高中化学基础性晶体知识要点归纳与应用

孪春武

2.金刚石、二氧化硅——原子晶体

（1） 金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体。每个C原子以共价键与其他4个C原子紧邻，由5个碳子形成正四面体的结构单元，由共价键构成的最小环结构中有6个碳原子（见图4），由于每个C原子拥有所连4个C-C键的1/2（2个），所以碳原子个数与C-C键数之比为1：2。

（2） 二氧化硅晶体可以看成是金刚石结构中，C原子被Si原子代替，且在C-C键之间插入O原子后形成的，即每个硅原子与周围的四个氧原子构成一个正四面体，构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构成椅式环，键角∠（O-Si-O）=109°28'（见图5）。每个Si原子拥有所连4个O原子的1/2（2个）（见图6），因此si、O原子个数比为1：2，即化学式表示为SiO₂。

3.干冰——分子晶体

干冰晶体中的CO₂分布在立方体的顶点和面心上，分子间由分子间作用力结合形成晶体（见图7）。C0₂分子内存在共价键，因此晶体中既有分子间作用力，又有共价键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，影响分子间作用力的主要因素是相对分子质量，从晶胞的结构可知与一个CO₂分子距离最近且相等的CO₂分子共有12个。

4.石墨——混合型晶体

石墨晶体为层状结构，层与层之间的作用力为范德华力，每一层内C原子间以共价键形成正六边形结构（见图8）。由于层内C原子以较强的共价键相结合，所以石墨有较高的熔点。但由于层间的范德华力较弱，层间可以滑动，故石墨的硬度较小。因此石墨晶体又称为过渡型晶体或混合型晶体。石墨品体中每个C原子只拥有其所连接的3个C-C键的1/2（3/2个），因此晶体中C原子与C-C键数之比为2：3。

点评：本题综合考查了作用力分析、轨道杂化和晶胞计算等知识，对考生观察读图能力和分析解决问题的能力要求较高。

例2 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12所示。

（1） 基态硼原子的电子排布式为_____。

（2） 关于这两种晶体的说法，正确的是_____（填序号）。

a.立方相氮化硼含有σ键和π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B-N键均为共价键

d.两种晶体均为分子晶体

（3） 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

。

（4） 立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为_____。该晶体的天然矿物在青藏高原下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是一。

（5） NH₄BF₄（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH₄BF₄含有_____mol配位键。

解析：（1）基态硼原子核外有5个电子，分别位于1s、2s、2p能级，根据构造原理知其基态的电子排布式为1S²2s²2p¹。

（2） a.立方相氮化硼N原子和B原子之间存在共价单键，所以该化合物中含有σ键而不存在π键，故错误。

b. 六方相氮化硼层间的范德华力较小，其质地软，故正确。

c. 非金属元素之间易形成共价键，所以N原子和B原子之间存在共价键，故正确。

d.立方相氮化硼为空间网状结构，不存在分子，为原子晶体，故错误。

（3） 六方相氮化硼晶体层内一个B原子与相邻N原子形成3个共价单键，且B原子不存在孤电子对，所以构成的空间构型为平面三角形，该物质的层状结构中不存在自由移动的电子，所以不导电。

（4） 立方相氮化硼晶体中，B原子和四个N原子形成4个共价单键，所以B原子的杂化轨道类型为sp³杂化，在地壳内部，离地面越深，其压强越大、温度越高，根据题干知，实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温高压。

（5） NH₄BF₄中的NH4r有一个配位键（N→H），BF_-^-中有一个配位键（F→B），则1 mol NH₄BF₄含有2 mol配位键。

答案：（1） 1S²2S²2p¹（2） b、c （3） 平面三角形层状结构中没有自由移动的电子 （4） sp³高温、高压 （5）2

点评：本题涉及作用力类型、轨道杂化方式、微粒空间构型和物质性质等知识，综合性较强。