选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体巩固练习

这是一份选择性必修2第三单元 共价键 共价晶体巩固练习，共13页。

[基础过关练]
1．已知H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，H—H键的键能是436 kJ·ml－1，下列叙述正确的是( )
A．每生成1 ml H—Cl键放出431 kJ能量
B．每生成1 ml H—Cl键吸收431 kJ能量
C．每拆开1 ml H—Cl键放出431 kJ能量
D．每拆开1 ml H—H键放出436 kJ能量
A [成键释放能量，H—Cl键的键能为431 kJ·ml－1，即每生成1 ml H—Cl键放出431 kJ能量，A正确；成键释放能量，每生成1 ml H—Cl键放出431 kJ能量，B错误；断键吸收能量，每拆开1 ml H—Cl键吸收431 kJ能量，C错误；断键吸收能量，每拆开1 ml H—H键吸收436 kJ能量，D错误。]
2．汽车发动机工作时会引发N2和O2反应，其能量变化示意图如图。
下列说法不正确的是( )
A．N2和O2反应生成NO的反应为吸热反应
B．1 ml N2(g)和1 ml O2(g)的总能量大于2 ml NO(g)的总能量
C．2 ml气态氮原子结合生成1 ml N2(g)时，能放出945 kJ的热量
D．从图中数据可知N2比O2更稳定
B [旧键的断裂吸热，新键的形成放热，则生成2 ml NO(g)时吸收热量＝945 kJ＋498 kJ－630 kJ×2＝183 kJ，N2和O2反应生成NO的反应为吸热反应，A正确；结合选项A可知1 ml N2(g)和1 ml O2(g)的总能量大于2 ml NO(g)的总能量，B不正确；2 ml气态氮原子结合生成1 ml N2(g)时，能放出945 kJ的热量，C正确；氮气的键能远大于氧气，可知N2比O2更稳定，D正确。]
3．如图为反应CH4(g)＋Cl2(g)→CH3Cl(g)＋HCl(g)的变化示意图，下列说法正确的是( )
A．该反应发生的条件为加热
B．化学反应中能量的变化与键的断裂和形成无关
C．断裂化学键放出能量，形成化学键吸收能量
D．由图可知CH4(g)＋Cl2(g)→CH3Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝－100kJ·ml－1
D [该反应的条件为光照，A错误；化学反应中能量的变化的主要原因为键的断裂和形成，B错误；断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，C错误；由图可知，断开化学键吸收的能量为416 kJ·ml－1＋243 kJ·ml－1＝659 kJ·ml－1，形成化学键释放的能量为431 kJ·ml－1＋328 kJ·ml－1＝759 kJ·ml－1，因此CH4(g)＋Cl2(g)→CH3Cl(g)＋HCl(g)ΔH＝－100 kJ·ml－1，D正确。]
4．下列有关金刚石晶体和二氧化硅晶体(如图所示)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6 NA(NA是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
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×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＋4＝8个，B项错误；60 g SiO2晶体的物质的量为1 ml，1 ml Si原子与4 ml O原子形成4 ml硅氧键，1 ml O原子与2 ml Si原子形成2 ml硅氧键，故1 ml SiO2中含4 ml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。]
5．已知反应NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．图中A→B的过程为放热过程
B．1 ml NO2和1 ml CO断键吸收的能量大于形成1 ml NO和1 ml CO2成键放出的能量
C．1 ml NO2(g)和1 ml CO(g)的总能量低于1 ml NO(g)和1 ml CO2(g)的总能量
D．该反应可以看成将储存在NO2(g)和CO(g)内部的能量以热能的形式释放出来
D [B比A的能量高，则图中A→B的过程为吸热过程，A错误；反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，且焓变等于断裂化学键吸收的能量减去形成化学键释放的能量，则1 ml NO2和1 ml CO断键吸收的能量小于形成1 ml NO和1 ml CO2成键放出的能量，B错误；反应物总能量大于生成物总能量，该反应为放热反应，则1 ml NO2(g)和1 ml CO(g)的总能量高于1 ml NO(g)和1 ml CO2(g)的总能量，C错误；该反应为放热反应，则该反应可以看成将储存在NO2(g)和CO(g)内部的能量以热能的形式释放出来，D正确。]
6．下面有关氮化硼(BN)两种晶体说法正确的是( )
A．两种晶体均为共价晶体
B．两种晶体的化学式相同所以属于同种物质
C．两种晶体中均含有极性键和非极性键
D．根据立方相氮化硼的晶体结构推测其可用作超硬材料，有优异的耐磨性
D [六方相氮化硼为混合型晶体，立方相氮化硼为共价晶体，A错误；二者结构不同，不属于同种物质，B错误；两种晶体均只含有B—N键，属于极性共价键，C错误；立方相氮化硼为空间网状立体构型，原子间以共价键相结合，难以形变，所以硬度大，可用作超硬材料，有优异的耐磨性，D正确。]
7．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究特点。
Ⅰ.已知：4HCl(g)＋O2(g)eq \(――――――→,\s\up10(CuO/CuCl2),\s\d5(400 ℃))2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·ml－1
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184 kJ·ml－1
(1)H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是________。
(2)断开1 ml H—O键所需能量为________kJ。
Ⅱ.已知：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1 ①
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1 ②
又知CH4的燃烧热为890.3 kJ·ml－1。
(1)利用上述已知条件写出甲烷完全燃烧的热化学方程式：_________________________________________________________________。
(2)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法，CH4(g)与H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式为_________________________________。
[解析] (1) 根据①4HCl(g)＋O2(g)eq \(――――――→,\s\up10(CuO/CuCl2),\s\d10(400 ℃))2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·ml－1，②H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184 kJ·ml－1，则①＋②×2为2H2(g)＋O2 (g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·ml－1，则H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是2H2(g)＋O2 (g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·ml－1。
(2)根据反应热ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量，根据断键能量图可知：断开1 ml H—O键所需能量＝
eq \f(436 kJ·ml－1×2＋496 kJ·ml－1＋483.6 kJ·ml－1,4)，则H—O键能为462.9 kJ·ml－1，故断开1 ml H—O键所需能量为462.9 kJ。
Ⅱ. (1)已知CH4的燃烧热可得甲烷完全燃烧的热化学方程式：CH4(g)＋2O2 (g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1。
(2)由已知：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1；②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1可知，则①×2－②为CH4(g)＋ 2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1×2－247.4 kJ·ml－1＝＋165.0 kJ·ml－1。
[答案] Ⅰ.(1)2H2(g)＋O2 (g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·ml－1 (2) 462.9 Ⅱ. (1)CH4(g)＋2O2 (g)===CO2(g)＋ 2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1 (2)CH4(g)＋ 2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165.0 kJ·ml－1
[拓展培优练]
8.科学家已获得了气态N4分子，其结构为正四面体型(如图所示)。已知断裂1 ml N—N键吸收193 kJ能量，断裂1 ml N≡N键吸收946 kJ能量，下列说法正确的是( )
A．N4属于一种新型的共价晶体
B．N4(g)===4N(g)的过程中吸收772 kJ能量
C．1 ml N4转化为N2时要吸收734 kJ能量
D．N4和N2互为同素异形体，N4转化为N2属于化学变化
D [N4属于气态分子，A错误；N4(g)===4N(g)的过程中是断裂化学键，吸收的热量为6×193 kJ＝1158 kJ，B错误；1 ml N4气体中含有6 ml N—N键，可生成2 ml N2，形成2 ml N≡N键，则1 ml N4气体转变为N2化学键断裂吸收的热量为6×193 kJ＝1158 kJ，形成化学键放出的热量为946 kJ×2＝1892 kJ，所以反应放热，放出的热量为1892 kJ－1158 kJ＝734 kJ，C错误；N4和N2是同种元素组成的不同单质，两者互为同素异形体，且N4转化为N2属于化学变化，D正确。]
9．已知Cl2(g)＋NH3(g)===NH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝＋12 kJ·ml－1，相关的化学键键能数据如下表：
则H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH为( )
A．－183 kJ·ml－1B．248 kJ·ml－1
C．－431 kJ·ml－1D．－207 kJ·ml－1
A [根据ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，由反应Cl2(g)＋NH3(g)===NH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝＋12 kJ·ml－1知，[E(Cl—Cl)＋3×E(N—H)]—[2×E(N—H)＋E(N—Cl)＋E(H—Cl)]＝ΔH，E(Cl—Cl)＋3×391 kJ·ml－1－2×391 kJ·ml－1－191 kJ·ml－1－431 kJ·ml－1＝＋12 kJ·ml－1；E(Cl—Cl)＝243 kJ·ml－1；反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH＝E(H—H)＋ E(Cl—Cl)－2×E(H－Cl)＝436 kJ·ml－1＋243 kJ·ml－1－2×431 kJ·ml－1＝－183 kJ·ml－1。]
10．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 ml化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷(P4)和六氧化四磷(P4O6)的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：P—P 198 kJ·ml－1，P—O 360 kJ·ml－1，氧气分子内氧原子间的键能为498 kJ·ml－1，则P4＋3O2eq \(========,\s\up10(一定条件))P4O6的反应热ΔH为( )
A．＋1 638 kJ·ml－1B．－1 638 kJ·ml－1
C．－126 kJ·ml－1D．＋126 kJ·ml－1
B [各化学键键能为P—P 198 kJ·ml－1、P—O 360 kJ·ml－1、O===O 498 kJ ·ml－1，反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，由图可知：1个白磷分子中含有6个P—P,1个P4O6分子中含有12个P—O,1 ml P4和3 ml O2完全反应(P4 ＋ 3O2eq \(========,\s\up10(一定条件))P4O6 )生成1 ml P4O6，所以反应P4＋3O2eq \(========,\s\up10(一定条件))P4O6的反应热ΔH＝6×198 kJ·ml－1＋3×498 kJ·ml－1－12×360 kJ·ml－1 ＝－1 638 kJ·ml－1，故B正确。]
11．现在已能在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体，下列关于CO2共价晶体的说法中正确的是( )
A．1 ml CO2共价晶体中含有2NAπ键
B．在一定条件下，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化
C．熔点：金刚石>共价晶体CO2
D．在CO2的共价晶体中，每个C原子周围结合4个O原子，每个O原子与两个C原子相结合
D [CO2晶体转化为共价晶体后不存在π键，只存在σ键，A错误；两者的晶体类型不同，CO2共价晶体转化为CO2分子晶体时存在化学键的断裂和生成，属于化学变化，B错误；由于氧原子的半径小于碳原子的半径，故C—O键键长小于C—C键键长，故键能C—O强于C—C，故共价键强弱：C—O＞C—C，所以熔点应该是共价晶体CO2＞金刚石，C错误；由题意知CO2共价晶体与SiO2结构相似，每个C周围结合4个O，每个O周围结合2个C，D正确。]
12．已知：P4(g)＋6Cl2(g)===4PCl3(g) ΔH＝a kJ·ml－1，P4(g)＋10 Cl2(g)===4PCl5(g) ΔH＝b kJ·ml－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ·ml－1，PCl3中P—Cl键的键能为1．2c kJ·ml－1。下列叙述正确的是( )
A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能
B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH
C．Cl—Cl键的键能为eq \f(b－a＋5.6c,4) kJ·ml－1
D．P—P键的键能为eq \f(5a－3b＋12c,14) kJ·ml－1
C [由于P—P键的键长大于P—Cl键的键长，键长越短，键能越大，故P—P键的键能小于P—Cl键的键能，A错误；由于不知道PCl5(g)===PCl5(s)的反应热ΔH，所以不能求得Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH，B错误；设Cl—Cl键的键能为x，将题中已知的两个式子按顺序依次编号为①、②，将②－①可得4Cl2(g)＋4PCl3(g)===4PCl5(g) ΔH＝(b－a) kJ·ml－1，由于化学反应中断键吸热、成键放热，可得4x＋4×3×1.2c kJ·ml－1－4×5×c kJ·ml－1＝(b－a) kJ·ml－1，解得x＝eq \f(b－a＋5.6c,4) kJ·ml－1，C正确；设P—P键的键能为y，将①×5－②×3可得：2P4(g)＋12PCl5(g)===20PCl3(g) ΔH＝(5a－3b) kJ·ml－1，根据盖斯定律，可得2×6y＋12×5×c kJ·ml－1－20×3×1.2c kJ·ml－1＝(5a－3b) kJ·ml－1，解得y＝eq \f(5a－3b＋12c,12)kJ·ml－1，D错误。]
13．已知几种共价键的键能如下：
下列说法错误的是( )
A．稳定性：HCl>CH4
B．断裂1 ml CCl4(g)中共价键吸收的能量为1356 kJ
C．键长：C—HD．CH4(g)＋Cl2(g)===CH3Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝＋114 kJ·ml－1
D [共价键键能越高，越稳定，根据表中数据可知断开1 ml H—Cl键所需能量大于断开C—H键所需能量，故HCl比CH4稳定，A正确；断裂1 ml CCl4所吸收后的能量等于各键能之和，由表中数据可计算：所吸收的能量＝339×4＝1356 kJ，B正确；H原子半径小于Cl原子，故键长：C—H14．SF6分子中只存在S—F键。已知：1 ml S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 ml S—F键需吸收330 kJ能量。S(s)＋3F2(g)===SF6(s) ΔH＝－1 220 kJ·ml－1，则断裂1 ml F—F键需要的能量为( )
A．80 kJB．160 kJ
C．240 kJD．320 kJ
B [反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，设断裂1 ml F—F键需吸收的能量为x，热化学方程式为S(s)＋3F2(g)===SF6(g) ΔH＝－1 220 kJ·ml－1，则反应热ΔH＝280 kJ·ml－1＋3×x kJ·ml－1－6×330 kJ·ml－1＝－1 220 kJ·ml－1，x＝160 kJ·ml－1，即断裂1 ml F—F键需吸收的能量为160 kJ。]
15．单质硼有无定形和结晶形两种，参考如表所示数据回答下列问题：
(1)晶体硼属于________晶体，理由是_________________________________
_______________________________________________________________。
(2)已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B键的键角为________，该结构单元共含有________个B—B键。
[解析] (1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间，而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻、与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。
(2)从题图可得出，每个顶点上的硼原子均为5个正三角形所共有，故分推到每个正三角形的硼原子数为eq \f(1,5)，每个正三角形含有的硼原子数为eq \f(1,5)×3，每个结构单元含有的硼原子数为20×eq \f(1,5)×3＝12，而每个B—B键为2个正三角形所共有，则每个结构单元含B—B键的个数为20×eq \f(1,2)×3＝30。
[答案] (1)共价 晶体硼的熔、沸点高，硬度大 (2) 12 60° 30
16．下表是元素周期表的一部分。表中所列的字母分别代表一种化学元素。
试回答下列问题：
(1)请写出元素的基态原子核外电子排布式________。
(2)元素c、d、e的第一电离能由大到小的顺序为_________________________
(填元素符号)。第3周期8种元素按单质熔点高低的顺序如图，其中序号“8”代表________(填元素符号)；其中电负性最大的是________(填下图中的序号)。
(3)由j原子跟c原子以1∶1相互交替结合而形成的晶体晶型与晶体j相同。两者相比熔点更高的是________(填化学式)，试从结构角度加以解释：___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)i 单质晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。

甲 乙 丙
若已知i的原子半径为d cm，NA 代表阿伏加德罗常数，i 的相对原子质量为M，请回答：
①晶胞中i原子的配位数为________，一个晶胞中i原子的数目为________；
②该晶体的密度为________g/cm3(用字母表示)。
[解析] 根据元素周期表的结构，结合各元素所在的位置可知，a为H、b为Li、c为C、d为N、e为O、f为F、g为Na、h为Mg、i为Al、j为Si、k为S、l为Cl、 n为K、为Fe。
(1)元素为Fe，核电荷数为26，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)元素c为C、d为N、e为O，同周期主族元素的第一电离能从左到右呈增大的趋势，基态N原子2p轨道处于半充满状态，较稳定，其第一电离能会出现反常，故第一电离能由大到小的顺序为N>O>C；第3周期8种元素形成的单质金属晶体：钠、镁、铝；分子晶体：白磷、硫、氯气、氩气；共价晶体：硅；共价晶体的熔点最高，所以序号“8”代表的Si；非金属性越强，电负性越大，由于氯气的熔点仅比氩气高，由图可知，电负性最大的是Cl，序号为2。
(3)由j原子跟c原子以1∶1相互交替结合而形成的晶体为碳化硅，碳化硅与晶体硅均属于共价晶体，共价键键长越短，键能越大，熔点越高，由于碳的原子半径小，所以键长：C—Si(4) i为Al，根据图像可知，铝单质为面心立方最密堆积，铝原子的配位数为3×eq \f(1,2)×8＝12；由晶胞的结构可知，晶胞中铝原子的数目为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，由信息可知晶胞图为面心立方，设棱长为x，所以2x2＝(4d)2，所以x＝2eq \r(2)d，即正方体的棱长为2eq \r(2)d，正方体的体积为16eq \r(2)d3，该晶胞中原子的质量为eq \f(4M,NA)，所以其密度为eq \f(\f(4M,NA),16\r(2)d3) g/cm3＝eq \f(\r(2)M,8NAd3)g/cm3。
[答案] (1)1s22s22p63s23p63d64s2 (2)N>O>C Si 2 (3)SiC 碳化硅与晶体硅均属于共价晶体，由于碳的原子半径小，碳化硅中C—Si键键长小于晶体硅中Si—Si键键长，C—Si键键能大，因而熔点高 (4)①12 4 ②eq \f(\r(2)M,8NAd3)
17．据古籍《燕闲清赏笺》记载：“宣窑之青，乃苏勃泥青”，说明宣德时期青花瓷使用的颜料是“苏勃泥青”，它是从一种钻毒砂[主要成分：(C，Fe)AsS]中提取出来的。回答下列问题：
(1)基态S原子的价层电子排布图为________________________________，
其原子核外电子共有________种空间运动状态。
(2)比较元素第一电离能：S________P(填“＞”、“<”或“＝”)。
(3)Fe位于周期表的第_______周期 _______族，________________________
(填“d”或“ds”)区。
(4)区分晶体与非晶体最可靠的科学方法是________。
(5)砷化镓晶胞结构如图所示。晶胞中Ga与周围最近且等距的As形成的空间结构为________。已知GaAs晶胞棱长为a pm，其密度ρ g/cm3，则阿伏加德罗常数的数值为________(列出计算式即可，GaAs的摩尔质量为145 g·ml－1)。
(6)GaAs的熔点为1 238 ℃，GaN与GaAs晶体类型相同，GaN的熔点________1 238 ℃(填“>”、“<”或“＝”)。
[解析] (1)硫元素的原子序数为16，电子排布式为1s22s22p63s23p4，价层电子排布图为，核外电子空间运动状态与核外轨道数相同，为(1＋1＋3＋1＋3)＝9。
(2)磷原子的3p轨道为稳定的半充满结构，第一电离能大于相邻元素，则硫原子的第一电离能小于磷原子。
(3)铁元素的原子序数为26，位于元素周期表第4周期Ⅷ族，价电子排布式为3d64s2，则位于元素周期表d区。
(4)晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，则区分晶体与非晶体最可靠的科学方法是X射线衍射实验。
(5)由晶胞结构可知，晶胞中镓原子与周围最近且等距的4个砷原子形成的空间结构为正四面体型，位于顶点和面心的镓原子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，位于体内的砷原子个数为4，由晶胞质量公式可得(a×10—10)3ρ＝eq \f(4×145,NA)，解得NA＝eq \f(4×145,ρa3×10－30)。
(6)共价晶体的熔点取决于共价键的强弱，由砷化镓的熔点可知，砷化镓和氮化镓都是共价晶体，Ga—As键的键长大于Ga—N键，键能小于Ga—N键，则共价键Ga—As键弱于Ga—N键，氮化镓的熔点高于砷化镓。
[答案] (1) 9 (2) ＜ (3)4 Ⅷ d (4) X射线衍射实验 (5) 正四面体 eq \f(4×145,ρa3×10－30) (6) ＞化学键
N—H
N—Cl
H—Cl
H—H
键能/(kJ·ml－1)
391
191
431
436
共价键
C—H
Cl—Cl
C—Cl
H—Cl
键能/(kJ·ml－1)
413
243
339
431
金刚石
晶体硅
晶体硼
熔点/ ℃
＞3500
1412
2573
沸点/ ℃
5100
2628
2823
硬度
10
7.0
9.5