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2课时当堂达标检测题

第2课时 原子晶体

一、选择题

1．下列有关原子晶体的叙述错误的是(　　)

A．原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则

B．原子晶体具有空间网状结构

C．原子晶体中不存在独立的分子

D．原子晶体熔化时不破坏共价键

解析：选D。原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则；原子晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构，不存在独立的分子，熔化时需要破坏共价键。

2．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法中正确的是(　　)

A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元

B．1 mol Si形成2 mol Si—O键

C．图中所示的结构单元中实际占有18个硅原子

D．方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为90°

解析：选A。由方英石结构示意图知方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项正确；1 mol Si形成4 mol Si—O键，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项错误；方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，说明Si—O键之间的夹角为109°28′，D项错误。

3．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。下列推断可能正确的是(　　)

A．SiCl4、Si3N4的晶体类型相同

B．Si3N4晶体是立体网状结构

C．原子晶体C3N4的熔点比Si3N4的低

D．SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂

解析：选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是原子晶体，其晶体为立体网状结构。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。

4．据报道：用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜，该碳氮化合物的硬度比金刚石还大，则下列分析正确的是(　　)

A．该碳氮化合物呈片层状结构

B．该碳氮化合物呈立体网状结构

C．该碳氮化合物中C—N键键长比金刚石的C—C键键长长

D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小

解析：选B。由题意知，该碳氮化合物的硬度比金刚石还大，说明该碳氮化合物为原子晶体，因此是立体网状结构；与金刚石相比，C原子半径大于N原子半径，所以C—N键键长小于C—C键键长。

5．(2019·银川一中高二检测)制造光导纤维的材料是一种纯度很高的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体，如图是其简化了的平面示意图，下列关于这种物质的说法正确的是(　　)

A．晶体中Si与O的原子个数比是1∶4

B．晶体中Si与O的原子个数比是1∶6

C．该物质是原子晶体

D．该物质是分子晶体

解析：选C。分析题图可知，每个十二元环中有6个硅原子和6个氧原子，但是每个氧原子形成2个Si—O键，每个硅原子形成4个Si—O键，Si与O的原子个数比是1∶2，A、B项错误。该晶体是具有立体网状结构的晶体，因此其是原子晶体而非分子晶体，C项正确，D项错误。

6．根据下列性质判断，属于原子晶体的是(　　)

A．熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性好

B．无色晶体，熔点为3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂

C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电

D．熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电

解析：选B。A项，延展性好不是原子晶体的性质，原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆；B项，属于原子晶体的性质；C项，应该属于离子化合物；D项，符合分子晶体的特征。

7．组成干冰和二氧化硅晶体的化合物均属于第ⅣA族元素的最高价氧化物，但它们的熔、沸点差别很大，原因是(　　)

A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量

B．C===O键键能比Si—O键键能小

C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体

D．干冰易升华，二氧化硅不能

解析：选C。组成干冰和二氧化硅晶体的化合物虽然均属于第ⅣA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为原子晶体，干冰的熔、沸点取决于其分子间作用力的大小，而二氧化硅的熔、沸点则由硅氧共价键的强度决定。

8．下列晶体性质的比较正确的是(　　)

A．熔点：金刚石＞晶体硅＞晶体锗＞硫

B．熔点：SiI4＜SiBr4＜SiCl4＜SiF4

C．沸点：H2S＞H2O＞HF＞NH3

D．硬度：金刚石＞白磷＞冰＞水晶

解析：选A。A项，金刚石、晶体硅和晶体锗都是原子晶体，硫是分子晶体，且原子半径：C＜Si＜Ge，熔点：金刚石＞晶体硅＞晶体锗＞硫；B项，SiI4、SiBr4、SiCl4和SiF4是组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量：SiI4＞SiBr4＞SiCl4＞SiF4，故熔点：SiI4＞SiBr4＞SiCl4＞SiF4；C项，H2O、HF和NH3都存在分子间氢键，H2O分子之间的氢键最强，NH3分子之间的氢键最弱，H2S分子之间只存在范德华力，故沸点：H2O＞HF＞NH3＞H2S；D项，白磷和冰是分子晶体，硬度小，金刚石和水晶是原子晶体，硬度大。

9．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的原子晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　)

A．12，大立方体的12条棱的中点

B．8，大立方体的8个顶角

C．6，大立方体的6个面的中心

D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心

解析：选A。与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示：

10．(2019·兰州高二检测)根据下表中的有关数据分析，下列说法错误的是(　　)

A．SiCl4是分子晶体

B．晶体硼是原子晶体

C．AlCl3是分子晶体，加热能升华

D．金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键弱

解析：选D。SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能升华，故AlCl3加热能升华，A、C项正确；晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B项正确；C原子的半径比Si原子的半径小，金刚石中的C—C键的键长比晶体硅中的Si—Si键的键长短，故金刚石中的C—C键的键能比晶体硅中的Si—Si键的键能大，则金刚石中的 C—C 键比晶体硅中的Si—Si键强，D项错误。

11．氮化碳的硬度比金刚石大，其结构如图所示。下列有关氮化碳的说法不正确的是(　　)

A．氮化碳属于原子晶体

B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价

C．氮化碳的化学式为C3N4

D．每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连

解析：选B。A项，根据氮化碳的硬度比金刚石晶体大判断，氮化碳属于原子晶体；B项，氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价；C项，晶体结构模型中虚线部分(正方形)是晶体的最小结构单元，该正方形顶角的原子被4个正方形共用，边上的原子被2个正方形共用，则其含有的碳原子数为4×＋4×＝3，氮原子数为4，故氮化碳的化学式为C3N4；D项，碳形成4个共价键，每个碳原子与4个氮原子相连；氮形成3个共价键，每个氮原子与3个碳原子相连。

二、非选择题

12．C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。

(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________，SiC和晶体Si的熔、沸点高低顺序是________________。

(2)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成σ键和π键，SiO2中Si与O原子间不形成π键。从原子半径大小的角度分析，C、O原子间能形成π键，而Si、O原子间不能形成π键的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

SiO2属于________晶体，CO2属于________晶体，所以熔点：CO2________SiO2(填“<”“＝”或“>”)。

(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2 4种晶体的组成微粒种类分别是

________________________________________________________________________，

熔化时克服的微粒间的作用力分别是_________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)SiC与晶体硅结构相似，晶体硅中一个硅原子与周围四个硅原子相连，呈正四面体结构，所以杂化方式是sp3，则SiC晶体中C原子杂化方式为sp3；因为SiC的键长小于SiSi，所以熔、沸点高低顺序：SiC>Si。

(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p­p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键。SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体，所以熔点：SiO2>CO2。

(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为原子晶体，组成微粒为原子，熔化时破坏共价键；CO2为分子晶体，由分子构成，以分子间作用力结合。

答案：(1)sp3　共价键　SiC>Si

(2)Si的原子半径较大，Si、O原子间距离较大，p­p轨道肩并肩重叠程度较小，不能形成稳定的π键　原子　分子　<

(3)原子、原子、原子、分子　共价键、共价键、共价键、分子间作用力

13．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。

(1)基态硅原子的核外电子排布式为__________________________________________。

(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为__________。

(3)请在框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。

(4)下表列出三种物质(晶体)的熔点。

简要解释熔点产生差异的原因：

①SiO2和SiCl4：___________________________________________________________；

②SiCl4和SiF4：___________________________________________________________。

解析：(2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中插入一个氧原子，所以只要在每两个硅原子之间画一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。(4)晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。

答案：(1)1s22s22p63s23p2　(2)109°28′

(3)如图所示：

(4)①SiO2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4　②SiCl4和SiF4均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4

14．图A所示的转化关系中(反应条件略)，a、b、c和d分别为四种短周期元素的常见单质，其余均为它们的化合物，i的溶液为常见的酸。a的一种同素异形体的晶胞如图B所示。

回答下列问题：

(1)图B对应的物质名称是________，其晶胞中的原子数为________，晶体的类型为________。

(2)d中元素的原子核外电子排布式为__________________________________________。

(3)图A中由两种元素组成的物质中，沸点最高的是________，原因是_____________，该物质的立体构型为____________，中心原子的杂化轨道类型为____________。

(4)图A中的双原子分子中，极性最大的分子是________。

(5)k的分子式为________，中心原子的杂化轨道类型为________，属于________(填“极性”或“非极性”)分子。

解析：由图B晶胞可知该单质中一个a原子与另外4个a原子相连，形成正四面体结构，一个晶胞中含有8个a原子，所以a为碳原子，晶胞为原子晶体金刚石的晶胞；a与H2O反应生成的b单质为H2，f为CO，H2与c单质反应生成H2O，c为O2、g为CO2；H2与单质d反应的生成物溶于水形成常见的酸，可知d为Cl2、i为HCl，k中含有C、O、Cl三种元素，分子式为COCl2。(3)判断物质的熔、沸点高低，一般先考虑晶体类型，再分析是否形成氢键；H2O中的氧原子形成2个σ键，孤电子对数为2，采取sp3杂化，有2对孤电子对，故H2O分子为V形分子。(4)双原子分子中H、Cl的电负性差值最大，故HCl极性最大。(5)COCl2中碳原子形成3个σ键，无孤电子对，采取sp2杂化，其立体构型为平面三角形，三个化学键不完全相同，且分子不对称，故为极性分子。

答案：(1)金刚石　8　原子晶体

(2)1s22s22p63s23p5

(3)H2O　水分子间形成氢键　V形　sp3

(4)HCl　(5)COCl2　sp2　极性