2025人教版高中化学选择性必修2
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.(2024云南师范大学附中)下列说法错误的是( )
A.凡是共价晶体都含有共价键
B.金刚石是共价晶体,化学性质稳定,不与物质发生反应
C.凡是共价晶体都具有三维骨架结构
D.凡是共价晶体都具有很高的熔点
2.(2024河南开封期中)如图是金刚石晶体结构模型,下列关于金刚石晶体的说法正确的是( )
A.碳碳键之间的夹角为120°
B.六元环中的碳原子在同一平面内
C.每个碳原子与其他4个碳原子相连形成正四面体结构
D.碳原子与碳碳键数目之比为1∶4
3.(2024江苏南通二模)BN是一种无机非金属材料,立方BN的硬度仅次于金刚石,其晶胞如图所示。下列说法错误的是( )
A.立方BN属于共价晶体
B.1个晶胞中含有4个B和4个N
C.距离每个B最近的N有4个
D.1mol立方BN中含有2mol共价键
4.(2024黑龙江大庆开学考)晶体硼的结构如图所示,熔点为2573K。已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体,其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个顶点上各有1个B原子。下列有关说法不正确的是( )
A.每个结构单元含有20个硼原子
B.1mol晶体硼中含有30NA个B—B键
C.晶体硼中键角是60°
D.晶体硼是共价晶体
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.1molSi形成2molSi—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.(2024江苏扬州新华中学月考)氮化镓在光电器件领域应用广泛;N与Si组成的Si3N4硬度很大。下列说法不正确的是( )
A.Si3N4、晶体Si、金刚石均是共价晶体
B.氮化镓晶胞结构如图所示,其化学式为GaN
C.钻石璀璨夺目与其为共价晶体有关
D.共价晶体中共价键越强,熔点越高
题组二 共价晶体的性质
7.(2024江苏扬州测试)碳化硅(SiC)晶体结构与金刚石相似,俗称金刚砂。下列说法正确的是( )
A.SiC晶体中硅、碳元素的质量比为1∶1
B.SiC晶体的熔点较高
C.SiC晶体的硬度较小
D.SiC属于分子晶体
8.(2024广东广州月考)分子筛的化学组成通式为M2/nO·Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金属离子(人工合成时通常为Na)。下列说法正确的是( )
A.SiO2、冰都是典型的共价晶体
B.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.SiO2晶体中Si采用的是sp2杂化
D.SiO2晶体中的最小环上有6个原子
9.(2024湖南长沙雅礼中学月考)在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高聚氮的N—N的键能为160kJ/mol(N2中的键能为942kJ/mol),晶体中每个氮原子最外层均满足8e-的稳定结构,结构如图所示。下列有关这种晶体的说法不正确的是( )
A.每个氮原子的配位数为3
B.该晶体属于共价晶体
C.这种固体的可能潜在应用是做炸药
D.在高压下氮气发生聚合得到高聚氮,该反应为放热反应
10.(2024安徽安庆期中)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3140℃,电的良导体,加压可变形
C.熔点3530℃,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.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.1molSi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.(2024湖北名校联盟测评)氮化硅(Si3N4)常用作飞船返回舱耐高温结构材料,可由石英和焦炭在高温的氮气中通过以下反应制备:3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO。下列说法错误的是( )
A.SiO2和Si3N4均属于共价晶体
B.基态硅原子核外电子有8种空间运动状态
C.对石英进行X射线衍射可确定其是否为晶体
D.C3N4与Si3N4结构相似,硬度:C3N4
金刚石及其晶胞 二氧化硅
A.金刚石晶体和SiO2晶体均属于共价晶体
B.金刚石晶胞中含有6个碳原子
C.60gSiO2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,SiO2晶体熔化时破坏分子间作用力
3.(2024河北衡水枣强中学一调)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.(2024山东淄博期中)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每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.每个T-碳晶胞中碳原子数为32
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.(2024四川成都七中月考)我国“玉兔二号”月球车通过砷化镓太阳能电池提供能量。
(1)GaAs、GaN结构相似,都为共价晶体,沸点GaAs GaN(填“>”或“<”)。
(2)已知图甲晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如A所示,则金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图
(从A~D图中选填)。
题组二 共价晶体的有关计算
6.(2024山东德州一中月考)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xpm,密度为ρg·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xpm
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.(2024河南周口项城四校期末)一种广谱性熏蒸杀虫剂,其晶体熔点约2000℃,晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为ρg·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值。下列有关该晶体的说法错误的是( )
A.化学式为AlP
B.晶体类型为共价晶体
C.晶胞中Al原子的配位数为8
D.两个P原子间的最近核间距为×1010pm
8.(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apm,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。
9.氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其晶胞如图所示。
(1)在一个晶胞中,含有硼原子 个,氮原子 个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离是 cm,D、E原子之间的距离是 cm。
(3)以晶胞边长为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则E原子为 。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是 。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值,则氮化硼晶体的密度为 g/cm3(用代数式表示)。
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.B 共价晶体是原子间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体,具有三维骨架结构,熔化时破坏共价键,具有很高的熔点,A、C、D正确;金刚石能在O2中燃烧生成CO2,B错误。
2.C 金刚石晶体中C—C键之间的夹角为109°28',晶胞中最小的环为六元环,每个环中有4个碳原子在同一平面内,每个碳原子与其他4个碳原子相连,形成正四面体结构,A、B错误,C正确;金刚石晶体中每个碳原子和周围4个碳原子形成碳碳键,每2个碳原子形成一个碳碳键,碳原子与碳碳键数目之比为1∶(4×)=1∶2,D错误。
3.D
顶点和面心的原子个数为8×=4,晶胞内部的原子个数为4,则1个晶胞中含有4个B和4个N,B正确。
4.A
该晶体是由B原子之间以共价键形成的空间立体结构,是共价晶体,D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;由方英石的结构单元可知,1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键,则1molSi形成4molSi—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.C Si3N4的硬度很大,属于共价晶体,晶体Si、金刚石均是共价晶体,A正确;一个晶胞中含有Ga的个数为8×=4,含有N的个数为4,化学式为GaN,B正确;钻石璀璨夺目与其是否为共价晶体无关,C错误;共价晶体中共价键越强,熔点越高,D正确。
7.B SiC晶体中硅、碳元素的质量比为28∶12=7∶3,A错误;SiC晶体结构与金刚石相似,属于共价晶体,熔点较高,硬度较大,B正确,C、D错误。
8.B 冰是分子晶体,A错误;金刚石、碳化硅、晶体硅都是共价晶体,原子半径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,一般原子半径越小,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。
9.D 高聚氮晶体中每个N原子和另外3个N原子相连形成空间网状结构,属于共价晶体,配位数为3,A、B正确;由于高聚氮晶体中有大量的N—N键,并且N—N的键能比的键能低得多,易破坏,所以高聚氮可能做成炸药,C正确;高聚氮转变成N2会释放大量能量,高压下N2发生聚合得到高聚氮是吸热反应,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,大多不导电,加压不易变形,难溶于水和有机溶剂,C符合题意。
12.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1molSi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.D SiO2和Si3N4均是由原子通过共价键形成的共价晶体,A正确;基态硅原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,核外电子占有原子轨道数为1+1+3+1+2=8,则有8种空间运动状态,B正确;X射线衍射实验是检验晶体最科学的方法,C正确;C3N4与Si3N4都是共价晶体,键能:C—N>Si—N,硬度:C3N4>Si3N4,D错误。
2.A 金刚石晶体和SiO2晶体均属于共价晶体,A正确;金刚石的晶胞中含有碳原子数为8×+4=8,B错误;60gSiO2晶体的物质的量为1mol,1molSi原子与4molO原子形成4mol硅氧键,1molSiO2中含4mol硅氧键,即共价键数为4NA,C错误;SiO2晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,D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错误;分子晶体中分子间作用力越大,其熔、沸点越高,与分子的稳定性没有关系,B错误;HF分子之间可以形成氢键,HF的沸点高于HI,C错误;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错误;金刚石晶胞中碳原子的个数为8×+4=8,T-碳晶胞结构可看作金刚石晶胞中的每个碳原子被四个碳原子构成的正四面体单元替代,则每个T-碳晶胞中碳原子个数为8×4=32,B正确;T-碳与金刚石中的碳原子采取的杂化方式均为sp3,C正确;T-碳可以看作金刚石结构中的每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正确。
5.答案 (1)< (2)D
解析 (1)GaAs和GaN结构相似,均属于共价晶体,原子半径N
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xpm,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.C 根据题图可知,该晶胞中Al原子的数目为4,P原子的数目为8×=4,则化学式为AlP,A正确;该晶体的熔点很高,约为2000℃,为共价晶体,B正确;由晶胞结构可知,晶胞中Al原子的配位数是4,C错误;晶胞体积为cm3,则晶胞的边长为×1010pm,两个P原子间的最近核间距为面对角线长的一半,即×1010pm,D正确。
8.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),2号原子在体对角线的处,则其坐标参数为()。②B、As原子之间的最短距离为体对角线长的,即apm,该晶胞的密度为g·cm-3=×1030g·cm-3。
9.答案 (1)4 4 (2))
(4)b (5)
解析 (1)硼原子位于晶胞内,氮原子位于顶点和面心,则在一个晶胞中,含有硼原子4个,氮原子个数为8×=4。(2)已知氮化硼晶胞参数为γcm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离为N与B之间的距离,即最短距离为晶胞体对角线长的,则是γcm,D、E原子之间的距离为晶胞边长的,即γcm。(3)已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则由E原子的位置知,E的原子分数坐标为()。(4)由晶胞示意图知,氮化硼晶胞的俯视投影图是b。(5)1个氮化硼晶胞内含有的氮原子和硼原子均为4个,则晶胞的质量为g,氮化硼晶胞的边长为γcm,则晶胞体积为γ3cm3,晶体的密度为g/cm3。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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