2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)與性質(zhì)第2節(jié)第2課時共價晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性課時分層作業(yè)含解析魯科版選擇性必修2

PAGE8-共價晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的困難性(建議用時：40分鐘)[合格過關(guān)練]1．下列固體的化學(xué)式能真實表示物質(zhì)分子組成的是()A．NaOH B．CO2C．CsCl D．SiO2B[NaOH和CsCl固體均為離子晶體，在晶體中只存在陰陽離子，其化學(xué)式表示的是構(gòu)成晶體的離子個數(shù)比；SiO2固體為共價晶體，在晶體中只存在原子，其化學(xué)式表示的是構(gòu)成晶體的原子個數(shù)比。]2．在金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中含有由共價鍵形成的碳原子環(huán)，其中最小的環(huán)上的碳原子數(shù)及每個碳原子上隨意兩個C—C鍵間的夾角分別是()A．6、120° B．5、108°C．4、109°28′ D．6、109°28′D[金剛石中最小的碳環(huán)含有6個碳原子，兩個C—C鍵間的夾角是109°28′。]3．下列晶體的結(jié)構(gòu)不遵循“緊密積累”原則的是()A．金屬銅 B．氯化鈉C．金剛石 D．干冰C[金屬鍵、離子鍵、范德華力均沒有方向性，而共價鍵有方向性。]4．金剛石晶胞如圖，屬于一個金剛石晶胞的碳原子數(shù)為()A．18 B．16C．10 D．8D[從晶胞上看8個頂點各有1個C原子，屬于該晶胞的部分相當(dāng)于只有1個，6個面上相當(dāng)于有3個，晶胞內(nèi)部還有4個，故屬于該晶胞的碳原子數(shù)為8個。]5．在常溫常壓下呈氣態(tài)的化合物，降溫使其固化得到的晶體屬于()A．分子晶體 B．原子晶體C．離子晶體 D．何種晶體無法推斷A[因該化合物在常溫時為氣態(tài)，說明熔、沸點很低，具有分子晶體的性質(zhì)。]6．(雙選)下表是某些原子晶體的熔點和硬度。共價晶體金剛石氮化硼碳化硅硅鍺熔點/℃3350300026001415938.4硬度109.59.07.06.0分析表中的數(shù)據(jù)，推斷下列敘述正確的是()A．構(gòu)成共價晶體的原子種類越多，晶體的熔點越高B．構(gòu)成共價晶體的原子間的共價鍵鍵能越大，晶體的熔點越高C．構(gòu)成共價晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越大D．構(gòu)成共價晶體的原子的半徑越大，晶體的硬度越小BD[共價晶體的熔點與原子種類多少無關(guān)，故A項錯誤，構(gòu)成共價晶體的原子半徑越大，共價鍵鍵能越小，晶體的硬度越小。]7．(素養(yǎng)題)科學(xué)家發(fā)覺的C60是一種新型分子，它具有空心、類似于足球的結(jié)構(gòu)。最近科學(xué)家又發(fā)覺另一種分子“N60”，它與C60的結(jié)構(gòu)相像，在高溫或機械撞擊時，其積蓄的巨大能量會在一瞬間釋放出來。下列關(guān)于N60A．N60是由共價鍵結(jié)合而成的空心球狀結(jié)構(gòu)，是一種分子晶體B．N60和14N都是氮的同位素C．N60與NO2互為同素異形體D．N60不行能成為很好的火箭燃料A[A項，由于C60為分子晶體，而N60的結(jié)構(gòu)與之相像，故N60也為分子晶體；B項，同位素是質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的同種元素，N60是一種分子而非元素；C項，同素異形體是指同種元素形成的不同單質(zhì)；D項，N60在高溫或機械撞擊時，其積蓄的巨大能量會在一瞬間釋放出來，故N60可能成為很好的火箭燃料。]8．下列說法正確的是()A．二氧化硅與二氧化碳都是共價化合物，且晶體類型相同B．氧氣生成臭氧的過程中有化學(xué)鍵的斷裂和生成C．因為NN鍵的鍵能比OO鍵的鍵能大，所以氮氣的沸點比氧氣的高D．硫晶體與氖晶體均是由單原子構(gòu)成的分子晶體B[SiO2中Si與O形成共價鍵，CO2中C與O形成共價鍵，所以二者都是共價化合物，但SiO2形成的是共價晶體，CO2形成的是分子晶體，A項錯誤。N2與O2形成的晶體都是分子晶體，二者沸點的凹凸取決于分子間作用力的相對大小，與分子中共價鍵的鍵能無關(guān)，C項錯誤。硫晶體不是單原子構(gòu)成的分子晶體，D項錯誤。]9.如圖為冰的一種骨架形式，依此為單位向空間延長，請問該冰中的每個水分子有幾個氫鍵()A．2 B．4C．8 D．12A[每個水分子與四個方向的其他4個水分子形成氫鍵，因此每個水分子具有的氫鍵個數(shù)為4×eq\f(1,2)＝2。]10．金剛石的熔點為a℃，晶體硅的熔點為b℃，足球烯(分子式為C60)的熔點為c℃，a、b、c的大小關(guān)系是()A．a(chǎn)>b>c B．b>a>cC．c>a>b D．c>b>aA[金剛石和晶體硅均為共價晶體，二者晶體結(jié)構(gòu)相像，熔點高，由于碳原子半徑小于硅原子半徑，所以碳碳鍵的鍵能高于硅硅鍵的鍵能，則金剛石的熔點高于晶體硅；足球烯(分子式為C60)為分子晶體，熔化時只須要克服分子間作用力，故熔點低。綜上所述，三者熔點：金剛石＞晶體硅＞足球烯，A項符合題意。]11．石墨晶體中碳原子的雜化軌道類型及同層原子間的主要作用力分別是()A．sp、范德華力 B．sp2、范德華力C．sp2、共價鍵 D．sp3、共價鍵C[石墨晶體中每個碳原子形成3個σ鍵，無孤對電子，故實行sp2雜化；同層原子間形成共價鍵，層與層之間的作用力為范德華力。]12．已知NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，下列敘述正確的是()A．60gSiO2晶體中含有2NA個Si—O鍵B．12g金剛石中含有的C—C鍵數(shù)目為4NAC．18g冰中含有的氫鍵數(shù)目為4NAD．1molCO2晶體中C=O鍵數(shù)目為2NAD[60g二氧化硅的物質(zhì)的量為eq\f(60g,60g·mol－1)＝1mol，而1mol二氧化硅中含有4mol硅氧鍵，故應(yīng)含4NA個硅氧鍵，A錯誤；12g金剛石中含有1molC原子，在金剛石晶體中，每個C原子與4個C原子相連，每個C—C鍵為2個C原子所共用，C—C鍵數(shù)目為2NA，B錯誤；18g冰的物質(zhì)的量為1mol,1個水分子形成4個氫鍵，每個氫鍵為2個水分子所共用，故氫鍵數(shù)目為2NA，C錯誤；1個CO2分子中含有2個C=O鍵，故1molCO2晶體中含有C=O鍵的數(shù)目為2NA，D正確。]13．已知氯化鋁的熔點為190℃(2.02×105Pa)，但它在180℃和常壓下即起先升華。(1)氯化鋁是________(填“離子”或“分子”)晶體。(2)在500℃，1.01×105Pa時，氯化鋁的蒸氣密度(換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)為11.92g·L－1，且已知它的結(jié)構(gòu)中還含有配位鍵，氯化鋁的結(jié)構(gòu)式為________。(3)設(shè)計一個更牢靠的試驗，證明氯化鋁是離子晶體還是分子晶體，你的試驗是_____________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]分子晶體的熔點較低，AlCl3的熔點也僅有190℃，而且它還能升華，這就充分說明AlCl3是分子晶體。AlCl3蒸氣的相對分子質(zhì)量＝11.92×22.4≈267，則1個氯化鋁蒸氣分子是由2個AlCl3構(gòu)成的。[答案](1)分子(2)(3)在加壓條件下加熱至熔融，測其導(dǎo)電性，若導(dǎo)電，則是離子晶體；若不導(dǎo)電，則為分子晶體14．碳及其化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉栴}：(1)碳在形成化合物時，其鍵型以共價鍵為主，緣由是_____________________________________________________。(2)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5，該化合物的熔點為253K，沸點為376K，其固體屬于________晶體。(3)碳有多種同素異形體，其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示：①在石墨烯晶體中，每個C原子連接________個六元環(huán)，每個六元環(huán)占有________個C原子。②在金剛石晶體中，C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán)，每個C原子連接________個六元環(huán)。六元環(huán)中最多有________個C原子在同一平面。[解析](1)碳原子核外最外層有4個電子，在化學(xué)反應(yīng)中很難失去4個電子形成陽離子，也很難得到4個電子形成陰離子。因此，碳在形成化合物時，主要通過共用電子對形成共價鍵。(2)因Fe(CO)5熔、沸點較低，常溫下為液體，其固體應(yīng)屬于分子晶體。(3)①由石墨烯的結(jié)構(gòu)可知，每個C原子連接3個六元環(huán)，每個六元環(huán)占有的C原子數(shù)為eq\f(1,3)×6＝2。②由金剛石的結(jié)構(gòu)可知，每個C可參加形成4條C—C鍵，其中隨意兩條邊(共價鍵)可以構(gòu)成2個六元環(huán)。依據(jù)組合學(xué)問可知四條邊(共價鍵)任選其中兩條有6組，6×2＝12。因此每個C原子連接12個六元環(huán)。六元環(huán)中C原子實行sp3雜化，為空間六邊形結(jié)構(gòu)，最多有4個C原子位于同一平面。[答案](1)C有4個價電子且半徑小，難以通過得或失電子達(dá)到穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)(2)分子(3)①32②12415．砷化鎵(GaAs)是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，可用于制作微型激光器或太陽能電池等?；卮鹣铝袉栴}：(1)基態(tài)Ga原子的核外電子排布式為[Ar]________。(2)依據(jù)元素周期律，元素的電負(fù)性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一電離能B________Ga；BF3和NH3的分子能夠通過配位鍵相結(jié)合的緣由是_____________________________________________________。(3)殺蟲劑Na3AsO4中陰離子的空間構(gòu)型為________，As原子實行________雜化。(4)組成相像的GaF3和GaCl3晶體，前者屬于離子晶體，后者屬于分子晶體，從F－和Cl－結(jié)構(gòu)的不同分析其緣由是___________________________________。(5)原子晶體GaAs的晶胞參數(shù)a＝xpm，它的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該晶胞內(nèi)部存在的共價鍵數(shù)為________；A原子距離B原子所在六面體的側(cè)面的最短距離為________(用x表示)pm；該晶胞的密度為________(阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示)g·cm－3。[解析](1)鎵是31號元素，原子核外有31個電子，基態(tài)鎵(Ga)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p1，簡寫成[Ar]3d104s24p1。(2)同周期元素從左到右，電負(fù)性漸漸增大，第4周期元素Ga、As分別位于第ⅢA、ⅤA族，故Ga元素的電負(fù)性小于As元素；同主族元素從上到下，原子半徑漸漸增大，原子核吸引電子實力漸漸減弱，第一電離能漸漸減小，第ⅢA族元素B、Ga分別位于第2、4周期，故B元素的第一電離能大于Ga元素；B原子供應(yīng)空軌道、N原子供應(yīng)孤電子對，B、N原子之間形成配位鍵。(3)AsOeq\o\al(3－,4)中含有的孤電子對數(shù)是eq\f(1,2)×(5＋3－2×4)＝0，中心原子和4個O原子形成4個共價鍵，所以其空間構(gòu)型是正四面體形，As原子價層電子對數(shù)為4，其雜化方式為sp3。(4)Cl－的電子層數(shù)比F－的多，離子半徑比F－的大，F(xiàn)原子吸引電子的實力較強，故GaF3為離子晶體，GaCl3為分子晶體。(5)如圖每個Ga原子與4個As原子形成4個共價鍵，晶胞中共含4×4＝16個共價鍵；A原子距離B原子所在六面體的側(cè)面的最短距離為eq\f(a,4)＝0.25xpm；晶胞中As原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Ga原子數(shù)也為4，該晶胞的密度為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原子具有孤電子對，BF3中的B原子核外具有空軌道(3)正四面體sp3(4)Cl－的電子層數(shù)比F－的多，離子半徑比F－的大(5)160.25xeq\f(5.8×1032,x3NA)[素養(yǎng)培優(yōu)練]16．氮化碳部分結(jié)構(gòu)如圖所示，其中β-氮化碳的硬度超過金剛石晶體，成為數(shù)一數(shù)二的超硬新材料。下列有關(guān)氮化碳的說法錯誤的是()A．β-氮化碳屬于共價晶體，其化學(xué)鍵比金剛石的更穩(wěn)定B．該晶體中碳原子和氮原子的最外層都滿意8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)C．β-氮化碳的化學(xué)式為C3N4，其中氮顯－3價，碳顯＋4價D．該晶體與金剛石結(jié)構(gòu)相像，都是原子間以非極性鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)D[A項中，N原子半徑小于C原子，鍵長：C—N鍵<C—C鍵，故C—N鍵比C—C鍵更穩(wěn)定，正確；B項中，晶體中N、C原子間形成單鍵，1個N原子分別與3個C原子形成共用電子對，N原子最外層電子數(shù)為5＋3＝8,1個C原子分別與4個N原子形成共用電子對，C原子最外層電子數(shù)為4＋4＝8，正確；C項中，晶體結(jié)構(gòu)圖中虛線部分是晶體的最小結(jié)構(gòu)單元，正方形頂點的C原子被4個正方形所共有，邊上的C原子被2個正方形所共有，故實際含有的C原子數(shù)為4×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＝3，N原子數(shù)為4，化學(xué)式為C3N4，因為N元素的電負(fù)性比C元素的大，故N顯負(fù)價(－3)，C顯正價(＋4)，正確；D項中，金剛石晶體中只含C—C非極性鍵，C3N4晶體中只含C—N極性鍵，錯誤。]17．甲烷晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是()甲烷晶胞A．甲烷晶胞中的球只代表1個C原子B．晶體中1個CH4分子四周有12個緊鄰的CH4分子C．甲烷晶體熔化時需克服共價鍵D．1個CH4晶胞中含有8個CH4分子B[題圖所示的甲烷晶胞中的球代表的是1個甲烷分子，并不是1個C原子，A錯誤；由甲烷的一個晶胞分析可知，與位于晶胞頂點的甲烷分子距離最近且相等的甲烷分子有3個，而這3個甲烷分子在晶胞的面心上，因此被2個晶胞所共用，故與1個甲烷分子緊鄰的甲烷分子數(shù)目為3×8×eq\f(1,2)＝12，B正確；甲烷晶體是分子晶體，熔化時需克服范德華力，C錯誤；甲烷晶胞屬于面心立方晶胞，該晶胞中甲烷分子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，D錯誤。]18．二茂鐵[(C5H5)2Fe]的發(fā)覺是有機金屬化合物探討中具有里程碑意義的事務(wù)，開拓了有機金屬化合物探討的新領(lǐng)域。已知二茂鐵的熔點是173℃(在100℃時起先升華)，沸點是249℃，不溶于水，易溶于苯、乙醚等非極性溶劑。下列說法不正確的是()A．二茂鐵屬于分子晶體B．在二茂鐵結(jié)構(gòu)中，C5Heq\o\al(－,5)與Fe2＋之間形成的化學(xué)鍵類型是離子鍵C．已知：環(huán)戊二烯的結(jié)構(gòu)式為，則其中僅有1個碳原子實行sp3雜化D．C5Heq\o\al(－,5)中肯定含有π鍵B[二茂鐵的熔、沸點較低，屬于分子晶體，故A正確；碳原子含有孤電子對，鐵原子含有空軌道，兩者形成配位鍵，故B錯誤；l號碳原子形成4個σ鍵，無孤電子對，實行sp3雜化，2、3、4、5號碳原子形成3個σ鍵，無孤電子對，實行sp2雜化，因此僅有1個碳原子實行sp3雜化，故C正確；C5Heq\o\al(－,5)中存在不飽和碳碳鍵，則肯定存在π鍵，故D正確。]19．視察下列模型并結(jié)合有關(guān)信息，推斷下列說法不正確的是()晶體硼(其每個結(jié)構(gòu)單元中有12個B原子)NaClS8HCN結(jié)構(gòu)模型示意圖備注熔點2573K－易溶于CS2－A．晶體硼屬于原子晶體，結(jié)構(gòu)單元中含有30個B—B鍵，含20個正三角形B．NaCl晶體中每個Na＋四周距離最近且相等的Na＋有6個C．S8分子中的共價鍵為非極性鍵D．HCN分子中含有2個σ鍵，2個π鍵B[晶體硼是由非金屬原子通過共價鍵形成的，且其熔點高，應(yīng)屬于原子晶體，每個硼原子與其他硼原子間形成5個共價鍵，則該結(jié)構(gòu)單元中含B—B鍵的個數(shù)為eq\f(5×12,2)＝30，每個正三角形平均占有硼原子的個數(shù)為3×eq\f(1,5)＝eq\f(3,5)，故結(jié)構(gòu)單元中含正三角形個數(shù)為12÷eq\f(3,5)＝20，A項正確；NaCl晶體中每個Na＋四周距離最近且相等的Na＋有12個，B項不正確；S8分子中同種原子間形成非極性鍵，C項正確；HCN的結(jié)構(gòu)式為CHN，故其分子中含有2個σ鍵、2個π鍵，D項正確。]20．碳元素的單質(zhì)有多種形式，下圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖：回答下列問題：(1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為________。(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為________、________。(3)C60屬于________晶體，石墨屬于________晶體。(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C鍵的鍵長為142pm，而金剛石中C—C鍵的鍵長為154pm。其緣由是金剛石中只存在C—C間的________（填“σ”或“π”，下同）鍵，而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在________鍵，還有________鍵。(5)金剛石晶胞含有________