高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体第2课时课后作业题

第三章　第三节　第2课时

一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)

1．下列叙述正确的是( A )

A．Na2SO4晶体中含有离子键和极性共价键

B．离子晶体中一定存在离子键，同时存在其他化学键

C．Na2O2、NaHSO4晶体中的阴、阳离子个数比均为12

D．晶体熔点：金刚石>食盐>干冰>冰

解析：Na2SO4晶体中含有Na＋和SO，它们之间形成离子键，SO中存在极性键，A项正确；离子晶体中一定存在离子键，不一定存在共价键，如NaCl中仅有离子键，B项错误；Na2O2中的阴离子是O，阴、阳离子个数比为12，NaHSO4中的阴离子是HSO，阴、阳离子个数比为11，C项错误；冰中含有氢键，冰的熔点高于干冰，D项错误。故选A。

2．TiO2可用于油漆、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤等行业，也可用于制作电焊条、提炼钛和制造钛白粉。钛白粉(纳米级)广泛应用于功能陶瓷、催化剂、化妆品和光敏材料等白色无机颜料。一种TiO2的晶胞结构如图所示，其中与每个氧原子直接相连的钛原子数目为( C )

A．4  B．12

C．3  D．6

解析：TiO2的晶胞结构中黑球的个数是×8＋1＝2，白球的个数为4×＋2＝4，而化学式为TiO2，所以白球是氧原子，每个氧原子直接相连的钛原子数目为3个，故选C。

3．下列晶体分类中正确的一组是( C )

解析：NaOH是离子晶体，Ar是稀有气体，分子间以范德华力相互结合，为分子晶体，A错误；纯H2SO4中无H＋，是分子晶体，石墨是混合型晶体，B错误；CH3COONa是离子晶体，SiO2是典型的共价晶体，I2是分子晶体，C正确；Ba(OH)2是离子晶体，金刚石是典型的共价晶体，玻璃没有固定的熔点，为非晶体，D错误。故选C。

4．用高压釜施加高温高压并加入金属镍等催化剂，可实现如图所示的石墨转化为物质B的过程，下列有关说法错误的是( D )

A．石墨的层状结构比物质B的结构更稳定

B．在该条件下，石墨转化为物质B的变化是化学变化

C．物质B的硬度比石墨的大，属于共价晶体

D．石墨和物质B中的C均采取sp2杂化，键角均为120°

解析：由题给结构可知，高温高压并有催化剂存在时，石墨转化得到的物质B为金刚石。键长金刚石>石墨，则键能金刚石<石墨，键能越大，键越牢固，物质越稳定，石墨稳定，A项正确；石墨和金刚石互为同素异形体，石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成，是化学变化，B项正确；金刚石的结构是共价键三维骨架结构，属于共价晶体，其硬度比石墨的大，C项正确；石墨中的C采取sp2杂化，键角是120°，金刚石中的C采取sp3杂化，键角是109°28′，D项错误。故选D。

5．石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图：

下列有关说法正确的是( D )

A．石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化

B．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子

C．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键

D．石墨烯具有导电性

解析：石墨烯是平面结构，碳原子的杂化方式为sp2杂化，A项错误；石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子，B项错误；从石墨中剥离石墨烯需要破坏范德华力，不破坏化学键，C项错误；石墨烯具有导电性，D项正确。

6．下列有关石墨晶体的说法正确的是( B )

①石墨层内作用力为共价键，层间靠范德华力维系

②石墨是混合型晶体

③石墨中的C为sp2杂化

④石墨的熔、沸点都比金刚石的低

⑤石墨中碳原子个数和C—C键个数之比为12

⑥石墨和金刚石的硬度相同

⑦石墨的导电性只能沿石墨平面的方向

A．全部  B．①②③⑦

C．仅②③⑦  D．①②⑤⑦

解析：石墨是混合型晶体，石墨层中碳原子靠共价键连接，层与层之间靠范德华力维系，①正确；石墨是混合型晶体，②正确；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，③正确；石墨中的共价键键长比金刚石中共价键键长短，具有的能量更多，所以石墨的熔点比金刚石的高，④错误；石墨中，一个碳原子上有3个单键，每个单键被2个碳原子共用，所以平均每个碳原子对应1.5个单键，故石墨中碳原子个数和C—C键个数之比为23，⑤错误；石墨质软，金刚石的硬度大，⑥错误；石墨的导电性只能沿石墨平面的方向，⑦正确。故选B。

7．下列说法正确的是( B )

A．第三周期主族元素从左到右，最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大

B．大多数晶体都是过渡晶体

C．过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件，转化为另一种晶体

D．Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2是纯粹的共价晶体

解析：第三周期主族元素从左到右，元素的电负性逐渐增大，与氧元素的电负性差值逐渐减小，则最高价氧化物中离子键的百分数逐渐减小，A错误；纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体，B正确；过渡晶体是介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，C错误；Na2O、SiO2都不是纯粹的典型晶体，而是离子晶体和共价晶体之间的过渡晶体，D错误。故选B。

8．下列变化需克服相同类型作用力的是( D )

A．硅和C60的熔化 B．溴和汞的汽化

C．HCl和蔗糖的溶解 D．碘和干冰的升华

解析：单质硅属于共价晶体，熔化时破坏的是共价键，C60属于分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，描述错误，A不符合题意；单质溴固态时属于分子晶体，汽化破坏的是分子间作用力，金属汞汽化时破坏的是金属键，描述错误，B不符合题意；HCl溶解存在电离，破坏分子间作用力及共价键，蔗糖溶解不存在电离，只破坏分子间作用力，描述错误，C不符合题意；碘单质及干冰均属于分子晶体，升华时均破坏分子间作用力，描述正确，D符合题意。故选D。

9．石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为( A )

A．8  B．12

C．24  D．60

解析：可选取题图中6个钾原子围成的正六边形为结构单元，每个钾原子被3个正六边形共用，则该结构单元中实际含有的钾原子数为6×＋1＝3，该六边形内实际含有的碳原子数为24，故钾原子数与碳原子数之比为18。

10．有关晶体的结构如图所示，下列说法中错误的是( C )

A．钛酸钙的化学式为CaTiO3

B．在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键(C—C)数目之比为12

C．硒化锌晶体中与一个Se2－距离最近且相等的Se2－有8个

D．CaF2中F－与距离最近的Ca2＋所形成的键的夹角为109.5°

解析：该晶胞中各原子数为Ca：8×＝1，Ti：1，O：6×＝3，故钛酸钙的化学式为CaTiO3，A项正确；在金刚石晶体中，每个碳原子周围有4条碳碳键，每条碳碳键被两个碳原子共用，故碳原子与碳碳键数目之比为1，B项正确；硒化锌晶体中与一个Se2－距离最近且相等的Se2－有12个，C项错误；CaF2中以F－为中心，其周围4个Ca2＋为顶点形成正四面体，故CaF2中F－与距离最近的Ca2＋所形成的键的夹角为109.5°，D项正确。故选C。

11．有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是( B )

A．在NaCl晶体(图甲)中，距Na＋最近的Cl－形成正八面体

B．该气态团簇分子(图乙)的分子式为EF或FE

C．在CO2晶体(图丙)中，一个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻

D．在碘晶体(图丁)中，存在非极性共价键和范德华力

解析：由NaCl晶胞结构知，Na＋周围最近的Cl－有6个，分别位于Na＋的上下左右前后，形成正八面体结构，A正确；分子中不涉及原子共用的问题，故该分子中含有4个E原子和4个F原子，分子式为E4F4或F4E4，B错误；以顶点CO2分子作为参考点，相邻三个面面心上CO2分子离其最近，考虑晶胞无隙并置原理，一个顶点周围共有8个晶胞，每个晶胞中各有3个CO2分子离顶点CO2最近，又考虑面心共用，故离顶点CO2最近的CO2分子有＝12个，C正确；碘分子内部两个碘原子之间为非极性共价键，碘分子之间为范德华力，D正确。故选B。

12．下表给出了几种氯化物的熔点和沸点。

关于表中4种氯化物有下列说法：

(1)AlCl3在加热时可升华

(2)CCl4属于分子晶体

(3)MgCl2的晶体属于离子晶体

(4)AlCl3是典型的离子晶体

其中正确的是( C )

A．只有(1)和(2)  B．只有(3)

C．只有(1)(2)(3)  D．全部一致

解析：根据各物质的熔、沸点判断，NaCl和MgCl2是离子晶体，AlCl3和CCl4为分子晶体；AlCl3的沸点低于熔点，所以易升华。

二、非选择题

13．碳元素的单质有多种形式，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

请回答下列问题：

(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为_同素异形体__。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为 sp3　、 sp2　。

(3)C60属于 分子　晶体，石墨属于 混合型　晶体。

(4)C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为 　g(用含NA的式子表示，设NA为阿伏加德罗常数的值)。

(5)金刚石晶胞中含有 8　个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝ a　，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率为 ＝　(不要求计算结果)。

(6)硅晶体的结构与金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是 2　NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)。

解析：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素形成的单质，它们的组成相同、结构不同、性质不同，互为同素异形体。

(2)金刚石中1个碳原子与4个碳原子形成4个共价单键(即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体；石墨中的碳原子采取sp2杂化方式，形成平面六元并环结构。

(3)C60中构成粒子是分子，所以属于分子晶体；石墨晶体中含有共价键、类似金属键的作用力和范德华力，所以石墨属于混合型晶体。

(4)C60晶体为面心立方结构，所以每个C60晶胞中有4个C60分子，所以一个C60晶胞质量＝ g＝ g。

(5)由金刚石的晶胞结构可知，晶胞内部有4个碳原子，面上有6个碳原子，顶点有8个碳原子，所以金刚石晶胞中碳原子数为4＋6×＋8×＝8；若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体的体对角线长度的就是C—C的键长，a＝2r，所以r＝a，碳原子在晶胞中的空间占有率＝＝＝。

(6)由金刚石的结构模型可知，每个碳原子都与相邻的碳原子形成一个单键，故每个碳原子相当于形成个单键，则1 mol硅晶体中可形成2 mol硅硅单键。

14．磷及含磷化合物是重要的化工原料，广泛应用于洗涤剂、农药、医药、水处理等行业回答下列问题：

(1)基态P原子的轨道表示式为_a__(填字母)。

a．[Ne]

b．[Ne]

c．[Ne]

d．[Ne]

(2)黑磷是磷的一种同素异形体，与石墨烯类似，其晶体结构片段如图所示：

其中最小的环为_六__元环，每个环平均含有_2__个P原子。

(3)杀虫剂敌敌畏是有机磷化合物，其结构简式如图所示，其中C原子的杂化方式为 sp3、sp2　，甲基得一个电子后为CH，其空间构型为 三角锥形　。

(4)磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，晶体中磷原子作面心立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。

①PH3、NH3、BP三种物质的熔沸点由大到小的顺序为 BP>NH3>PH3　。

②磷化硼晶胞结构如图所示，晶胞参数a＝b＝c＝478 pm，α＝β＝γ＝90°，则磷化硼的密度是 　g·cm－3(列出计算表达式，设阿伏加德罗常数为NA)。

解析：(1)基态P原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3或[Ne]3s23p3，则轨道表示式为[Ne]，答案选a。

(2)根据题干图示，黑磷晶体结构片段，最小的环为六元环，每个环含有六个P，每个P被三个环共用，每个环只占有一个P原子的三分之一，因此每个环平均含有2个P原子。

(3)在有机化合物中，以全部为单键链接的碳是sp3杂化，双键连接的碳为sp2杂化，其结构简式如图所示，该有机磷化合物含有单键连接的C(甲基)，还含有碳碳双键，因此碳原子的杂化方式为sp3、sp2；甲基得一个电子后为CH，中心原子为碳，其价电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，该离子由四个原子组成，空间构型为三角锥形。

(4)①磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料，熔沸点最高，NH3中含有氢键，三种物质的熔沸点由大到小的顺序为BP>NH3>PH3。

②磷原子半径大，硼原子半径小，因此大黑球为磷原子，小白球为硼原子。晶胞中磷原子的个数＝×8＋×6＝4，硼原子的个数＝4；晶胞参数a＝b＝c＝478 pm，α＝β＝γ＝90°，该晶胞为立方体，晶胞密度ρ＝＝＝。

15．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。

(1)关于这两种晶体的说法，正确的是 bc　(填字母)。

a．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大

b．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软

c．两种晶体中的B—N均为共价键

d．两种晶体均为分子晶体

(2)六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间结构为 平面三角形　，其结构与石墨相似却不导电，原因是 层状结构中没有自由移动的电子　。

(3)立方相氮化硼晶体中，硼原子的杂化轨道类型为 sp3　。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是 高温、高压　。

解析：(1)立方相氮化硼只含有σ键，a错误；六方相氮化硼质地软，是由于其层间作用力为范德华力，作用力小，b正确；B、N均为非金属元素，两者形成的化学键为共价键，c正确；立方相氮化硼属于共价晶体，d错误。(2)观察六方相氮化硼的晶体结构可知，层内每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形。硼最外层电子全部成键，没有自由移动的电子存在，故不能导电。(3)立方相氮化硼晶体中，每个硼原子形成4个共价单键，所以为sp3杂化；地下约300 km的环境应为高温、高压。