1、3.2.1 几种简单的晶体结构模型考点1 共价晶体1.共价晶体：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。（判断方法）2.典型共价晶体结构模型金刚石的晶体结构模型 (1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5，碳原子采取了sp3杂化。(3)最小环上有6个碳原子。(4)晶体中C原子个数与CC键数之比为12。(5)晶体中CC键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。(6)1 mol C原子组成的金刚石中含有2 mol CC键。
2、通常情况下，晶体硅（Si）、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。碳化硅也叫作金刚砂，人工合成的无机非金属材料。与金刚石结构类似，碳原子和硅原子是交替的，整个晶体中，硅和碳的原子个数比为1:1。碳化硅的硬度大，具有耐热性，耐氧化性和耐腐蚀性，可用作磨料、耐火材料、电热元件等，还可用来制造机械工程中的结构件和化学工程中的密封件。 碳化硅晶体二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下： (1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。(2)在二氧化硅晶体中，位于四
3、面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，SiOSi键与SiOSi键的夹角是109.5。(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。(5)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol SiO键。理解注意：(1)共价晶体：构成原子晶体的基本微粒是原子。形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。(2)共价晶体的结构特征由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体
4、中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。3.共价晶体的性质与共价键的关系晶体硅(Si)、金刚砂(SiC)和金刚石结构与性质比较：晶体键能/kJmol1键长/pm熔点/硬度金刚石(CC)3471543 35010金刚砂(CSi)3011862 6009晶体硅(SiSi)2262341 4157小结：（1）由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：熔、沸点很高；硬度大；一般不导电；难溶于溶剂。（2）共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，
5、键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。考点2 分子晶体1.分子晶体(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。(2)微粒间的作用：分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互吸引。（非金属单质、非金属氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体，大都属于分子晶体。）2典型分子晶体的结构模型 (1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到4个碘分子。氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。(2)干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每
6、个晶胞中有4个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。(3) 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小考点3 晶体结构的复杂性石墨的晶体结构：1在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以3个共
7、价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。2在同一平面的碳原子还各剩下一个2p轨道，并含有一个未成对电子形成键。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，具有金属键的性质，所以石墨沿平行方向导电性强。3石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。这种既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力的晶体，称为混合型晶体。考点4 四种晶体类型的比较离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体构成晶体的粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子和自由电子粒子间的作用离子键共价键分子间作用力(有的有氢
8、键)金属键作用力强弱(一般情况下)较强很强弱较强确定作用力强弱的一般判断方法离子所带电荷总数、离子半径键长(原子半径)分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量离子半径、离子所带电荷数熔、沸点较高高低差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410)硬度硬而脆大较小差别较大导热和导电性不良导体(熔化后或溶于水导电)不良导体不良导体(部分溶于水发生电离后导电)良导体溶解性多数易溶一般不溶相似相溶一般不溶于水，少数与水反应机械加工性不良不良不良优良延展性差差差优良例题精析【例题1】下列有关共价晶体的叙述错误的是()A共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则 B共价晶体具有空间网状结构C
9、共价晶体中不存在独立的分子 D共价晶体熔化时不破坏共价键【答案】D【例题2】根据下列物质的性质，判断其属于共价晶体的是()A熔点2 700 ，导电性强，延展性强B无色晶体，熔点3 550 ，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ，熔化时能导电D熔点56.6 ，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电【答案】B【例题3】下表是某些共价晶体的熔点和硬度。共价晶体金刚石氮化硼碳化硅石英硅锗熔点/3 9003 0002 7001 7101 4101 211硬度109.59.57.06.56.0分析表中的数据，判断下列叙述正确的是()A构成共价晶体的原子种类越多，晶体
10、的熔点越高B构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高C构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大D构成共价晶体的原子的相对分子质量越大，晶体的硬度越大【答案】B【例题4】(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：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_。晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a565.76 pm，其密度为_ gcm3(列出计算式即可)。已知：Ge的相对原子质量为73。
11、【答案】(1)sp3共价键(或非极性共价键) (2)(，)107【例题5】下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是()ANH3、HD、C10H8 BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5 DCCl4、Na2S、H2O2【答案】B【例题6】下图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是()A冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体 B冰晶体具有空间网状结构，是原子晶体C水分子间通过HO键形成冰晶体 D冰融化时，水分子之间空隙增大【答案】A【例题7】下列说法正确的是()A 分子晶体都具有分子密堆积的特征 B分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点
12、越高C分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高D分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定【答案】B【例题8】决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题：(1)上图是石墨的结构，其晶体中存在的作用力有_(填字母)。A键B键C氢键D配位键E范德华力F金属键G离子键(2)碳钠米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过_杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠_结合在一起。(3)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。关于这两种
13、晶体的说法正确的是_(填字母)。a立方相氮化硼含有键和键，所以硬度大b六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软c两种晶体中的BN键均为共价键d两种晶体均为分子晶体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_，其结构与石墨相似却不导电，原因是_。NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼钠米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_ mol配位键。【答案】(1)ABEF(2)sp2范德华力(3)bc平面三角形层状结构中没有自由移动的电子2课堂运用【基础】1下列有关共价晶体的叙述中正确的是()A共价晶体中只存在非极性共价键B共价晶体的熔点一定比金属晶体的高C在SiO2晶体中，1个硅原子和2
14、个氧原子形成2个共价键D石英晶体是直接由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体2科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再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。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是 ()A碳、氮原子构成平面结构的晶体B碳氮键键长比金刚石中的碳碳键键长更短C氮原子电子数比碳原子电子数多D碳、氮单质的化学性质均不活泼3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4.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
15、子间一定存在氢键D其结构一定为分子密堆积5.根据下列性质判断所描述的物质可能属于分子晶体的是()A熔点1 070 ，易溶于水，水溶液能导电B熔点1 128 ，沸点4 446 ，硬度很大C熔点10.31 ，液态不导电，水溶液能导电D熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97 gcm3【巩固】1.下列物质的熔点顺序判断不正确的是()ALiNaKRbB共价晶体离子晶体金属晶体C金刚石碳化硅晶体硅DNaClKClCsCl2晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如下图所示，下列说法正确的是()AC60摩尔质量是720BC60与苯互为同素异形体C在C60晶胞中有14个C60分子D每个C
16、60分子周围与它距离最近且等距离的C60分子有12个3下列说法正确的是()A分子晶体都具有分子密堆积的特征B分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高C分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高D分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定4.请回答下列问题：(1)下列有关石墨晶体的说法正确的是_(填字母，下同)。a由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体b由于石墨的熔点很高，所以它是原子晶体c由于石墨质软，所以它是分子晶体d石墨晶体是一种混合键型晶体(2)据报道，科研人员应用电子计算机模拟出来类似C60的物质N60，试推测下列有关N60的说法正确的是_。aN60易溶于水bN60是一种分子晶体，有较
17、高的熔点和硬度cN60的熔点高于N2dN60的稳定性比N2强(3)已知碘晶胞结构如图所示，请回答下列问题：碘晶体属于_晶体。碘晶体熔化过程中克服的作用力为_。假设碘晶胞中立方体的长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则碘单质的密度为_。【拔高】1.参考下表中物质的熔点，回答有关问题：物质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔点/995801750622801776715646物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SnCl4PbCl4熔点/90.470.45.212070.449.536.215(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离
18、子的_有关，随着_的增大，熔点依次降低。(2)硅的卤化物熔点及硅、锗、锡、铅的氯化物的熔点与_有关，随着_的增大，_增大，故熔、沸点依次升高。(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多，这与_有关，因为一般_比_熔点高。2.(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a pm，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 gcm3，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：【基础】1D 2B 3B 4.B 5.C【巩固】1.B 2D 3B4.(1)d(2)c(3)分子分子间作用力 gcm3【拔高】1.(1)半径半径(2)相对分子质量相对分子质量分子间作用力(3)晶体类型离子晶体分子晶体2.(1)原子晶体12(2)4正四面体试卷第12页，总1页
