人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第二节 分子晶体与原子晶体第1课时课后作业题

第二节　分子晶体与原子晶体

第1课时　分子晶体

基础过关练

题组一　分子晶体及其结构

1.(2020上海普陀高三上教学质量检测)常温常压下呈气态的物质,降温使其固化得到的晶体一般属于(　　)

A.原子晶体 B.离子晶体

C.金属晶体 D.分子晶体

2.(2019上海虹口高三二模)下列物质属于分子晶体的是　(　　)

A.NaOH B.SiO2 

C.冰  D.Na

3.下列有关分子晶体的说法中正确的是(　　)

A.分子内均存在共价键

B.分子间一定存在范德华力

C.分子间一定存在氢键

D.一定不能由原子直接构成

4.下列说法中错误的是(　　)

A.只含分子的晶体一定是分子晶体

B.所有的非金属氢化物都属于分子晶体

C.几乎所有的酸都属于分子晶体

D.碘升华时破坏了共价键

5.一种新催化剂,能在室温下催化空气氧化甲醛:HCHO+O2 CO2+H2O,下列关于该反应的说法正确的是(　　)

A.反应物和生成物中都只含极性分子

B.反应物和生成物均为分子晶体

C.反应时有极性键和非极性键的断裂和它们的生成

D.产物中CO键的键能大于O—H键的键能,所以CO2的沸点高于H2O

6.下列物质呈固态时,一定属于分子晶体的是(　　)

A.非金属单质 

B.非金属氧化物

C.含氧酸 

D.金属氧化物

7.SiCl4的分子结构与CCl4类似,对其做出如下推测,其中不正确的是(　　)

A.SiCl4晶体是分子晶体

B.常温常压下SiCl4是气体

C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子

D.SiCl4熔点高于CCl4

8.科学家发现的C60是一种新型分子,它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发现另一种分子“N60”,它与C60的结构相似,在高温或机械撞击时,其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法正确的是(　　)

A.N60是由共价键结合而成的空心球状结构,是一种分子晶体

B.N60和14N都是氮的同位素

C.N60与NO2互为同素异形体

D.N60不可能成为很好的火箭燃料

9.下列关于分子晶体的说法正确的是(　　)

A.晶体中分子间作用力越大,分子越稳定

B.在分子晶体中一定存在共价键

C.冰和Br2都是分子晶体

D.稀有气体不能形成分子晶体

10.下列各组物质中,各自形成的晶体均属于分子晶体的化合物是(　　)

A.NH3、HD、C8H10 B.PCl3、CO2、H2SO4

C.SO2、SO3、C60 D.CCl4、Na2S、H2O2

11.下图为冰晶体的结构模型,大球代表O,小球代表H。下列有关说法正确的是(　　)

A.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构

B.冰晶体具有空间网状结构,是原子晶体

C.水分子间通过H—O键形成冰晶体

D.冰融化后,水分子之间的空隙增大

题组二　分子晶体的性质

12.(2019福建莆田第六中学高二月考)下列物质中存在的作用力不止一种的是(　　)

A.氦气固体 B.石英

C.MgCl2晶体 D.干冰

13.某化学兴趣小组在学习了分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:

根据表中数据分析,属于分子晶体的是(　　)

A.NaCl、MgCl2、CaCl2 

B.AlCl3、SiCl4

C.NaCl、CaCl2 

D.全部

14.下列物质,按沸点由高到低顺序排列的一组是(　　)

A.HF、HCl、HBr、HI

B.F2、Cl2、Br2、I2

C.H2O、H2S、H2Se、H2Te

D.CI4、CBr4、CCl4、CF4

15.C60分子和C60晶胞示意图如下。下列关于C60晶体的说法中不正确的是(　　)

A.C60晶体可能具有很高的熔、沸点

B.C60晶体可能易溶于四氯化碳中

C.C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240

D.C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻

16.(2020山东烟台高二第一学期期末)下列关于共价键的说法正确的是(　　)

A.1个丙炔分子中含有5个σ键和2个π键

B.乙醇分子中O—H键的极性强于C—H键的极性

C.乙烷分子中只含有极性键不含有非极性键

D.分子晶体中共价键键能越大,该分子晶体的熔点和沸点一定越高

17.(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。

CO2　　SO2;NH3　　PH3;O3　　　O2;Ne　　Ar;CH3CH2OH　　　CH3OH;CO　　　N2。 

(2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.202×105 Pa),但它在180 ℃就开始升华。请回答下列问题:

①AlCl3固体属于　　　　晶体。 

②设计一个可靠的实验,判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

18.(1)水分子的立体结构是　　　　,水分子能与很多金属离子形成配合物,其原因是氧原子上有　　　　。 

(2)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点和面心,实心球所示原子位于立方体内)中碳原子的空间排列方式类似。每个冰晶胞平均占有　　　　个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中微粒排列方式相同的原因是　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰融化为水时吸收的热量为5.0 kJ·mol-1,这说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

19.(2020河南中原名校上学期第四次质量考评)钙钛矿(主要成分是CaTiO3)太阳能薄膜电池制备工艺简单、成本低、效率高,引起了科研工作者的广泛关注,科学家认为钙钛矿太阳能电池将取代硅基太阳能电池。

(1)基态钛原子的电子排布式为　　　　;若钙原子核外有7种能量状态的电子,则钙原子处于　　　　(填“基”或“激发”)态;氧元素所在周期第一电离能由小到大的前三种元素依次是　　　　。 

(2)硅能形成一系列硅氢化合物,如硅烷系列:SiH4、Si2H6;硅烯系列:Si2H4、Si3H6等。

①上述分子中硅原子存在sp2杂化的是　　　　,属于正四面体结构的是　　　　。 

②硅烷链长度远小于烷烃,最可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,硅烷同系物熔、沸点的变化规律可能是　　　　　　　　。 

能力提升练

1.(★★☆)近年来,科学家合成了一些具有独特化学性质的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物的分子式为Al2H6,它的熔点为150 ℃,燃烧时放出大量的热量。Al2H6的结构如下图。下列说法肯定错误的是(　　)

A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体

B.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料

C.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水

D.Al2H6中含有离子键和极性共价键

2.(★★☆)干冰晶胞如图所示,若干冰的晶胞棱长为a,则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有(　　)

A.4个 B.8个 C.12个 D.6个

3.(★★☆)氯化硼的熔点为-107.3 ℃,沸点为12.5 ℃。在氯化硼分子中,Cl—B—Cl键角为120°,它可以水解,水解产物之一是氯化氢,下列对氯化硼的叙述,正确的是(　　)

A.氯化硼是原子晶体

B.熔化后,氯化硼能导电

C.氯化硼分子是一种极性分子

D.水解方程式:BCl3+3H2OH3BO3+3HCl

4.(★★☆)六氟化硫分子为正八面体构型(分子结构如图所示),难溶于水,在高温下仍有良好的绝缘性,具有广泛的用途。下列推测正确的是(　　)

A.SF6各原子最外层均达8电子稳定结构

B.SF6易燃烧生成SO2

C.SF6分子是含有极性键的极性分子

D.SF6是分子晶体

5.(疑难,★★☆)有四组同一族元素所形成的不同物质,在101 kPa时测定它们的沸点(℃)如下表所示:

下列各项判断正确的是(　　)

A.第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子中化学键键能最大

B.第三组与第四组相比较,化合物的稳定性:HBr>H2Se

C.第三组物质溶于水后,溶液的酸性:HF>HCl>HBr>HI

D.第一组物质是分子晶体,一定含有共价键

6.(★★☆)C60可用作储存氢气的材料,结构如图所示。继C60后,科学家又合成了Si60、N60,三种物质结构相似。下列有关说法正确的是(　　)

A.C60、Si60、N60都属于原子晶体

B.C60、Si60、N60分子内共用电子对数目相同

C.由于N—N键键能小于键,故N60的稳定性弱于N2

D.由于C—C键的键长小于Si—Si键,所以C60的熔、沸点低于Si60

7.(★★★)(1)如图为干冰的晶胞结构示意图。

通过观察分析,每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2分子有　　　　个,晶胞中有　　　　种取向不同的CO2分子。将CO2分子视作质点,设晶胞边长为a pm,则紧邻的两个CO2分子的距离为　　　　pm。 

(2)在冰晶体中,水分子之间的主要作用力是　　　　,还存在　　　　　,由于该主要作用力与共价键一样具有　　　　　　性,故1个水分子周围只能有　　　　　个紧邻的水分子,这些水分子位于　　　　　　的顶点。这种排列方式使冰晶体中水分子的空间利用率　　　　(填“较大”或“较小”),故冰的密度比水的密度要　　　　(填“大”或“小”)。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　原子晶体、离子晶体的熔、沸点一般较高,在常温常压下不可能呈气态,同样金属晶体在常温下一般也不会是气态。常温常压下为气态的物质的沸点较低,降温即可使其固化得到晶体,说明其熔点较低,符合该特征的晶体为分子晶体。

2.C　NaOH晶体是由钠离子和氢氧根离子形成的离子晶体,A错误;二氧化硅是由原子构成的,通过共价键形成空间网状结构,属于原子晶体,B错误;冰是由H2O分子通过分子间作用力构成的分子晶体,C正确;Na为金属单质,属于金属晶体,D错误。

3.B　稀有气体组成的晶体中,不存在由多个原子组成的分子,而是原子间通过范德华力结合成晶体,所以分子内不存在任何化学键,且为单原子分子,故A、D项错误;分子间作用力包括范德华力和氢键,范德华力存在于所有的分子晶体中,而氢键只存在于部分分子晶体中,故B项正确,C项错误。

4.D　碘升华时,只破坏了分子间的范德华力,分子中的I—I键未被破坏。

5.B　甲醛和水是极性分子,氧气和二氧化碳是非极性分子,A不正确;反应物和生成物均为分子晶体,B正确;反应时有极性键和非极性键的断裂,但只有极性键的生成,C不正确;产物中CO2的沸点低于H2O,因为水分子间可以形成氢键,而二氧化碳分子间不可以形成氢键,D不正确。

6.C　非金属单质中金刚石、晶体硅等均为原子晶体,非金属氧化物中的二氧化硅为原子晶体,大多数金属氧化物不是分子晶体,含氧酸一定为分子晶体。

7.B　SiCl4与CCl4结构相似,则常温常压下SiCl4是液体,属于分子晶体,A正确,B错误;CCl4分子是由极性键形成的非极性分子,则SiCl4分子也是由极性键形成的非极性分子,C正确;组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,则SiCl4熔点高于CCl4,D正确。

8.A　A项,由于C60为分子晶体,而N60结构与C60相似,故N60也为分子晶体;B项,同位素是质子数相同中子数不同的同种元素的不同核素的互称,N60是一种分子;C项,同素异形体是指由同种元素形成的不同单质的互称;D项,C60在高温或机械撞击时,其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来,N60与其相似,故N60可能成为很好的火箭燃料。

9.C　分子间作用力影响分子晶体的熔、沸点,不影响分子稳定性,A错误;在分子晶体中不一定存在共价键,如稀有气体,B错误;冰和Br2均为分子晶体,C正确;稀有气体可形成分子晶体,D错误。

10.B　A项,D与H互为同位素,故HD是单质,不是化合物;C项,C60是单质,不是化合物;D项,Na2S是盐,属于离子化合物,其晶体中无分子存在,不能形成分子晶体。

11.A　冰晶体属于分子晶体,冰晶体中的水分子主要是靠氢键结合在一起,氢键不是化学键,而是一种分子间作用力,故B、C两项均错误。每个水分子可以与4个水分子形成氢键,从而形成空间四面体构型,A项正确。冰晶体中形成的氢键具有方向性和饱和性,故水分子间由氢键连接后,分子间空隙变大,因此冰融化成水后,体积减小,水分子之间空隙减小,D项错误。

12.D　 氦气固体中只有分子间作用力,A项不符合题意; 石英是二氧化硅,晶体中只有共价键,B项不符合题意; MgCl2晶体中只有离子键,C项不符合题意; 干冰是二氧化碳的晶体,分子中含有共价键,分子与分子之间存在分子间作用力,D项符合题意。

13.B　分子晶体中,分子之间以分子间作用力相结合,而分子间作用力较弱,克服分子间作用力所需能量较低,故分子晶体的熔、沸点较低。表中NaCl、MgCl2、CaCl2的熔、沸点较高,不属于分子晶体,AlCl3、SiCl4的熔、沸点较低,应为分子晶体,故B项正确。

14.D　HF、H2O分子间含有氢键,沸点反常;结构相似的物质,沸点随相对分子质量的增大而增大;故D符合题意。

15.A　构成C60晶体的基本微粒是C60分子,因此C60晶体是分子晶体,不可能具有很高的熔、沸点;由于C60是非极性分子,根据相似相溶原理,其可能易溶于四氯化碳中;每个C60的晶胞中含有的C60分子个数为8×+6×=4,因此含有的碳原子数为4×60=240;如果以晶胞中一个顶点的C60分子为研究对象,则共用这个顶点的三个面的面心的C60分子与其距离最近且相等,有×8=12个。

16.B　1个丙炔分子中含有6个σ键,2个π键,A项错误;O原子电负性大于C原子,故O—H键的极性大于C—H键,B项正确;乙烷分子中的碳碳键属于非极性键,C项错误;分子晶体的熔点、沸点与共价键键能无关,与分子间作用力有关,D项错误。

17.答案　(1)<　>　>　<　>　>

(2)①分子

②在熔融状态下,验证其是否导电,若不导电,则为共价化合物

解析　(1)各组物质均为分子晶体,根据分子晶体熔、沸点的判断规律,即可比较六组物质熔、沸点的高低。(2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华,判断AlCl3固体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物,可测其熔融状态下是否导电,若不导电则是共价化合物,若导电则是离子化合物。

18.答案　(1)V形(或角形)　孤电子对　(2)8　金刚石中碳原子与水中氧原子都为sp3杂化,且氢键和共价键都具有方向性和饱和性(每个水分子与相邻的4个水分子形成氢键)　(3)冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键

解析　(3)由题意可知冰融化为液态水时并未破坏所有的氢键,因此液态水中仍存在氢键。

19.答案　(1)[Ar]3d24s2　激发　Li、B、Be

(2)①Si2H4、Si3H6　SiH4　②原子半径Si>C,Si—Si键的键长大于C—C键,键能较小,键的稳定性较差,不利于形成长链　随着相对分子质量的增大而升高

解析　(1)钛是22号元素,电子排布式为[Ar]3d24s2。基态钙原子的核外20个电子分占6个不同的能级,即电子有6种能量状态,现在有7种能量状态,说明它处于激发态。第二周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,Be 原子价电子排布为2s2,2s能级全充满,是稳定状态,故第一电离能由小到大的前三种元素依次是Li、B、Be。

(2)①硅原子最外层有4个电子,Si2H4、Si3H6分子中,与双键相连的硅原子均形成了3个σ键,故二者分子中硅原子存在sp2杂化。甲硅烷分子中硅原子为sp3杂化,是正四面体结构。②原子半径Si>C,Si—Si键的键长大于C—C键,键能较小,键的稳定性较差,不利于形成长链。硅烷同系物组成、结构相似,随着分子中硅原子数目的增加,熔、沸点升高。

能力提升练

1.D　Al2H6的熔点为150 ℃,由熔点低可知Al2H6为分子晶体,A正确;该物质燃烧放出大量的热量,可能成为未来的储氢材料和火箭燃料,B正确;由Al2H6的组成元素可知,燃烧产物为氧化铝和水,C正确;Al2H6为分子晶体,化合物中Al和H之间形成共价键,不含离子键,D错误。

2.C　以顶点CO2分子为研究对象,若干冰的晶胞棱长为a,该CO2分子周围与其相距a的CO2分子处于共用这个顶点的面的面心,由于顶点CO2分子为8个晶胞共有,则每个CO2分子周围与其相距a的CO2分子有=12个,故选C。

3.D　因为BCl3的熔、沸点较低,故应为分子晶体,分子晶体熔化后不导电,故A、B项错误;又因Cl—B—Cl键角为120°,可确定BCl3为非极性分子,C项错误。

4.D　据题图知硫原子最外层不是8电子稳定结构;六氟化硫分子在高温下仍有良好的绝缘性,说明SF6不易燃烧;六氟化硫分子结构对称,属于非极性分子;根据六氟化硫分子为正八面体构型知SF6是含极性键的非极性分子,为分子晶体。综上所述,D正确。

5.B　第四组物质中H2O的沸点最高,是因为H2O分子之间可以形成氢键,A不正确;Se和Br同为第4周期元素,Br的非金属性较强,故氢化物的稳定性HBr>H2Se,B正确;第三组物质溶于水后,HF溶液的酸性最弱,C不正确;第一组物质是分子晶体,但分子中不一定含有共价键,如稀有气体分子中无共价键,D不正确。

6.C　C60、Si60、N60均为分子晶体,A项错误;由于C、N原子的价电子数不相同,因此C60、N60分子内共用电子对数目不相同,B项错误;物质分子内含有的化学键键能越小,键越不牢固,物质的稳定性越弱,由于N—N键的键能小于键,故N60的稳定性弱于N2,C项正确;Si60与C60的结构相似,Si60相对分子质量比C60大,分子间作用力大,故熔、沸点比C60高,与分子内化学键的键长无关,D项错误。

7.答案　(1)12　4　a　(2)氢键　范德华力　方向　4　四面体　较小　小

解析　(1)观察并分析题中干冰的晶胞结构,可知CO2分子顶点为一种取向,三对平行面分别为三种不同取向。离顶点的CO2分子最近的是共用这个顶点的面的面心的分子,两者的距离为面对角线的一半,即a pm。每个CO2分子周围紧邻且等距离的CO2分子共有12个。(2)在冰晶体中,水分子间的主要作用力是氢键,氢键具有方向性,1个水分子周围只有4个紧邻的水分子,使冰晶体中水分子的空间利用率较小,结构中有许多空隙,造成体积膨胀,密度减小,因此冰能浮在水面上。