2024-2025学年新教材高中化学第3章不同聚集状态的物质与性质第2节第2课时共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性课时分层作业含解析鲁科版选择性必修2

PAGE8-共价晶体分子晶体晶体结构的困难性(建议用时：40分钟)[合格过关练]1．下列固体的化学式能真实表示物质分子组成的是()A．NaOH B．CO2C．CsCl D．SiO2B[NaOH和CsCl固体均为离子晶体，在晶体中只存在阴阳离子，其化学式表示的是构成晶体的离子个数比；SiO2固体为共价晶体，在晶体中只存在原子，其化学式表示的是构成晶体的原子个数比。]2．在金刚石的晶体结构中含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上的碳原子数及每个碳原子上随意两个C—C键间的夹角分别是()A．6、120° B．5、108°C．4、109°28′ D．6、109°28′D[金刚石中最小的碳环含有6个碳原子，两个C—C键间的夹角是109°28′。]3．下列晶体的结构不遵循“紧密积累”原则的是()A．金属铜 B．氯化钠C．金刚石 D．干冰C[金属键、离子键、范德华力均没有方向性，而共价键有方向性。]4．金刚石晶胞如图，属于一个金刚石晶胞的碳原子数为()A．18 B．16C．10 D．8D[从晶胞上看8个顶点各有1个C原子，属于该晶胞的部分相当于只有1个，6个面上相当于有3个，晶胞内部还有4个，故属于该晶胞的碳原子数为8个。]5．在常温常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于()A．分子晶体 B．原子晶体C．离子晶体 D．何种晶体无法推断A[因该化合物在常温时为气态，说明熔、沸点很低，具有分子晶体的性质。]6．(双选)下表是某些原子晶体的熔点和硬度。共价晶体金刚石氮化硼碳化硅硅锗熔点/℃3350300026001415938.4硬度109.59.07.06.0分析表中的数据，推断下列叙述正确的是()A．构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高B．构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高C．构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大D．构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越小BD[共价晶体的熔点与原子种类多少无关，故A项错误，构成共价晶体的原子半径越大，共价键键能越小，晶体的硬度越小。]7．(素养题)科学家发觉的C60是一种新型分子，它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发觉另一种分子“N60”，它与C60的结构相像，在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60A．N60是由共价键结合而成的空心球状结构，是一种分子晶体B．N60和14N都是氮的同位素C．N60与NO2互为同素异形体D．N60不行能成为很好的火箭燃料A[A项，由于C60为分子晶体，而N60的结构与之相像，故N60也为分子晶体；B项，同位素是质子数相同中子数不同的同种元素，N60是一种分子而非元素；C项，同素异形体是指同种元素形成的不同单质；D项，N60在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来，故N60可能成为很好的火箭燃料。]8．下列说法正确的是()A．二氧化硅与二氧化碳都是共价化合物，且晶体类型相同B．氧气生成臭氧的过程中有化学键的断裂和生成C．因为NN键的键能比OO键的键能大，所以氮气的沸点比氧气的高D．硫晶体与氖晶体均是由单原子构成的分子晶体B[SiO2中Si与O形成共价键，CO2中C与O形成共价键，所以二者都是共价化合物，但SiO2形成的是共价晶体，CO2形成的是分子晶体，A项错误。N2与O2形成的晶体都是分子晶体，二者沸点的凹凸取决于分子间作用力的相对大小，与分子中共价键的键能无关，C项错误。硫晶体不是单原子构成的分子晶体，D项错误。]9.如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延长，请问该冰中的每个水分子有几个氢键()A．2 B．4C．8 D．12A[每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，因此每个水分子具有的氢键个数为4×eq\f(1,2)＝2。]10．金刚石的熔点为a℃，晶体硅的熔点为b℃，足球烯(分子式为C60)的熔点为c℃，a、b、c的大小关系是()A．a>b>c B．b>a>cC．c>a>b D．c>b>aA[金刚石和晶体硅均为共价晶体，二者晶体结构相像，熔点高，由于碳原子半径小于硅原子半径，所以碳碳键的键能高于硅硅键的键能，则金刚石的熔点高于晶体硅；足球烯(分子式为C60)为分子晶体，熔化时只须要克服分子间作用力，故熔点低。综上所述，三者熔点：金刚石＞晶体硅＞足球烯，A项符合题意。]11．石墨晶体中碳原子的杂化轨道类型及同层原子间的主要作用力分别是()A．sp、范德华力 B．sp2、范德华力C．sp2、共价键 D．sp3、共价键C[石墨晶体中每个碳原子形成3个σ键，无孤对电子，故实行sp2杂化；同层原子间形成共价键，层与层之间的作用力为范德华力。]12．已知NA为阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是()A．60gSiO2晶体中含有2NA个Si—O键B．12g金刚石中含有的C—C键数目为4NAC．18g冰中含有的氢键数目为4NAD．1molCO2晶体中C=O键数目为2NAD[60g二氧化硅的物质的量为eq\f(60g,60g·mol－1)＝1mol，而1mol二氧化硅中含有4mol硅氧键，故应含4NA个硅氧键，A错误；12g金刚石中含有1molC原子，在金刚石晶体中，每个C原子与4个C原子相连，每个C—C键为2个C原子所共用，C—C键数目为2NA，B错误；18g冰的物质的量为1mol,1个水分子形成4个氢键，每个氢键为2个水分子所共用，故氢键数目为2NA，C错误；1个CO2分子中含有2个C=O键，故1molCO2晶体中含有C=O键的数目为2NA，D正确。]13．已知氯化铝的熔点为190℃(2.02×105Pa)，但它在180℃和常压下即起先升华。(1)氯化铝是________(填“离子”或“分子”)晶体。(2)在500℃，1.01×105Pa时，氯化铝的蒸气密度(换算成标准状况)为11.92g·L－1，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的结构式为________。(3)设计一个更牢靠的试验，证明氯化铝是离子晶体还是分子晶体，你的试验是_____________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]分子晶体的熔点较低，AlCl3的熔点也仅有190℃，而且它还能升华，这就充分说明AlCl3是分子晶体。AlCl3蒸气的相对分子质量＝11.92×22.4≈267，则1个氯化铝蒸气分子是由2个AlCl3构成的。[答案](1)分子(2)(3)在加压条件下加热至熔融，测其导电性，若导电，则是离子晶体；若不导电，则为分子晶体14．碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题：(1)碳在形成化合物时，其键型以共价键为主，缘由是_____________________________________________________。(2)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253K，沸点为376K，其固体属于________晶体。(3)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：①在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环。六元环中最多有________个C原子在同一平面。[解析](1)碳原子核外最外层有4个电子，在化学反应中很难失去4个电子形成阳离子，也很难得到4个电子形成阴离子。因此，碳在形成化合物时，主要通过共用电子对形成共价键。(2)因Fe(CO)5熔、沸点较低，常温下为液体，其固体应属于分子晶体。(3)①由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为eq\f(1,3)×6＝2。②由金刚石的结构可知，每个C可参加形成4条C—C键，其中随意两条边(共价键)可以构成2个六元环。依据组合学问可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子实行sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。[答案](1)C有4个价电子且半径小，难以通过得或失电子达到稳定电子结构(2)分子(3)①32②12415．砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池等。回答下列问题：(1)基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar]________。(2)依据元素周期律，元素的电负性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一电离能B________Ga；BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的缘由是_____________________________________________________。(3)杀虫剂Na3AsO4中阴离子的空间构型为________，As原子实行________杂化。(4)组成相像的GaF3和GaCl3晶体，前者属于离子晶体，后者属于分子晶体，从F－和Cl－结构的不同分析其缘由是___________________________________。(5)原子晶体GaAs的晶胞参数a＝xpm，它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为________；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为________(用x表示)pm；该晶胞的密度为________(阿伏加德罗常数的值用NA表示)g·cm－3。[解析](1)镓是31号元素，原子核外有31个电子，基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，简写成[Ar]3d104s24p1。(2)同周期元素从左到右，电负性渐渐增大，第4周期元素Ga、As分别位于第ⅢA、ⅤA族，故Ga元素的电负性小于As元素；同主族元素从上到下，原子半径渐渐增大，原子核吸引电子实力渐渐减弱，第一电离能渐渐减小，第ⅢA族元素B、Ga分别位于第2、4周期，故B元素的第一电离能大于Ga元素；B原子供应空轨道、N原子供应孤电子对，B、N原子之间形成配位键。(3)AsOeq\o\al(3－,4)中含有的孤电子对数是eq\f(1,2)×(5＋3－2×4)＝0，中心原子和4个O原子形成4个共价键，所以其空间构型是正四面体形，As原子价层电子对数为4，其杂化方式为sp3。(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大，F原子吸引电子的实力较强，故GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。(5)如图每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键，晶胞中共含4×4＝16个共价键；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为eq\f(a,4)＝0.25xpm；晶胞中As原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Ga原子数也为4，该晶胞的密度为eq\f(4×145,NA×x×10－103)g·cm－3＝eq\f(5.8×1032,x3NA)g·cm－3。[答案](1)3d104s24p1(2)小于大于NH3中的N原子具有孤电子对，BF3中的B原子核外具有空轨道(3)正四面体sp3(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大(5)160.25xeq\f(5.8×1032,x3NA)[素养培优练]16．氮化碳部分结构如图所示，其中β­氮化碳的硬度超过金刚石晶体，成为数一数二的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是()A．β­氮化碳属于共价晶体，其化学键比金刚石的更稳定B．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满意8电子稳定结构C．β­氮化碳的化学式为C3N4，其中氮显－3价，碳显＋4价D．该晶体与金刚石结构相像，都是原子间以非极性键形成的空间网状结构D[A项中，N原子半径小于C原子，键长：C—N键<C—C键，故C—N键比C—C键更稳定，正确；B项中，晶体中N、C原子间形成单键，1个N原子分别与3个C原子形成共用电子对，N原子最外层电子数为5＋3＝8,1个C原子分别与4个N原子形成共用电子对，C原子最外层电子数为4＋4＝8，正确；C项中，晶体结构图中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的C原子被4个正方形所共有，边上的C原子被2个正方形所共有，故实际含有的C原子数为4×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＝3，N原子数为4，化学式为C3N4，因为N元素的电负性比C元素的大，故N显负价(－3)，C显正价(＋4)，正确；D项中，金刚石晶体中只含C—C非极性键，C3N4晶体中只含C—N极性键，错误。]17．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是()甲烷晶胞A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子B．晶体中1个CH4分子四周有12个紧邻的CH4分子C．甲烷晶体熔化时需克服共价键D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子B[题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷的一个晶胞分析可知，与位于晶胞顶点的甲烷分子距离最近且相等的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子在晶胞的面心上，因此被2个晶胞所共用，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×eq\f(1,2)＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时需克服范德华力，C错误；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，D错误。]18．二茂铁[(C5H5)2Fe]的发觉是有机金属化合物探讨中具有里程碑意义的事务，开拓了有机金属化合物探讨的新领域。已知二茂铁的熔点是173℃(在100℃时起先升华)，沸点是249℃，不溶于水，易溶于苯、乙醚等非极性溶剂。下列说法不正确的是()A．二茂铁属于分子晶体B．在二茂铁结构中，C5Heq\o\al(－,5)与Fe2＋之间形成的化学键类型是离子键C．已知：环戊二烯的结构式为，则其中仅有1个碳原子实行sp3杂化D．C5Heq\o\al(－,5)中肯定含有π键B[二茂铁的熔、沸点较低，属于分子晶体，故A正确；碳原子含有孤电子对，铁原子含有空轨道，两者形成配位键，故B错误；l号碳原子形成4个σ键，无孤电子对，实行sp3杂化，2、3、4、5号碳原子形成3个σ键，无孤电子对，实行sp2杂化，因此仅有1个碳原子实行sp3杂化，故C正确；C5Heq\o\al(－,5)中存在不饱和碳碳键，则肯定存在π键，故D正确。]19．视察下列模型并结合有关信息，推断下列说法不正确的是()晶体硼(其每个结构单元中有12个B原子)NaClS8HCN结构模型示意图备注熔点2573K－易溶于CS2－A．晶体硼属于原子晶体，结构单元中含有30个B—B键，含20个正三角形B．NaCl晶体中每个Na＋四周距离最近且相等的Na＋有6个C．S8分子中的共价键为非极性键D．HCN分子中含有2个σ键，2个π键B[晶体硼是由非金属原子通过共价键形成的，且其熔点高，应属于原子晶体，每个硼原子与其他硼原子间形成5个共价键，则该结构单元中含B—B键的个数为eq\f(5×12,2)＝30，每个正三角形平均占有硼原子的个数为3×eq\f(1,5)＝eq\f(3,5)，故结构单元中含正三角形个数为12÷eq\f(3,5)＝20，A项正确；NaCl晶体中每个Na＋四周距离最近且相等的Na＋有12个，B项不正确；S8分子中同种原子间形成非极性键，C项正确；HCN的结构式为CHN，故其分子中含有2个σ键、2个π键，D项正确。]20．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式，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。其缘由是金刚石中只存在C—C间的________（填“σ”或“π”，下同）键，而石墨层内的C—C间不仅存在________键，还有________键。(5)金刚石晶胞含有________