2024人教版高中化学选择性必修2同步
第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时 共价晶体
基础过关练
题组一 共价晶体及其结构
1.下列物质的晶体直接由原子构成的一组是( )
①CO2 ②SiO2 ③晶体Si ④白磷 ⑤氨基乙酸
A.①②③④⑤ B.②③④
C.②③ D.①②⑤
2.金刚石是典型的共价晶体,下列关于金刚石的说法错误的是( )
A.晶体中不存在独立的分子
B.碳原子间以共价键相结合
C.是自然界中硬度最大的物质
D.化学性质稳定,即使在高温下也不会与氧气发生反应
3.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是( )
A.是一种立体网状结构的晶体
B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连
C.晶体中最小环上的原子数目为8
D.晶体中最小环上的原子数目为6
4.下列有关晶体的叙述不正确的是( )
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C.干冰在升华时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
5.(2023吉林洮南一中月考)方英石(SiO2)的结构单元如图,下列有关说法正确的是( )
A.图示结构单元中实际占有18个硅原子
B.1 mol Si形成2 mol Si—O键
C.方英石晶体中的Si采用的是sp3杂化
D.方英石晶体中,Si—O键之间的夹角为90°
6.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.124 g P4含有的P—P键的个数为6NA
B.28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA
D.60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
题组二 共价晶体的性质
7.(2022江苏泗阳实验中学质检)碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构,其中碳原子与硅原子的位置是交替的,在下列三种晶体中,它们的熔点从高到低的顺序是 ( )
①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
8.共价晶体一定具有的性质是( )
A.熔点高 B.易导热
C.能导电 D.良好的延展性
9.在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体。推测该晶体可能具有的结构或性质是( )
A.硬度大 B.具有分子密堆积结构
C.熔点较低 D.硬度较小
10.将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧,可得到氮化硅(Si3N4)固体,氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料,在工业上有广泛的应用。下列推断正确的是( )
A.SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B.Si3N4晶体具有共价键三维骨架结构
C.共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低
D.SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
11.(2023福建福州十五中等三校期中联考)根据下列物质的性质判断为共价晶体的是( )
A.微溶于水,硬度小,熔点-56.6 ℃,固态或液态不导电
B.熔点3 140 ℃,电的良导体,加压可变形
C.熔点3 530 ℃,不导电,难溶于水和有机溶剂,硬度大
D.熔点801 ℃,易溶于水,熔化时导电
12.根据下列几种物质的熔点和沸点数据判断,下列有关说法错误的是( )
物质 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 190 -70 2 300
沸点/℃ 182.7 57.6 2 500
注:AlCl3熔点在2.02×105 Pa条件下测定。
A.SiCl4是分子晶体
B.单质B可能是共价晶体
C.AlCl3加热能升华
D.单质B和AlCl3晶体类型相同
13.下表是某些共价晶体的熔点和硬度,分析表中的数据,判断下列叙述正确的是( )
共价晶体 熔点/℃ 硬度
金刚石 >3 500 10
氮化硼 3 000 9.5
碳化硅 2 700 9.5
石英 1 710 7
硅 1 410 6.5
锗 1 211 6.0
①构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大,晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越大,晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子半径越小,晶体的硬度越大
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
14.硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同的元素,可形成多电子的n型半导体或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p-n结,此时自由电子发生扩散运动,在交界面处形成电场。下列说法正确的是( )
A.1 mol Si晶体中含有的Si—Si键数目为4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
B.若在Si晶体中掺入P元素,可得n型半导体
C.p-n结中,n型一侧带负电,p型一侧带正电
D.光伏电池的能量转化形式:光能→化学能→电能
能力提升练
题组一 共价晶体的结构与性质
1.氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是 ( )
A.基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1
B.制备AlON的原料N2中N原子采取sp2杂化
C.AlON和水晶的化学键类型相同
D.AlON的熔点比AlCl3的熔点高
2.(2023湖北武汉洪山中学月考)下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体的叙述正确的是( )
金刚石及其晶胞 二氧化硅
A.金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体
B.金刚石晶胞中含有6个碳原子
C.60 g SiO2晶体中所含共价键数目为6NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
D.金刚石晶体熔化时破坏共价键,二氧化硅晶体熔化时破坏分子间作用力
3.(2023山东昌乐一中月考)下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为空间网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小环上有6个碳原子
4.(2023湖南师大附中月考)我国科学家预测并成功合成了新型碳材料:T-碳。它可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代,金刚石晶胞如图所示,小球代表碳原子。下列说法不正确的是( )
A.T-碳中碳原子数与共价键数之比为10∶4
B.T-碳与金刚石晶体中所含化学键类型相同
C.T-碳与金刚石中碳原子采取的杂化方式相同
D.T-碳与金刚石晶体类型相同,熔化时均需破坏共价键
5.根据量子力学计算,氮化碳有五种结构,其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是( )
A.该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构
B.氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价
C.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连
D.氮化碳的分子式为C3N4
6.(2023山东青岛十九中期中)砷化镓是一种立方晶系,晶胞结构如图甲所示,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料,晶胞结构如图乙所示,砷化镓的晶胞参数为x pm,密度为ρ g·cm-3。下列说法错误的是( )
A.砷化镓中As的配位数为4
B.Ga和As的最近距离是x pm
C.砷化镓中与一个As原子距离最近且相等的Ga构成的结构为四面体形
D.Mn掺杂到砷化镓晶体中,与Mn最近且等距离的As的数目为6
7.(2023江西上饶部分高中联考)立方砷化硼的晶胞结构如图所示,请回答下列问题:
(1)As在元素周期表中的位置是 ;As属于 区元素。
(2)该晶胞的化学式为 ;2、3、4、5四个原子所围成的空间结构为 形。
(3)晶胞有两个基本要素。
①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,图中1号原子的坐标参数为(0,0,0),6号原子的坐标参数为(1,1,1),则2号原子的坐标参数为 。
②晶胞参数是用来描述晶胞大小和形状的,设该晶胞的晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,则B、As原子之间的最短距离为 pm,该晶胞的密度为 g·cm-3。
题组二 晶体结构与性质在元素推断中的应用
8.有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径:Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。下列说法中,正确的是 ( )
A.X、M两种元素只能形成X2M
B.由于W、Z、M元素的简单氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低
C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
9.有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素,原子序数E
(2)Q的简单氢化物极易溶于T的简单氢化物,其主要原因有 、 。
(3)化合物甲由T、X两元素组成,其晶胞如图所示,则甲的化学式为 。
(4)化合物乙的晶胞如下图所示,乙由E、Q两元素组成,硬度超过金刚石。
①乙的晶体类型为 ,其硬度超过金刚石的原因是 。
②乙的晶体中E、Q两种元素原子的杂化方式均为 。
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第二节 分子晶体与共价晶体
第2课时 共价晶体
基础过关练
1.C 2.D 3.C 4.C 5.C 6.A 7.A 8.A
9.A 10.B 11.C 12.D 13.D 14.B
1.C CO2、白磷、氨基乙酸属于分子晶体,其晶体由分子构成;SiO2、晶体Si属于共价晶体,其晶体直接由原子构成。
2.D 金刚石是碳的单质,高温下可以在氧气中燃烧生成CO2,故D错误。
3.C 单质硅是一种立体网状结构的共价晶体,A正确;晶体中每个硅原子与4个硅原子相连,B正确;根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6,C错误,D正确。
4.C 金刚石是1个中心C原子连接4个C原子,二氧化硅是1个中心Si原子连接4个O原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有,所以含1 mol C的金刚石中C—C键为4 mol×=2 mol,而SiO2晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol,B项正确;干冰升华时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成粒子是原子,不是分子,D项正确。
5.C 由方英石(SiO2)的结构单元可知,所含硅原子数为8×+4=8,故A错误;从结构单元可知,1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,则1 mol Si形成4 mol Si—O键,故B错误;1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,说明Si原子的价层电子对数为4,采用sp3杂化,故C正确;由于Si原子采用sp3杂化,且没有孤电子对,则Si—O键之间的夹角为109°28',故D错误。
6.A 白磷是正四面体结构,1个白磷分子中含有6个P—P键,124 g白磷的物质的量是124 g÷124 g/mol=1 mol,124 g P4中含P—P键的数目为6NA,A正确;28 g晶体硅中n(Si)=1 mol,每个Si原子形成4个Si—Si键,每个Si—Si键由2个Si原子形成,则28 g晶体硅中含Si—Si键的数目为2NA,B不正确;12 g金刚石中n(C)=1 mol,金刚石中n(C)∶n(C—C键)=1∶2,12 g金刚石中含有的C—C键的个数为2NA,C不正确;60 g SiO2的物质的量为1 mol,二氧化硅中每个硅原子形成的Si—O键的个数为4,则60 g SiO2中含Si—O键的个数为4NA,D不正确。
7.A 三种晶体均为共价晶体,结构相似,共价键键长:C—C
归纳总结 共价晶体熔点和硬度的比较
对结构相似的共价晶体来说,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔点越高,硬度越大。以金刚石、硅、锗为例,同主族从碳元素到锗元素,原子核外电子层数增多,原子半径依次增大,C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长,键能依次减小,故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
8.A 高硬度、高熔点是共价晶体的特性,共价晶体一般不能导电、导热,延展性差,故选A。
9.A 在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体,故推测该晶体为共价晶体,其硬度大、熔点高,具有共价键三维骨架结构,故A正确,B、C、D错误。
10.B SiCl4是分子晶体,在熔化过程中克服的是分子间作用力,化学键不断裂。Si3N4是共价晶体,具有共价键三维骨架结构。根据C、Si的原子半径推知C—N键的键能比Si—N键的键能大,故C3N4的熔点比Si3N4的高。
11.C 共价晶体的硬度很大,熔点很高,故A不符合题意;共价晶体大多不导电,加压不易变形,描述与共价晶体不符,故B不符合题意;共价晶体的熔点很高,硬度很大,大多不导电,难溶于水和有机溶剂,故C符合题意;共价晶体难溶于水,且熔化时不能导电,描述与共价晶体不符,故D不符合题意。
12.D 由表中数据可知,SiCl4的熔、沸点较低,属于分子晶体,A正确;单质B的熔、沸点很高,所以单质B可能是共价晶体,B正确;由表中数据可知AlCl3的沸点比熔点低,所以AlCl3加热能升华,C正确;单质B的熔、沸点很高,可能是共价晶体,AlCl3熔、沸点较低,属于分子晶体,两者晶体类型不同,D错误。
13.D 一般,构成共价晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,对应共价晶体的熔点越高,硬度越大。
14.B 硅晶体中,1个硅原子与4个硅原子形成4个Si—Si键,1个Si—Si键为2个硅原子共用,平均1 mol Si晶体中含有的Si—Si键数目为2NA,故A错误;若在Si晶体中掺入P元素,P最外层是5个电子,可形成多电子的n型半导体,故B正确;n型一侧失电子,带正电,p型一侧得电子,带负电,故C错误;光伏电池利用太阳光直接发电,能量转化形式为光能→电能,故D错误。
能力提升练
1.B 2.A 3.D 4.A 5.D 6.D 8.D
1.B 基态铝原子核外电子分布在1s、2s、2p、3s、3p能级上,电子排布式为1s22s22p63s23p1,价层电子排布式为3s23p1,故A正确;氮气分子的结构式为,氮原子的孤电子对数为1,三键中含1个σ键,氮原子的价层电子对数=1+1=2,氮原子的杂化方式为sp,故B错误;氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,水晶(SiO2)属于共价晶体,化学键都是共价键,故C正确;氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,氯化铝为共价化合物,但属于分子晶体,所以AlON的熔点比AlCl3的熔点高,故D正确。
2.A 金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体,A项正确;金刚石的晶胞中含有碳原子数为8×+4=8,B项错误;60 g SiO2晶体的物质的量为1 mol,1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键,故1 mol SiO2中含4 mol硅氧键,即共价键数为4NA,C项错误;二氧化硅晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,D项错误。
3.D 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A不正确;分子晶体中分子间作用力越大,其熔、沸点越高,但是与分子的稳定性没有关系,稳定性只与分子内的化学键的强度有关,B不正确;HF分子之间可以形成氢键,所以HF的沸点高于HI,C不正确;金刚石为空间网状结构,由共价键形成的碳原子环中,最小环上有6个碳原子,D正确。
4.A T-碳中每个碳原子形成的C—C键数是4个,每个共价键被两个碳原子共用,所以碳原子数与共价键数之比为1∶2,A项错误;T-碳晶体和金刚石晶体中含有的化学键均是共价键,B项正确;T-碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式均为sp3,C项正确;T-碳可以看作金刚石结构中的一个碳原子被四个碳原子构成的正四面体结构单元替代,属于共价晶体,熔化时需破坏共价键,D项正确。
5.D 根据题图结构可知,每个碳原子周围有四个共价键,每个氮原子周围有三个共价键,碳原子最外层有4个电子,形成四个共价键后成8电子稳定结构,氮原子最外层有5个电子,形成三个共价键后也是8电子稳定结构,A正确;由于元素的电负性N>C,所以形成共价键时,共用电子对偏向N,偏离C,氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价,B正确;根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连,C正确;氮化碳是共价晶体,不存在分子,因此没有分子式,D错误。
6.D 由图甲知,1个As与4个Ga形成共价键,即砷化镓中As的配位数为4,A正确;由砷化镓晶胞结构可知,Ga和As的最近距离为晶胞体对角线长的,则Ga和As的最近距离是x pm,B正确;砷化镓中与一个As原子距离最近且相等的Ga有4个,构成的结构为四面体形,C正确;由图乙晶胞结构可知,与Mn最近且等距离的As的数目为4,D错误。
7.答案 (1)第四周期第ⅤA族 p (2)BAs 四面体 (3)①(×1030
解析 (1)As核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3,As在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤA族;As属于p区元素。(2)该晶胞中灰球有4个,白球个数为8×=4,其化学式为BAs。2、3、4、5四个原子所围成的空间结构为四面体形。(3)①题图中1号原子的坐标参数为(0,0,0),6号原子的坐标参数为(1,1,1),则2号原子在体对角线的处,其坐标参数为()。②B、As原子之间的最短距离为体对角线长的,即a pm,该晶胞的密度为 g·cm-3=×1030 g·cm-3。
8.D Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料,则Y是Si。X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构,离子半径:Z2->W-,所以X是Na,Z是S,W是Cl,M是O。O与Na还可以形成Na2O2,A错误;W、Z、M元素的简单氢化物分别是HCl、H2S、H2O,因为水分子间存在氢键,所以三者中H2O沸点最高,B错误;Si是共价晶体,S和Cl2是分子晶体,C错误;臭氧和氯气都可以作为水处理中的消毒剂,D正确。
9.答案 (1) 1s22s22p63s23p63d84s2
(2)这两种氢化物均为极性分子 分子之间能形成氢键 (3)KO2 (4)①共价晶体 C—N键的键长小于C—C键,键能大于C—C键 ②sp3
解析
X为周期表前四周期中电负性最小的元素,故X是K元素,Z的原子序数为28,故Z是Ni元素。(1)CO2、N具有相同的原子数和价层电子数,电子式相似,故N的电子式为 ,基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(2)Q的简单氢化物NH3极易溶于T的简单氢化物H2O,其主要原因有这两种氢化物均为极性分子、分子之间能形成氢键。(3)由化合物甲的晶胞可知,甲的化学式为KO2。(4)①由化合物乙的晶胞可知,乙的化学式为C3N4,其硬度大,属于共价晶体,其硬度超过金刚石的原因是C—N键的键长小于C—C键,键能大于C—C键。②C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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