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第三章 晶体结构与性质
课时2 分子晶体和原子晶体
［知识梳理］
一、分子晶体
1. 分子间作用力：________之间的相互作用，即分子间作用力存在于________之间。
(1)分子间作用力分为____________和________。
(2)范德华力一般是最小的粒子间的作用，影响范德华力的因素是________和分子的_______，__________越大、有________的分子的范德华力就大；氢键作用大于范德华力。
2. 分子晶体：由________构成的晶体叫分子晶体。构成粒子：________；晶体粒子间的作用：____________；所以分子晶体具有较_____的熔点和沸点。分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越________。
(1)由于构成分子晶体的粒子是分子，所以分子晶体的固体和熔融态的液体都________导电；但部分分子晶体能溶于水形成自由移动的________，就能导电。如液态硫酸_______导电，但硫酸水溶液________导电。
(2)分子晶体的溶解性遵循“____________”原理，即极性分子的溶质易溶于________分子形成的溶剂，非极性分子的溶质一般能溶于________分子的溶剂。若溶质分子能与溶剂形成氢键，将使溶质的溶解度显著________。如NH3、C2H5OH、CH3COOH由于与水形成氢键，能与水________。
(3)白磷晶体中，分子间的作用是________；分子构型是________型，存在真正的共价键――非极性键，键角是_____°，有_____对共用电子对和_____对孤对电子。
(4)干冰晶体中，每个分子与12个分子相邻，该晶体为分子晶体。
二、原子晶体
1. 共价键：通过______________而形成比较强的化学键，分为极性键、非极性键等。原子半径和越小，键长一般越______，键能越______。
2. 原子晶体：原子之间都以________结合形成的____________结构的晶体。构成粒子：___________；晶体粒子间的作用：___________；由于都是__________，所以原子晶体的熔点和沸点都________，硬度______，__________导电。
3. 常见的原子晶体有：(1)某些单质，如金刚石、硅(Si)、硼(B)和锗(Ge)等；(2)某些化合物，如二氧化硅SiO2)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)等。
4. 在金刚石晶体中，任一碳原子以4个sp3杂化轨道形成_____________型的轨道构型，所以与其相连的4个碳原子相连形成__________型的结构，键角是_______。晶体硅、二氧化硅、碳化硅的结构与金刚石相似。两种元素形成的晶体的化学式仅表示_______。
5．原子晶体的物理性质
熔、沸点_______，硬度________；原子半径和越小，键长越____，键能越_____，原子晶体的熔、沸点、硬度就越_______。______________一般的溶剂；_____导电。
三、混合型晶体
石墨是常见的混合型晶体，其基本结构单元为______________，键角为________；每个碳原子被_____个碳环共用，每个C－C被_____个碳环共用，所以在碳环中碳原子数与C－C数之比是__________。
［直击高考］
高考要求：①了解原子晶体的特征；②能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系；③知道分子晶体的涵义、特征；④知道分子晶体的熔点、沸点等物理性质的特点。
［典例诠释］
例1 用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，同时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，这种化台物可以比金刚石更坚硬，其原因可能是 ( )
A. 碳、氮原子构成空间网状结构的晶体 B. 碳、氮的单质化学性质均不活泼
C. 碳、氮键比金刚石中的碳碳键短 D. 氮原子最外层电子数比碳原子多
分析 碳氮化合物薄膜比金刚石更坚硬，说明此薄膜属于原子晶体范畴；二此原子晶体中共价键的键长(原子半径和)必须比C-C短，符合条件。
全解 AC
解后思 分子间作用力影响分子晶体的物理性质，共价键即影响原子晶体的物理性质，又影响原子晶体的化学性质。比较原子晶体物理性质，就要知道粒子间作用的类型，以及比较大小的方法。
例2 在x mol石英晶体中，含有Si-O键数是 ( )
A. x mol B. 2x mol C. 3 x mol D. 4x mol
分析 SiO2的结构类似于金刚石的空间网状结构，但每个Si键合4个O，每个O键合2个Si。x mol石英(SiO2)晶体有x mol Si，由于每个Si键合四个O，就形成4个Si-O键；所以形成的Si-O键的物质的量为4x mol。
全解 D
易错点 此题易与1mol金刚石含有多少C-C混淆。对于金刚石中的碳原子都是作为研究对象，因此含有的C-C键为4mol×=2mol。对于二氧化硅还可以这样考虑：1 mol SiO2中，n(Si-O)=n(Si)×4×+ n(O)×2×= 1 mol×4×+ 2 mol×2×=4 mol。
［实战训练］
1．下列各晶体中任意一个原子都被相邻的4个原子所包围；以共价键结合成正四面体结构，并向空间伸展成网状结构的是 ( )
A. 甲烷 B. 石墨 C. 晶体硅 D. 水晶
2．晶体熔化时，必须破坏非极性共价键的是 ( )
A. 冰 B. 晶体硅 C. 溴 D. 二氧化硅
3. 下列说法中错误的是 （ ）
A．分子间作用力是一种较弱的化学键，键能较低
B．由于分子晶体和原子晶体内的作用力不同，故它们的熔沸点差别比较大
C．原子晶体中只含有非极性键，而不含有极性键
D．原子晶体中，各原子间以共价键结合，所以不存在单个的分子
4. 下列性质符合分子晶体的是 ( )
A. 熔点1070℃，易熔于水，水溶液能导电
B. 熔点是10.31℃，液体不导电，水溶液能导电
C. 熔点97.81℃，质软，能导电，密度是0.97g/cm3
D. 熔点781℃，熔化时能导电，水溶液也能导电
5. 下列说法正确的是 ( )
A. 离子化合物中可能含有共价键 B. 分子晶体中的分子内不含有共价键
C. 分子晶体中一定有非极性共价键 D. 分子晶体中分子一定有极性键
6. 假设原子晶体SiO2中Si原子被铝原子取代，不足的价数由钾原子补充。当有25%的硅原子被铝原子取代时，可形成正长石。则正长石的化学组成为 ( )
A．KAlSiO4 B．KAlSi2O6 C．KAlSi2O8 D．KAlSi3O8
7. 水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是 （ ）
A. 玻璃态是水的一种特殊状态
B. 水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C. 水由液态变为玻璃态，体积缩小
D. 玻璃态水是分子晶体
8. 已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间以单键结合。下列C3N4晶体的说法中正确的是 ( )
A．C3N4晶体是分子晶体
B．C3N4晶体中，C-N键的键长比金刚石中的C-C键的键长要短
C．C3N4晶体中，C、N原子个数比为3：4
D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
9. 1999年美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，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. 原子晶体干冰易气化，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4molC—O键
10. 下列分子或晶体均不属于正四面体结构的是___________
① 二氧化碳 ② 晶体硅 ③ 金刚石 ④ 甲烷 ⑤ 白磷 ⑥ 氨气
11. 碳化硅（SiC）是一种晶体，具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子位置是交替的，在下列三种晶体中，①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅，它们的熔点由高到低的是的顺序是_____________________。
12. 选择以下物质填写下列空白
A. 干冰 B. 氯化铵 C. 烧碱 D. 固体碘
⑴晶体中存在分子的是______________(填写序号，下同)
⑵晶体中既有离子键又有共价键的是__________________________。
⑶熔化时不需要破坏共价键的是______________________。
⑷常况下能升华的是________________________。
13.“可燃冰”是深藏在海底的白色晶体，存储量巨大，是人类未来极具潜在优势的洁净能源。在高压低温条件下,由水分子形成空间笼状结构，笼中“关”甲烷而形成，如某种可燃冰的存在形式为CH4·5.75H2O。
（1）“可燃冰” CH4·5.75H2O的分子中，m（CH4）：m（H2O）=______________
（2） 若要从“可燃冰”中分离出甲烷，可用下列两中方法：①在一定温度下，_____使气体从水合物中分离出来；在一定压力下，___________使气体从水合物中分离出来。
14. 德国和美国科学家首先制出由20个碳原子组成的
空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成（如
右图）。请回答:
C20分子共有_______个正五边形，共有_______条棱边，
C20晶体属于____________ (填晶体类型)。
15. A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。
请填空：
（1）形成单质A的原子结构示意图为_____________，它的最高化合价为________。
（2）B的化学式为_______________，B的晶体类型为_______________。B和碳反应生成A和E的化学方程式是_____________________________________________。
（3）C的化学式为___________________，D的化学式为_______________。
16. (SN)n是最早发现的无机高分子化合物，n是五个很大的整数。由许许多多(SN)n分子组成的晶体，有各向异性的结构特点。最典型的是，从晶体两个相互垂直的方向上，在室温下测定其导电率，其相差竟在2个数量级上。回答下列问题：
(1)已知(SN)n由S2N2聚合而成的，在S2N2中，S和N的化合价数值视为相同，则S2N2分子结构是____________________(画出其结构)。
(2)上述晶体属于________(填晶体类型)，理由是_____________________________。
(3)(SN)n分子的几何形状是__________(填“平面型”、“立体型”或“线型”)，理由是____________________________________________________________________。
备用题
1. 下列物质的液体中，不存在分子是 ( )
A. 二氧化硅 B. 二氧化硫 C. 二氧化碳 D. 二硫化碳
2．石英玻璃是将纯石英在1600℃高温下熔化，冷却后形成的玻璃体。关于石英玻璃的结构和性质的叙述中正确的是 ( )
A. 石英玻璃属于原子晶体
B. 石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀
C. 石英玻璃的结构类似于液体
D. 石英玻璃能经受高温剧变且能抗碱的腐蚀
3. 下列属于分子晶体的一组物质是 ( )
A. CaO、NO、CO B. CCl4、H2O2、He
C. CO2、SO2、NaCl D. CH4、O2、Na2O
4. ① 在SiO2晶体中，每个Si原子与_______个O原子结合，构成_________结构，Si位于_________________。
② 在SiO2晶体中，Si原子与O原子个数比为____________。
③ 在SiO2晶体中，最小的环为________个Si和________个O组成的_________环。
5．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1 300℃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，原子间以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和S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SiCl4和N2在H2气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为________________________________________________________。
课时2 分子晶体和原子晶体
1. C 2. B 3. AC 4. B 5. A 6. D 7. A 8. BC 9. B 10. ①⑥ 11. 金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅 12.(1) AD (2) BC (3) ACD (4) A 13. 32∶207 减压
升温 14. 12 30 分子晶体 15.(1) +4 (2)SiO2 原子晶体
(3)CaSiO3 Na2SiO3 16. (1) (注：N原子的p电
子在此忽略) (2)分子晶体 因为它是由许许多多(SN)n分子组成的晶体，由分子组成的晶体即为分子晶体。 (3)线型 由很多S2N2分子中的N原子的p电子相互成键而聚合形成的。而且线型分子整齐而有序排列形成的晶体，在线伸长方向及其垂直方向上导电率相差巨大，由题意得其为线型分子。
备用题
1. A 2. A 3. B 4. ① 4 正四面体 正四面体中心 ② 1∶2 ③ 6 6 12元 5. (1) 原子 (2) Si3N4 (3)
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A+E
B
C
D+H2O
加碳
高温
加氧化钙
高 温
加氢氧化钠
加 热
+14
8
2
4
SiO2+2C Si+2CO
高温
S
N N
S
6SiCl4 + 4N2 + 12H2 2Si3N4 + 24HCl
强热
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