中Si、O原子個數(shù)比為1∶2，并不是分子式；C選項正確，1個硅原子分別與4個氧原子形成4對共用電子對，1個氧原子分別與2個硅原子形成2對共用電子對，所以Si、O原子最外電子層都滿足8電子結(jié)構(gòu)；D選項錯誤，晶體中最小環(huán)上硅與氧交替連接，SiO2晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)為12，其中6個為硅原子，6個為氧原子。 4．科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是 (　　) A．碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體 B．碳氮鍵鍵長比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短 C．氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多 D．碳、氮單質(zhì)的化學性質(zhì)均不活潑 答案　B 解析　由“這種化合物可能比金剛石更堅硬”可知，該晶體應該是一種原子晶體，原子晶體的結(jié)構(gòu)是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而不是平面結(jié)構(gòu)，A選項錯誤；氮原子的半徑比碳原子的半徑小，二者所形成的共價鍵的鍵長要比碳碳鍵的鍵長短，所以該晶體的硬度應該比金剛石更高，B選項正確；原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會影響所形成的晶體的硬度等，所以C、D選項錯誤。 5．回答下列問題： (1)氮化碳和氮化硅晶體結(jié)構(gòu)相似，是新型的非金屬高溫陶瓷材料，它們的硬度大、熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定。 ①氮化硅的硬度________(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度，原因是________________ ________________________________________________________________________。 ②已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中，原子間都以單鍵相連，且氮原子與氮原子不直接相連、硅原子與硅原子不直接相連，同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，請寫出氮化硅的化學式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)第ⅢA、ⅤA族元素組成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半導體材料，其晶體結(jié)構(gòu)與單晶硅相似。 ①在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(gòu)成的空間構(gòu)型為____________，GaN屬于______晶體。 ②三種新型半導體材料的熔點由高到低的順序為_________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①小于　氮化硅和氮化碳均為原子晶體，氮化硅中N—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小?、赟i3N4 (2)①4　正四面體　原子?、贕aN＞GaP＞GaAs 解析　(1)①氮化硅和氮化碳均為原子晶體。氮化硅中N—Si鍵的鍵長比氮化碳中C—N鍵的鍵長長，鍵能小，所以氮化硅硬度比氮化碳小。 ②由題意知，氮化硅晶體中每個Si原子連接4個N原子，每個N原子連接3個Si原子，Si和N原子均達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其化學式為Si3N4。 (2)①GaN與單晶硅結(jié)構(gòu)相似，所以每個Ga原子與4個N原子形成共價鍵，每個N原子與4個Ga原子形成共價鍵。與同一個Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為正四面體結(jié)構(gòu)，GaN與晶體硅都是原子晶體。②原子半徑越小，共價鍵越強，晶體的熔點越高。 [對點訓練] 題組1　原子晶體的結(jié)構(gòu) 1．下列有關(guān)原子晶體的敘述錯誤的是(　　) A．原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原則 B．原子晶體具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 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 解析　A項，原子晶體中原子之間通過共價鍵相連，而共價鍵具有方向性和飽和性，所以原子晶體中，原子不遵循緊密堆積原則；B項，原子晶體是相鄰原子之間通過共價鍵結(jié)合而成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；C項，原子晶體是由原子以共價鍵相結(jié)合形成的，不存在獨立的分子；D項，原子晶體是原子通過共價鍵連接的，熔化時需要破壞共價鍵。 2．在單質(zhì)的晶體中一定不存在的微粒是(　　) A．原子 B．分子 C．陰離子 D．陽離子 答案　C 解析　A項，例如金剛石由碳原子組成；B項，例如I2由碘分子組成；D項，例如金屬Cu由Cu2＋和自由電子組成；C項中陰離子只能存在于離子化合物中。 3．下列關(guān)于SiO2晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是(　　) A．存在四面體結(jié)構(gòu)單元，O原子處于中心，Si原子處于4個頂角 B．最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子 C．最小的環(huán)上，Si原子和O原子個數(shù)之比為1∶2 D．最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子 答案　D 解析　二氧化硅是原子晶體，為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，存在四面體結(jié)構(gòu)，硅原子處于中心，氧原子處于4個頂角，所以A項錯誤；晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石相似(金剛石中最小碳環(huán)為6個碳原子)，而SiO2晶體只是在兩個Si原子間插入1個O原子，即最小環(huán)含6個Si原子和6個O原子。 4．下列說法正確的是(　　) A．在含4 mol Si—O鍵的二氧化硅晶體中，氧原子的數(shù)目為4NA B．金剛石晶體中，碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2 C．30 g二氧化硅晶體中含有0.5NA個二氧化硅分子 D．晶體硅、晶體氖均是由相應原子直接構(gòu)成的原子晶體 答案　B 解析　在二氧化硅晶體中，每個硅原子形成4個Si—O鍵，故含有4 mol Si—O鍵的二氧化硅晶體的物質(zhì)的量為1 mol，即含有2NA個氧原子，A項錯誤；金剛石中每個碳原子均與另外4個碳原子形成共價鍵，且每兩個碳原子形成一個C—C鍵，故1 mol碳原子構(gòu)成的金剛石中共有2 mol C—C鍵，因此碳原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2，B項正確；二氧化硅晶體中不存在分子，C項錯誤；氖晶體是由單原子分子靠分子間作用力結(jié)合在一起形成的，屬于分子晶體，D項錯誤。 題組2　原子晶體的性質(zhì)及判斷 5．氮化鋁(AlN)常用做砂輪及高溫爐襯材料，熔化狀態(tài)下不導電，可知它屬于(　　) A．離子晶體 B．原子晶體 C．分子晶體 D．無法判斷 答案　B 解析　熔化狀態(tài)下不導電的化合物必定是共價化合物，排除是離子化合物的可能，又因為具有耐高溫的性能，所以必定是原子晶體。 6．下列事實能說明剛玉(Al2O3)是一種原子晶體的是(　　) ①Al2O3是兩性氧化物　②硬度很大?、鬯娜埸c為2 045 ℃　④幾乎不溶于水?、葑匀唤缰械膭傆裼屑t寶石和藍寶石 A．①②③ B．②③④ C．④⑤ D．②⑤ 答案　B 解析?、僦傅氖茿l2O3的分類，⑤指的是剛玉的種類，這兩項都無法說明Al2O3是一種原子晶體。 7．AB型共價化合物晶體，若其原子最外層電子數(shù)之和為8，常是具有半導體性質(zhì)的原子晶體。已知金剛石不導電而導熱；鋯石(ZrO2)不導電、不導熱，卻硬似鉆石；近期用制耐熱器的碳化硅制成了假鉆石，則識別它們的可行方法是(　　) A．能在玻璃上刻劃出痕跡的為金剛石 B．很硬不導電而導熱的是金剛石和碳化硅 C．既可導電又可導熱的是碳化硅 D．不導電的為鋯石 答案　B 解析　金剛石、SiC、鋯石均為原子晶體，但物理性質(zhì)有差異。 8．下列物質(zhì)的熔點順序判斷不正確的是(　　) A．Li>Na>K>Rb B．原子晶體>離子晶體>金屬晶體 C．金剛石>碳化硅>晶體硅 D．NaCl>KCl>CsCl 答案　B 解析　晶體熔、沸點高低取決于結(jié)構(gòu)微粒間作用力的大小，即金屬鍵、共價鍵、離子鍵、分子間作用力的大小。金屬晶體的熔點差別很大，可能比離子晶體的熔、沸點高，離子晶體的熔、沸點與離子半徑和離子所帶電荷數(shù)有關(guān)，電荷數(shù)相同時，離子半徑越小，晶體的熔、沸點越高，原子晶體中原子的半徑越小，熔點越高。 題組3　原子晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的綜合考查 9.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。右圖為其晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復結(jié)構(gòu)單元，其中的每個原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．磷化硼晶體的化學式為BP，屬于離子晶體 B．磷化硼晶體的熔點高，且熔融狀態(tài)下能導電 C．磷化硼晶體中每個原子均形成4個共價鍵 D．磷化硼晶體結(jié)構(gòu)微粒的空間堆積方式與氯化鈉相同 答案　C 解析　根據(jù)題意，磷化硼為超硬耐磨材料，說明其晶體類型為原子晶體，熔融狀態(tài)不導電，A項和B項錯誤；磷化硼原子間均為共價鍵，由圖可以發(fā)現(xiàn)，每個原子均形成4個共價鍵，C正確；由磷化硼的晶體結(jié)構(gòu)可以看出，它的配位數(shù)為4，而NaCl晶體的配位數(shù)為6，二者結(jié)構(gòu)微粒的堆積方式明顯不同，故D錯誤。 10．在40 GPa高壓下，用激光器加熱到1 800 K時，科學家成功地制得了原子晶體CO2，下列有關(guān)這種CO2晶體推斷正確的是(　　) A．原子晶體CO2易升華，可用做制冷劑 B．原子晶體CO2的硬度和耐磨性都不如水晶 C．原子晶體CO2有很高的熔、沸點，很大的硬度，可用做耐磨材料 D．每摩爾原子晶體CO2含2 mol C—O鍵，每摩爾C原子與4 mol O原子形成共價鍵 答案　C 解析　原子晶體CO2中C和O原子之間以共價鍵結(jié)合成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，共價鍵作用強，所以其具有很高的熔、沸點，很大的硬度，A不正確，C正確；CO2與SiO2組成相似，將SiO2晶體中的Si原子換成C原子就是原子晶體CO2的結(jié)構(gòu)，由于C—O鍵的鍵長小于Si—O鍵的鍵長，C—O鍵的鍵能大于Si—O鍵的鍵能，所以原子晶體CO2的硬度和耐磨性都強于水晶，B不正確；在原子晶體CO2中，每個C原子都處于4個氧原子構(gòu)成的四面體的中心，所以每摩爾原子晶體CO2中含有4 mol C—O鍵，每摩爾C原子與4 mol O原子形成共價鍵，D不正確。 11．已知氮化碳晶體是新發(fā)現(xiàn)的高硬度材料，且構(gòu)成該晶體的微粒間只以單鍵結(jié)合。下列關(guān)于該晶體的說法錯誤的是(　　) A．氮化碳屬于原子晶體，比金剛石中的硬度更大 B．該晶體中每個碳原子與4個氮原子相連，每個氮原子與3個碳原子相連，氮化碳的化學式為C3N4 C．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿足8電子結(jié)構(gòu) D．該晶體與金剛石相似，都是原子間以非極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 答案　D 解析　氮化碳為高硬度材料且是由非金屬元素組成，因此該晶體應為原子晶體。又因為C—C鍵鍵長大于C—N鍵鍵長，故C—N鍵的鍵能大于C—C鍵，硬度更大的是氮化碳，A項正確；每個C原子與4個N原子形成共價單鍵，每個N原子與3個C原子形成共價單鍵，C原子和N原子的最外層都達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以氮化碳的化學式為C3N4，B、C項正確；氮化碳晶體原子間以N—C極性鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，D項錯誤。 12．氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作高溫潤滑劑；立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，下列關(guān)于這兩種晶體的說法正確的是(　　) A．六方相氮化硼與石墨一樣可以導電 B．立方相氮化硼含有σ鍵和π鍵，所以硬度大 C．兩種晶體均為分子晶體 D．六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為平面三角形 答案　D 解析　A項，六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動的電子或離子，所以不導電，錯誤；B項，立方相氮化硼中只含有σ鍵，錯誤；C項，立方相氮化硼是原子晶體，錯誤；D項，由六方相氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)可知，每個硼原子與相鄰3個氮原子構(gòu)成平面三角形，正確。 [綜合強化] 13．單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)： 金剛石 晶體硅 晶體硼 熔點/K ＞3 823 1 683 2 573 沸點/K 5 100 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體(如圖)，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個B原子。通過觀察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由________個B原子組成，鍵角為________。 答案　(1)原子　晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體硅和金剛石之間，而金剛石和晶體硅均為原子晶體，B與C相鄰且與Si處于對角線位置，也應為原子晶體 (2)12　60 解析　(2)每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到，每個三角形中有3個這樣的點，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(B原子)有20＝12個。又因晶體B中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60。 14．(1)Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，其中Ge原子的雜化方式為______________，微粒之間存在的作用力是__________________。 (2)晶胞有兩個基本要素：①原子坐標參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。如圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為(，0，)，C為(，，0)。則D原子的坐標參數(shù)為__________________________。 ②晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a＝565.76 pm，其密度為________ gcm－3(列出計算式即可)。 已知：Ge的相對原子質(zhì)量為73。 答案　(1)sp3　共價鍵(或非極性共價鍵) (2)①(，，)　②107 解析　(1)類比金剛石，晶體鍺是原子晶體，每個鍺原子與其周圍的4個鍺原子形成4個單鍵，故鍺原子采用sp3雜化，鍺原子間以共價鍵(或非極性共價鍵)結(jié)合。(2)①對照晶胞圖示及A、B、C點坐標，選A點為參照點，可知D在體對角線的處，運用比例關(guān)系可得D的坐標參數(shù)為(，，)；②因為其晶胞類似金剛石晶胞，故其晶胞內(nèi)含8個Ge原子，ρ＝＝107 gcm－3。 15．(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，則金剛砂晶體類型為________；在SiC中，每個C原子周圍最近的C原子數(shù)目為______________；若晶胞的邊長為a pm，則金剛砂的密度表達式為______________________________。 (2)硅的某種單質(zhì)的晶胞如圖乙所示。GaN晶體與該硅晶體相似。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(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為______________________。若該硅晶體的密度為ρ gcm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶體中最近的兩個硅原子之間的距離為____________ cm(用代數(shù)式表示即可)。 答案　(1)原子晶體　12　 (2)4　正四面體　 解析　(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，硬度大，屬于原子晶體；每個碳原子連接4個硅原子，每個硅原子又連接其他3個碳原子，所以每個碳原子周圍最近的碳原子數(shù)目為34＝12；該晶胞中C原子個數(shù)為8＋6＝4，Si原子個數(shù)為4，晶胞邊長為a10－10 cm，體積V＝(a10－10 cm)3，ρ＝＝。 (2)根據(jù)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)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(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為正四面體。在晶體Si的晶胞中含有Si原子的數(shù)目是8＋6＋4＝8，則根據(jù)晶胞的密度ρ＝可知V＝＝ cm3＝ cm3，晶胞的邊長a＝＝ cm，在晶胞中兩個最近的Si原子之間的距離為晶胞體對角線長的，即 cm。