Question

【題目】原子晶體是由原子直接通過共價鍵形成的空間網狀結構的晶體，又稱共價晶體，因其具有高熔沸點、硬度大、耐磨等優良特性而具有廣泛的用途。

(1)晶體硅是良好的半導體材料，被廣泛用于信息技術和能源科學等領域。晶體硅是與金剛石結構類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體的1個晶胞中含_____個Si原子，在晶體硅的空間網狀結構中最小環為_____元環，每最小環獨立含有__________個Si原子，含1molSi原子的晶體硅中Si-Si鍵的數目為_____。

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

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

②在金剛砂的結構中，一個碳原子周圍結合了_____硅個原子，其鍵角是_____。

③金剛砂的結構中含有C、Si原子以共價鍵結合形成的環，其中一個最小的環上獨立含有_個C-Si鍵

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

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構類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體中硅原子在頂點、面心、體內，根據結構分析得到在晶體硅的空間網狀結構中最小環是幾元環，每個碳原子被12個環共用，每個硅與周圍四個硅形成共價鍵，每個硅擁有這根鍵的一半。

(2)①根據鍵長越短，鍵能越大，熔沸點越高；②根據在金剛砂圖甲的結構得到一個碳原子周圍結合了4硅個原子，形成四面體結構；③金剛砂的結構中含有C、Si原子以共價鍵結合形成的環，一個環里共有6個C—Si鍵，1個C—Si鍵是6個環共用；④金剛砂的晶胞結構如圖甲所示，在SiC中，從頂角上的碳原子分析，每個C原子周圍最近等距的C原子數目，再計算金剛砂晶胞中含有碳、硅原子數目，再計算晶胞體積，再根據晶體中最近的兩個碳硅原子之間的距離為體對角的四分之一。

(1)晶體硅是與金剛石結構類似的晶體(其晶胞如圖乙所示)，硅晶體的1個晶胞中含個Si原子，根據結構分析得到在晶體硅的空間網狀結構中最小環為6元環，每個碳原子被12個環共用，因此每最小環獨立含有個Si原子，每個硅與周圍四個硅形成共價鍵，每個硅擁有這根鍵的一半，即1molSi原子的晶體硅中Si—Si鍵的數目為2NA；故答案為：8；6；；2NA。

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

②根據在金剛砂圖甲的結構得到一個碳原子周圍結合了4個硅原子，形成四面體結構，其鍵角是109°28′；故答案為：4；109°28′。

③金剛砂的結構中含有C、Si原子以共價鍵結合形成的環，一個環里共有6個C—Si鍵，1個C—Si鍵是6個環共用，因此一個最小的環上獨立含有個C—Si鍵；故答案為：1。

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