选修3专题八：分子晶体原子晶体.doc

专题八 分子晶体和原子晶体

一、分子晶体
1、定义：只含分子的晶体称为分子晶体（晶体中的质点是分子）
2、构成微粒：分子（稀有气体原子属于单原子分子）
说明：只有分子晶体才有真正的分子存在，才有分子式。其他晶体无分子存在，例如：Cu（金属晶体）、NaCl（离子晶体）、SiO2（原子晶体）等。
3、作用力：分子间以分子间作用力（范德华力和氢键）相结合的，分子内的原子以共价键结合（稀有气体分子内部无共价键）。——熔化时破坏范德华力和氢键
例：干冰晶体中只含有CO2分子，碘晶体中只含有I2分子。
4、物理性质（第二章）：沸点低、硬度小（范德华力、氢键弱）；固态或熔融态不导电，溶于水可能导电（例如：HCl）
u 比较不同分子晶体溶沸点：
a．组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。
b．具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S。
c．组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2。
d．同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。

5、常见分子晶体：
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、稀有气体等
部分非金属氧化物
CO2、P4O6、P4O10SO2等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物的晶体
苯、乙醇等
6、分子晶体的结构特点：

分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有       ,无      
（范德华力无方向性和饱和性）
有分子间氢键,它具有       性
空间特点
每个分子周围一般有    个
紧邻的分子
空间利用率不高,留有相当大的空隙
举例
C60、干冰、I2、O2

(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子
(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个
HF、NH3、冰
在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。氢键具有方向性，而氢键的存在迫使四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子的相互吸引，这一排列使冰晶体中空间利用率不高，皆有相当大的空隙，使得冰的密度减小。

【答案】范德华力 分子间 氢键 方向 12

二、原子晶体
1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成的空间立体网状结构的晶体。
2、构成微粒：原子。
说明：原子晶体中无分子，其化学式只表示原子个数比。
3、微粒间的作用力：共价键（化学键强于范德华力和氢键）
说明：熔化时破坏共价键。
【区别】原子晶体与分子晶体
氢键
范德华力
共价键

原子 分子 分子晶体
共价键

原子 原子晶体
4、原子晶体的物理性质：熔、沸点很高，硬度很大；难溶于一般的溶剂；不导电。
u 比较不同原子晶体溶沸点：
―→―→―→
如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅。
5、常见的原子晶体：
物质种类
实例
某些非金属单质
如晶体硼(B)、晶体硅(Si)、金刚石（C）、锗(Ge)和灰锡（Sn）等
某些非金属化合物
如碳化硅(SiC，俗称金刚砂)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等
某些氧化物
如二氧化硅(SiO2)
6、典型的原子晶体
晶体
晶体结构
晶体详解
原子晶体
金刚石（与晶体硅相似）

(1) 每个C原子以sp3杂化，与相邻4个碳以共价键结合，形成正四面体结构
(2) 每个 C-C键长相等，键角均为109°28′
(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内（最多4个）
(4)每个C参与4条C—C键的形成，C原子数与C—C键数之比为1:2。
(5)含1mol碳原子的金刚石含2molC—C键
(6)每个C原子连接12个六元环
SiO2

(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构
(2) 最小环上有12个原子，即6个O,6个Si
(3)每个正四面体占有1个Si,4个“O”，n(Si):n(O)＝1:2

(4)1mol SiO2含有1molSi原子，2molO原子，4mol Si—O键

【小结】分子晶体、原子晶体对比

分子晶体
原子晶体
构成晶体微粒
分子
原子
形成晶体的作用力
分子间作用力
共价键
物理性质
熔沸点
原子晶体>分子晶体
硬度
较小
较大
导电性
固态和熔融状态都不导电
不导电 (半导体Si除外)
溶解性
相似相溶
难溶于常见溶剂
典型实例
P4、干冰、硫
金刚石、二氧化硅

高频考点一：分子晶体
例1. 下列各组中都属于分子晶体的是（　 ）
　　A、碘、二氧化碳、白磷、C60　　　B、食盐、二氧化碳、白磷、二氧化硅
　　C、SO2、金刚石、N2、铜　　　　　D、醋酸、甲烷、石墨、氧化钠
【答案】A　
【解析】非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体是分子晶体。B选项中的食盐、二氧化硅，C选项中的金刚石、铜，D选项中的石墨、氧化钠都不是分子晶体。

【变式练习1】下列各组物质属于分子晶体的是
A.SO2，SiO2，P2O5
B.PCl3，CO2，H2SO4
C.SiC，H2O，NH3             
D.HF，CO2，Si
【答案】B
【解析】SiO2，SiC，Si均为原子晶体。

【变式练习2】下列晶体熔化时，只需克服分子间作用力的是
A.钠
B.二氧化硅晶体
C.干冰
D.氧化镁
【答案】C
【解析】一般来说，分子晶体熔化时，要克服分子间作用力，不需破坏分子内部的共价键，原子晶体熔化时，要克服共价键，离子晶体熔化时，要克服离子键，金属晶体熔化时，要克服金属键。

例2. 下列分子晶体中不存在共价键的是
A.干冰
B.晶体碘
C.氖晶体
D.C60
【答案】C
【解析】氖为单原子分子，分子中不存在共价键。

【变式练习】下列关于分子晶体的说法正确的是（ ）
A.晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B.在分子晶体中一定存在共价键
C.冰和Br2都是分子晶体
D.稀有气体不能形成分子晶体
【答案】C
【解析】A项，分子晶体中分子间作用力越大，晶体的熔、沸点越高，不影响分子的稳定性；B项，在He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn形成的分子晶体中只有分子间作用力，而无共价键；D项，稀有气体能形成分子晶体。

例3. 分析下列各物质的物理性质，判断其固态不属于分子晶体的是（ ）
A.碳化铝，黄色晶体，熔点 2200°C，熔融态不导电
B.溴化铝，无色晶体，熔点 98°C，熔融态不导电
C.五氧化钒，无色晶体，熔点 19. 5°C，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D.溴化钾，无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电
【答案】AD
【解析】分子晶体一般具有较低的熔点。A项中碳化铝熔点非常高，不属于分子晶体(为原子晶体)。D项中溴化钾为离子晶体。

【变式练习1】分子晶体具有某些特征的本质原因是（ ）
A.组成晶体的基本粒子是分子
B.熔融时不导电
C.晶体内微粒间以分子间作用力相结合
D.熔点一般比原子晶体低
【答案】C
【解析】分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，其本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是比较弱的。

【变式练习2】下列关于分子晶体的说法不正确的是（ ）
A.晶体的构成微粒是分子
B.干燥或熔融时均能导电
C.分子间以分子间作用力相结合
D.熔、沸点一般比较低
【答案】B
【解析】A项，分子晶体是由分子构成的；B项，干燥或熔融时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电；C项，分子间以分子间作用力相结合；D项，分子晶体的熔、沸点一般比较低。

例4. 干冰熔点很低是由于（ ）
A.CO2是非极性分子
B.键的键能很小
C.CO2化学性质不活泼
D.CO2分子间的作用力较弱
【答案】D
【解析】干冰属于分子晶体,其熔点低是由于分子间的作用力较弱。

【变式练习】碘易升华是因为（ ）
A.碘的化学性质较活泼
B.碘分子中共价键不稳定
C.碘原子最外层有7个电子
D.碘是分子晶体，分子间作用力较弱
【答案】D
【解析】碘是分子晶体，分子间作用力较弱，所以碘易升华，故选D项。

例5. （多选）据报道，科研人员应用电子计算机模拟出类似C60的物质N60，试推测下列有关N60的说法正确的是（　　）
A、N60易溶于水
B、N60是一种原子晶体，有较高熔点和硬度
C、N60的熔点高于N2
D、N60的稳定性低于N2
【思路点拨】不同晶体类型的熔沸点取决因素不同，熔沸点的高低有一定差异。
【答案】CD
【解析】本题是综合考查晶体的组成结构、性质以及化学键知识的综合信息题。
N60是一种单质，无极性，不易溶于极性溶剂水中，所以A错误。根据N60这种写法，即表明60个N原子形成N60分子，它应是分子晶体，分子晶体相对分子质量越大，熔沸点越高。所以B错误，C正确。N2以“N≡N”结合，N60只存在“N—N”，“N≡N”比“N—N”牢固得多，所以D正确。

【变式练习1】SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测中不正确的是（ ）
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
【答案】B
【解析】由于SiCl4具有分子结构，所以属于分子晶体。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与CCl4的结构相似，也是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量，所以SiCl4的分子间作用力大，熔、沸点比CCl4高。

HgCl2稀溶液可用作外科手术的消毒液。已知其熔点是227℃，不能导电，HgCl2稀溶液有弱的导电能力。则下面关于HgCl2叙述不正确的是
A.HgCl2是电解质
B.HgCl2是盐，属离子化合物
C.HgCl2固体是分子晶体
D.HgCl2是盐，属共价化合物
【答案】B
【解析】根据题给信息“HgCl2的熔点是227°C，不能导电，稀溶液有弱的导电能力”可知HgCl2为共价化合物。

【变式练习2】已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190℃，则下列结论错误的是（ ）
A.氯化铝是电解质
B.固体氯化铝是分子晶体
C.可用电解熔融氯化铝的办法制取金属铝
D.氯化铝为非极性分子
【答案】C
【解析】本题考查了氯化铝的性质。氯化铝溶于水可导电，为电解质，故A正确，不选。氯化铝熔点较低，为分子晶体，故B正确，不选。氯化铝为熔点低，应为分子晶体，则为共价化合物，熔融状态下不导电，应用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，故C错，选C。氯化铝易溶于有机物，应为非极性分子，故D正确不选。

【变式练习3】S2Cl2是橙黄色液体。少量泄漏会产生窒息性气味，喷水雾可减慢挥发，并产生酸性悬浊液。其分子结构如图所示。下列关于S2Cl2的说法错误的是（ ）

A.与S2Br2结构相似，熔沸点S2Br2>S2Cl2
B.分子中既含有极性键又含有非极性键
C.与水反应的化学方程式可能为2S2Cl2+2H2OSO2↑+3S↓+4HCl
D.为非极性分子
【答案】D
【解析】本题考查了利用了化合物的结构来判断化合物的性质，结构决定性质。A、中形成的晶体都是分子晶体，熔沸点和分子间作用力有关系，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。B、分子中既含有Cl－S极性键，又有S－S非极性键。C、由题意得会产生酸性黄色浑浊，可知产物当中有S,不难写出S 2Cl 2 和水反应的化学方程式。S 2Cl 2 的结构不对称为极性分子。D、S 2Cl 2 的结构不对称为极性分子。

例6. 如图是已经合成的最著名的硫氮化合物的分子结构。下列说法正确的是（ ）

A.该物质的分子式为SN
B.该物质的分子中既有极性键又有非极性键
C.该物质具有很高的熔沸点
D.该物质与化合物S2N2互为同素异形体
【答案】B
【解析】该物质的分子式为S4N4,A项错误;该物质的分子中既有S—N极性键又有S—S非极性键,B项正确;该物质属于分子晶体,熔沸点较低C项错误;同素异形体指的是同种元素形成的不同单质,D项错误。

【变式练习1】最近发现一种由钛（Ti）原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如图所示，其中圆圈表示钛原子，黑点表示碳原子，则它的化学式为（　 ）

　　A、TiC　　　B、Ti13C14　　　C、Ti4C7　　　D、Ti14C13
【答案】D　
【解析】特别注意，此为分子而非晶胞，一个点就代表一个原子。

【变式练习2】第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子，若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离H2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为（　 ）
　　A、CH4·14H2O　　　 B、CH4·8H2O　　 C、CH4·(23/3)H2O　　 D、CH4·6H2O
【答案】B　
【解析】根据题目所给信息：8个笼共有水分子46+2=48个，有CH4分子6个。可得出两者比值。

例7. (1)如图为干冰的晶体结构示意图。

干冰晶体内存在的粒子间作用力有                                         。通过观察分析，每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2分子有　　　　个将CO2分子视作质点，设晶胞边长为a pm，则紧邻的两个CO2分子的距离为　　　　pm。若其晶胞边长为apm，列式表示该晶体的密度              g·cm－3 (只列出表达式，不必化简)。
(2)在冰晶体中，水分子之间的主要作用力是　　　　，还有　　　　，由于该主要作用力与共价键一样具有　　　　性，故1个水分子周围只能有　　　　个紧邻的水分子，这些水分子位于　　　　的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率　　　　(填“较大”或“较小”)，故冰的密度比水的密度要　　　　(填“大”或“小”)。
【答案】(1) 共价键、分子间作用力 12　　a　 (2)氢键　范德华力　方向　4　四面体　较小　小
【解析】观察并分析干冰和冰的晶体结构，可知在干冰晶体中，CO2分子排列为面心立方堆积，顶点为一种取向，三对平行面分别为三种不同取向。离顶点的CO2分子最近的是面心的分子，两者的距离为面对角线的一半，即a。每个CO2分子周围紧邻等距离的CO2共有12个。在冰晶体中，水分子间的主要作用力是氢键，氢键具有方向性，1个水分子周围只有4个紧邻的水分子，使冰晶体中水分子的空间利用率小，结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。
【备注】干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，但干冰是固态的二氧化碳，不是冰。干冰晶体中1个CO2分子周围有12个紧邻的CO2分子，冰中1个H2O分子周围有4个紧邻的H2O分子。

【变式练习1】在中学教材上介绍了干冰晶体，它是一种面心立方结构，即每8个CO2构成的立方体，且在6个面的中心又占据CO2分子各1个，在每个CO2周围距离 (其中a为立方体棱长)的CO2有
A.4个
B.6个
C.8个
D.12个
【答案】D
【解析】例如取面心的一个二氧化碳考査，每个面上距离此分子距离为 (即面心到顶点的距离)的二氧化碳分子为4个，立体上有3个面，所以共有43 = 12个。

【变式练习2】如图为甲烷晶体的晶胞结构,下列有关说法正确的是（ ）

A.甲烷晶胞中的球体只代表1个碳原子
B.晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的甲烷分子
C.CH4晶体熔化时需克服共价键
D.1个甲烷晶胞中含有8个CH4分子
【答案】B
【解析】甲烷是分子晶体,熔化时需克服范德华力。晶胞中的球体代表的是1个甲烷分子,并不是1个碳原子,故A、C错误。以该甲烷晶胞为单元,位于顶点的某1个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个,而这3个甲烷分子在面心上,因此每个都被共用2次,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12个,故B正确。甲烷晶胞属于面心立方晶胞,甲烷晶胞中的球体代表1个甲烷分子,该晶胞含有甲烷的分子个数为8×+6× =4,故D错误。

例8. 水分子间存在一种叫“氢键”的作用力并通过氢键使水分子彼此结合形成缔合分子(H2O)n。在冰中，每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过氢键相互连接成庞大的晶体，其结构如图所示。

(1)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。1 mol冰中有　　　　mol氢键。
(2)水分子可电离生成两种含有相同电子数的微粒，其电离方程式为　　　　　　　　　。
(3)用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点(℃)，则x、y、z的大小关系是　　　　。
【答案】(1)2　(2)H2O+H2OH3O++OH-　(3)x>z>y
水分子间存在氢键，故沸点最高；H2Se比H2S的相对分子质量大，范德华力大，故H2Se的沸点高于H2S的沸点。
【解析】(1)每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键，故每个水分子形成的氢键数为2。(3)由于水分子之间存在氢键，故水的沸点最高；而H2S的沸点低于H2Se，则需用范德华力解释。
【备注】直接由图示中1个水分子形成4个氢键而推出1 mol H2O形成4 mol氢键，从而得出错误答案；未能理解范德华力、升华热、电离、氢键键能间的关系导致错解。

【变式练习1】下列有关分子晶体的说法中一定正确的是（ ）
A.分子内均存在共价键
B.分子间一定存在范德华力
C.分子间一定存在氢键
D.其结构一定为分子密堆积
【答案】B
【解析】稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，A项错误；分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于某些与电负性较强的N、O、F结合的氢原子的分子间或者分子内，B项正确、C项错误；只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，D项错误。

【变式练习2】下列说法不正确的是（ ）
A.共价键有方向性
B.氢键有方向性
C.在冰的晶体中，每个水分子周围只有六个紧邻的水分子
D.冰晶体中水分子的空间利用率比液态水分子的空间利用率低
【答案】C
【解析】在冰的晶体中，每个水分子可形成四个氢键与四个水分子紧邻。

例9. 六氧化四磷的分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8电子结构，则该分子中含有的共价键的数目是
A.10
B.12              
C.24
D.28
【答案】B
【解析】本题考查共价键的形成，题目难度不大，注意白磷的结构以及六氧化四磷的结构模型。分子结构中只含有单键，且每个原子的最外层都满足8电子稳定结构，可先确定P4的结构，即空心正四面体，有6个P-P键，每个P-P键中间插入1个O原子，就成了P4O6，结构为，由图可以看出，有12个共价键，故选B。
【变式练习】据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N键结合三个N原子而形成8电子稳定结构；②N—N键的键能为167kJ·mol-1。请回答下列问题：
(1)N60分子组成的晶体为______晶体，其熔、沸点比N2______(填“高”或“低”)，原因是______。
(2)1 mol N60分解成N2时吸收或放出的热量是______kJ(已知N≡N键的键能为942kJ·mol-1)表明稳定性N60(填“＞”、“＜”或“＝”)N2。
【答案】(1)分子　高　N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高   (2)13230　＜   (3)N60可作高能炸药
【解析】(1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)＞Mr(N2)，故N60晶体中分子的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。
(2)因每个氮原子形成三个N—N键，每个N—N键被2个N原子共用，故1 molN6O中存在N—N键：。发生的反应为N6030N2　△H，故△H＝90×167kJ·mol－1－30×942kJ·mol－1＝－13230kJ·mol－1＜0，为放热反应，表明稳定性N2＞N60。

高频考点二：原子晶体
例10. 有下列8种晶体：A水晶、B.冰醋酸、C.氧化镁、D.白磷、E. 晶体氩、F.氯化铵、G.铝、H.金刚石。用序号回答下列问题。
(1)属于原子晶体的化合物是_______，直接由原子构成的原子晶体是______，直接由原子构成的分子晶体是_______。
(2)由极性分子构成的晶体是_______，含有共价键的离子晶体是______，属于原子晶体的单质是_______。
(3)在一定条件下能导电而不发生化学变化的是_______，受热熔化后化学键不发生变化的是_______。
【答案】(1)A  A、H   E   (2)B   F   H   (3)G  B、D、E
【解析】解答本题时一定要注意选项中的“关键词”。如(1)中属于原子晶体的化合物，则不能选H，因为金刚石为单质；直接由原子构成的晶体不仅有原子晶体，还要注意分子晶体中稀有气体的特殊性——稀有气体为单原子分子；(2)中注意选项中的“定语”即关键词，如极性分子、含有共价键、单质等。

【变式练习1】下列各组晶体中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是
①SiO2和SO3　②晶体硼和HCl　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　⑥硫黄和碘
A.①②③
B.④⑤⑥
C.③④⑥
D.①③⑤
【答案】C
【解析】属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘;属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。晶体氖是由稀有气体分子组成的,稀有气体为单原子分子,分子内不存在化学键。综上所述,本题选C。
【变式练习2】下列晶体中①SiO2　②CO2　③P4　④晶体硅　⑤H2SO4　⑥P2O5　⑦SO3　⑧SiC　⑨冰醋酸　⑩金刚石，属于原子晶体的一组是
A.①③④⑤⑥⑩
B.①④⑧⑩
C.③④⑧⑨⑩
D.全部
【答案】B
【解析】十种物质中属于分子晶体的有：CO2、P4、H2SO4、P2O5、SO3、冰醋酸，其余的4种物质均为原子晶体。

例11. 下列固体熔化时，必须破坏共价键的是（ ）
A. 晶体硅 B. SiO2 C. 冰 D. 干冰
【答案】AB

【变式练习】氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。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的作用力类型相同的是（ ）
A.硫酸钠和金刚石
B.冰和干冰
C.晶体硅和水晶
D.苯和四氯化碳
【答案】C
【解析】氮化硼超硬耐磨、耐高温，是一种原子晶体，熔化时破坏共价键。A项中的硫酸钠是离子晶体，熔化时破坏离子键，A项错误；C项中的两种物质均为原子晶体，熔化时均破坏共价键，C项正确；B、D项中的四种物质都是分子晶体，熔化时都破坏分子间作用力，B、D项错误。

例12. 据报道:用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”,再用一个射频电火花喷射出氮气,可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜,该碳氮化合物的硬度比金刚石的还大,则下列分析正确的是(　　)
A.该碳氮化合物呈片层状结构
B.该碳氮化合物呈空间立体网状结构
C.该碳氮化合物中C—N键的键长比金刚石的C—C键的键长长
D.相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小
【答案】B
【解析】形成的碳氮化合物的硬度比金刚石的还大,说明该碳氮化合物为原子晶体,因此是空间立体网状结构,A错误,B正确;因碳原子半径大于氮原子半径,所以C—N键的键长小于C—C 键的键长,C错误;由题干信息不能得出D结论。

例13. 参照如图SiO2的晶体结构模型分析SiO2晶体的结构，并回答下列问题。

(1)在二氧化硅晶体中有若干环状结构，最小的环状结构由______个原子构成。
(2)在二氧化硅晶体中，硅原子的价电子层原子轨道发生了杂化，杂化的方式是______，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是______。
(3)二氧化硅属于重要的无机非金属材料，请列举两项二氧化硅的主要用途： ①____________。 ②____________。
(4)下列说法中正确的是______。
①凡是原子晶体都含有共价键 ②凡是原子晶体都有正四面体结构
③凡是原子晶体都具有空间立体网状结构 ④凡是原子晶体都具有很高的熔点
【答案】（1）12 （2）sp3 109°28` （3）制石英玻璃，制光导纤维 （4）①③④

【变式练习1】下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（ ）
A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
B．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
【答案】C

【变式练习2】在60gSiO2晶体中，含有Si—O键的物质的量为（　 ）
　　A、1mol　　　B、2mol 　　　C、3mol　　　D、4mol
【答案】D　
【解析】60gSiO2是1mol，在SiO2晶体中，每个Si原子都形成4个Si—O键（实际拥有，不是共用）。

【变式练习3】美国《科学》杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2原子晶体的叙述中不正确的是 （　　 ）
　　A、晶体中C、O原子个数比为1:2　　　B、该晶体的熔点、沸点高，硬度大
　　C、晶体中C—O—C键角为180°　　　 D、晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构
【思考】每摩尔原子晶体“干冰”含2 mol C—O键
【答案】C　
【解析】根据所学原子晶体知识，CO2原子晶体中，不存在CO2分子，应该是空间网状结构，每个C原子与4个氧原子相连、每个O原子与2个C原子相连，形成正四面体形。

【变式练习4】下列晶体中每个原子被相邻的4个原子包围,以共价键相结合形成正四面体的结构,并向空间延伸成网状结构的是(　　)
A.甲烷晶体
B.晶体硅
C.石墨
D.水晶
【答案】B
【解析】由题中该晶体为空间网状结构的正四面体,可排除层状结构的甲烷晶体和且为非正四面体结构的石墨晶体。因每个原子都需满足被相邻的4个原子所包围,而水晶SiO2中的每个氧原子只被两个硅原子所包围,只有晶体硅中的每个硅原子都被其他的4个硅原子所包围。

例14. 在金刚石晶体的网状结构中，含有共价键形式的碳原子环，其中最小的碳环中的碳原子数和C—C键之间的夹角是
A.6个，120°
B.6个，109. 5°
C.5个，109. 5°
D.5个，120°
【答案】B
【解析】最小碳环的碳原子数为6个，5个碳原子形成一个正四面体，碳碳键角为109. 5°。

【变式练习】碳及其化合物与人类关系密切。
(1)碳原子的价层电子排布图为                    ，C、N、O三元素的第一电离能由大到小的顺序为                     ，在丙烯分子中碳原子的杂化方式为      。
(2) 金刚石的晶胞如下图(均为同种原子)，金刚石属于__________晶体。碳原子与碳碳键个数比为         。其中每个碳原子与__________个碳原子最接近且距离相等。在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环为六元环，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。

【答案】(1)；N＞O＞C； sp2、sp3
(2) 原子；1:2；4 　12 4

【解析】本题考查了碳及其化合物的性质、物质结构与性质。(1)碳原子的核电荷数为6，价层电子排布图为，N原子2p轨道电子数为3，正好为半充满状态，处于稳定状态，失电子较难，所以C、N、O的第一电离能由小到大的顺序为：C＜O＜N，丙烯的结构式为，丙烯分子中1个碳原子为sp3杂化，双键上的2个碳原子都是sp2杂化。

(2)在金刚石结构中，每个原子与相邻的4个原子形成正四面体，距离最近，故碳原子的配位数是4，在金刚石结构中，每个碳碳键有一半属于一个碳，故属于一个碳的碳碳键个数为2个，所以碳原子与碳碳键个数比为2:5，由金刚石晶胞的结构可知，一个晶胞中含有的碳原子个数为8×+6×+4=8，设碳原子的半径为r，则碳原子所占的体积为8×π，由图可知，晶胞的面对角线为4r，则晶胞的边长为，一个晶胞的体积为，故碳原子空间利用率为×100％=34%。

例15. 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，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
　　(1)氮化硅晶体属于______晶体。
　　(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si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_______。
　　(3)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）原子晶体 （2）Si3N4 （3）3SiCl4 + 2N2 +6H2Si3N4 + 12HCl。
【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）氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子, Si原子和Si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。
（3）3SiCl4 + 2N2 +6H2Si3N4 + 12HCl。

【变式练习1】氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示。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C3N4
D.每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连
【答案】B
【解析】A项，根据氮化碳的硬度比金刚石大判断，氮化碳属于原子晶体；B项，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；C项，晶体结构示意图中虚线部分(正方形)是晶体的最小结构单元，该正方形顶点的原子被4个正方形共用，边上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4×+4×=3，氮原子数为4，故
【变式练习2】已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是（ ）
A.该晶体属于原子晶体，其熔、沸点很高
B.该晶体中每个碳原子上连有4个氮原子，每个氮原子上连接3个碳原子
C.该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构
D.该晶体与金刚石类似，都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
【答案】D
【解析】由C3N4 晶体的结构和性质可知，C3N4晶体是原子晶体，与金刚石的结构和性质有一定的相似性，但C—N键是极性共价键。

【变式练习3】晶胞是构成晶体的基本重复单元。在二氧化硅晶胞中有8个硅原子位于立方晶胞的8个顶角，有6个硅原子位于晶胞的6个面心，还有4个硅原子与16个氧原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，它们均匀错开排列于晶胞内。根据图示二氧化硅晶胞结构，每个晶胞内所含“SiO2”基元数为

A.4个
B.6个
C.8个
D.18个
【答案】C
【解析】此为“均摊法”在原子晶体中的运用。只需计算硅原子的个数即可知SiO2的基元数。

【变式练习4】石英晶体的平面示意图如下图所示，它实际上是网状结构，其中硅、氧原子的个数比是𝑚﹕𝑛，有关叙述正确的是

A.m﹕n=1﹕2
B.m﹕n=2﹕l
C.原硅酸根SiO44- 的结构为，则二聚硅酸根离子中的x=6
D.六聚硅酸根[Si6O18]y−中的y=10
【答案】AC
【解析】由题给的石英平面图可知Si、O化合物或离子中没有Si−Si键或O−O键，只有Si−O键。抓住这个关键可得出每个硅原子与四个氧原子结合，而每个氧原子与两个硅原子结合，即m个硅原子与2m个氧原子结合，所以有m﹕n=1﹕2。又由Si为+4价，O为−2价， 可得出酸根电荷数，则D中y=12。

例16. 磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如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条共价键
D.磷化硼晶体类型与氯化钠相同
【答案】C
【解析】本题考查磷化硼晶体的结构与性质。A.根据晶胞结构可知，一个晶胞中含有P原子：8×+6×=4；N原子：4×1=4，则化学式是BP，根据题意可知，磷化硼的硬度大，原子间以共价键结合形成稳定结构，即属于原子晶体，错误；B.磷化硼晶体是原子晶体，熔点高，在熔融状态下不能导电，错误；C.由晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均形成4个共价键，正确；D.磷化硼晶体结构微粒的空间堆积方式与氯化钠不同，错误。答案选C。

【变式练习】磷化硼(BP)是一种有价值的耐磨硬涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护薄膜。它是通过在高温氢气氛围下(＞750℃)三溴化硼和三溴化磷反应制得。BP晶胞如图所示。

①画出三溴化硼和三溴化磷的空间结构式。
三溴化硼                     。
三溴化磷                     。
②在BP晶胞中B的堆积方式为                    。
③计算当晶胞晶格参数为478 pm(即图中立方体的每条边长为478 pm)时磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离             。
【答案】①  (要体现平面三角形和三角锥形)②面心立方堆积
③207 pm或239/2
【解析】①三溴化硼分子中B原子无孤电子对，形成3个键，采用sp2 杂化，分子空间构型为平面三角形：；三溴化磷分子中P原子有1对孤电子对，形成3个键，采用sp3 杂化，分子空间构型为三角锥形：  ②根据BP晶胞结构，B原子位于8个顶点和6个面心，堆积方式为面心立方堆积。
③根据晶胞结构，体对角线长等于硼原子和磷原子之间的最近距离的4倍，立方体的边长为478 pm，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为：239/2或