Question

【题目】原子晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，又称共价晶体，因其具有高熔沸点、硬度大、耐磨等优良特性而具有广泛的用途。

(1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图乙所示)，硅晶体的1个晶胞中含_____个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为_____元环，每最小环独立含有__________个Si原子，含1molSi原子的晶体硅中Si-Si键的数目为_____。

(2)金刚砂(SiC)也与金刚石具有相似的晶体结构(如图丙所示)，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。试回答下列问题：

①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是_____(均用化学式表示)。

②在金刚砂的结构中，一个碳原子周围结合了_____硅个原子，其键角是_____。

③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有_个C-Si键

④金刚砂的晶胞结构如图甲所示，在SiC中，每个C原子周围最近等距的C原子数目为_____；若金刚砂的密度为ρg·cm-3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中最近的两个碳硅原子之间的距离为_________pm(用代数式表示即可)。

Answer 1

【答案】8 6 2NA Si<SiC<C 4 109。28’ 1 12

【解析】

(1)晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图乙所示)，硅晶体中硅原子在顶点、面心、体内，根据结构分析得到在晶体硅的空间网状结构中最小环是几元环，每个碳原子被12个环共用，每个硅与周围四个硅形成共价键，每个硅拥有这根键的一半。

(2)①根据键长越短，键能越大，熔沸点越高；②根据在金刚砂图甲的结构得到一个碳原子周围结合了4硅个原子，形成四面体结构；③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，一个环里共有6个C—Si键，1个C—Si键是6个环共用；④金刚砂的晶胞结构如图甲所示，在SiC中，从顶角上的碳原子分析，每个C原子周围最近等距的C原子数目，再计算金刚砂晶胞中含有碳、硅原子数目，再计算晶胞体积，再根据晶体中最近的两个碳硅原子之间的距离为体对角的四分之一。

(1)晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图乙所示)，硅晶体的1个晶胞中含个Si原子，根据结构分析得到在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个碳原子被12个环共用，因此每最小环独立含有个Si原子，每个硅与周围四个硅形成共价键，每个硅拥有这根键的一半，即1molSi原子的晶体硅中Si—Si键的数目为2NA；故答案为：8；6；；2NA。

(2)①根据键长越短，键能越大，熔沸点越高，因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是Si＜SiC＜C；故答案为：Si＜SiC＜C。

②根据在金刚砂图甲的结构得到一个碳原子周围结合了4个硅原子，形成四面体结构，其键角是109°28′；故答案为：4；109°28′。

③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，一个环里共有6个C—Si键，1个C—Si键是6个环共用，因此一个最小的环上独立含有个C—Si键；故答案为：1。

④金刚砂的晶胞结构如图甲所示，在SiC中，从顶角上的碳原子分析，每个C原子周围最近等距的C原子数目为12；金刚砂晶胞中含有4个碳、4个硅，若金刚砂的密度为ρg·cm-3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中最近的两个碳硅原子之间的距离为体对角的四分之一，，因此两个碳硅原子之间的距离为pm；故答案为：。