2024鲁教版化学选择性必修2练习题--分层作业16 共价晶体与分子晶体（含解析）
文档属性
| 名称 | 2024鲁教版化学选择性必修2练习题--分层作业16 共价晶体与分子晶体（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 565.9KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-02-01 11:22:13 | ||
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文档简介
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2024鲁教版化学选择性必修2练习题
第3章 分层作业16 共价晶体与分子晶体
A级 必备知识基础练
1.干冰、碘易升华是由于( )
A.干冰分子、碘分子是非极性分子
B.键能小
C.化学性质不活泼
D.分子间的作用力较弱
2.如图为冰的一种骨架形式,依此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子具有的氢键个数为( )
A.2 B.4
C.8 D.12
3.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是( )
A.金刚石中C—C键的键角均为109°28',所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
4.SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行下列推测,不正确的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
5.根据下表中对应物质的熔点,作出的下列判断中错误的是( )
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 292 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
6.二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示。
下列关于二氧化硅晶体的说法正确的是( )
A.1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
B.二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D.晶体中最小环上的原子数为8
7.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列正确的一组是( )
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
8.SO2可以与H2S发生归中反应:SO2+2H2S══2H2O+3S↓,硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.还原性:SO2>H2S
B.O—H键的键能大于S—H键的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为共价晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为角形
9.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
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
10.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 (用代数式表示即可) cm。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中不一定存在共价键
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小环上有6个碳原子
12.下列晶体性质的比较中不正确的是( )
A.沸点:NH3>PH3
B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
13.干冰晶体的晶胞是面心立方结构,如图所示,即每8个CO2分子构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A.4个 B.8个
C.12个 D.6个
14.在硼酸[B(OH)3]分子中,每个B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( )
A.sp,范德华力 B.sp2,范德华力
C.sp2,氢键 D.sp3,氢键
15.晶胞是晶体结构中可重复出现的基本的结构单元,C60晶胞结构如下图所示,下列说法正确的是( )
A.C60的摩尔质量是720
B.C60与苯互为同素异形体
C.1个C60晶胞中有4个C60分子
D.每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个
16.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,下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A.六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B.立方相氮化硼只含有σ键
C.两种晶体均为分子晶体
D.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三角形
17.我国的激光技术在世界上处于领先地位,科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成氮碳化合物薄膜,氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,其中β-氮化碳的结构如图。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的化学式为C3N4
C.碳、氮原子均采取sp3杂化
D.1 mol氮化碳中含有4 mol N—C键
18.请回答下列问题:
(1)某石蕊分子结构如下图所示:
①石蕊分子所含元素中,基态原子2p轨道有两个未成对电子的是 (填元素符号);由其中两种元素形成的物质空间结构为三角锥形的一价阳离子是 (填离子符号)。
②该石蕊易溶解于水,分析可能的原因是 。
(2)已知:
①Cu2+的核外电子排布式为 ;
②X难溶于水、易溶于有机溶剂,其晶体类型为 ;
③M中所含元素的电负性由大到小顺序为 ,X中N原子以 轨道与O原子形成σ键。
④上述反应中断裂和生成的化学键有 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.金属键 d.范德华力
e.共价键
(3)白磷(P4)是磷的一种单质,它属于分子晶体,其晶胞结构如下图。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,晶胞的边长为a cm,则阿伏加德罗常数为 (用含ρ、a的式子表示) mol-1。
19.请回答下列问题:
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型可能为 。
(2)C、N元素形成的新材料具有如下图所示结构,该晶体的化学式为 。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是 。
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体属于 晶体。
(4)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,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。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是 ;
②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)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,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
C级 学科素养拔高练
20.在我国南海300~500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 (填字母)。
甲烷晶胞
A.甲烷晶胞中的小球只代表一个C原子
B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C.CH4熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E.CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的空间结构是 形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有 ,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,这说明 。
③冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有 个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是 。
(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是 (填字母)。
答案：
1.D 解析 干冰和碘均属于分子晶体,升华时只需要克服较弱的分子间作用力。
2.A 解析 每个水分子与四个方向的其他四个水分子形成氢键,因此每个水分子具有的氢键个数为4×=2。
3.C 解析 选项A,金刚石是共价晶体,CH4是分子晶体,二者的晶体类型不同;选项B,金刚石熔化过程中C—C键断裂,因C—C键的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高;选项D,金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的热量,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化。
4.B 解析 由于SiCl4具有分子结构,所以属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小,在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力大,熔、沸点比CCl4高。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的分子结构相似,也是正四面体结构,故SiCl4是含极性键的非极性分子。
5.B 解析 由表可知,AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物,属于分子晶体;SiO2是共价晶体;其他的是离子晶体。
6.C 解析 A选项错误,SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成Si—O键,所以1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键;B选项错误,晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键,1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键,SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为1∶2,并不是分子式;C选项正确,1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对,1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对,所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构;D选项错误,SiO2晶体中最小环上的原子数为12,其中6个为硅原子,6个为氧原子。
7.D 解析 对于结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF分子、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。
8.D 解析 根据反应的化学方程式,SO2是氧化剂,H2S是还原剂,则还原性:H2S>SO2,A错误;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,与键能的大小无关,故B错误;S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,不是共价晶体,故C错误;SO2分子中硫原子的价电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为角形,H2S与H2O分子中的中心原子的价电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构均为角形,故D正确。
9.C 解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,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原子形成的C—C键的数目为4 mol×=2 mol,而二氧化硅晶体中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键的数目为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;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
10.答案 (1)共价晶体 12
(2)4 正四面体
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;在SiC中,每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×+6×=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积V=(a×10-10 cm)3,ρ=。
(2)类比图乙的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。一个晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×+6×+4=8,根据密度的计算公式可知,V= cm3= cm3,晶胞的边长a= cm,在晶胞中最近的两个Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即 cm。
11.D 解析 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A不正确;部分分子晶体如稀有气体中不含共价键,B不正确;虽然HI的相对分子质量大于HF,但由于HF分子之间可以形成氢键,所以HF的沸点高于HI,C不正确;金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小碳环上有6个碳原子,D正确。
12.C 解析 NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,A项正确;SiI4、SiBr4、SiCl4三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,B项正确;白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,C项错误;三种物质都是共价晶体,原子半径CC—Si>Si—Si,键能越大,共价晶体的硬度越大,D项正确。
13.C 解析 如题图在任意一个立方体顶点的CO2分子周围距离a的CO2分子为每个相邻面心上的CO2分子,共有8×(3×)=12个。
14.C 解析 石墨晶体中C原子为sp2杂化,层与层之间以范德华力结合,硼酸[B(OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化,但由于B(OH)3中每个B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
15.CD 解析 C60的相对分子质量是12×60=720,所以摩尔质量为720 g·mol-1,选项A错误;由同种元素形成的不同种单质互为同素异形体,而苯是由碳、氢元素形成的化合物,选项B错误;C60分子构成的晶胞为面心立方晶胞,根据切割法可知,在一个C60晶胞中含有C60分子的个数为8×+6×=4,选项C正确;根据晶胞的结构可知,以晶胞中任意顶点上的C60分子为研究对象,与它距离最近且相等的C60分子分布在立方体的面心上,每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个,选项D正确。
16.BD 解析 A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;B项,立方相氮化硼中只含有σ键,正确;C项,立方相氮化硼是共价晶体,错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,层内每个硼原子与相邻3个氮原子构成三角形,正确。
17.D 解析 A项,根据题给信息,氮化碳是超硬新材料,符合共价晶体的典型物理性质,故A项正确;B项,晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元,正方形的顶点的原子占,边上的原子占,可得晶体的化学式为C3N4,故B项正确;C项,根据题图判断碳原子和氮原子的连接方式,碳、氮原子均采取sp3杂化,故C项正确;D项,1 mol氮化碳中含有12 mol N—C键,故D项错误。
18.答案 (1)①C、O H3O+ ②该石蕊分子中含有—OH和—NH2,均能与H2O分子间形成氢键;由结构知,该分子为极性分子,根据“相似相溶”原理,易溶于极性溶剂水
(2)①1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) ②分子晶体
③O>N>C>H sp2杂化 ④be
(3)
解析 (1)①2p轨道有两个未成对电子的原子价电子排布式为2s22p2、2s22p4,故为C和O。C和H形成C,H和O形成H3O+,N和H形成N,其中C为平面三角形,H3O+为三角锥形,N为正四面体形。②从与H2O分子间能否形成氢键及“相似相溶”原理两个角度解答。
(2)②由X难溶于水、易溶于有机溶剂可知,其为分子晶体。③同周期由左向右,元素电负性增大,电负性:O>N>C,由H与非金属元素C形成的化合物中H表现出正价可推知,电负性:C>H;X中N原子形成3个σ键和1个π键,故N原子杂化类型为sp2杂化。④该反应中断裂苯环上连接的—OH中的O—H键及—OH中氢原子与氮原子之间的氢键(不是化学键),形成Cu←O、Cu←N配位键,故选b、e。
(3)每个白磷晶胞中含有P4的个数为8×+6×=4,每个晶胞质量为4×,体积为a3 cm3,故=ρ g·cm-3,NA= mol-1。
19.答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
GaAs 共价晶体
(2)C3N4 C3N4与金刚石都是共价晶体,C—N键键长比C—C键键长短,键能大
(3)共价
(4)①小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大 ②Si3N4
(5)4 正四面体形 共价
解析 (1)Ga与Al同主族,位于第4周期ⅢA族,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。
(2)该晶胞中含C原子数=8×+4×=3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N键键长比C—C键键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。
(4)①氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;②N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,则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原子构成的空间结构为正四面体形。
20.答案 (1)BE
(2)①角 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ③8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性
(3)b
解析 (1)CH4是分子晶体,熔化时克服范德华力。晶胞中的小球代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析,位于顶点的任意一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12(个)。甲烷晶胞属于面心立方晶胞,该晶胞中甲烷分子的个数为8×+6×=4。CH4分子为正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,结构对称,CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数==4,孤电子对数为2,所以水分子的空间结构为角形,H2O分子能与H+形成配位键,其原因是H2O中O原子上有孤电子对,H+有空轨道。H3O+价电子对数为=4,孤电子对数为1,故H3O+为三角锥形。②冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰熔化热为5.0 kJ·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。③每个冰晶胞平均含有的水分子数为4+6×+8×=8。H2O分子中的O原子形成2个σ键,含有的孤电子对数为2,金刚石中每个C原子形成4个σ键且没有孤电子对,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞中微粒的排列方式相似。
(3)由电离方程式NH3·H2ON+OH-,可知b图符合NH3·H2O的结构。
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2024鲁教版化学选择性必修2练习题
第3章 分层作业16 共价晶体与分子晶体
A级 必备知识基础练
1.干冰、碘易升华是由于( )
A.干冰分子、碘分子是非极性分子
B.键能小
C.化学性质不活泼
D.分子间的作用力较弱
2.如图为冰的一种骨架形式,依此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子具有的氢键个数为( )
A.2 B.4
C.8 D.12
3.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示,下列判断正确的是( )
A.金刚石中C—C键的键角均为109°28',所以金刚石和CH4的晶体类型相同
B.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
C.金刚石中碳原子个数与C—C键数目之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
4.SiCl4的分子结构与CCl4相似,对其进行下列推测,不正确的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温、常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子
D.SiCl4的熔点高于CCl4
5.根据下表中对应物质的熔点,作出的下列判断中错误的是( )
物质 Na2O NaCl AlF3 AlCl3
熔点/℃ 920 801 1 292 190
物质 BCl3 Al2O3 CO2 SiO2
熔点/℃ -107 2 073 -57 1 723
A.铝的化合物的晶体中有离子晶体
B.表中只有BCl3和AlCl3是分子晶体
C.同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D.不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
6.二氧化硅晶体是空间立体网状结构,如图所示。
下列关于二氧化硅晶体的说法正确的是( )
A.1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
B.二氧化硅晶体的分子式是SiO2
C.晶体中Si、O原子最外电子层都满足8电子结构
D.晶体中最小环上的原子数为8
7.下列物质按熔、沸点由高到低顺序排列正确的一组是( )
A.HF、HCl、HBr、HI
B.F2、Cl2、Br2、I2
C.H2O、H2S、H2Se、H2Te
D.CI4、CBr4、CCl4、CF4
8.SO2可以与H2S发生归中反应:SO2+2H2S══2H2O+3S↓,硫单质有多种组成形式(如图)。下列有关说法正确的是( )
A.还原性:SO2>H2S
B.O—H键的键能大于S—H键的键能,所以沸点:H2O>H2S
C.S4、S6、S8形成的晶体均为共价晶体
D.SO2、H2S与H2O分子的空间结构均为角形
9.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
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
10.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型为 ;在SiC中,每个C原子周围最近的C原子数目为 ;若晶胞的边长为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,则金刚砂的密度表达式为 。
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示。GaN晶体与该硅晶体相似。则GaN晶体中,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 。若该硅晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中最近的两个硅原子之间的距离为 (用代数式表示即可) cm。
B级 关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
11.下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中,正确的是( )
A.在SiO2晶体中,1个硅原子和2个氧原子形成2个共价键
B.分子晶体中不一定存在共价键
C.HI的相对分子质量大于HF,所以HI的沸点高于HF
D.金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小环上有6个碳原子
12.下列晶体性质的比较中不正确的是( )
A.沸点:NH3>PH3
B.熔点:SiI4>SiBr4>SiCl4
C.硬度:白磷>冰>二氧化硅
D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅
13.干冰晶体的晶胞是面心立方结构,如图所示,即每8个CO2分子构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A.4个 B.8个
C.12个 D.6个
14.在硼酸[B(OH)3]分子中,每个B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( )
A.sp,范德华力 B.sp2,范德华力
C.sp2,氢键 D.sp3,氢键
15.晶胞是晶体结构中可重复出现的基本的结构单元,C60晶胞结构如下图所示,下列说法正确的是( )
A.C60的摩尔质量是720
B.C60与苯互为同素异形体
C.1个C60晶胞中有4个C60分子
D.每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个
16.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,下列关于这两种晶体的说法正确的是( )
A.六方相氮化硼与石墨一样可以导电
B.立方相氮化硼只含有σ键
C.两种晶体均为分子晶体
D.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三角形
17.我国的激光技术在世界上处于领先地位,科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成氮碳化合物薄膜,氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,其中β-氮化碳的结构如图。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的化学式为C3N4
C.碳、氮原子均采取sp3杂化
D.1 mol氮化碳中含有4 mol N—C键
18.请回答下列问题:
(1)某石蕊分子结构如下图所示:
①石蕊分子所含元素中,基态原子2p轨道有两个未成对电子的是 (填元素符号);由其中两种元素形成的物质空间结构为三角锥形的一价阳离子是 (填离子符号)。
②该石蕊易溶解于水,分析可能的原因是 。
(2)已知:
①Cu2+的核外电子排布式为 ;
②X难溶于水、易溶于有机溶剂,其晶体类型为 ;
③M中所含元素的电负性由大到小顺序为 ,X中N原子以 轨道与O原子形成σ键。
④上述反应中断裂和生成的化学键有 (填字母)。
a.离子键 b.配位键
c.金属键 d.范德华力
e.共价键
(3)白磷(P4)是磷的一种单质,它属于分子晶体,其晶胞结构如下图。已知该晶体的密度为ρ g·cm-3,晶胞的边长为a cm,则阿伏加德罗常数为 (用含ρ、a的式子表示) mol-1。
19.请回答下列问题:
(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是 。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是 ,其晶体结构类型可能为 。
(2)C、N元素形成的新材料具有如下图所示结构,该晶体的化学式为 。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是 。
(3)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体属于 晶体。
(4)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,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。
①氮化硅的硬度 (填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是 ;
②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)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,每个Ga原子与 个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为 ,GaN属于 晶体。
C级 学科素养拔高练
20.在我国南海300~500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是 (填字母)。
甲烷晶胞
A.甲烷晶胞中的小球只代表一个C原子
B.晶体中1个CH4分子有12个紧邻的CH4分子
C.CH4熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E.CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的空间结构是 形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有 ,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为 。
②实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,这说明 。
③冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有 个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是 。
(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。请判断:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是 (填字母)。
答案：
1.D 解析 干冰和碘均属于分子晶体,升华时只需要克服较弱的分子间作用力。
2.A 解析 每个水分子与四个方向的其他四个水分子形成氢键,因此每个水分子具有的氢键个数为4×=2。
3.C 解析 选项A,金刚石是共价晶体,CH4是分子晶体,二者的晶体类型不同;选项B,金刚石熔化过程中C—C键断裂,因C—C键的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石的熔点很高;选项D,金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的热量,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化。
4.B 解析 由于SiCl4具有分子结构,所以属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小,在SiCl4分子间、CCl4分子间只有范德华力,SiCl4的相对分子质量大于CCl4的相对分子质量,所以SiCl4的分子间作用力大,熔、沸点比CCl4高。在常温、常压下SiCl4是液体。CCl4分子是正四面体结构,SiCl4与CCl4的分子结构相似,也是正四面体结构,故SiCl4是含极性键的非极性分子。
5.B 解析 由表可知,AlCl3、BCl3、CO2是共价化合物,属于分子晶体;SiO2是共价晶体;其他的是离子晶体。
6.C 解析 A选项错误,SiO2晶体中,1个硅原子与周围4个氧原子形成Si—O键,所以1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键;B选项错误,晶体中1个硅原子与周围4个氧原子形成共价键,1个氧原子与周围2个硅原子形成共价键,SiO2表示晶体中Si、O原子个数比为1∶2,并不是分子式;C选项正确,1个硅原子分别与4个氧原子形成4对共用电子对,1个氧原子分别与2个硅原子形成2对共用电子对,所以Si、O原子最外电子层都满足8电子结构;D选项错误,SiO2晶体中最小环上的原子数为12,其中6个为硅原子,6个为氧原子。
7.D 解析 对于结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF分子、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。
8.D 解析 根据反应的化学方程式,SO2是氧化剂,H2S是还原剂,则还原性:H2S>SO2,A错误;水分子的沸点高于硫化氢是因为水分子间能形成氢键,硫化氢分子间不能形成氢键,与键能的大小无关,故B错误;S4、S6、S8形成的晶体均为由分子形成的分子晶体,不是共价晶体,故C错误;SO2分子中硫原子的价电子对数为3,孤电子对数为1,分子的空间结构为角形,H2S与H2O分子中的中心原子的价电子对数都为4,孤电子对数为2,分子的空间结构均为角形,故D正确。
9.C 解析 金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子,二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子,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原子形成的C—C键的数目为4 mol×=2 mol,而二氧化硅晶体中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键的数目为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;共价晶体的构成微粒是原子不是分子,D项正确。
10.答案 (1)共价晶体 12
(2)4 正四面体
解析 (1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价晶体;在SiC中,每个碳原子周围最近的碳原子数目为12;该晶胞中C原子个数为8×+6×=4,Si原子个数为4,晶胞边长为a×10-10 cm,体积V=(a×10-10 cm)3,ρ=。
(2)类比图乙的晶体结构可知,在GaN晶体中,每个Ga原子与4个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体。一个晶体Si的晶胞中含有Si原子的数目是8×+6×+4=8,根据密度的计算公式可知,V= cm3= cm3,晶胞的边长a= cm,在晶胞中最近的两个Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的,即 cm。
11.D 解析 在SiO2晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,A不正确;部分分子晶体如稀有气体中不含共价键,B不正确;虽然HI的相对分子质量大于HF,但由于HF分子之间可以形成氢键,所以HF的沸点高于HI,C不正确;金刚石为共价键三维骨架结构,晶体中的最小碳环上有6个碳原子,D正确。
12.C 解析 NH3分子间存在氢键,故沸点NH3>PH3,A项正确;SiI4、SiBr4、SiCl4三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,B项正确;白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是共价晶体,硬度大,C项错误;三种物质都是共价晶体,原子半径C
13.C 解析 如题图在任意一个立方体顶点的CO2分子周围距离a的CO2分子为每个相邻面心上的CO2分子,共有8×(3×)=12个。
14.C 解析 石墨晶体中C原子为sp2杂化,层与层之间以范德华力结合,硼酸[B(OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化,但由于B(OH)3中每个B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
15.CD 解析 C60的相对分子质量是12×60=720,所以摩尔质量为720 g·mol-1,选项A错误;由同种元素形成的不同种单质互为同素异形体,而苯是由碳、氢元素形成的化合物,选项B错误;C60分子构成的晶胞为面心立方晶胞,根据切割法可知,在一个C60晶胞中含有C60分子的个数为8×+6×=4,选项C正确;根据晶胞的结构可知,以晶胞中任意顶点上的C60分子为研究对象,与它距离最近且相等的C60分子分布在立方体的面心上,每个C60分子周围与它距离最近且相等的C60分子有12个,选项D正确。
16.BD 解析 A项,六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,错误;B项,立方相氮化硼中只含有σ键,正确;C项,立方相氮化硼是共价晶体,错误;D项,由六方相氮化硼的晶体结构可知,层内每个硼原子与相邻3个氮原子构成三角形,正确。
17.D 解析 A项,根据题给信息,氮化碳是超硬新材料,符合共价晶体的典型物理性质,故A项正确;B项,晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元,正方形的顶点的原子占,边上的原子占,可得晶体的化学式为C3N4,故B项正确;C项,根据题图判断碳原子和氮原子的连接方式,碳、氮原子均采取sp3杂化,故C项正确;D项,1 mol氮化碳中含有12 mol N—C键,故D项错误。
18.答案 (1)①C、O H3O+ ②该石蕊分子中含有—OH和—NH2,均能与H2O分子间形成氢键;由结构知,该分子为极性分子,根据“相似相溶”原理,易溶于极性溶剂水
(2)①1s22s22p63s23p63d9(或[Ar]3d9) ②分子晶体
③O>N>C>H sp2杂化 ④be
(3)
解析 (1)①2p轨道有两个未成对电子的原子价电子排布式为2s22p2、2s22p4,故为C和O。C和H形成C,H和O形成H3O+,N和H形成N,其中C为平面三角形,H3O+为三角锥形,N为正四面体形。②从与H2O分子间能否形成氢键及“相似相溶”原理两个角度解答。
(2)②由X难溶于水、易溶于有机溶剂可知,其为分子晶体。③同周期由左向右,元素电负性增大,电负性:O>N>C,由H与非金属元素C形成的化合物中H表现出正价可推知,电负性:C>H;X中N原子形成3个σ键和1个π键,故N原子杂化类型为sp2杂化。④该反应中断裂苯环上连接的—OH中的O—H键及—OH中氢原子与氮原子之间的氢键(不是化学键),形成Cu←O、Cu←N配位键,故选b、e。
(3)每个白磷晶胞中含有P4的个数为8×+6×=4,每个晶胞质量为4×,体积为a3 cm3,故=ρ g·cm-3,NA= mol-1。
19.答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1)
GaAs 共价晶体
(2)C3N4 C3N4与金刚石都是共价晶体,C—N键键长比C—C键键长短,键能大
(3)共价
(4)①小于 硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,故氮碳形成的共价键的键能大,氮化碳的硬度大 ②Si3N4
(5)4 正四面体形 共价
解析 (1)Ga与Al同主族,位于第4周期ⅢA族,电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。
(2)该晶胞中含C原子数=8×+4×=3,N原子数为4,故该晶体化学式为C3N4。由于C—N键键长比C—C键键长短,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。
(4)①氮化碳和氮化硅晶体结构相似,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定,这说明二者形成的晶体都是共价晶体,由于硅原子半径大于碳原子半径,氮碳形成的共价键键长比氮硅形成的共价键键长短,键能大,所以氮化硅的硬度小于氮化碳的硬度;②N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,则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原子构成的空间结构为正四面体形。
20.答案 (1)BE
(2)①角 孤电子对 三角锥形 ②冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ③8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性
(3)b
解析 (1)CH4是分子晶体,熔化时克服范德华力。晶胞中的小球代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子。以该甲烷晶胞分析,位于顶点的任意一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×=12(个)。甲烷晶胞属于面心立方晶胞,该晶胞中甲烷分子的个数为8×+6×=4。CH4分子为正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,结构对称,CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数==4,孤电子对数为2,所以水分子的空间结构为角形,H2O分子能与H+形成配位键,其原因是H2O中O原子上有孤电子对,H+有空轨道。H3O+价电子对数为=4,孤电子对数为1,故H3O+为三角锥形。②冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol-1,而冰熔化热为5.0 kJ·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。③每个冰晶胞平均含有的水分子数为4+6×+8×=8。H2O分子中的O原子形成2个σ键,含有的孤电子对数为2,金刚石中每个C原子形成4个σ键且没有孤电子对,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞中微粒的排列方式相似。
(3)由电离方程式NH3·H2ON+OH-,可知b图符合NH3·H2O的结构。
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