3.3.4共价晶体课时作业（含解析）高二下学期化学苏教版（2019）选择性必修2

苏教版（2019）高二化学选择性必修二课时作业
第4课时共价晶体
一、选择题(本题15小题，每小题只有一个选项符合题意)
1、下列叙述中，结论(事实)和对应的解释均不正确的是( )
A.金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C键的键能大于Si—Si键的键能
B.二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，因为它含有硅氧四面体的空间网状结构
C.稀有气体的晶体属于共价晶体，因为其组成微粒是原子，不存在分子间作用力
D.空间结构为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28′，有可能为60°
2、根据下列性质判断,属于共价晶体的物质是(　　)
A.熔点2 700 ℃,导电性好,延展性好
B.无色晶体,熔点3 500 ℃,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800 ℃,熔化时能导电
D.熔点-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电
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，氮化硅是一种新型的耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。氮化硅所属的晶体类型是(　　)
A.共价晶体 B．分子晶体
C.离子晶体 D．金属晶体
4、二氧化硅晶体是立体网状结构,其结构如图所示。
下列关于二氧化硅晶体的说法不正确的是(　　)
A.晶体中每个硅原子与4个氧原子相连
B.晶体中硅、氧原子个数比为1∶2
C.晶体中最小环上的原子数为8
D.晶体中硅、氧原子最外层都满足8电子结构
5、下列各组物质熔点高低的比较，正确的是(　　)
A．Mg>Al>Na
B．MgO>NaCl>KCl
C．晶体硅>金刚石>碳化硅
D．冰>金刚石>NaCl
6、下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅
熔点/℃ 3 900 3 000 2 600
摩氏硬度 10 9.5 9
共价晶体 石英 硅 锗
熔点/℃ 1 710 1 415 1 211
摩氏硬度 7.0 7 6.0
分析表中的数据,判断下列叙述正确的是( )
A.构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
B.一般构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高
C.构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大
D.构成共价晶体的原子的相对原子质量越大,晶体的硬度越大
7、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
8、设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是
A．12 g金刚石中含有C—C的个数为4NA
B．40 g金刚砂晶体(SiC)中含有C—Si的个数为2NA
C．28 g晶体硅中含有Si—Si键的个数为2NA
D．SiO2晶体中1 mol硅原子可与氧原子形成2NA个共价键(Si—O)
9、我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体,晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　)
A.11BN 和10BN的性质无差异
B.该晶体具有良好的导电性
C.该晶胞中含有14个B原子、4个N原子
D.N原子周围等距且最近的N原子数为12
10、氮氧化铝(AlON)属于共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　)
A．AlON和Al的晶体类型相同
B．AlON和石英晶体类型相同
C．AlON和Al2O3的化学键类型不同
D．AlON和石英的化学键类型相同
11、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
12、下列有关金刚石和二氧化硅晶体的叙述正确的是(　　)
A.金刚石晶体和二氧化硅晶体均属于共价晶体
B.金刚石每个晶胞中含有6个碳原子
C.60 g SiO2晶体中所含共价键数目为6NA(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
13、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 mol 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
14、AB型共价化合物，若原子最外层电子数之和为8，其晶体常是具有半导体性质的共价晶体。已知金刚石不导电但导热，锆石(ZrO2)不导电、不导热，却硬似钻石。近期发现不良商贩用制耐热器的碳化硅制成假钻石，则识别它们的可靠方法是(　　)
A.能在玻璃上刻划出痕迹的为金刚石
B.很硬、不导电但导热的是金刚石
C.既可导电又可导热的是碳化硅
D.不导电的为锆石
15、GaAs晶体被业内称为“半导体贵族”,2001年7月31日,我国科学家宣布掌握了其生产技术,我国成为继日本、德国之后第三个拥有此项技术的国家。GaAs晶体的熔点很高,硬度很大。其原子间以共价键(配位键)相连,密度为ρ g·cm-3,Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1、MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm、rAs pm,令阿伏加德罗常数的值为NA,其晶胞结构如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A.该晶体为共价晶体
B.在该晶体中Ga和As的配位数均为4
C.所有原子均满足8电子稳定结构
D.原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%
二、非选择题（共4小题）
16、某些共价晶体的熔点如下表所示：
共价晶体 金刚石 氮化硼 硅 锗
熔点/℃ 3 550 3 000 1 415 1 211
根据上表中的数据回答下列问题：
(1)从原子结构角度分析，金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低的原因是
_______________。
(2)第ⅣA族与第ⅤA族元素组成的晶体多是共价晶体，如氮化碳、氮化硅等。写出氮化碳、氮化硅的熔点大小关系： _________(用化学式表示)。
17、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：
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
(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。
18、 (1)钠的晶胞属于体心立方堆积，则该晶胞中属于该晶胞的Na原子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋的配位数是________。
(2)钛的一种氟化物晶胞结构如图2所示，其化学式为________。
(3)元素X的某价态离子Xn＋与N3－形成的晶体结构如图3所示。该晶体中阳离子与阴离子个数比为________________，
Xn＋中n＝________，晶体中每个N3－被________个等距离的Xn＋包围。
19、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o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)。
答案与解析
1、C
解析：稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项符合题意。
2、B
解析：共价晶体的熔点高,一般不能导电,延展性差,故A不符合题意;无色晶体,熔点3 500 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂,符合共价晶体的性质特点,故B符合题意;无色晶体,能溶于水,质硬而脆,熔点800 ℃,熔化时能导电,不属于共价晶体,故C不符合题意;熔点-56.6 ℃,微溶于水,硬度小,固态或液态时不导电,不符合共价晶体的性质,故D不符合题意。
3、A
解析：根据氮化硅(Si3N4)的元素组成，可判断它不可能为离子晶体和金属晶体；根据氮化硅的性质，可判断它不可能是分子晶体。
4、C
解析：由二氧化硅晶体结构图可知,每个硅原子连有4个氧原子,每个氧原子连有2个硅原子,硅原子、氧原子个数比为1∶2;晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子,最小环上的原子总数为12;晶体中每个硅原子形成四对共用电子对,每个氧原子形成两对共用电子对,二者都满足最外层8电子结构。
5、B
解析：Al、Mg、Na都是金属晶体，Al、Mg、Na核电荷数顺序：Al＞Mg＞Na；原子半径顺序：Al＜Mg＜Na，金属晶体中原子半径越小，电荷越多，熔点越高，所以熔点顺序：Al＞Mg＞Na，A错误；MgO、NaCl、KCl都是离子晶体，镁离子半径小于钠离子、钾离子半径，氧负离子半径小于氯离子半径；离子晶体中阴阳离子半径越小，电荷越大，熔点越高；所以熔点高低顺序为MgO＞NaCl＞KCl，B正确；晶体硅、金刚石、碳化硅都是共价晶体，因键长C—C＜C—Si＜Si—Si，共价晶体中半径越小，共价键越强，熔点越高，则熔点高低顺序为金刚石＞碳化硅＞晶体硅，C错误；熔点高低顺序为金刚石＞NaCl>冰，D错误。
6、B
解析：共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关,而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关,一般原子半径越小,共价键键能越大,共价晶体熔点越高,硬度越大。
7、D
解析：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。
8、C
解析：金刚石中每个C原子形成4个C—C键，每个C—C键被两个C原子共用，则每个C具有4×＝2个C—C键，12 g金刚石含有1 mol碳原子，含有C—C的个数为2NA，A错误；金刚砂晶体中1个C原子连4个Si原子，1个Si原子连4个C原子，40 g金刚砂晶体(SiC)中含有1 mol碳原子和1 mol硅原子，含有C—Si的个数为4NA，B错误；与金刚石类似，晶体硅中每个Si原子形成Si—Si键，28 g晶体硅物质的量为1 mol，因此中含有Si—Si键的个数为2NA，C正确；SiO2晶体中每个Si与周围4个O原子结合形成4个Si—O键，因此SiO2晶体中每摩尔硅原子可与氧原子形成4NA个共价键(Si—O键)，D错误。
9、D
解析：二者的物理性质不同,A项错误;该晶体结构中无自由移动的电子,不具有导电性,B项错误;由图可知,该晶胞含4个N原子,B原子位于晶胞的顶点和面心上,故晶胞中B原子的数量为8×+6×=4,C项错误;由晶胞示意图,知1个N原子与4个B原子成键,除去该中心N原子外,每个B原子又可以和另外3个N原子成键,故N原子周围等距且最近的N原子个数为12,D项正确。
10、A
解析：AlON是共价晶体，Al是金属晶体，A错误；AlON是共价晶体，石英的主要成分是SiO2，SiO2也是共价晶体，B正确；AlON是共价晶体，原子间是共价键，Al2O3是离子化合物，Al和O之间是离子键，C正确；AlON是共价晶体，原子间是共价键，石英的主要成分是SiO2，SiO2也是共价晶体，原子间也是共价键，D正确。
11、A
解析：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×＋6×＋4＝8个，B项错误；60 g SiO2晶体的物质的量为1 mol，1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键，1 mol O原子与2 mol Si原子形成2 mol硅氧键，故1 mol SiO2中含4 mol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。
12、A
解析：金刚石和二氧化硅晶体均属于共价晶体,A项正确;每个金刚石晶胞中含有的碳原子数为8×+6×+4=8,B项错误;60 g SiO2晶体的物质的量为1 mol,1 mol Si原子与4 mol O原子形成4 mol硅氧键,1 mol O原子与2 mol Si原子形成2 mol硅氧键,故1 mol SiO2中含4 mol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。
13、D
解析：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。
14、B
解析：金刚石、锆石和碳化硅硬度均很大，刻划玻璃的方法不可靠，A项不可行；由题干知金刚石导热但不导电，碳化硅有半导体特性，而锆石不导电也不导热，B项可行，C、D项不可行。
15、D
解析：GaAs的熔点很高,硬度很大,该晶体为共价晶体,A正确;晶胞中Ga位于晶胞内部,原子数目为4;As位于顶点和面心,原子数目为8×+6×=4,在该晶体中Ga和As周围的原子数均为4,配位数均为4,B正确;每个Ga、As都形成4个共价键,均没有孤电子对,所有原子均满足8电子稳定结构,C正确;晶胞中原子总体积=4×π(+)×10-30 cm3,晶胞质量 =4× g,晶胞体积=4× g÷ρ g·cm-3,原子的体积占晶胞体积的百分率为 4×π()×10-30 cm3÷
(4× g÷ρ g·cm-3)×100%=×10-30×100%,D错误。
16、解析：(1)碳、硅、锗晶体的结构相似，都属于共价晶体。由于碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键的键能逐渐减小，所以金刚石、硅、锗的熔点逐渐降低。(2)由于C的原子半径比Si的原子半径小，故熔点：C3N4>Si3N4。
答案：(1)碳、硅、锗的原子半径逐渐增大，共价键键能逐渐减小　(2)C3N4>Si3N4
17、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，每个正三角形含有的硼原子数为×3，每个结构单元含有的硼原子数为20××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××3＝30。
答案：(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大
(2) 12　60°　30
18、解析：(1)钠的晶胞属于体心立方堆积，则钠处于晶胞的顶点和体心，则属于该晶胞的Na原子数目是1＋8×＝2。由氯化铯晶体的晶胞示意图知，Cs处于立方体的体心时，氯离子处于顶点，则Cs＋的配位数是8。
(2)由钛晶胞结构知，Ti处于顶点和面心，数目为6×＋8×＝4，F完全处于晶胞的内部，数目为8，则其化学式为TiF2。
(3)Xn＋处于棱边的中点，数目为12×＝3，N3－处于顶点，数目为8×＝1，则该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1，按化合价代数和为0知，Xn＋中n＝1，由结构示意图知，晶体中每个N3－被6个等距离的Xn＋包围。
答案：(1)2　8
(2)TiF2
(3)3∶1　1　6
19、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、o为Fe。
(1)元素o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××8＝12；由晶胞的结构可知，晶胞中铝原子的数目为8×＋6×＝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＝2d，即正方体的棱长为2d，正方体的体积为16d3，该晶胞中原子的质量为，所以其密度为 g/cm3＝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　②