Question

【題目】原子晶體是由原子直接通過共價(jià)鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，又稱共價(jià)晶體，因其具有高熔沸點(diǎn)、硬度大、耐磨等優(yōu)良特性而具有廣泛的用途。

(1)晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，被廣泛用于信息技術(shù)和能源科學(xué)等領(lǐng)域。晶體硅是與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體的1個(gè)晶胞中含_____個(gè)Si原子，在晶體硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中最小環(huán)為_____元環(huán)，每最小環(huán)獨(dú)立含有__________個(gè)Si原子，含1molSi原子的晶體硅中Si-Si鍵的數(shù)目為_____。

(2)金剛砂(SiC)也與金剛石具有相似的晶體結(jié)構(gòu)(如圖丙所示)，在金剛砂的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，碳原子、硅原子交替以共價(jià)單鍵相結(jié)合。試回答下列問題：

①金剛砂、金剛石、晶體硅的熔點(diǎn)由低到高的順序是_____(均用化學(xué)式表示)。

②在金剛砂的結(jié)構(gòu)中，一個(gè)碳原子周圍結(jié)合了_____硅個(gè)原子，其鍵角是_____。

③金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有C、Si原子以共價(jià)鍵結(jié)合形成的環(huán)，其中一個(gè)最小的環(huán)上獨(dú)立含有_個(gè)C-Si鍵

④金剛砂的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，在SiC中，每個(gè)C原子周圍最近等距的C原子數(shù)目為_____；若金剛砂的密度為ρg·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中最近的兩個(gè)碳硅原子之間的距離為_________pm(用代數(shù)式表示即可)。

Answer 1

【答案】8 6 2NA Si<SiC<C 4 109。28’ 1 12

【解析】

(1)晶體硅是與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體中硅原子在頂點(diǎn)、面心、體內(nèi)，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析得到在晶體硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中最小環(huán)是幾元環(huán)，每個(gè)碳原子被12個(gè)環(huán)共用，每個(gè)硅與周圍四個(gè)硅形成共價(jià)鍵，每個(gè)硅擁有這根鍵的一半。

(2)①根據(jù)鍵長越短，鍵能越大，熔沸點(diǎn)越高；②根據(jù)在金剛砂圖甲的結(jié)構(gòu)得到一個(gè)碳原子周圍結(jié)合了4硅個(gè)原子，形成四面體結(jié)構(gòu)；③金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有C、Si原子以共價(jià)鍵結(jié)合形成的環(huán)，一個(gè)環(huán)里共有6個(gè)C—Si鍵，1個(gè)C—Si鍵是6個(gè)環(huán)共用；④金剛砂的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，在SiC中，從頂角上的碳原子分析，每個(gè)C原子周圍最近等距的C原子數(shù)目，再計(jì)算金剛砂晶胞中含有碳、硅原子數(shù)目，再計(jì)算晶胞體積，再根據(jù)晶體中最近的兩個(gè)碳硅原子之間的距離為體對(duì)角的四分之一。

(1)晶體硅是與金剛石結(jié)構(gòu)類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體的1個(gè)晶胞中含個(gè)Si原子，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析得到在晶體硅的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中最小環(huán)為6元環(huán)，每個(gè)碳原子被12個(gè)環(huán)共用，因此每最小環(huán)獨(dú)立含有個(gè)Si原子，每個(gè)硅與周圍四個(gè)硅形成共價(jià)鍵，每個(gè)硅擁有這根鍵的一半，即1molSi原子的晶體硅中Si—Si鍵的數(shù)目為2NA；故答案為：8；6；；2NA。

(2)①根據(jù)鍵長越短，鍵能越大，熔沸點(diǎn)越高，因此金剛砂、金剛石、晶體硅的熔點(diǎn)由低到高的順序是Si＜SiC＜C；故答案為：Si＜SiC＜C。

②根據(jù)在金剛砂圖甲的結(jié)構(gòu)得到一個(gè)碳原子周圍結(jié)合了4個(gè)硅原子，形成四面體結(jié)構(gòu)，其鍵角是109°28′；故答案為：4；109°28′。

③金剛砂的結(jié)構(gòu)中含有C、Si原子以共價(jià)鍵結(jié)合形成的環(huán)，一個(gè)環(huán)里共有6個(gè)C—Si鍵，1個(gè)C—Si鍵是6個(gè)環(huán)共用，因此一個(gè)最小的環(huán)上獨(dú)立含有個(gè)C—Si鍵；故答案為：1。

④金剛砂的晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，在SiC中，從頂角上的碳原子分析，每個(gè)C原子周圍最近等距的C原子數(shù)目為12；金剛砂晶胞中含有4個(gè)碳、4個(gè)硅，若金剛砂的密度為ρg·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中最近的兩個(gè)碳硅原子之間的距離為體對(duì)角的四分之一，，因此兩個(gè)碳硅原子之間的距離為pm；故答案為：。