2024鲁教版高中化学选择性必修2同步练习题--第2课时 共价晶体、分子晶体和晶体结构的复杂性（含解析）

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2024鲁教版高中化学选择性必修2同步
第2课时　共价晶体、分子晶体和晶体结构的复杂性
基础过关练
题组一　　共价晶体
1.(2022河北石家庄一中期中)国外有人用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时用射频电火花喷射N2,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石还坚硬,其原因可能是(　　)
A.碳、氮原子构成空间网状结构的晶体
B.碳氮键比金刚石中的碳碳键更长
C.氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多
D.碳、氮的单质化学性质均不活泼
2.(2023河北邯郸期末)在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高聚氮中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构,其中N—N键的键能为160 kJ·mol-1(N2中键的键能为942 kJ·mol-1)。下列说法错误的是(　　)
A.高聚氮比氮气稳定
B.高聚氮为共价晶体
C.高聚氮与N2互为同素异形体
D.N原子之间的化学键为非极性键
3.已知SiC的熔点为2 830 ℃,晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.SiC晶体中碳原子和硅原子均采取sp3杂化
B.硅单质的熔点高于2 830 ℃
C.距离硅原子最近且距离相等的碳原子数为4
D.若晶胞参数为a pm,则该晶体的密度为 g·cm-3
题组二　　分子晶体
4.(经典题)(2023山西太原五中月考)下列各项描述中,符合分子晶体特点的是(　　)
A.熔点为1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电
B.无色晶体,熔点为19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等
C.黄色晶体,熔点为2 200 ℃,熔融态不导电
D.熔点为630.74 ℃,沸点为1 750 ℃,熔融态能导电
5.(2022山东菏泽月考)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B.晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C.甲烷晶体熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
6.(2022广东汕头月考)观察下列模型并结合有关信息,判断有关说法不正确的是(　　)
B12结构单元 SF6分子 S8分子 HCN
结构 示意图
备注 熔点1 873 K — 易溶于CS2 —
A.B12结构单元中含有30个B—B键,含20个正三角形
B.HCN为直线形
C.SF6是由极性键构成的非极性分子
D.S8中S原子为sp2杂化
题组三　　晶体类型的判断
7.(2022江苏南京第三中学期末)近年来,科学家合成了一系列具有独特化学特性的氢铝化合物(AlH3)n。已知,最简单的氢铝化合物Al2H6的球棍模型如图所示,它的熔点为150 ℃,燃烧热值极高。下列说法错误的是(　　)
A.Al2H6在固态时所形成的晶体是分子晶体
B.Al2H6在空气中完全燃烧,产物为氧化铝和水
C.氢铝化合物可能成为未来的储氢材料和火箭燃料
D.氢铝化合物(AlH3)n在熔融状态下能导电
8.(2022安徽合肥一六八中学月考)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的熔点在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受热能升华
D.单质B和AlCl3晶体类型相同
9.(2023河北唐山开滦一中期末)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3 550 ℃,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,熔点为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
10.(经典题)(2022山东泰安段考)分子晶体的熔点通常都在200 ℃以下。下列数据是某些物质的熔点:
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 291 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
据此做出的下列判断中正确的是(　　)
A.NaCl晶体熔化时,吸收的热量用于破坏离子键
B.表中只有BCl3和CO2是分子晶体
C.碳和硅处于同一主族,故CO2和 SiO2的晶体类型相同
D.两种含钠化合物是离子晶体,三种含铝化合物也是离子晶体
题组四　　晶体熔、沸点高低比较
11.(经典题)(2022安徽淮北第一中学期中)下列物质按熔点由高到低顺序排列正确的一组是(　　)
A.HF、HCl、HBr
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
12.(2022北京丰台联考)下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是(　　)
A.晶体硅>碳化硅
B.>
C.MgO>H2O>O2>Br2
D.金刚石>生铁>纯铁>钠
能力提升练
题组一　　晶体性质的比较
1.(2022河南周口文昌中学调研)在解释下列物质性质的变化规律时,与化学键无关的是(　　)
A.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
B.金刚石的硬度大于晶体硅的,其熔、沸点也高于晶体硅的
C.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低
D.F2、Cl2、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高
2.(经典题)下列排序不正确的是(　　)
A.晶体熔点由低到高:H2OB.硬度由大到小:金刚石>碳化硅>晶体硅
C.熔点由高到低:Al>Mg>Na
D.晶格能由大到小:NaF>NaCl>NaBr>NaI
3.(2022山东枣庄第三中学期中)下列说法正确的是(　　)
A.沸点:PH3B.熔点:NaBr>MgBr2>AlBr3
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.熔点:SiI4题组二　　晶体结构与性质的综合考查
4.(2022安徽芜湖第一中学期中)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可以形成自然界中硬度最大的共价晶体。下列叙述错误的是(　　)
A.X2Y晶体的熔点高于WX4晶体的熔点
B.固态X2Y2是分子晶体
C.ZW是共价晶体,其硬度比Z晶体的大
D.Z、W是同一主族的元素,Z、W与元素Y形成的晶体都是共价晶体
5.(2022福建宁德期末)科学家合成了一种由18个碳原子构成的环碳(分子结构如图所示)。下列有关说法错误的是(　　)
A.该物质与石墨互为同素异形体
B.该物质很稳定,难与其他物质反应
C.该物质形成的晶体熔、沸点低于金刚石
D.环碳中碳原子均达8电子稳定结构
6.(2023福建厦门外国语学校石狮分校月考)β-氮化碳的二维晶体结构如图所示,其硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关β-氮化碳的说法正确的是(　　)
A.β-氮化碳属于分子晶体
B.β-氮化碳中碳元素显-4价,氮元素显+3价
C.β-氮化碳的化学式为C3N4
D.每个碳原子与两个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连
7.(经典题)(2022山东烟台莱州第一中学月考)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,但不能导电,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。下列关于这两种晶体的说法错误的是(　　)
A.立方相氮化硼中不含有π键
B.六方相氮化硼为分子晶体,立方相氮化硼为共价晶体
C.六方相氮化硼中的硼原子采取sp2杂化,立方相氮化硼中的硼原子采取sp3杂化
D.六方相氮化硼晶体结构与石墨相似却不导电,原因是没有可以自由移动的电子
8.(2023湖南长沙长郡中学月考)具有超高热导率的半导体材料——砷化硼(BAs),可通过反应4BI3(g)+As4(g)4BAs(s,晶体)+6I2(g)制备。下列说法错误的是(　　)
A.图(a)表示As4的结构,As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶1
B.图(b)表示晶态单质硼的B12基本单元,该基本单元为正20面体
C.图(b)所示晶态单质硼的熔点为2 180 ℃,它属于共价晶体
D.图(c)表示BAs的晶胞结构,As原子的配位数为4
9.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(　　)
A.石墨比物质B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°
10.(2023湖北武汉洪山高级中学月考)请回答下列问题:
Ⅰ.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶胞结构,该结构是具有代表性的最小重复单位。
(1)该晶胞结构中,O2-、Ti4+、Ca2+的个数比是　　　　　,该物质的化学式可表示为　　　　　　。
(2)若钙、钛、氧三种元素原子的相对原子质量分别为a、b、c,晶胞结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm=10-9 m),阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol-1,则该晶体的密度为　　　　g·cm-3。
Ⅱ.氮化碳的结构如图所示。已知氮化碳晶体和氮化硅晶体的结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。
(3)氮化硅的硬度　　　　(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式　　　　　　。
(5)第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为　　　　　,GaN属于　　　　晶体。
第2课时　共价晶体、分子晶体和晶体结构的复杂性
基础过关练
1.A 2.A 3.B 4.B 5.B 6.D 7.D 8.D
9.B 10.A 11.D 12.B
1.A　由晶体的性质可知该晶体是共价晶体,C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长短,且形成空间网状结构,所以这种化合物比金刚石坚硬,A正确、B错误;氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多,碳、氮单质的化学性质均不活泼,不是该晶体比金刚石硬的原因,C、D错误。
2.A　高聚氮中的N—N键的键能(160 kJ·mol-1)小于N2中键的键能(942 kJ·mol-1),所以氮气比高聚氮稳定,故A错误;高聚氮中每个氮原子都通过三个单键与其他氮原子结合并向空间发展构成立体网状结构,则高聚氮为共价晶体,故B正确;高聚氮和N2都是由N元素形成的单质,二者互为同素异形体,故C正确;N原子之间的化学键为非极性键,故D正确。
3.B　SiC晶体中碳原子与硅原子均采取sp3杂化,A正确;一般共价键的键长越短,键能越大,共价晶体的熔、沸点越高,C—Si键键长比Si—Si键键长短,硅单质的熔点低于2 830 ℃,B错误;根据晶胞结构可知,距离硅原子最近且距离相等的碳原子数为4,C正确;碳原子位于晶胞的顶点和面心,个数为4,硅原子位于体内,个数为4,若晶胞参数为a pm,则该晶体的密度为 g·cm-3,D正确。
归纳总结　组成共价晶体的元素通常是B、C、N、Si等。绝大多数新型无机非金属材料都具有熔点高、硬度大、耐酸碱腐蚀、抗氧化、耐磨损等优点,它们一般属于共价晶体,如SiC、Si3N4等。共价晶体由原子构成,原子之间的作用力为共价键,晶体呈空间网状结构。
4.B　分子晶体具有熔点低、硬度小、熔融状态下不导电等性质。A项,熔点为1 070 ℃,熔点较高,不符合分子晶体的性质特点;B项,熔点为19.5 ℃,熔点较低,易溶于乙醇、氯仿、丙酮等,符合分子晶体的性质特点,属于分子晶体;C项,熔点为2 200 ℃,熔点高,不符合分子晶体的性质特点;D项,该晶体熔融状态下能导电,不符合分子晶体的性质特点;故选B。
5.B　甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子,所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子,故A错误;晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为12,故B正确;甲烷晶体为分子晶体,熔化时需要克服分子间作用力,故C错误;1个CH4晶胞中CH4分子个数为8×+6×=4,故D错误。
6.D　由图可知,每个硼原子平均形成×5个共价键,12个硼原子形成12××5=30个共价键,形成正三角形的数目为=20,故A正确;HCN的结构式为,空间结构为直线形,故B正确;由图可知,SF6分子为空间结构对称的正八面体形,正、负电荷重心重合,属于非极性分子,故C正确;S8中硫原子的价电子对数为4,孤电子对数为2,则硫原子为sp3杂化,故D错误。
7.D　根据Al2H6的熔点为150 ℃以及Al2H6的球棍模型知,Al2H6为分子晶体,A正确;Al2H6的燃烧热值极高,在空气中完全燃烧的产物为氧化铝和水,B正确;因氢铝化合物的燃烧热值极高,可能成为未来的储氢材料和火箭燃料,C正确;氢铝化合物(AlH3)n属于分子晶体,在熔融状态下不导电,D错误。
8.D　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,可能是共价晶体,B正确;AlCl3的熔点在2.02×105 Pa条件下测定,其熔、沸点相差不大,故AlCl3受热能升华,C正确;AlCl3的熔、沸点较低,属于分子晶体,与单质B晶体类型不同,D错误。
9.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3 550 ℃,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,熔点为800 ℃,熔化时能导电,不符合共价晶体的性质特点,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特点,故D不符合题意。
10.A　NaCl晶体属于离子晶体,其熔化时,离子键断裂,吸收的热量用于破坏离子键,A正确;题表中AlCl3、BCl3和CO2均属于分子晶体,B错误;碳和硅处于同一主族,但CO2是分子晶体,SiO2是共价晶体,C错误;氯化铝是分子晶体,D错误。
11.D　对于结构和组成相似的分子晶体,一般其熔点随着相对分子质量的增大而升高,但HF分子之间、H2O分子之间都存在氢键,熔点反常。所以A中应为HF>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;D正确。
12.B　晶体硅、碳化硅均为共价晶体,原子半径越小,共价键键能越大,熔、沸点越高,所以熔、沸点:晶体硅<碳化硅,A错误;对羟基苯甲酸形成分子间氢键,邻羟基苯甲酸形成分子内氢键,所以熔、沸点:>,B正确;四种物质的熔、沸点:MgO>H2O>Br2>O2,C错误;生铁为铁合金,熔点低于纯铁,D错误。
能力提升练
1.D 2.A 3.A 4.D 5.B 6.C 7.B 8.A
9.D
1.D　A项,HF、HCl、HBr、HI的键能依次减小,热稳定性依次减弱,与化学键有关;B项,金刚石中碳碳键的键能大于晶体硅中硅硅键的键能,金刚石的硬度大,熔、沸点也高于晶体硅,与化学键有关;C项,NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低是因为它们的晶格能随离子半径增大而逐渐减小,与化学键有关;D项,F2、Cl2、Br2、I2为分子晶体,熔、沸点逐渐升高是由于分子间作用力逐渐增大,与化学键无关。
2.A　H2O分子间存在氢键,其熔点较高,则晶体熔点由低到高的顺序为H2S碳化硅>晶体硅,B项正确;金属阳离子所带电荷数越多、离子半径越小,金属单质的熔点越高,则熔点由高到低的顺序为Al>Mg>Na,C项正确;离子半径越小,离子所带电荷数越多,晶格能越大,F-、Cl-、Br-、I-的半径依次增大,则晶格能由大到小的顺序为NaF>NaCl>NaBr>NaI,D项正确。
3.A　NH3、H2O分子之间存在氢键,使物质的熔、沸点升高,常温下水为液体,因此沸点PH3Mg2+>Al3+,离子半径越小,离子所带电荷数越多,离子键就越强,熔点就越高,B错误;二氧化硅为共价晶体,三者中其硬度最大,C错误;不含氢键且组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔点越高,所以熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4,D错误。
4.D　氢原子的核外只有一个电子,X为氢元素;地壳中含量居前两位的元素是氧、硅,故Y和Z分别是氧、硅元素;金刚石是自然界中硬度最大的物质,W元素是碳元素。X2Y晶体是冰,含氢键,其熔点高于CH4,A正确;固态H2O2为分子晶体,B正确;SiC结构与金刚石相似,碳的原子半径小于硅,则SiC的硬度比硅晶体的大,C正确;CO2、CO是分子晶体,D错误。
5.B　该环碳分子和石墨都是由碳元素形成的单质,互为同素异形体,A正确;该环碳分子含有碳碳三键,易发生化学反应,B错误;该物质形成的晶体是分子晶体,熔、沸点比金刚石低,C正确;碳原子最外层有4个电子,每个碳原子形成1个碳碳单键和1个碳碳三键,分子中碳原子均达8电子稳定结构,D正确。
6.C　β-氮化碳的硬度超过金刚石晶体,又C和N都属于非金属元素,β-氮化碳属于共价晶体,故A错误;N的非金属性强于C,所以N元素显-3价,C元素显+4价,故B错误;由β-氮化碳的结构可知,在一个晶胞内(虚线框)有4个N原子,有4个C原子位于四边形的顶点上,有4个C原子位于四边形的边上,根据“切割法”可知,一个晶胞中含有C原子的个数为4×+4×=3,N原子的个数为4,则化学式为C3N4,故C正确;每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连,故D错误。
7.B　立方相氮化硼类似于金刚石的结构,只有σ键,没有π键,故A正确;立方相氮化硼为共价晶体,六方相氮化硼为混合型晶体,故B错误;六方相氮化硼每一层为平面结构,硼原子采取sp2杂化,立方相氮化硼晶体中每个硼原子与相邻的4个氮原子形成共价键,采取sp3杂化,故C正确;由六方相氮化硼晶体结构可知,六方相氮化硼结构中没有自由移动的电子,故其不导电,故D正确。
8.A　题图(a)表示As4的结构,每个As原子最外层有5个电子,与其他As原子形成3个σ键,有1对孤电子对,As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶2,故A错误;题图(b)表示晶态单质硼的B12基本单元,每个面都是由3个B原子形成的正三角形,每个B原子被5个正三角形共用,一共20个面,所以该基本单元为正20面体,故B正确;单质硼的熔点为2 180 ℃,熔点较高,且原子间通过共价键结合,属于共价晶体,故C正确;BAs晶胞中,较大的原子为As原子,在其周围最近的B原子数目为4,所以As原子的配位数为4,故D正确。
9.D　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,石墨更稳定,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。
10.答案　(1)3∶1∶1　CaTiO3　
(2)
(3)小于　硅原子半径大于碳原子半径,氮碳键键长比氮硅键键长短,故氮碳键的键能大于氮硅键
(4)Si3N4
(5)正四面体形　共价
解析　(1)根据晶胞的结构利用“切割法”可知,每个晶胞中Ti4+的个数为8×=1,O2-的个数为12×=3,Ca2+的个数为1,所以O2-、Ti4+、Ca2+的个数比是3∶1∶1,化学式可表示为CaTiO3。
(2)ρ== g·cm-3= g·cm-3。
(3)氮化碳晶体和氮化硅晶体的结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,说明二者都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳键的键长比氮硅键键长短,氮碳键的键能大于氮硅键,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度。
(4)N的最外层电子数为5,要满足8电子稳定结构,需要形成3个共价键,Si的最外层电子数为4,要满足8电子稳定结构,需要形成4个共价键,所以氮化硅的化学式为Si3N4。
(5)GaN的晶体结构与晶体硅相似,所以GaN属于共价晶体,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间构型为正四面体形。
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