2024-2025学年新教材高中化学第3章晶体结构与性质第2节第2课时共价晶体课时分层作业含解析新人教版选择性必修2

PAGE7-共价晶体(建议用时：40分钟)[合格过关练]1．最近科学家在试验室里胜利地将CO2在高压下转化为类似SiO2的共价晶体。下列关于该CO2晶体的叙述中，不正确的是()A．该晶体中C、O原子个数比为1∶2B．该晶体中C—O—C的键角为180°C．该晶体的熔、沸点高，硬度大D．该晶体中C、O原子最外层都满意8电子结构B[若为共价晶体，则不再是直线形分子，而是转化为与石英(SiO2)相像的空间立体网状结构。]2．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是()①Al2O3是两性氧化物②硬度很大③它的熔点为2045℃④几乎不溶于水⑤自然界中的刚玉有红定石和蓝定石A．①②③ B．②③④C．④⑤ D．②⑤B[①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。]3．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是()①SiO2和SO3②晶体硼和HCl③CO2和SO2④晶体硅和金刚石⑤晶体氖和晶体氮⑥硫黄和碘A．①②③ B．④⑤⑥C．③④⑥ D．①③⑤C[属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。]4．下列晶体中，最小的平面或立体环不是由6个原子构成的是()A．金刚石 B．石墨C．水晶D．晶体硅C[金刚石、石墨中的最小碳环及晶体硅中最小硅环都是由6个原子构成的，水晶(主要成分为SiO2)中的最小环上有6个硅原子、6个氧原子，共12个原子。]5．依据下列性质推断，属于共价晶体的物质是()A．熔点2700℃，导电性好，延展性强B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电B[A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有肯定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不符合，B项符合共价晶体的特征；C项不符合共价晶体的特征；D项符合分子晶体的特征。所以应当选择B项。]6．干冰和二氧化硅晶体同是第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点却差别很大。其缘由是()A．二氧化硅相对分子质量大于二氧化碳相对分子质量B．C—O键能比Si—O键键能小C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体D．干冰易升华，二氧化硅不能C[干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏共价键，所以二氧化硅熔点很高。]7．(双选)氮化碳部分结构如图所示，其中β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是()A．氮化碳属于分子晶体B．氮化碳中C为－4价，N为＋3价C．氮化碳的化学式为C3N4D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连AB[由题给信息，氮化碳是超硬新材料，符合共价晶体的典型物理性质，故A错误；氮元素的电负性大于碳元素的，所以在氮化碳中氮元素显－3价，碳元素显＋4价，故B错误；晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的原子有eq\f(1,4)被占有，边上的原子有eq\f(1,2)被占有，可得晶体的化学式为C3N4，故C正确；依据题图可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确。]8．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其缘由可能是()A．碳、氮原子构成平面结构的晶体B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短C．氮原子电子数比碳原子电子数多D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼B[由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应当是一种共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应当比金刚石更高，因此B选项是正确的。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。]9．下列有关晶体的叙述中，错误的是()A．分子晶体熔化时化学键不被破坏B．白磷晶体中，结构粒子之间通过共价键结合C．石英晶体是干脆由硅原子和氧原子通过共价键所形成的空间网状结构的晶体D．构成分子晶体的结构粒子中可能存在共价键B[分子晶体是通过分子间作用力将分子结合在一起的，所以熔化时，分子内部的化学键未发生改变，破坏的只是分子间作用力，A正确；白磷晶体是分子晶体，在P4内部存在共价键，而结构粒子(P4)之间是通过分子间作用力结合的，B错误；石英晶体是共价晶体，C正确；稀有气体在固态时也属于分子晶体，而稀有气体是单原子分子，在分子内部不存在共价键，在干冰晶体中，CO2分子内存在共价键，D正确。]10．下列说法正确的是()A．冰溶化时，分子中H—O发生断裂B．共价晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高C．分子晶体中，共价键的键能越大，该晶体的熔、沸点就越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定B[冰的溶化须要克服分子间作用力，该过程属于物理改变，H—O没有断裂，A项错误；影响共价晶体熔、沸点的因素是键能，共价键的键长越短，键能越大，熔、沸点就越高，B项正确；影响分子晶体熔、沸点的因素一般是分子间作用力的大小，与共价键的键能无关，C项错误；分子的稳定性与分子间作用力无关，与共价键的键能有关，D项错误。][素养培优练]11.Al2O3在肯定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是()A．氮化铝属于分子晶体B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子D．氮化铝晶体中Al的配位数为2B[依据氮化铝晶体的性质，可知它属于共价晶体，故A错误；氮化铝晶体属于共价晶体，硬度很高，能用于制造切割金属的刀具，故B正确；依据晶胞结构可知，一个氮化铝晶胞中含有的Al原子的数目为8×eq\f(1,8)＋1＝2，故C错误；视察晶胞结构，可得氮化铝晶体中Al的配位数为4，故D错误。]12．磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元，其中每个原子最外层均满意8电子稳定结构。下列有关说法正确的是()A．磷化硼的化学式为BP，其晶体属于分子晶体B．磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电C．磷化硼晶体中每个原子均参加形成4个共价键D．磷化硼晶体在熔化时需克服范德华力C[由磷化硼的晶胞结构可知，P位于顶点和面心，数目为eq\f(1,8)×8＋6×eq\f(1,2)＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料，所以磷化硼晶体属于共价晶体，A项错误；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼晶胞结构可知，磷化硼晶体中每个原子均参加形成4个共价键，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项错误。]13．正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图)。下列有关说法正确的是()A.正硼酸晶体属于共价晶体B．分子中硼原子最外层为8电子稳定结构C．H3BO3分子的稳定性与氢键有关D．1molH3BO3晶体中平均含3mol氢键D[依据题意，正硼酸(H3BO3)中存在H3BO3分子，属于分子晶体，故A项错误；硼原子最外层只有3个电子，与氧原子之间形成3对共用电子对，因此分子中B原子最外层有6个电子，不是8电子稳定结构，B项错误；分子的稳定性与分子内的共价键键能大小有关，与氢键无关，C项错误；一个H3BO3分子参加形成了6个氢键，一个氢键为2个H3BO3分子所共用，因此1molH3BO3晶体中平均含3mol氢键，D项正确。]14.C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相像，其中C原子的杂化方式为________，粒子间存在的作用力是________________________。SiC和晶体Si的熔沸点凹凸依次是________。(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相像，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成上述π键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述π键，而Si、O原子间不能形成上述π键：________________，SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成粒子分别是________________，熔化时克服的粒子间的作用力分别是___________________。[解析](1)晶体硅中一个硅原子四周与4个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，因为Si—C的键长小于Si—Si的键长，所以熔沸点碳化硅＞晶体硅。(2)SiO2为共价晶体，CO2为分子晶体，所以熔点SiO2＞CO2。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体，构成粒子为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，CO2分子间以分子间作用力结合。[答案](1)sp3共价键SiC＞Si(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p­p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成上述稳定的π键共价分子＜(3)原子、原子、原子、分子共价键、共价键、共价键、分子间作用力15．N与B、Al、Ga均可以形成晶体，回答下列问题。(1)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以自然硼砂为起始物，经过一系列反应可以得到BF3和BN。①基态B原子的电子排布式为________________________________，B和N相比，电负性较大的是________，BN中B元素的化合价为________。②在BF3分子中，F—B—F的键角是________，B原子的杂化轨道类型为________，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，BFeq\o\al(－,4)的立体构型为________。(2)Al2O3在肯定条件下可制得AlN，其晶体结构如图所示，该晶体中Al的配位数是________。(3)下图是氮化镓的晶胞模型：氮化镓中镓原子的杂化方式为________，氮原子的配位数为________。[解析](1)①B原子的原子序数为5，所以基态B原子的电子排布式为1s22s22p1；B和N都属于其次周期，同周期自左向右电负性渐渐增大，所以B和N相比，电负性较大的是N，B最外层有3个电子，所以化合价是＋3。②依据价层电子对互斥理论可计算出中心原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(3－3×1)＝0，所以BF3分子为平面三角形结构，F—B—F的键角是120°，杂化轨道类型为sp2；在BFeq\o\al(－,4)中中心原子的孤电子对数＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(3＋1－4×1)＝0，所以BFeq\o\al(－,4)的结构为正四面体。(2)Al原子的配位数是指1个Al原子四周邻近的N原子个数，由图示可知，Al的配位数为4。(3)每个镓与4个N形成共价键，这四个N构成正四面体结构；每个N与4个Ga形成共价键，这四个Ga构成正四面体结构，所以氮化镓中镓原子的杂化方式为sp3杂化。氮原子的配位数为4。[答案](1)①1s22s22p1N＋3②120°sp2正四面体形(2)4(3)sp3416．(素养题)(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如图甲所示，则金刚砂晶体类型为________；在SiC中，每个C原子四周最近的C原子数目为________；若晶胞的边长为apm，则金刚砂的密度表达式为________。(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相像。则GaN晶体中，每个Ga原子与________个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为________。若该硅晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为________cm(用代数式表示即可)。[解析](1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，硬度大，属于共价晶体；每个碳原子四周最近的碳原子数目为3×4＝12；该晶胞中C原子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Si原子个数为4，晶胞边长为a×10－10cm，体积V＝(a×10－10cm)3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×40g·mol－1,a×10－10cm3×6.02×1023mol－1)。(2)依据物质的晶体结构可知，在GaN晶体中，每个Ga原子与4个N原子相连，与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。在晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，则依据晶胞的密度ρ＝eq\f(