2024人教版新教材高中化学选择性必修2同步练习--第2课时　共价晶体（含解析）

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2024人教版新教材高中化学选择性必修2
第2课时　共价晶体
基础过关练
题组一　共价晶体及其结构
1.下列有关共价晶体的叙述,错误的是(　　)
A.共价晶体中,原子不是紧密堆积的
B.共价晶体中不存在独立的分子
C.共价晶体的熔点和硬度较高
D.共价晶体熔化时不破坏化学键
2.科学家借助晶体硅提高了阿伏加德罗常数的精确度。有关晶体硅描述错误的是(　　)
A.由原子构成　　　　 　B.含非极性键
C.含非极性分子　　　　　D.熔点高
3.单质硅的晶体结构如图所示。下列关于单质硅晶体的说法不正确的是(　　)
A.是一种立体网状结构的晶体
B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连
C.晶体中最小环上的原子数目为8
D.晶体中最小环上的原子数目为6
4.(2021安徽合肥检测)下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是2NA,1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是4NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C.水晶和干冰在熔化时,晶体中的共价键都会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体,所以晶体中不存在分子,SiO2不是它的分子式
5.(2022宁夏石嘴山三中期中)二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示,下列说法中,正确的是(　　)
A.硅原子的物质的量∶氧原子的物质的量∶硅氧键=1∶2∶4
B.CO2和SiO2晶体类型相同
C.晶体中Si原子杂化方式为sp3,O原子杂化方式为sp
D.晶体中最小环上的原子数为6
6.(2021辽宁锦州月考)设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(　　)
A.124 g P4含有的P—P键的个数为6NA
B.28 g晶体硅中含有的Si—Si键的个数为4NA
C.12 g金刚石中含有的C—C键的个数为1.5NA
D.60 g SiO2中含Si—O键的个数为2NA
题组二　共价晶体的性质
7.(2022山东滕州五中月考)原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(),C为(,0)。则D原子的坐标参数为(　　)
A.(,0)
C.(,0,0)
8.(2022江苏泗阳实验中学质检)碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构,其中碳原子与硅原子的位置是交替的,在下列三种晶体中,它们的熔点从高到低的顺序是　(　　)
①金刚石　②晶体硅　③碳化硅
A.①③②　 B.②③①　 C.③①② 　D.②①③
9.共价晶体一定具有的性质是(　　)
A.熔点高　　　　　B.易导热　　　　　
C.能导电　　　　　D.良好的延展性
10.(2021海南儋州鑫源中学月考)在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体。推测该晶体可能具有的结构或性质是(　　)
A.硬度大　　　　　　　　　B.具有分子密堆积结构
C.熔点较低　　　　　　　　　D.硬度较小
11.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。下列推断正确的是(　　)
A.SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B.Si3N4晶体具有共价键三维骨架结构
C.共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低
D.SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
12.(2020山东枣庄三中网测)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,延展性强
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
13.下表是某些共价晶体的熔点和硬度,分析表中的数据,判断下列叙述正确的是(　　)
共价晶体 熔点/℃ 硬度
金刚石 3 900 10
氮化硼 3 000 9.5
碳化硅 2 700 9.5
石英 1 710 7
硅 1 410 6.5
锗 1 211 6.0
①构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大,晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子半径越大,晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子半径越小,晶体的硬度越大
A.①②　　　　B.③④　　　　C.①③　　　　　　D.②④
14.根据下列几种物质的熔点和沸点数据判断,下列有关说法错误的是(　　)
物质 AlCl3 SiCl4 单质B
熔点/℃ 190 -70 2 300
沸点/℃ 182.7 57.6 2 500
注:AlCl3熔点在2.02×105 Pa条件下测定。
A.SiCl4是分子晶体
B.单质B可能是共价晶体
C.AlCl3加热能升华
D.单质B和AlCl3晶体类型相同
能力提升练
题组一　共价晶体的结构与性质
1.(2021山东泰安检测)氮氧化铝(AlON)是新型透明高硬度防弹材料,属于共价晶体,主要用于装甲车辆防弹窗户、战场光学设备的透镜、望远镜穹顶以及覆盖于导弹传感器顶部的透明圆窗等。下列描述错误的是　(　　)
A.基态铝原子的价层电子排布式为3s23p1
B.制备AlON的原料N2中N原子采取sp2杂化
C.AlON和水晶的化学键类型相同
D.AlON的熔点比AlCl3的熔点高
2.美国某实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体,下列关于CO2的共价晶体的说法正确的是　(　　)
A.CO2的共价晶体和分子晶体互为同素异形体
B.在一定条件下,CO2的共价晶体转化为CO2的分子晶体是物理变化
C.CO2的共价晶体和CO2的分子晶体具有相同的物理性质和化学性质
D.在CO2的共价晶体中,每个C原子结合4个O原子,每个O原子跟2个C原子相结合
3.(2020山东淄博淄川中学月考)下列说法中正确的是(　　)
A.金刚石晶体中的最小环由6个碳原子构成
B.AlCl3晶体属于共价晶体
C.1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D.金刚石化学性质稳定,即使在高温下也不会和O2反应
4.T-碳的结构是将立方金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元取代,形成碳的一种新型三维立体晶体结构,如图所示(图中的表示碳原子形成的正四面体结构)。已知T-碳晶胞的边长为a pm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
A.每个T-碳晶胞中含32个碳原子
B.T-碳中C—C键的最小夹角约为109°28'
C.T-碳属于共价晶体
D.T-碳的密度为 g·cm-3
5.根据量子力学计算,氮化碳有五种结构,其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是(　　)
A.该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构
B.氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价
C.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连
D.氮化碳的分子式为C3N4
6.(2021江苏宿迁检测)钻石的魅力在于它经过大自然千百万年的孕育,再经打磨,能放射出闪烁的光芒,钻石就是经过打磨的金刚石。已知金刚石的结构如图所示,由此可看出形成最小的碳原子环所需碳原子数及任意两个C—C键间的夹角是　(　　)
A.6个　120°　　　　　　　B.5个　108°
C.4个　109°28'　　　　 　D.6个　109°28'
7.碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似,碳化硅硬度仅次于金刚石,立方氮化硼硬度与金刚石相当,其晶胞结构如图所示。
请回答下列问题:
(1)碳化硅晶体中,硅原子杂化类型为　　　　,每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有　　　　个;设晶胞边长为a cm,密度为 b g·cm-3,则阿伏加德罗常数的值NA可表示为　　　　(用含a、b的式子表示)。
(2)立方氮化硼晶胞中有　　　　个硼原子,　　　　个氮原子,硼原子的杂化类型为　　　　,若晶胞的边长为a cm,则立方氮化硼的密度表达式为　　　　g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
题组二　晶体结构与性质在元素推断中的应用
8.(2020浙江绍兴期末)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径:Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。下列说法中,正确的是(　　)
A.X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B.由于W、Z、M元素的简单氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低
C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
9.有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素,原子序数E(1)写出Q的电子式:　　　　　　　,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　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　。
(3)化合物甲由T、X两元素组成,其晶胞如下图所示,则甲的化学式为　　　　。
(4)化合物乙的晶胞如下图所示,乙由E、Q两元素组成,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　　　　　　　。
答案全解全析
基础过关练
1.D　共价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,所以共价晶体中,原子不是紧密堆积的。共价晶体在熔化时破坏共价键。
2.C　晶体硅是共价晶体,由原子构成,A正确;硅原子与硅原子间以非极性共价键连接,B正确;晶体硅是共价晶体,不含分子,C错误;共价晶体熔点高,D正确。
3.C　单质硅是一种立体网状结构的共价晶体,A正确;晶体中每个硅原子与4个硅原子相连,B正确;根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6,C错误,D正确。
4.C　金刚石是1个中心C原子连接4个C原子,二氧化硅是1个中心Si原子连接4个O原子,均为正四面体,A项正确;金刚石中,1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键,这个C原子对每个单键的贡献只有,所以1 mol C原子中C—C键为4 mol×=2 mol,而SiO2晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键,则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol,B项正确;干冰熔化时只破坏分子间作用力,共价键不会断裂,C项错误;共价晶体的构成粒子是原子不是分子,D项正确。
5.A　该晶体中每个Si原子连接4个O原子、每个O原子连接2个Si原子,则Si、O原子个数之比为2∶4=1∶2,每个Si原子形成4个硅氧键,则硅原子的物质的量∶氧原子的物质的量∶硅氧键=1∶2∶4,A正确;CO2晶体是分子晶体,SiO2晶体是共价晶体,B错误;该晶体中Si、O原子都采用sp3杂化,C错误;由二氧化硅晶体结构图可知,晶体中最小环上含有6个硅原子和6个氧原子,所以最小环上的原子数为12,D错误。
6.A　白磷是正四面体结构,1个白磷分子中含有6个P—P键,124 g白磷的物质的量是 124 g÷124 g/mol=1 mol,124 g P4中含P—P键的数目为6NA,A正确;28 g晶体硅中n(Si)= 1 mol,每个Si原子形成4个Si—Si键,每个Si—Si键由2个Si原子共用,则28 g晶体硅中含Si—Si键的数目为2NA,B不正确;12 g金刚石中n(C)=1 mol,金刚石中n(C)∶n(C—C键)=1∶2,12 g金刚石中含有的C—C键的个数为2NA,C不正确;60 g SiO2的物质的量为1 mol,二氧化硅中每个硅原子形成的Si—O键的个数为4,则60 g SiO2中含Si—O键的个数为4NA,D不正确。
7.A　根据各个原子的相对位置可知,D在各个方向的处,则D原子的坐标参数为()。
8.A　三种晶体均为共价晶体,结构相似,共价键键长:C—C C—Si>Si—Si;共价键键长越短,键能越大,共价晶体的熔点越高,所以三者熔点从高到低的顺序是①③②。
归纳总结共价晶体熔点和硬度的比较
　　对结构相似的共价晶体来说,原子半径越小,键长越短,键能越大,熔点越高,硬度越大。以金刚石、硅、锗为例,同主族从碳元素到锗元素,原子核外电子层数增多,原子半径依次增大,C—C键、Si—Si键、Ge—Ge键的键长依次变长,键能依次减小,故金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。
9.A　高硬度、高熔点是共价晶体的特性,共价晶体一般不能导电、导热,延展性差,故选A。
10.A　在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体,故推测该晶体为共价晶体,其硬度大、熔点高,具有共价键三维骨架结构,故A正确,B、C、D错误。
11.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是共价晶体,具有共价键三维骨架结构。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。
12.B　共价晶体的熔点高,但一般不能导电,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,符合分子晶体的性质,属于分子晶体,故D不符合题意。
13.D　一般,构成共价晶体的原子半径越小,键长越短,键能越大,对应共价晶体的熔点越高,硬度越大。
14.D　由表中数据可知,SiCl4的熔、沸点较低,属于分子晶体,A正确;单质B的熔、沸点很高,所以单质B可能是共价晶体,B正确;由表中数据可知AlCl3的沸点与熔点相差不大,所以AlCl3加热能升华,C正确;单质B的熔、沸点很高,可能是共价晶体,AlCl3熔、沸点较低,属于分子晶体,两者晶体类型不同,D错误。
能力提升练
1.B　基态铝原子核外电子分布在1s、2s、2p、3s、3p能级上,电子排布式为1s22s22p63s23p1,价层电子排布式为3s23p1,故A正确;氮气分子的结构式为,氮原子的孤电子对数= =1,三键中含1个σ键,氮原子的价层电子对数=1+1=2,氮原子的杂化方式为sp,故B错误;氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,水晶(SiO2)属于共价晶体,化学键都是共价键,故C正确;氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,氯化铝为共价化合物,但属于分子晶体,所以AlON的熔点比AlCl3的熔点高,故D正确。
2.D　同素异形体的研究对象是单质,CO2是化合物,故A错误;二氧化碳的共价晶体和二氧化碳的分子晶体属于不同物质,所以在一定条件下,CO2的共价晶体转化为CO2的分子晶体是化学变化,故B错误;二氧化碳的分子晶体和二氧化碳的共价晶体的构成粒子的空间结构不同,所以其物理性质和化学性质不同,故C错误;利用知识迁移的方法分析,把二氧化硅结构中的硅原子替换成碳原子,在二氧化碳的共价晶体中,每个C原子结合4个O原子,每个O原子跟2个C原子相结合,故D正确。
3.A　金刚石是共价晶体,原子间以共价键相结合,形成三维的空间网状结构,最小的环上有6个碳原子,A正确;AlCl3的熔、沸点较低,其晶体属于分子晶体,B错误;1个硅原子与周围4个氧原子形成4个Si—O键,而1个氧原子能形成2个Si—O键,1 mol SiO2晶体中含有Si—O键的物质的量为4 mol,C错误;金刚石为碳元素形成的单质,高温下与O2反应,D错误。
4.B　1个金刚石晶胞中,含有碳原子的数目为8×+4=8,将每个C原子换成一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元,则1个T-碳晶胞中含有的碳原子数目为8×4=32,故A正确;T-碳中C—C键的最小夹角为60°,故B错误;T-碳中碳原子间以共价键结合成空间网状结构,属于共价晶体,故C正确;1个T-碳晶胞中含碳原子的数目为32,则该晶体的密度为 g·cm-3,故D正确。
5.D　根据题图结构可知,每个碳原子周围有四个共价键,每个氮原子周围有三个共价键,碳原子最外层有4个电子,形成四个共价键后成8电子稳定结构,氮原子最外层有5个电子,形成三个共价键后也是8电子稳定结构,A正确;由于元素的电负性N>C,所以形成共价键时,共用电子对偏向N,偏离C,氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价,B正确;根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连,C正确;氮化碳是共价晶体,不存在分子,因此没有分子式,D错误。
6.D　根据金刚石的晶体结构特点可知,最小环上碳原子数为6,每个碳原子与相连的4个碳原子形成正四面体结构,因而任意两个C—C键的夹角为109°28'。
7.答案　(1)sp3　4　
解析　(1)SiC晶体中,每个Si原子与4个C原子形成4个σ键,故Si采取sp3杂化,每个Si原子周围与其距离最近的C原子有4个。SiC晶胞中,碳原子数为6×=4,硅原子位于晶胞内,SiC晶胞中硅原子数为4,1个晶胞的质量为g,体积为a3 cm3,因此晶体密度 b g·cm-3=,故NA=。(2)立方氮化硼晶胞中,含有N原子数为6×=4,B原子位于晶胞内,立方氮化硼晶胞中含硼原子4个。每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键,故硼原子采取sp3杂化,每个立方氮化硼晶胞的质量为g,体积为a3 cm3,故密度为g·cm-3。
8.D　Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料,则Y是Si。X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构,离子半径:Z2->W-,所以X是Na,Z是S,W是Cl,M是O。O与Na还可以形成Na2O2,A错误;W、Z、M元素的简单氢化物分别是HCl、H2S、H2O,因为水分子间存在氢键,所以三者中H2O沸点最高,B错误;Si是共价晶体,S和Cl2是分子晶体,C错误;臭氧和氯气都可以作为水处理中的消毒剂,D正确。
9.答案　(1) 　1s22s22p63s23p63d84s2
(2)这两种氢化物均为极性分子　分子之间能形成氢键　(3)KO2　(4)①共价晶体　C—N键的键长小于C—C键,键能大于C—C键　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)CO2、N具有相同的原子数和价层电子数,电子式相似,故N的电子式为,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,其主要原因有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,其硬度大,属于共价晶体,其硬度超过金刚石的原因是C—N键的键长小于C—C键,键能大于C—C键。②C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3。
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