高中化学人教版 (2019)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课后测评

第二节　分子晶体与共价晶体

课后·训练提升

基础巩固

1.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

答案C

解析分子晶体的稳定性与化学键有关,共价键越强,稳定性越大,而分子间作用力只影响物质的熔、沸点,A项错误。稀有气体形成的分子晶体,不含有共价键,B项错误。冰和Br2都是由分子构成的分子晶体,C项正确。稀有气体的构成粒子是分子,能形成分子晶体,D项错误。

2.如果分子间作用力只是范德华力,则该分子晶体将采取密堆积,原因是分子晶体中(　　)。

A.范德华力无方向性和饱和性

B.晶胞中的构成粒子是原子

C.化学键是共价键

D.三者都是

答案A

解析分子晶体中分子间以范德华力结合在一起,由于范德华力没有方向性和饱和性,所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积,A项正确。

3.干冰熔点很低是由于(　　)。

A.CO2是非极性分子

B.CO的键能很小

C.CO2化学性质不活泼

D.CO2分子间的作用力较弱

答案D

解析干冰熔化时破坏的是分子间作用力。

4.下列属于分子晶体性质的是(　　)。

A.熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电

B.能溶于CS2,熔点112.8 ℃,沸点444.6 ℃

C.熔点1 400 ℃,可作半导体材料,难溶于水

D.熔点97.81 ℃,质软,导电,密度为0.97 g·cm-3

答案B

解析分子晶体的主要性质有熔、沸点低,硬度小;极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性溶剂;分子晶体不导电,熔融状态下也不导电。

5.AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是(　　)。

A.①③ B.②⑤

C.⑤⑥ D.③④⑤⑥

答案B

解析分子晶体中通常两个或两个以上的原子形成一个分子,分子中的原子不能被另一个分子共用,即分子中不存在向外扩展或延伸的结构,从各图中可以看出②⑤不存在共用现象,最有可能是分子晶体。

6.已知干冰晶体的晶胞如图所示,在每个CO2周围距离a(其中a为晶胞的棱长)的CO2有(　　)。

A.4个 B.8个 C.12个 D.6个

答案C

解析在1个晶胞中处于晶胞顶角处的每个CO2周围距离a的CO2即为3个面心上的CO2分子,故每个CO2周围距离a的CO2有3×4=12个。

7.下列叙述中,结论(事实)和对应的解释(事实)均不正确的是(　　)。

A.金刚石的熔、沸点高于晶体硅,因为C—C的键能大于Si—Si的键能

B.二氧化硅晶体中不存在SiO2分子,因为它含有硅氧共价键三维骨架结构

C.稀有气体的晶体属于共价晶体,因为其组成粒子是原子,不存在分子间作用力

D.空间结构为正四面体的分子中,化学键的键角可能为60°

答案C

解析金刚石、晶体硅都属于共价晶体,键能大小决定晶体的熔、沸点高低,因为C—C的键能大于Si—Si的键能,故金刚石的熔、沸点高于晶体硅,A项正确;二氧化硅晶体属于共价晶体,有硅氧共价键三维骨架结构,不存在SiO2分子,只是硅、氧原子个数最简比为1∶2,即化学式为SiO2,B项正确;稀有气体的晶体属于分子晶体,C项错误;空间结构为正四面体的分子中,化学键的键角可能为60°,如白磷等,D项正确。

8.目前,世界上已合成了几百种有机超导体,TCNQ就是其中之一。TCNQ的分子结构如图所示。下列关于TCNQ的说法中错误的是(　　)。

A.分子中所有的氮原子在同一平面内

B.属于共价晶体

C.分子式为C12H4N4

D.该物质难溶于水

答案B

解析在CC中,C原子采取sp2杂化,在中C原子采取sp杂化,sp2杂化轨道为平面三角形,sp杂化轨道为直线形,故TCNQ分子中所有的原子都在同一平面内,分子中所有的氮原子也都在同一平面内,A项正确;TCNQ是分子,所形成的晶体为分子晶体,B项不正确;由分子结构知其分子式为C12H4N4,C项正确;TCNQ分子的对称性很好,是非极性分子,难溶于极性溶剂水中,D项正确。

9.制造光导纤维的材料是一种很纯的硅氧化物,它是具有共价键三维骨架结构的晶体,下图是简化了的平面示意图。下列关于这种制造光纤的材料的说法正确的是(　　)。

A.它的晶体中硅原子与氧原子数目比是1∶4

B.它的晶体中硅原子与氧原子数目比是1∶6

C.这种氧化物是共价晶体

D.这种氧化物是分子晶体

答案C

解析由晶体结构图可知,每个硅原子周围连有4个氧原子,每个氧原子周围连有2个硅原子,Si、O原子个数比为1∶2,A、B项错误。该晶体具有共价键三维骨架结构,是共价晶体,不是分子晶体,C项正确,D项错误。

10.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相似,其中C原子的杂化方式为　　　　,粒子间存在的作用力是　　　　　　　　。SiC和晶体Si的熔点高低顺序是　　　　　　　　。 

(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,试从原子半径大小的角度分析,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。SiO2属于　　　　晶体,干冰属于　　　　晶体,所以熔点:干冰　　　　(填“<”“>”或“=”)SiO2。 

(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、干冰四种晶体的构成粒子分别是　　　　　　　　　　(填“原子”“分子”或“离子”),熔化时克服的粒子间的作用力分别是　　　　　　　　　　　。

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,p-p轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成π键　共价　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

解析(1)晶体硅中1个硅原子与4个硅原子相连,呈正四面体形结构,所以硅原子采用sp3杂化,SiC的晶体结构与晶体硅相似,故碳原子也采用sp3杂化;因为Si—C的键长小于Si—Si,所以熔点:碳化硅>晶体硅。(2)SiO2为共价晶体,干冰为分子晶体,所以熔点:SiO2>干冰。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体,构成粒子均为原子,熔化时破坏共价键;干冰为分子晶体,由分子构成,CO2分子以分子间作用力相结合。

11.单质硼有无定形体和晶体两种,参考下表数据:

(1)晶体硼的晶体类型属于　　　　晶体,理由是　　　　　　　　　　　　。 

(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(下页图),其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶角,每个顶角上各有1个B原子。通过观察图形及推算,此晶体结构单元由　　　　个B原子组成,键角为　　　　。 

答案(1)共价　晶体硼的熔、沸点和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,B与C相邻且与Si处于对角线位置,也应为共价晶体

(2)12　60°

解析晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间,而金刚石和晶体Si均为共价晶体,B与C相邻且与Si处于对角线位置,也应为共价晶体。每个三角形的顶角被5个三角形所共有,所以,此顶角完全属于一个三角形的只占,每个三角形中有3个这样的顶角,且晶体B中有20个这样的三角形,因此,晶体B中这样的顶角(B原子)有×20=12个。晶体B中的三角形为正三角形,所以键角为60°。

能力提升

1.某研究所合成了一种球形分子,它的分子式为C60Si60,其结构中包含C60和Si60。下列对该分子的叙述中正确的是              (　　)。

A.形成的晶体属于分子晶体

B.分子中Si60被包裹在C60里面

C.其摩尔质量为2 400

D.熔点高、硬度大

答案A

解析球形分子的分子式为C60Si60,其结构中包含C60和Si60,该物质的晶体是由C60分子和Si60分子构成的,属于分子晶体,A项正确。Si原子的半径大于C原子,所以Si—Si的键长比C—C的键长长,分子中Si60包裹着C60,B项错误。摩尔质量的单位为g·mol-1,C项错误。C60Si60属于分子晶体,熔点低、硬度小,D项错误。

2.下图所示是某无机化合物的二聚分子,该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外层电子都达到8电子稳定结构。下列说法不正确的是(　　)。

A.该化合物的分子式是Al2Cl6

B.该化合物是离子化合物,在熔融状态下能导电

C.该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体

D.该化合物中不存在离子键,也不含有非极性共价键

答案B

解析将二聚分子变成单分子,得BA3,根据两种元素都处于第三周期,可知BA3可能是PCl3或AlCl3,而在PCl3中所有原子已达稳定结构,不可能形成二聚分子,故只可能是AlCl3,则该化合物的分子式是Al2Cl6,故A项正确。该化合物是无机化合物的二聚分子,属于共价化合物,不存在离子键,只有极性共价键,在熔融状态下不能导电,固态时形成的晶体是分子晶体,故B项错误,C、D项正确。

3.冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似,如图所示。下列有关冰晶胞的说法正确的是(　　)。

金刚石晶胞

A.冰晶胞内水分子间以共价键结合

B.每个冰晶胞平均含有4个水分子

C.水分子间的氢键具有方向性和饱和性,也是σ键的一种

D.实验测得冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,这说明冰熔化成水,氢键部分被破坏

答案D

解析水分子内存在共价键,水分子间为分子间作用力,冰晶胞中水分子间作用力主要是氢键,A项错误。冰晶胞结构与金刚石相似,可将金刚石晶胞图中小球皆看成水分子,所以冰晶胞中含有水分子数为4+8×+6×=8,B项错误。水分子间的氢键具有方向性和饱和性,氢键属于分子间作用力,不属于化学键,C项错误。冰中氢键的作用力为18.5kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0kJ·mol-1,说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,并且液态水中仍存在氢键,D项正确。

4.X是核外电子数最少的元素,Y是地壳中含量最丰富的元素,Z在地壳中的含量仅次于Y,W可以形成自然界中最硬的共价晶体。下列叙述错误的是(　　)。

A.WX4是天然气的主要成分

B.固体X2Y是分子晶体

C.ZW是共价晶体

D.ZY2的水溶液俗称水玻璃

答案D

解析经分析可知X为H,Y为O,Z为Si,W为C,则WX4为CH4,是天然气的主要成分,A项正确。X2Y为H2O,固态时为分子晶体,B项正确。ZW为SiC,为共价晶体,C项正确。ZY2为SiO2,Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,D项错误。

5.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共价键三维骨架结构的共价晶体。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

答案A

解析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:

6.氮化铝(AlN)是一种重要的功能材料,如下面流程图所示,以三乙基铝[(C2H5)3Al]和氨为原料,采用溶胶-凝胶法可合成AlN。

请回答下列问题。

(1)基态N原子的电子排布式为　　　　　,H、C、N三种元素的电负性由大到小的顺序为　　　　　　　　　　　　。 

(2)中间体分子中采取sp3杂化的原子有　　　。 

(3)在C2H6分子中,存在下列作用中的　　　(填序号)。 

①σ键　②π键　③极性键　④非极性键

(4)AlN的晶体结构与金刚石类似,AlN晶体中

Al—N—Al键角为　　　　;1个AlN晶胞中含有　　　　个Al原子;若AlN的密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则AlN晶胞的棱长为　　　　 cm。 

答案(1)1s22s22p3　N>C>H　(2)C、Al、N

(3)①③④　(4)109°28'　4　

解析(4)AlN的晶体结构与金刚石类似,Al与4个N呈正四面体结构,则AlN晶体中Al—N—Al键角为109°28';金刚石结构中含有8个碳原子,而AlN晶体是Al、N交替,1个AlN晶胞中含有4个Al和4个N,1个AlN晶胞中存在4个AlN;设AlN晶胞棱长为acm,AlN的密度为dg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则有d=,a=。

7.有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素,原子序数:E<Q<T<X<Z。E、Q、T三种元素的基态原子具有相同的能层和能级,且I1(E)<I1(T)<I1(Q),其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态。X为周期表前四周期中电负性最小的元素,Z的原子序数为28。请回答下列问题(答题时如需表示具体元素,请用相应的元素符号):

(1)基态Z原子的核外电子排布式为　　　　　　　　　　　　　　。 

(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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等两种。 

(3)化合物甲由T、X两元素组成,其晶胞如下图,则甲的化学式为　　　　。 

(4)化合物乙的晶胞如下图,乙由E、Q两种元素组成,其硬度超过金刚石。

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(1)1s22s22p63s23p63d84s2

(2)这两种氢化物均为极性分子、相互之间能形成氢键　(3)KO2

(4)①共价晶体　C—N的键长小于C—C的键长,C—N的键能大于C—C的键能　②sp3

解析由题意知,E、Q、T、X、Z五种元素分别为C、N、O、K、Ni。(1)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,其主要原因是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,属于共价晶体,其硬度超过金刚石的原因是C—N的键长小于C—C的键长,C—N的键能大于C—C的键能。②C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3杂化。