新课标地区专用2020高中化学第3章第二节分子晶体与原子晶体第2课时共价晶体讲义精练含解析新人教版选修

第2课时共价晶体学业要求素养对接1.借助共价晶体模型认识共价晶体的结构特点。够从化学键的特征，分析理解共价晶体的物理特性。微观探析：共价晶体的结构特点。模型认知：建立共价晶体模型，并利用共价晶体模型进行相关计算。[知识梳理]一、共价晶体的结构和性质(1)构成微粒及作用力共价晶体eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(构成微粒：原子,微粒间作用力：共价键))(2)空间构型：整块晶体是一个三维的共价键网状结构，不存在单个的小分子，是一个“巨分子”。物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些非金属化合物碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等3.共价晶体的熔、沸点(1)共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。(2)结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。【自主思考】1.含有共价键的晶体都是共价晶体吗？提示共价晶体中都有共价键，但含有共价键的不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。二、典型的共价晶体(1)碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角为109°28′。(2)每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。(3)最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用。把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构，不同的是Si—Si键长＞C—C键长。(1)Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。(2)每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2。(3)最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。【自主思考】2是二氧化硅的分子式吗？提示二氧化硅为共价晶体，晶体中不存在单个分子，其化学式为Si与O的最简个数比，而不是分子式。[自我检测]1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。(1)共价晶体内的共价键的键能越大，熔、沸点越高。()(2)CO2和SiO2中中心原子的杂化方式相同。()(3)共价晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键。()(4)几乎所有的酸都属于分子晶体。()(5)互为同素异形体的单质的晶体类型一定相同。()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×2.金刚石是典型的共价晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是()A.晶体中不存在独立的“分子”D.化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应解析在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间立体网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的；但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。答案D3.下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是()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定石和蓝定石A.①②③ B.②③④C.④⑤ D.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是一种共价晶体。答案B学习任务一共价晶体与分子晶体的比较【合作交流】科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3350℃)，不导电，硬度极高。而干冰容易气化，碘晶体容易升华。的构成微粒相同吗？提示不同。分子晶体为分子，共价晶体为原子。2.分子晶体和共价晶体受热熔化时克服微粒间作用力相同吗？提示不同，前者为分子间作用力，后者为共价键。【点拨提升】1.共价晶体与分子晶体的组成、结构和性质的比较类型比较共价晶体分子晶体构成晶体的粒子原子分子微粒间的作用力共价键(极性键和非极性键)分子间作用力(氢键、范德华力)物质的性质熔、沸点很高较低硬度很大较小导电性一般固态或融熔状态下均不导电，有的是半导体固态和熔融状态下都不导电，但某些分子晶体溶于水能导电导热性不良不良溶解性不溶于任何溶剂一般服从“相似相溶”决定熔、沸点高低因素共价键的强弱分子间作用力(包括氢键)的强弱典型物质部分非金属单质：金刚石、晶体硅、晶体硼等；部分非金属化合物：SiC、BN、AlN、Si3N4、C3H4等；某些氧化物：SiO2等大部分非金属单质：O2、I2、S8、P4、C60、稀有气体等；所有非金属氢化物：水、氨、甲烷等；大部分非金属氧化物：SO2、SO3等；几乎所有的酸：H2SO4、H3PO4等；绝大多数有机物：苯、乙酸、葡萄糖等(1)共价晶体的结构特征在共价晶体中，各原子均以共价键结合，因为共价键有方向性和饱和性，所以中心原子周围的原子数目是有限的，原子不采取密堆积方式。(2)分子晶体的结构特征①分子间不存在氢键的分子晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子尽可能采取密堆积方式。②分子间存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性和饱和性，所以分子不能采取密堆积方式。3.共价晶体与分子晶体熔、沸点高低的比较(1)晶体类型不同：共价晶体＞分子晶体理由：共价晶体的熔、沸点与共价键有关，分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关。共价键的作用力远大于分子间作用力。(2)晶体类型相同①共价晶体一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞二氧化硅＞碳化硅＞晶体硅。②分子晶体a.若分子间有氢键，则分子间作用力比结构相似的同类晶体大，故熔、沸点较高。如HF＞HI；NH3＞PH3；H2O＞H2Te。b.组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，范德华力越大，熔、沸点越高。如I2＞Br2＞Cl2＞F2；SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4。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，范德华力越大，熔、沸点越高。如CO＞N2。d.同类别的同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。如正戊烷＞异戊烷＞新戊烷。【例1】氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，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作用力相同的是()60和金刚石 B.晶体硅和水晶解析氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物，根据该化合物的性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。答案B判断共价晶体和分子晶体类型的方法(1)依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断，构成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断，共价晶体的熔点高，常在1000℃以上；而分子晶体的熔点低，常在数百度以下甚至温度更低。(3)依据晶体的导电性判断，分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电，如HCl。共价晶体多数为非导体，但晶体Si、晶体Ge为半导体。(4)依据晶体的硬度和机械性能判断，共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。【变式训练】1.下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()①SiO2和SO3②晶体硼和HCl③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和碘A.①②③ B.④⑤⑥C.③④⑥ D.①③⑤解析属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。答案C2.下列物质直接由原子构成的一组是()①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤乙醇⑥Fe⑦Na2O⑧固态HeA.①②③④⑤⑧ B.②③④⑥⑧C.②③⑧ D.①②⑤⑦⑧解析共价晶体都由原子直接构成，如②③；离子化合物由阴、阳离子构成，如⑦；分子晶体由分子构成，如①④⑤⑧，但⑧也可称由原子构成；金属晶体由金属阳离子和自由电子构成。如⑥。答案C3.有下列物质：①水晶②冰醋酸③氧化钙④白磷⑤晶体氩⑥氢氧化钠⑦铝⑧金刚石⑨过氧化钠⑩碳化钙⑪碳化硅⑫干冰⑬过氧化氢。根据要求填空：(1)属于共价晶体的化合物是________。(2)直接由原子构成的晶体是________。(3)直接由原子构成的分子晶体是________。(4)由极性分子构成的晶体是________，属于分子晶体的单质是________。解析属于共价晶体的是金刚石、碳化硅和水晶；属于分子晶体的有晶体氩(无化学键)、白磷(非极性分子)、干冰(由极性键构成的非极性分子)、过氧化氢和冰醋酸(由极性键和非极性键构成的极性分子)。答案(1)①⑪(2)①⑤⑧⑪(3)⑤(4)②⑬④⑤学习任务二典型的共价晶体【合作交流】1.分析金刚石、二氧化硅的晶体结构模型，判断共价晶体的化学式是否可以代表其分子式？提示不能。因为共价晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。2.以金刚石为例，说明共价晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？提示①构成微粒不同，共价晶体中只存在原子，没有小分子。②相互作用不同，共价晶体中存在的是共价键。3.分析二氧化硅晶体结构模型，判断晶体中最小的环有多少个原子？1molSiO2中含有多少摩尔Si—O键？提示SiO2晶体中最小环上有12个原子。1molSiO2中含有4molSi—O键。【点拨提升】金刚石(晶体硅)、碳化硅、二氧化硅的晶胞1.金刚石(晶体硅)金刚石(晶体硅)晶胞的每个顶点和面心均有1个C(Si)原子，晶胞内部有4个C(Si)原子，每个金刚石(晶体硅)晶胞中含有8个C(Si)原子。(1)碳、硅原子都采取sp3杂化，C—Si键角为109°28′。(2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。(3)最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。(4)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。SiO2晶体结构相当于在晶体硅结构中每2个Si原子中间插入一个O原子，参照金刚石晶胞模型，在SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，均匀排列于晶胞内。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。【例2】碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。请回答下列问题：(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为acm，密度为bg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。(2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为acm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。解析(1)SiC晶体中，每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化，每个Si原子距最近的C原子有4个。SiC晶胞中，碳原子数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4个，硅原子位于晶胞内，SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为eq\f(160g·mol－1,NA)g，体积为a3cm3，因此晶体密度：bg·cm－3＝eq\f(160g,NA·a3cm3)，故NA＝eq\f(160,a3b)mol－1。(2)立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键，故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为eq\f(100,NA)g，体积为a3cm3，故密度为eq\f(100,a3·NA)g·cm－3。答案(1)sp34eq\f(160,a3b)mol－1(2)44sp3eq\f(100,a3·NA)金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子。【变式训练】2晶体的叙述正确的是()A.60gSiO2晶体中含有NA个分子(NA表示阿伏加德罗常数的数值)B.60gSiO2晶体中，含有2NA个Si—O键C.SiO2晶体中与同一Si原子相连的4个O原子处于同一四面体的4个顶点2晶体中，1个Si原子和2个O原子形成2个共价键解析SiO2晶体为共价晶体，晶体中不存在单个分子，A不正确；1molSiO2晶体含有Si—O键4mol，B不正确；SiO2晶体中，与每个Si原子相连的4个O构成正四面体结构，O原子位于顶点，Si原子位于正四面体的中心，C正确；SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D不正确。答案C2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是()A.该晶体中C、O原子个数比为1∶2B.该晶体中C—O—C的键角为180°C.该晶体的熔、沸点高，硬度大D.该晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构解析若为共价晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英(SiO2)相似的空间立体网状结构。答案BNA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是()A.124g白磷中含有P—P键的个数为4NAB.12g石墨中含有C—C键的个数为2NAC.28g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NAD.60gSiO2中含有Si—O键的个数为2NA解析由白磷的分子结构可知，124g白磷即1molP4中的P—P键的个数为6NANA；晶体硅中每个Si原子形成4个Si—Si键而每个Si—Si键为2个Si原子共有，故1mol晶体硅中含有2NA个Si—Si键；由SiO2的晶体结构可知，每个Si原子形成4个Si—O键，60gSiO2即1molSiO2中含有Si—O键的个数为4NA。答案C7.回答下列问题：(1)CO2由固态变为气态所需克服的微粒间作用力是________。(2)熔点：金刚石________晶体硅；沸点：CH4________SiH4。(填“＞”或“＜”)(3)下列有关元素锗及其化合物的叙述中正确的是________(填序号)。C.常温下，二氧化锗与二氧化碳都是非极性的气体化合物(4)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图所示，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有________个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是______________________________________________________________________________________________________________。(5)二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入1个氧原子，二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是________个。(6)已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如右上图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个硼原子构成，其中B—B键的键角为________，共含有________个B—B键。解析(3)锗与碳同主族，其中锗位于第四周期，故锗的第一电离能、电负性均小于碳；GeCl4与CCl4的结构相似，因中心原子价电子全部成键且价层电子对数为4，故为正四面体；常温下，GeO2为固体；晶体锗、金刚石均为共价晶体。(6)20个正三角形，共60个硼原子，每个硼原子为5个正三角形共有，故硼原子个数为60×eq\f(1,5)＝12。B—B键的个数为20×3×eq\f(1,2)＝30。答案(1)分子间作用力(范德华力)(2)＞＜(3)BD(4)8碳原子与氧原子都为sp3杂化，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性(每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键)(5)6(6)1260°30分层训练基础练1.下列晶体中，最小的平面或立体环不是由6个原子构成的是()解析金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由6个原子构成的，水晶(主要成分为SiO2)中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子，共12个原子。答案C2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∶2C.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个顶角解析联想教材中SiO2的晶体空间结构模型，每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角，故D项错误；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，故A、B两项错误，C项正确。答案C3.氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()英晶体类型相同C.AlON和Al2O3的化学键类型不同2O3晶体类型相同解析AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键；Al2O3是离子晶体，晶体中含有离子键。答案D4.金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是()A.金刚石中C—C键的键角均为109°28′，所以金刚石和CH4的晶体类型相同B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关C.金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为1∶2D.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却解析选项A，金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同。选项B，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高。选项C，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×eq\f(1,2))∶4＝1∶2。选项D，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。答案C5.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是()A.熔点2700℃，导电性好，延展性强B.无色晶体，熔点3550℃，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解析A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征。答案B6.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()B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价3N4D.每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连解析A项，根据氮化碳的硬度比金刚石晶体大判断，氮化碳属于共价晶体；B项，氮的非金属性弱于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价；C项，晶体结构模型中虚线部分(正方形)是晶体的最小结构单元，该正方体形顶点的原子被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×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＝3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。答案B7.我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有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D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼解析由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此B选项是正确的。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。答案B8.美国《科学》杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，人们成功制得了共价晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是()B.该共价晶体易气化，可用作制冷材料D.该共价晶体硬度大，可用作耐磨材料解析CO2由固态时形成的分子晶体变为共价晶体，其成键情况也发生了变化，但化学键依然为极性共价键，故A正确。CO2共价晶体具有高硬度、高熔点等特点，故C、D选项正确，B项错误。答案B9.(1)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献________个原子。(2)金刚砂(SiC)与金刚石具有相似的晶体结构(如右图所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答：①金刚砂属于________晶体，金刚砂的熔点比金刚石的熔点________。②在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合了________个碳原子，其键角是________。③金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。解析(1)硅晶体和金刚石晶体相似，即硅原子间以共价键相结合。晶胞每个面心上的硅原子为2个晶胞共有，则面心位置贡献的原子为6×eq\f(1,2)＝3个。(2)①由于金刚砂是空间网状结构，碳原子和硅原子交替以共价单键结合，所以金刚砂是共价晶体；硅原子的半径比碳原子的半径大，所以金刚砂的熔点比金刚石的低。②硅和碳是同主族元素，所以硅原子周围同样有4个碳原子，键角为109°28′。③构成的六元环中，有3个碳原子、3个硅原子。答案(1)共价键3(2)①原子低②4109°28′③310.氮化铝(AlN)是一种重要的功能材料，如下流程图所示，以三乙基铝[(C2H5)3Al]和氨为原料，采用溶胶—凝胶法可合成AlN。请回答下列问题：(1)基态N原子的电子排布式为________，H、C、N三种元素的电负性由大到小的顺序为________。(2)中间体分子中Al与N之间的相互作用力为________，中间体分子中采取sp3杂化的原子有________。(3)在C2H6分子中，存在下列作用中的________(填序号)。①σ键②π键③极性键④非极性键(4)AlN的晶体结构与金刚石类似，AlN晶体中Al—N—Al键角为________；AlN晶胞中含有________个Al原子；若AlN的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则AlN晶胞的边长为________cm。解析(2)中间体分子(C2H5)3Al·NH3中Al与N之间的相互作用力为配位键，中间体分子(C2H5)3Al·NH3中采取sp3杂化的原子有C、Al、N。(3)在C2H6分子中，存在下列作用：σ键(C—C、C—H键)、极性键(C—H键)、非极性键(C—C键)。(4)AlN的晶体结构与金刚石类似，金刚石是正四面体结构，则AlN晶体中Al—N—Al键角为109°28′；金刚石结构中含有8个碳原子，而AlN晶体是Al、N交替，则存在4个Al和4个N，1个AlN晶胞中存在4个AlN；设AlN晶胞边长为acm，AlN的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则有ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4M,a3NA)＝eq\f(4×41,a3NA)，a＝eq\r(3,\f(4×41,ρNA))＝eq\r(3,\f(164,ρNA))。答案(1)1s22s22p3N＞C＞H(2)配位键C、Al、N(3)①③④(4)109°28′4eq\r(3,\f(164,ρNA))素养练11.碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形成，它们互为________。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在碳碳间的________共价键，而石墨层内的碳碳之间不仅存在________共价键，还有________键。解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互称为同素异形体。(2)金刚石中一个碳原子与相邻四个碳原子形成4个共价单键(即碳原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体，石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。(3)C60中构成微粒是分子，所以属于分子晶体；石墨的层内原子间以共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在碳碳之间的σ键；石墨层内的碳碳之间不仅存在σ键，还存在π键。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)σσπ(或大π)12.铜是第四周期最重要的过渡元素之一，其单质及化合物具有广泛用途。CuH的晶体结构如右图所示，若CuH的密度为dg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞的边长为________cm(用含d和NA的式子表示)。解析由均摊法可知一个晶胞中有4个CuH，设晶胞边长为a，则由ρ＝eq\f(m,V)可得a3＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(65×4/NA,d)cm3，即a＝eq\r(3,\f(260,dNA))cm。答案eq\r(3,\f(260,dNA))13.(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因______________________________________________________________________________________________________________。GeCl4GeBr4GeI4熔点/℃26146沸点/℃186约400(2)光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是________________。(3)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________________。(4)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，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(eq\f(1,2)，0，eq\f(1,2))；C为(eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，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)。解析(1)由表中数据，可知几种锗卤化物的熔、沸点都较低，都属于分子晶体。随着相对分子质量的逐渐增大，其分子间作用力逐渐增强，故熔、沸点逐渐升高。(2)Zn、Ge、O三种元素中，Zn和Ge是金属元素，O是非金属元素。O的电负性比Zn和Ge的大，又根据同周期元素的电负性从左到右逐渐增大的规律，可知电负性：O＞Ge＞Zn。(3)由于锗单晶具有金刚石型的结构，