2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第2節(jié)第2課時(shí)共價(jià)晶體課時(shí)分層作業(yè)含解析新人教版選擇性必修2

PAGE7-共價(jià)晶體(建議用時(shí)：40分鐘)[合格過關(guān)練]1．最近科學(xué)家在試驗(yàn)室里勝利地將CO2在高壓下轉(zhuǎn)化為類似SiO2的共價(jià)晶體。下列關(guān)于該CO2晶體的敘述中，不正確的是()A．該晶體中C、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2B．該晶體中C—O—C的鍵角為180°C．該晶體的熔、沸點(diǎn)高，硬度大D．該晶體中C、O原子最外層都滿意8電子結(jié)構(gòu)B[若為共價(jià)晶體，則不再是直線形分子，而是轉(zhuǎn)化為與石英(SiO2)相像的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。]2．下列事實(shí)能說明剛玉(Al2O3)是一種共價(jià)晶體的是()①Al2O3是兩性氧化物②硬度很大③它的熔點(diǎn)為2045℃④幾乎不溶于水⑤自然界中的剛玉有紅定石和藍(lán)定石A．①②③ B．②③④C．④⑤ D．②⑤B[①指的是Al2O3的分類，⑤指的是剛玉的種類，這兩項(xiàng)都無法說明Al2O3是一種共價(jià)晶體。]3．下列各組晶體物質(zhì)中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是()①SiO2和SO3②晶體硼和HCl③CO2和SO2④晶體硅和金剛石⑤晶體氖和晶體氮⑥硫黃和碘A．①②③ B．④⑤⑥C．③④⑥ D．①③⑤C[屬于分子晶體的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶體氖、晶體氮、硫黃和碘。屬于共價(jià)晶體的有SiO2、晶體硼、晶體硅和金剛石。但晶體氖是由稀有氣體分子組成，稀有氣體為單原子分子，分子間不存在化學(xué)鍵。]4．下列晶體中，最小的平面或立體環(huán)不是由6個(gè)原子構(gòu)成的是()A．金剛石 B．石墨C．水晶D．晶體硅C[金剛石、石墨中的最小碳環(huán)及晶體硅中最小硅環(huán)都是由6個(gè)原子構(gòu)成的，水晶(主要成分為SiO2)中的最小環(huán)上有6個(gè)硅原子、6個(gè)氧原子，共12個(gè)原子。]5．依據(jù)下列性質(zhì)推斷，屬于共價(jià)晶體的物質(zhì)是()A．熔點(diǎn)2700℃，導(dǎo)電性好，延展性強(qiáng)B．無色晶體，熔點(diǎn)3550℃，不導(dǎo)電，質(zhì)硬，難溶于水和有機(jī)溶劑C．無色晶體，能溶于水，質(zhì)硬而脆，熔點(diǎn)為800℃，熔化時(shí)能導(dǎo)電D．熔點(diǎn)－56.6℃，微溶于水，硬度小，固態(tài)或液態(tài)時(shí)不導(dǎo)電B[A項(xiàng)中延展性好，不是共價(jià)晶體的特征，因?yàn)楣矁r(jià)晶體中原子與原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，而共價(jià)鍵有肯定的方向性，使共價(jià)晶體質(zhì)硬而脆，A項(xiàng)不符合，B項(xiàng)符合共價(jià)晶體的特征；C項(xiàng)不符合共價(jià)晶體的特征；D項(xiàng)符合分子晶體的特征。所以應(yīng)當(dāng)選擇B項(xiàng)。]6．干冰和二氧化硅晶體同是第ⅣA族元素的最高價(jià)氧化物，它們的熔、沸點(diǎn)卻差別很大。其緣由是()A．二氧化硅相對(duì)分子質(zhì)量大于二氧化碳相對(duì)分子質(zhì)量B．C—O鍵能比Si—O鍵鍵能小C．干冰為分子晶體，二氧化硅為共價(jià)晶體D．干冰易升華，二氧化硅不能C[干冰和SiO2所屬晶體類型不同，干冰為分子晶體，熔化時(shí)破壞分子間作用力；SiO2為共價(jià)晶體，熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵，所以二氧化硅熔點(diǎn)很高。]7．(雙選)氮化碳部分結(jié)構(gòu)如圖所示，其中β－氮化碳硬度超過金剛石晶體，成為超硬新材料。下列有關(guān)氮化碳的說法不正確的是()A．氮化碳屬于分子晶體B．氮化碳中C為－4價(jià)，N為＋3價(jià)C．氮化碳的化學(xué)式為C3N4D．每個(gè)碳原子與四個(gè)氮原子相連，每個(gè)氮原子與三個(gè)碳原子相連AB[由題給信息，氮化碳是超硬新材料，符合共價(jià)晶體的典型物理性質(zhì)，故A錯(cuò)誤；氮元素的電負(fù)性大于碳元素的，所以在氮化碳中氮元素顯－3價(jià)，碳元素顯＋4價(jià)，故B錯(cuò)誤；晶體結(jié)構(gòu)模型中虛線部分是晶體的最小結(jié)構(gòu)單元，正方形頂點(diǎn)的原子有eq\f(1,4)被占有，邊上的原子有eq\f(1,2)被占有，可得晶體的化學(xué)式為C3N4，故C正確；依據(jù)題圖可知，每個(gè)碳原子與四個(gè)氮原子相連，每個(gè)氮原子與三個(gè)碳原子相連，故D正確。]8．我國的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，據(jù)報(bào)道，有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松，與此同時(shí)再用射頻電火花噴射氮?dú)?，此時(shí)碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱，這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬。其緣由可能是()A．碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體B．碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更短C．氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多D．碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑B[由“這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬”可知該晶體應(yīng)當(dāng)是一種共價(jià)晶體，共價(jià)晶體是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而不是平面結(jié)構(gòu)，所以A選項(xiàng)是錯(cuò)誤的。由于氮原子的半徑比碳原子的半徑要小，所以二者所形成的共價(jià)鍵的鍵長要比碳碳鍵的鍵長短，所以該晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度應(yīng)當(dāng)比金剛石更高，因此B選項(xiàng)是正確的。而原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會(huì)影響到所形成的晶體的硬度等，所以C、D選項(xiàng)也是錯(cuò)誤的。]9．下列有關(guān)晶體的敘述中，錯(cuò)誤的是()A．分子晶體熔化時(shí)化學(xué)鍵不被破壞B．白磷晶體中，結(jié)構(gòu)粒子之間通過共價(jià)鍵結(jié)合C．石英晶體是干脆由硅原子和氧原子通過共價(jià)鍵所形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體D．構(gòu)成分子晶體的結(jié)構(gòu)粒子中可能存在共價(jià)鍵B[分子晶體是通過分子間作用力將分子結(jié)合在一起的，所以熔化時(shí)，分子內(nèi)部的化學(xué)鍵未發(fā)生改變，破壞的只是分子間作用力，A正確；白磷晶體是分子晶體，在P4內(nèi)部存在共價(jià)鍵，而結(jié)構(gòu)粒子(P4)之間是通過分子間作用力結(jié)合的，B錯(cuò)誤；石英晶體是共價(jià)晶體，C正確；稀有氣體在固態(tài)時(shí)也屬于分子晶體，而稀有氣體是單原子分子，在分子內(nèi)部不存在共價(jià)鍵，在干冰晶體中，CO2分子內(nèi)存在共價(jià)鍵，D正確。]10．下列說法正確的是()A．冰溶化時(shí)，分子中H—O發(fā)生斷裂B．共價(jià)晶體中，共價(jià)鍵的鍵長越短，通常熔點(diǎn)就越高C．分子晶體中，共價(jià)鍵的鍵能越大，該晶體的熔、沸點(diǎn)就越高D．分子晶體中，分子間作用力越大，則分子越穩(wěn)定B[冰的溶化須要克服分子間作用力，該過程屬于物理改變，H—O沒有斷裂，A項(xiàng)錯(cuò)誤；影響共價(jià)晶體熔、沸點(diǎn)的因素是鍵能，共價(jià)鍵的鍵長越短，鍵能越大，熔、沸點(diǎn)就越高，B項(xiàng)正確；影響分子晶體熔、沸點(diǎn)的因素一般是分子間作用力的大小，與共價(jià)鍵的鍵能無關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；分子的穩(wěn)定性與分子間作用力無關(guān)，與共價(jià)鍵的鍵能有關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。][素養(yǎng)培優(yōu)練]11.Al2O3在肯定條件下可轉(zhuǎn)化為硬度、熔點(diǎn)都很高的氮化鋁晶體，氮化鋁的晶胞如圖所示。下列說法正確的是()A．氮化鋁屬于分子晶體B．氮化鋁可用于制造切割金屬的刀具C．1個(gè)氮化鋁晶胞中含有9個(gè)Al原子D．氮化鋁晶體中Al的配位數(shù)為2B[依據(jù)氮化鋁晶體的性質(zhì)，可知它屬于共價(jià)晶體，故A錯(cuò)誤；氮化鋁晶體屬于共價(jià)晶體，硬度很高，能用于制造切割金屬的刀具，故B正確；依據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，一個(gè)氮化鋁晶胞中含有的Al原子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋1＝2，故C錯(cuò)誤；視察晶胞結(jié)構(gòu)，可得氮化鋁晶體中Al的配位數(shù)為4，故D錯(cuò)誤。]12．磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如圖為其晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元，其中每個(gè)原子最外層均滿意8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)說法正確的是()A．磷化硼的化學(xué)式為BP，其晶體屬于分子晶體B．磷化硼晶體的熔點(diǎn)高，且熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電C．磷化硼晶體中每個(gè)原子均參加形成4個(gè)共價(jià)鍵D．磷化硼晶體在熔化時(shí)需克服范德華力C[由磷化硼的晶胞結(jié)構(gòu)可知，P位于頂點(diǎn)和面心，數(shù)目為eq\f(1,8)×8＋6×eq\f(1,2)＝4，B位于晶胞內(nèi)，數(shù)目為4，故磷化硼的化學(xué)式為BP，磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料，所以磷化硼晶體屬于共價(jià)晶體，A項(xiàng)錯(cuò)誤；磷化硼屬于共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不能導(dǎo)電，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由磷化硼晶胞結(jié)構(gòu)可知，磷化硼晶體中每個(gè)原子均參加形成4個(gè)共價(jià)鍵，C項(xiàng)正確；磷化硼晶體為共價(jià)晶體，熔化時(shí)需克服共價(jià)鍵，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]13．正硼酸(H3BO3)是一種片層狀結(jié)構(gòu)的白色晶體，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵相連(如圖)。下列有關(guān)說法正確的是()A.正硼酸晶體屬于共價(jià)晶體B．分子中硼原子最外層為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)C．H3BO3分子的穩(wěn)定性與氫鍵有關(guān)D．1molH3BO3晶體中平均含3mol氫鍵D[依據(jù)題意，正硼酸(H3BO3)中存在H3BO3分子，屬于分子晶體，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；硼原子最外層只有3個(gè)電子，與氧原子之間形成3對(duì)共用電子對(duì)，因此分子中B原子最外層有6個(gè)電子，不是8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；分子的穩(wěn)定性與分子內(nèi)的共價(jià)鍵鍵能大小有關(guān)，與氫鍵無關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；一個(gè)H3BO3分子參加形成了6個(gè)氫鍵，一個(gè)氫鍵為2個(gè)H3BO3分子所共用，因此1molH3BO3晶體中平均含3mol氫鍵，D項(xiàng)正確。]14.C和Si元素在化學(xué)中占有極其重要的地位。(1)SiC的晶體結(jié)構(gòu)與晶體硅的相像，其中C原子的雜化方式為________，粒子間存在的作用力是________________________。SiC和晶體Si的熔沸點(diǎn)凹凸依次是________。(2)C、Si為同一主族的元素，CO2和SiO2的化學(xué)式相像，但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大的不同。CO2中C與O原子間形成σ鍵和π鍵，SiO2中Si與O原子間不形成上述π鍵。從原子半徑大小的角度分析，為何C、O原子間能形成上述π鍵，而Si、O原子間不能形成上述π鍵：________________，SiO2屬于________晶體，CO2屬于________晶體，所以熔點(diǎn)CO2________SiO2(填“＜”“＝”或“＞”)。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅、CO2四種晶體的構(gòu)成粒子分別是________________，熔化時(shí)克服的粒子間的作用力分別是___________________。[解析](1)晶體硅中一個(gè)硅原子四周與4個(gè)硅原子相連，呈正四面體結(jié)構(gòu)，所以雜化方式是sp3，因?yàn)镾i—C的鍵長小于Si—Si的鍵長，所以熔沸點(diǎn)碳化硅＞晶體硅。(2)SiO2為共價(jià)晶體，CO2為分子晶體，所以熔點(diǎn)SiO2＞CO2。(3)金剛石、晶體硅、二氧化硅均為共價(jià)晶體，構(gòu)成粒子為原子，熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵；CO2為分子晶體，由分子構(gòu)成，CO2分子間以分子間作用力結(jié)合。[答案](1)sp3共價(jià)鍵SiC＞Si(2)Si的原子半徑較大，Si、O原子間距離較大，p-p軌道肩并肩重疊程度較小，不能形成上述穩(wěn)定的π鍵共價(jià)分子＜(3)原子、原子、原子、分子共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、分子間作用力15．N與B、Al、Ga均可以形成晶體，回答下列問題。(1)氮化硼(BN)是一種重要的功能陶瓷材料。以自然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應(yīng)可以得到BF3和BN。①基態(tài)B原子的電子排布式為________________________________，B和N相比，電負(fù)性較大的是________，BN中B元素的化合價(jià)為________。②在BF3分子中，F(xiàn)—B—F的鍵角是________，B原子的雜化軌道類型為________，BF3和過量NaF作用可生成NaBF4，BFeq\o\al(－,4)的立體構(gòu)型為________。(2)Al2O3在肯定條件下可制得AlN，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，該晶體中Al的配位數(shù)是________。(3)下圖是氮化鎵的晶胞模型：氮化鎵中鎵原子的雜化方式為________，氮原子的配位數(shù)為________。[解析](1)①B原子的原子序數(shù)為5，所以基態(tài)B原子的電子排布式為1s22s22p1；B和N都屬于其次周期，同周期自左向右電負(fù)性漸漸增大，所以B和N相比，電負(fù)性較大的是N，B最外層有3個(gè)電子，所以化合價(jià)是＋3。②依據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論可計(jì)算出中心原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(3－3×1)＝0，所以BF3分子為平面三角形結(jié)構(gòu)，F(xiàn)—B—F的鍵角是120°，雜化軌道類型為sp2；在BFeq\o\al(－,4)中中心原子的孤電子對(duì)數(shù)＝eq\f(1,2)(a－xb)＝eq\f(1,2)×(3＋1－4×1)＝0，所以BFeq\o\al(－,4)的結(jié)構(gòu)為正四面體。(2)Al原子的配位數(shù)是指1個(gè)Al原子四周鄰近的N原子個(gè)數(shù)，由圖示可知，Al的配位數(shù)為4。(3)每個(gè)鎵與4個(gè)N形成共價(jià)鍵，這四個(gè)N構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)；每個(gè)N與4個(gè)Ga形成共價(jià)鍵，這四個(gè)Ga構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)，所以氮化鎵中鎵原子的雜化方式為sp3雜化。氮原子的配位數(shù)為4。[答案](1)①1s22s22p1N＋3②120°sp2正四面體形(2)4(3)sp3416．(素養(yǎng)題)(1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，則金剛砂晶體類型為________；在SiC中，每個(gè)C原子四周最近的C原子數(shù)目為________；若晶胞的邊長為apm，則金剛砂的密度表達(dá)式為________。(2)硅的某種單質(zhì)的晶胞如圖乙所示。GaN晶體與該硅晶體相像。則GaN晶體中，每個(gè)Ga原子與________個(gè)N原子相連，與同一個(gè)Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為________。若該硅晶體的密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶體中最近的兩個(gè)硅原子之間的距離為________cm(用代數(shù)式表示即可)。[解析](1)金剛砂(SiC)的硬度為9.5，硬度大，屬于共價(jià)晶體；每個(gè)碳原子四周最近的碳原子數(shù)目為3×4＝12；該晶胞中C原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Si原子個(gè)數(shù)為4，晶胞邊長為a×10－10cm，體積V＝(a×10－10cm)3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×40g·mol－1,a×10－10cm3×6.02×1023mol－1)。(2)依據(jù)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)可知，在GaN晶體中，每個(gè)Ga原子與4個(gè)N原子相連，與同一個(gè)Ga原子相連的N原子構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)為正四面體。在晶體Si的晶胞中含有Si原子的數(shù)目是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＋4＝8，則依據(jù)晶胞的密度ρ＝eq\f(