3.2 分子晶体与共价晶体 课后练习
一、单选题
1.氮化硼是一种新合成的结构材料,它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时所克服粒子间作用力与氮化硼熔化时克服粒子间作用力的类型都相同的是( )
A.硝酸钠和金刚石 B.晶体硅和水晶
C.冰和干冰 D.苯和萘
2.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构白色晶体,有与石墨相似的层状结构,受热易分解,层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示),则下列有关说法中错误( )
A.正硼酸晶体属于分子晶体
B.正硼酸分子的稳定性与氢键无关
C.1molH3BO3晶体中含有3mol氢键
D.B原子杂化轨道的类型sp2,层间的H3BO3分子通过共价键相连
3.冰的晶胞结构如图所示。下列相关说法错误的是
A.硫化氢晶体结构和冰相似
B.冰晶体中,相邻的水分子均以氢键结合
C.晶胞中Z方向上的两个氧原子最短距离为d,则冰晶胞中的氢键键长为d
D.冰晶体中分子间氢键存在方向性、饱和性,晶体有较大空隙,因此密度比液态水小
4.“卡西尼”号探测器传回有关土卫五的数据信息表明,固体氨占土卫五总质量的四分之一,所以土卫五也称为“氨星”。下列有关氨的说法错误的是( )
A.可以推测“氨星”会有大量的液态水存在
B.固态氨中,分子之间存在氢键
C.固态氨属于分子晶体
D.可推测“氨星”温度很低
5.为践行社会主义核心价值观,创建和谐社会,实现碳达峰和碳中和,我国科学家独创了一种二氧化碳转化新路径:通过电催化与生物合成相结合,以二氧化碳和水为原料成功合成了葡萄糖(C6H12O6)和脂肪酸,为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。关于上述物质,下列说法正确的是( )
A.CO2和H2O均为极性分子,故CO2易溶于水
B.CO2晶体属于分子晶体,晶体中一个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个
C.H2O分子中O原子上有2对孤电子对,故H2O分子的VSEPR模型为V形
D.葡萄糖为分子晶体,脂肪酸为离子晶体
6.下列说法正确的是()
A.NaHCO3受热分解,既破坏了离子键,又破坏了共价键
B.碘晶体受热变成碘蒸气,吸收的热量用于克服碘原子间的作用力
C.氦气、二氧化碳和甲烷的分子内都存在共价键
D.一个SiO2分子含有一个Si原子和2个O原子
7.已知:SiCl4发生水解反应的机理如图:
下列叙述正确的是( )
A.SiCl4的键角与白磷(P4)的键角相同
B.H4SiO4加热分解得到的SiO2晶体中最小环是六元环
C.SiCl4属于分子晶体
D.CCl4不能按照上述机理发生水解反应,原因是C的原子半径小
8.等电子体具有相似的空间结构,下列物质不属于等电子体的是( )
A.SO3和NO B.B3H6N3和C6H6
C.金刚石和晶体硅 D.CO2和SiO2
9.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键键数之比为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
10.下列说法中错误的是( )
①H2O汽化成水蒸气破坏分子间作用力、H2O分解为H2和O2,需要破坏共价键
②C4H10的两种同分异构体因为分子间作用力大小不同,因而沸点不同
③因为晶体硅的摩尔质量比金刚石的摩尔质量大,所以晶体硅的熔点比金刚石的高
④SiO2与CO2的分子结构类似,所以化学性质类似
⑤分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高
A.①②⑤ B.①②③
C.②④⑤ D.③④⑤
11.科学家发现的C60是一种新的分子,它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又确认存在着另一种分子“N60”,它与C60的结构相似,在高温或机械撞击时,其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法中不正确的是( )
A.N60是由共价键结合而成的空心球状结构
B.N60和14N都是氮的同位素
C.N60的熔、沸点不高
D.N60可能成为很好的火箭燃料
12.下列推测不合理的是( )
A.三氟乙酸的酸性强于乙酸,所以三氟化氮的碱性强于氨气
B.和均为三角双锥结构的分子晶体,所以两者的沸点:
C.与反应生成和,所以与反应生成和
D.在相同条件下,水解能力,所以比的水解能力更强
13.氯化硼的熔点为10.7 ℃,沸点为12.5 ℃。在氯化硼分子中,氯—硼—氯键角为120°,它可以水解,水解产物之一是氯化氢。下列对氯化硼的叙述中正确的是( )
A.氯化硼是原子晶体
B.熔化时,氯化硼能导电
C.氯化硼分子是一种极性分子
D.水解方程式:BCl3+3H2O H3BO3+3HCl
14.下列关于SiO2晶体网状结构(如图)的叙述正确的是( )
A.存在四面体结构单元, O处于中心, Si处于4个顶角
B.最小环上有3个Si原子和3个O原子
C.最小环上Si和O原子数之比为1:2
D.最小环上有6个Si原子和6个O原子
15.利用反应CCl4 + 4 Na=C(金刚石)+ 4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是( )
A.C(金刚石)属于共价晶体
B.该反应利用了Na的强还原性
C.晶体硅和金刚石中的Si、C的杂化方式相同
D.NaCl晶体中每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Na+有12个
16.干冰(固态二氧化碳)在-78℃时可直接升华为气体,其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.干冰晶体是共价晶体
B.每个晶胞中含有4个分子
C.每个分子周围有12个紧邻的分子
D.干冰升华时需克服分子间作用力
17.氮化硼是一种新合成的结构材料,它是超硬、耐磨,耐高温的物质,下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用相同的是( )
A.金刚石和晶体SiO2 B.C60和固体碘
C.冰和干冰 D.氯化钠和氧化镁固体
18.硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同种类的元素,可形成多电子的n型或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p-n结,此时自由电子发生扩散运动,在交界面处形成电场。下列说法正确的是( )
A.1 mol Si晶体中含有的Si-Si键数目为4NA
B.若在Si晶体中掺入P元素,可得n型半导体
C.p-n结中,n型一侧带负电,p型一侧带正电
D.光伏电池的能量转化形式为:光能→化学能→电能
19.下列物质属于分子晶体的化合物是( )
A.钠 B.硫黄 C.干冰 D.食盐
20.某化学兴趣小组,在学完分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 -68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据这些数据分析,他们认为属于分子晶体的是 ( )
A.NaCl、MgCl2、CaCl2
B.AlCl3、SiCl4
C.NaCl、CaCl2
D.NaCl、MgCl2、AlCl3、SiCl4、CaCl2
二、综合题
21.工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)
2],反应的化学方程式为
2NH3(g)+ CO2 (g)
CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q(Q>0)。该反应分两步进行:① 2NH3(g)+ CO2 (g)
NH4COONH2 (s)+ Q1(Q1>0),② NH4COONH2 (s)
CO(NH2) 2(l)+ H2O(l)+Q2 (Q2<0).
(1)固体CO2称干冰,属于 晶体。氮原子最外层电子排布式是 。
(2)氧元素的非金属性比碳强,用原子结构的知识说明理由
(3)下列示意图中,能正确表示合成尿素过程中能量变化的是____________。
A. B.
C. D.
(4)写出合成尿素第一步反应的平衡常数表达式K= 。
(5)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在恒定温度下,将氨气和二氧化碳按2:1的物质的量之比充入一体积为10L的密闭容器中(假设容器体积不变,生成物的体积忽略不计),经20min达到平衡,各物质浓度的变化曲线如图所示。
① 在上述条件下,从反应开始至20min时,二氧化碳的平均反应速率为 。
② 为提高合成尿素的产率,下列可以采取的措施有 。
a. 缩小反应容器的容积
b. 升高温度
c. 增加反应物的量
d. 使用合适的催化剂
③ 若保持平衡的温度和体积不变,25min 时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳,在40min时重新达到平衡,请在下图中画出25~50min内氨气的浓度变化曲线 。
22.
(1)Ⅰ.A、B、C、D为前四周期元素。A元素的原子价电子排布为ns2np2,B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍,C元素原子的M能层的p能级有3个未成对电子,D元素原子核外的M能层中只有2对成对电子。请回答下列问题:
当n=2时,AB2属于 分子(填“极性”或“非极性”),分子中有 个π键。A6H6分子中A原子的杂化轨道类型是 杂化。
(2)当n=3时,A与B形成的晶体属于 晶体。
(3)若A元素的原子价电子排布为3s23p2,A、C、D三种元素的第一电离能由大到小的顺序是 (用元素符号表示)。
(4)Ⅱ.下列是钠、碘、金刚石、干冰、氯化钠晶体的晶胞图(未按顺序排序)。与冰的晶体类型相同的是 (请用相应的编号填写)
(5)①与N2O互为等电子体的阴离子为 (填一种即可);②根据价层电子对互斥模型确定ClO3-离子的空间构型为 。
(6)已知某红紫色配合物的组成为CoCl3·5NH3·H2O,该配合物中的中心离子钴离子在基态时的核外电子排布式为 。
(7)如图是金属铝晶体结构的示意图。已知金属铝的密度为2.7g·cm-3, 则紧邻的铝原子的半径为 cm。(已知 =4.04)
23.铁在史前就为人们所知,铁及其化合物推动了人类文明的发展。回答下列问题:
(1)Fe元素位于元素周期表的 区,基态Fe2+的核外电子排布式为 。
(2)复盐NH4Fe(SO4)2·12H2O俗称铁铵矾,可用于鞣革。铁铵矾中,所含N、O、S三种非金属元素第一电离能由小到大的顺序是 ,H2O的VSEPR模型为 。的键角比NH3的键角 (填“大”或“小”)。
(3)三价铁的强酸盐溶于水后经水解可以生成如图所示的二聚体,其中Fe3+的配位数为 , 过渡元素的s、p、d轨道可以参与杂化,含s、p、d轨道的杂化类型有:①dsp2、 ②sp3d、③sp3d2,该二聚体中Fe采取的杂化类型为 (填标号)。
(4)三种化合物的熔点如下表所示:
化合物 FeCl3 NaCl MgO
熔点/℃ 308 801 2852
试解释其熔点差异的原因: 。
(5)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某立方FexNy的晶胞如图所示,晶胞参数为apm,该晶体密度为 g·cm-3 (设NA为阿伏加德罗常数的值,写出表达式),Cu完全替代该晶体中b位置Fe,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy, n:y= 。
24.锡(Sn)是很早便被发现和使用的金属,其原子结构示意图见图。完成下列填空:
(1)锡为主族元素,在元素周期表中的位置是 。有一种锡的单质具有金刚石型结构,则该单质内存在的化学键是 。
SnCl4 SnBr4 SnI4
熔点/℃ -33 31 144.5
沸点/℃ 114.1 202 364
(2)解释下表中卤化锡的熔、沸点的变化规律 。
(3)SnO2能与NaOH反应生成钠盐,写出反应的化学方程式 。
(4)锡溶于盐酸得到溶液A,向A中通入氯气,氯气被还原。写出在A中反应的化学方程式
(5)马口铁是在铁表面镀一层锡。一个马口铁罐装的桔子罐头发生了“涨罐”和马口铁罐穿孔的现象。经检测罐头内食物没有腐败,则罐头内导致“涨罐”的气体可能是 ,说明理由
25.
(1)Ⅰ.氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其晶胞结构如图甲所示。
在一个晶胞中,含有硼原子 个,氮原子 个。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γ cm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离是 cm,D、E原子之间的距离是 cm。
(3)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则E原子的坐标为 。
(4)氮化硼晶胞的俯视投影图是 (填序号)。
(5)设NA为阿伏加德罗常数的值,则氮化硼晶体的密度为 g·cm-3(用代数式表示)。
(6)Ⅱ.在硅酸盐中,四面体(如图乙为俯视投影图)通过共用顶角氧原子可形成链状、环状等多种结构。
图丙为一种无限长单链结构的多硅酸根离子,其中Si与O的原子数之比为 ,化学式为 。
答案解析部分
1.【答案】B
【解析】【解答】A、硝酸钠是离子晶体,熔化需克服离子键;金刚石是原子晶体,熔化时克服粒子间作用力是共价键,故不选A;
B、晶体硅和水晶都是原子晶体,熔化时需克服的粒子间作用力都是共价键,故选B;
C、冰和干冰都是分子晶体,冰熔化时需克服氢键和范德华力,干冰熔化需克服分子间作用力,故不选C;
D、苯和萘都是分子晶体,熔化时需克服的粒子间作用力都是分子间作用力,故不选D。
【分析】离子晶体熔化时破坏离子键,分子晶体熔化时破坏分子间作用力,原子晶体熔化时破坏共价键。
2.【答案】D
【解析】【解答】A.正硼酸与石墨有相似的层状结构,层内的H3BO3分子通过氢键相连,受热易分解,所以正硼酸晶体属于分子晶体,故A不符合题意;
B.分子的稳定性与分子内的B-O、H-O共价键有关,熔沸点与氢键有关,故B不符合题意;
C.1个硼酸分子形成了6个氢键,但每个氢键是2个硼酸分子共用的,所以平均含3个氢键,则含有1molH3BO3的晶体中有3mol氢键,故C不符合题意;
D.B只形成了3个单键,没有孤电子对,价层电子对数为3,所以采取sp2杂化,同层分子间的主要作用力是范德华力,故D符合题意.
【分析】A、根据分子晶体的特征分析;
B、分子的稳定性与分子内的共价键有关;
C、根据硼酸分子结构分析;
D、根据中心原子价层电子对数与孤电子对数分析即可。
3.【答案】A
【解析】【解答】A.硫化氢分子间不存在氢键,冰中水分子间存在氢键,因此两者结构不相似,故A说法符合题意;
B.在冰晶体中,每个水分子与四个水分子通过氢键相结合,故B说法不符合题意;
C.氢键键长可以表示为通过氢键相连的两个氧原子的核间距,z方向上距离最近的两个O原子所在的水分子通过氢键相连,故C说法不符合题意;
D.在冰的晶体中,由于氢键有方向性和饱和性,迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引,这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙,其密度比液态水小,故D说法不符合题意;
故答案为:A。
【分析】B.冰晶体中,每个水分子与四个水分子通过氢键相结合;
C.通过氢键相连的两个氧原子的核间距即为氢键键长;
D.氢键有方向性和饱和性。
4.【答案】A
【解析】【解答】A.存在固体氨,说明温度很低,且氨极易溶于水,所以推测“氨星”不会有大量的液态水存在,故A符合题意;
B.氨分子中含有N-H键,固态氨中,氨分子之间存在氢键,故B不符合题意;
C.固态氨是氨分子形成的是分子晶体,故C不符合题意;
D.存在固体氨,可推测“氨星”温度很低,故D不符合题意;
故答案为:A。
【分析】A.氨能与水反应生成一水合氨,而固态氨占土卫五总质量的四分之一,所以不可能有水存在;
B.氮原子能与氢原子形成氢键;
C.固态氨属于分子晶体;
D.氨气的熔点很低。
5.【答案】B
【解析】【解答】A、CO2是非极性分子,H2O为极性分子,CO2易溶于水,是由于CO2能与H2O发生化学反应,A不符合题意。
B、由干冰晶体的结构可知,晶体中一个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个,B符合题意。
C、H2O分子中O原子上有2对孤电子对,同时存在2个是σ键,其价层电子对数为4,因此H2O分子的VSEPR模型为四面体型,C不符合题意。
D、葡萄糖、脂肪酸都为分子晶体,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】A、CO2为非极性分子。
B、根据干冰晶体的结构分析。
C、H2O的VSEPR模型为四面体形。
D、脂肪酸为分子晶体。
6.【答案】A
【解析】【解答】A.NaHCO3受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水既发生离子键破坏,又发生共价键破坏,选项A符合题意;
B.碘晶体受热变成碘蒸气,吸收的热量主要用于克服碘分子之间的作用力,选项B不符合题意;
C.氦气是单原子分子,分子内不存在共价键,选项C不符合题意;
D.二氧化硅是原子晶体,平均一个硅原子与四个氧原子相连,严格地说一个二氧化硅分子应该指一整个二氧化硅晶体,它的分子式为SinO2n,选项D不符合题意。
故答案为:A。
【分析】A.离子键指的是阴阳离子之间通过相互作用生成的化学键;共价键指的是原子之间通过公用电子的之间形成的化学键;
B.碘单质在受热后易升华为点蒸汽,该过程需要吸收热量,属于物理变化;
C.共价键是两个原子之间的作用力,而氦气是单原子分子,不存在共价键;
D.SiO2只是二氧化硅的分子表达式,并不是说明这是二氧化硅分子,因为二氧化硅属于原子晶体。
7.【答案】C
【解析】【解答】A.SiCl4的键角为109°28′,白磷(P4)的键角为60°,A不符合题意;
B.S一个Si原子被12个12元环共用,B不符合题意;
C.SiCl4属于分子晶体,C符合题意;
D.CCl4不能按照上述机理发生水解反应,原因是C的原子没有d轨道,D不符合题意;
故答案为:C
【分析】A.SiCl4的键角为109°28′,白磷(P4)的键角为60°;
B.一个Si原子被12个12元环共用;
C.SiCl4属于分子晶体;
D.CCl4中C的原子没有d轨道。
8.【答案】D
【解析】【解答】A.SO3和NO 均是平面正三角形结构,互为等电子体,A不选;
B.B3H6N3和C6H6均是平面正六边形结构,互为等电子体,B不选;
C.金刚石和晶体硅均是共价晶体,都是正四面体形结构,互为等电子体,C不选;
D.CO2形成的是分子晶体,属于直线形结构,SiO2是共价晶体,是空间网状结构,二者结构不相似,不能互为等电子体,D选;
故答案为:D。
【分析】等电子体是具有相同的原子和具有相同的价层电子对,等电子体具有相似的结构,找出即可
9.【答案】C
【解析】【解答】金刚石是共价晶体, CH4是分子晶体,二者的晶体类型不同,故A不符合题意;
金刚石熔化过程中C- C键断裂,因为C-C键的键能大,断裂时需要的能量多,金刚石的熔点很高,故B不符合题意;
金刚石中每个C都参与了4个C- C键的形成,而每个C-C键为两个C原子所共用,碳原子个数与C一C 键个数之比为(4×):4=1 :2,故C符合题意;
金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的温度,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化,故D不符合题意。
【分析】结构相似的共价晶体,共价键的键长越长,键能就越小,晶体的熔沸点越低,硬度越小。
10.【答案】D
【解析】【解答】① H2O分子之间存在分子间作用力,汽化成水蒸气,破坏了分子间作用力,H2O分解为H2和O2,需要破坏共价键H-O键,故①符合题意;②丁烷有CH3CH2CH2CH3、CH3CH(CH3)2两种同分异构体,前者为正丁烷、后者为异丁烷,结构不同,分子间作用力大小不同,因而沸点不同,故②符合题意;③因原子半径C<Si,则键长C-C<Si-Si,共价键键长越长,键能越小,则熔点越低,应为金刚石>晶体硅,故③不符合题意;④SiO2属于原子晶体,结构中没有单个的分子,故④不符合题意;⑤分子晶体中,物质的熔沸点与其相对分子质量(分子间作用力)成正比,与共价键的强弱无关,故⑤不符合题意;
故答案为:D。
【分析】①分子间作用力,又称范德瓦尔斯力,是存在于中性分子或原子之间的一种弱碱性的电性吸引力;共价键指的是原子之间通过共用电子对形成的化学键;
②分子式形同但是结构不同的化合物叫做同分异构体;
③原子的半径越长代表共价键的键长就越长,那么共价键的键能就越低,分子的熔沸点就越低;
④SiO2只是其结构式,不代表一个分子;
⑤影响分子晶体的熔沸点的因素是分子之间的作用力,而不是共价键。
11.【答案】D
【解析】【解答】由于C60晶体为分子晶体,而N60结构与之相似,所以N60也为分子晶体;同位素是质子数相同中子数不同的同种元素的核素,N60是一种分子而非核素;分子晶体的熔、沸点不高,故N60的熔、沸点也不会很高。
【分析】B、 N60 是分子,而 14N 是原子。同位素是具有相同质子不同中子的同种元素的不同原子。错误。
12.【答案】A
【解析】【解答】A.氟元素的电负性强于氮元素,所以三氟化氮中氮原子上电子云密度小于氨气,结合氢离子的能力弱于氨气,碱性弱于氨气,故A符合题意;
B.五氟化磷和五氯化磷是结构相似的分子晶体,五氟化磷的相对分子质量小于五氯化磷,分子间作用力小于五氯化磷,沸点低于五氯化磷,故B不符合题意;
C.过氧化钠与碳元素的最高价态氧化物二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气,则过氧化钠与硫元素的最高价态氧化物三氧化硫反应生成硫酸钠和氧气,故C不符合题意;
D.碳酸根离子在溶液中分步水解使溶液呈碱性,一级水解抑制二级水解,碳酸根离子在溶液中的水解程度大于碳酸氢根离子,同理铝离子在溶液中水解使溶液呈酸性,一级水解抑制二级水解,所以铝离子的水解程度大于离子,故D不符合题意;
故答案为:A。
【分析】A.NF3与NH3相比,F的吸电子能力强于H,NF3上的N元素电子云密度小于氨气,电子云密度越大,碱性越强。
13.【答案】D
【解析】【解答】首先根据性质推导该晶体是分子晶体还是原子晶体,再根据具体晶体的性质判断选项。因为BCl3的熔、沸点较低,故应为分子晶体,分子晶体熔化时不导电,故A、B错;又因氯—硼—氯键角为120°,则可确定BCl3为非极性分子,C错。
【分析】据题中描述“ 氯化硼的熔点为10.7 ℃,沸点为12.5 ℃”、“ 氯化硼分子 ”、“ 氯—硼—氯键角为120° ”、“ 水解产物之一是氯化氢 ”等词语进行作答即可。
14.【答案】D
【解析】【解答】A、二氧化硅晶体中存在四面体结构单元,每个硅原子能构成四个共价键,每个氧原子能形成2个共价键,Si处于中心,O处于4个顶角,故A不符合题意;
B、最小的环上,有6个Si原子和6个O原子,故B不符合题意;
C、最小的环上,有6个Si原子和6个O原子,所以最小的环上硅氧原子数之比为1:1,故C不符合题意;
D、最小的环上,有6个Si原子和6个O原子,Si处于中心,O处于4个顶角,故D符合题意。
故答案为:D。
【分析】A.二氧化硅中四面体是以Si原子为中心;
B.根据二氧化硅的晶体图判断最小环即可;
C.根据最小环上原子个数进行判断。
15.【答案】D
【解析】【解答】A.金刚石是由C原子通过共价键聚集而成的共价晶体,A不符合题意;
B.该反应中Na元素的化合物升高,作氧化剂,利用Na的强还原性将CCl4中的C还原为金刚石,B不符合题意;
C.晶体硅中的Si原子、金刚石中的C原子均形成4个σ键,价层电子对数为4,为sp3杂化,C不符合题意;
D.NaCl的晶胞结构如图所示 ,以体心Cl-为例,晶体中每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Na+有6个,D符合题意;
故答案为D。
【分析】此反应中发生的是氧化还原反应,利用了金属钠的还原性和四氯化碳的氧化性,金刚石是原子晶体即是共价将体,晶体硅和金刚石均是空间网状结构,故杂化方式相同,氯化钠晶胞是面心立方堆积结构,距离氯离子最近的钠离子有6个,形成正八面体
16.【答案】A
【解析】【解答】A.由题干信息可知,干冰(固态二氧化碳)在-78℃时可直接升华为气体,干冰晶体是分子晶体,A符合题意;
B.由题干图示晶胞图可知,每个晶胞中含有=4个分子,B符合题意;
C.由题干图示晶胞图可知,以其中面心上的一个CO2为例,其周围有3个相互垂直的平面,每个平面上有4个CO2与之最近且距离相等,则每个分子周围有12个紧邻的分子,C不符合题意;
D.已知干冰是分子晶体,故干冰升华时需克服分子间作用力,D不符合题意;
故答案为:A。
【分析】根据干冰的沸点即可判断为分子晶体,结合占位即可计算出一个晶胞分子中含有4个二氧化碳分子,距离最近的有12个二氧化碳分子,结合选项即可判断
17.【答案】A
【解析】【解答】氮化硼是一种新合成的结构材料,它是超硬、耐磨,耐高温的物质,说明其形成原子晶体,氮化硼熔化时所克服的粒子间作用是共价键。
A. 金刚石和晶体SiO2 都为原子晶体,熔化时破坏共价键,A符合题意;
B. C60和固体碘都为分子晶体,熔化时破坏分子间作用力,B不符合题意;
C. 冰和干冰都为分子晶体,冰熔化时破坏氢键,干冰分子熔化时破坏间作用力,C不符合题意;
D. 氯化钠和氧化镁固体都为离子晶体,熔化时破坏离子键,D不符合题意。
故答案为:A
【分析】根据原子晶体常见的种类分析。
18.【答案】B
【解析】【解答】A.在硅晶体中,每个硅原子与4个硅原子形成4个Si-Si键,每个Si-Si键为2个硅原子共用,平均1molSi晶体中含有的Si-Si键数目为2NA,A不符合题意;
B.若在Si晶体中掺入P元素,P最外层是5个电子,可形成多电子的n型半导体,B符合题意;
C.p-n结中,p型半导体的空穴浓度高,自由电子的浓度低,P型一侧带负电;而n型半导体的自由电子浓度高,空穴浓度低,N型一侧带正电,C不符合题意;
D.光伏电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片,能量转化形式为:光能→电能,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】A.硅原子最外层四个电子,每个硅原子可以和四个硅原子形成共用电子对;
B.AS和P元素均为第五主族元素;
C.p-n结中,p型半导体的空穴浓度高,可以吸引更多电子,P型一侧带负电;而n型则相反;
D.光伏电池是太阳能直接转化为电能。
19.【答案】C
【解析】【解答】钠是金属单质,不可能形成分子晶体,A项错;硫黄属于单质,B项错;食盐属于离子化合物,不可能形成分子晶体,D项错。
【分析】常见的分子晶体有:(1)大部分非金属单质;(2)非金属氢化物;(3)大部分非金属氧化物;(4)几乎所有的酸;(5)大部分有机物。
20.【答案】B
【解析】【解答】分子晶体的熔、沸点低。
【分析】分子晶体的物理共性是熔沸点低,硬度低,易升华。
21.【答案】(1)分子;2s22p3
(2)氧元素和碳元素同周期,电子层数相同,氧元素的核电荷数比碳元素多,吸引电子能力强,因此非金属性比碳强
(3)C
(4)1/c2(NH3)c(CO2)
(5)0.01 mol/L·min;a;
【解析】【解答】(1)固体CO2称干冰,属于溶沸点较低的分子晶体;氮原子原子序数为7,位于周期表第二周期ⅤA族,最外层电子排布式是2s22p3,故答案为:分子;2s22p3;(2)氧元素和碳元素均为第二周期元素,同周期元素从左到右,随着核电荷数递增,原子半径减小,吸引电子能力依次增强,非金属性依次增强,故答案为:氧元素和碳元素同周期,电子层数相同,氧元素的核电荷数比碳元素多,吸引电子能力强,因此非金属性比碳强;(3)由题意可知,合成尿素的反应和反应①为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量;反应②为吸热反应,反应物的总能量低于生成物的总能量。
A、合成尿素的反应为放热反应,2NH3(g)+ CO2 (g) 的总能量高于 CO(NH2)2(l)+H2O(l)的总能量,故错误;
B、反应②为吸热反应,NH4COONH2 (s) 的总能量低于 CO(NH2)2(l)+H2O(l)的总能量,故错误;
C、合成尿素的反应和反应①为放热反应,反应②为吸热反应,则2NH3(g)+ CO2 (g) 的总能量高于 CO(NH2)2(l)+H2O(l)的总能量,NH4COONH2 (s) 的总能量低于 CO(NH2)2(l)+H2O(l)的总能量,故正确;
D、合成尿素的反应为放热反应,2NH3(g)+ CO2 (g) 的总能量高于 CO(NH2)2(l)+H2O(l)的总能量,故错误;
故答案为:C,故答案为:C;(4)反应①中为NH4COONH2固体,则化学平衡常数K=1/c2(NH3)c(CO2),故答案为:1/c2(NH3)c(CO2);(5)①从反应开始至20min时,二氧化碳浓度变化量△c(CO2)=(0.3mol/L—0.1mol/L)=0.2mol/L,则v c(CO2)= △c(CO2)/ △t=0.2mol/L/20min=0.01 mol/L·min,故答案为:0.01 mol/L·min;
②该反应为气体体积减小的放热反应,缩小反应容器的容积,压强增大,平衡右移,尿素的产率增大;升高温度,平衡左移,尿素的产率减小;增加反应物的量,平衡右移,但尿素的产率不一定增大;使用合适的催化剂,平衡不移动,尿素的产率不变,
故答案为:a,故答案为:a;
③25min 时再向容器中充入2mol氨气和1mol二氧化碳,体系中c(NH3)和c(CO2)分别变为0.4mol/L和0.2mol/L,40min时重新达到平衡,由于建立的是等效平衡,氨气的平衡浓度保持不变,故图示为: ,故答案为: 。
【分析】(1)分子间通过分子间作用力构成的晶体叫做分子晶体;
(2)由于氧原子的最外层电子数多于碳原子的最外层电子数,所以氧原子更容易得到电子形成8电子稳定结构,所以氧原子的非金属性强于碳;
(3)合成尿素的反应属于放热,即反应物的能量总和大于生成物的能量总和;
(4)化学平衡常数,是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也不考虑反应物起始浓度大小,最后都达到平衡,这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值是个常数;
(5)物质在某一段时间内的平均反应速率是物质的物质的量浓度变化量与时间的比值;可以加快反应速率的操作有:增大压强。
22.【答案】(1)非极性;2;sp2
(2)原子
(3)P>S>Si
(4)BC
(5)SCN- 或N3-;三角锥形
(6)[Ar]3d6
(7)1.42×10-8
【解析】【解答】Ⅰ.B元素为O元素,C元素P元素,D元素S元素。(1)当n=2时,A元素的原子价电子排布为2s22p2,A为C元素,B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍,应为O元素,二者形成的化合物为CO2,结构式为O=C=O,CO2为直线型分子,为非极性分子,分子中含有2个σ键,2个π键,C6H6分子中每个C原子形成3个σ键,1个大π键,为sp2杂化;
(2)当n=3时,A元素的原子价电子排布为3s23p2,A为Si元素,二者形成的化合物为SiO2,SiO2属于原子晶体;
(3)若A元素的原子价电子排布为3s23p2,A、C、D三种元素分别为Si、P、S元素,同周期元素从左到右第一电离能呈逐渐增大的趋势,但P价层电子为半充满状态,较稳定,电离能大于S,故顺序为 P>S>Si;
Ⅱ.(4)冰属于分子晶体,由晶胞图可知,B为干冰的晶胞图,构成微粒为分子,C为碘的晶胞图,构成微粒为碘分子,则与冰的晶体类型相同的是BC,
故答案为:BC;
(5)①N2O中原子个数是3价电子总数是16,含有3个原子且价电子数是16的有二氧化碳,SCN- 或N3- 等;
ClO3-离子的中心原子含有4个价层电子对且含1个孤电子对,为sp3杂化,为三角锥型;
(6)钴是27号元素,位于Ⅷ族,CoCl3·5NH3·H2O,该配合物中的中心离子钴离子在基态时的核外电子排布式为 [Ar]3d6;
(7)铝的密度是2.7g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,Al为面心立方最密堆积,晶胞面对角线上Al之间相邻,设Al原子半径为r,则晶胞棱长=2r× ,晶胞中Al原子数目=8×1/8+6×1/2=4,该晶胞中Al原子总体积=4πr3×4/3,晶胞体积=(2r× )3,晶胞中Al原子总质量= ,解得r= cm= 1.42×10-8cm。
【分析】 A元素的原子价电子排布为ns2 np2,n可能为2、3;B元素原子的最外层电子数是其电子层数的3倍,则B为O;C元素原子的M能层的p能级有3个未成对电子,C的电子排布式为1s22s22p63s23p3,则C为P;D元素原子核外的M能层中只有2对成对电子,则D为S。
(1)n=2,则为C,CO2为非极性分子,有两个碳氧双键,苯分子中碳原子的杂化方式为sp2;
(2)n=3时,A为Si,SiO2属于原子晶体;
(3)非金属性越强,第一电离能越大;
(4)冰是分子晶体,寻找其他分子晶体即可;
(5)根据等电子体的概念推断符合题意的等电子体;根据价层互斥理论判断离子的空间构型;
(6)钴离子为+3价,据此书写基态电子排布式。
23.【答案】(1)d;1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6
(2)S(3)6;③
(4)FeCl3 为 分子晶体,NaCl 与MgO为离子晶体,且MgO的晶格能比NaCl的大
(5);3:1
【解析】【解答】(1)Fe基态价电子排布式为3d64s2,位于元素周期表的d区,基态Fe2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6;
(2)同周期元素从左到右第一电离能逐渐增大,同主族元素从上到下第一电离能减小,N原子是半充满结构稳定,由小到大的顺序是S(3)二聚体中Fe3+配位数为6,杂化轨道为6,杂化类型为sp3d2;
(4)FeCl3是分子晶体,NaCl和MgO是离子晶体,离子晶体的熔点比分子晶体高, 且MgO的晶格能比NaCl的大 ;
(5)Fe原子位于顶点和面心,原子数目为8×1/8+6×1/2=4,N原子有1个位于体心,晶胞化学式为Fe4N,晶胞质量m=238/NAg,晶胞参数为apm,晶胞体积为V=(a×10-10)3cm3,晶体密度为238x1030/a3NAg/cm3, Cu完全替代该晶体中b位置Fe, 形成晶胞中N原子处于体心、Cu原子处于面心、Fe原子处于顶点,N原子数目为1,Cu原子数目为6×1/2=3,Fe原子数目为8×1/8=1,其化学式为:FeCu3N,n:y=3:1;
【分析】(1)Fe位于元素周期表的d区,基态Fe2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6;
(2)同周期元素从左到右第一电离能逐渐增大,同主族元素从上到下第一电离能减小,N原子是半充满结构稳定,空间构型的判断;
(3)配位数和杂化轨道类型的判断;
(4)离子晶体的熔点比分子晶体高 ;
(5)晶体密度的计算,晶胞化学式的确定。
24.【答案】(1)第五周期第IVA族;共价键
(2)三者均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高,因此熔沸点由SnCl4、SnBr4、SnI4依次升高
(3)SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O
(4)SnCl2+Cl2=SnCl4
(5)氢气;马口铁破损后锡与铁形成原电池,在酸性条件下发生析氢腐蚀
【解析】【解答】(1)根据锡的原子结构示意图知,在元素周期表中的位置是第五周期第IVA族;具有金刚石型结构,则该单质内存在的化学键是共价键,
故答案为:第五周期第IVA族;共价键;(2)由表中数据分析知三者均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高,因此熔沸点由SnCl4、SnBr4、SnI4依次升高,
故答案为: 三者均为分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔沸点越高,因此熔沸点由SnCl4、SnBr4、SnI4依次升高;(3)SnO2能与NaOH反应生成钠盐和水,化学方程式为SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O,
故答案为:SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O;(4)锡常见价态有+2、+4,则反应的化学方程式SnCl2+Cl2=SnCl4,
故答案为:SnCl2+Cl2=SnCl4;(5)食物没有腐败,说明罐内没有氧气,说明腐蚀为析氢腐蚀,所以气体可能氢气;产生原因是马口铁破损后锡与铁形成原电池,在酸性条件下发生析氢腐蚀,
故答案为:氢气;马口铁破损后锡与铁形成原电池,在酸性条件下发生析氢腐蚀。
【分析】(1)Sn为第五周期IVA族,是原子晶体,原子间以共价键相结合。
(2)卤化锡的熔沸点低为分子晶体,微粒间的作用力为范德华力,相对分子质量越大,熔沸点越高。
(3)类似CO2与 NaOH反应一样,生成盐和水。 SnO2+2NaOH=Na2SnO3+H2O。
(4)氯气作氧化剂,将锡盐氧化。
(5)锡、铁为活泼性不同的金属,与酸溶液形成原电池,锡作负极失电子溶解穿孔,铁作正极,氢离子得电子生成氢气发生了“涨罐”。
25.【答案】(1)4;4
(2);
(3)( ,,)
(4)b
(5)
(6)1:3; (或)
【解析】【解答】Ⅰ.(1)硼原子位于晶胞内,氮原子位于顶点和面心,则在一个晶胞中,含有4个硼原子,含有氮原子的个数为6×+8×=4。
(2)已知氮化硼晶胞参数为γ cm,则在此晶胞中,任意两个原子之间的最短距离为相连的N与B之间的距离,最短距离为晶胞体对角线长的,即γ cm,D、E原子为晶体中两个距离最近的B原子,二者之间的距离为晶胞面对角线长的,即γcm。
(3)已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1) .C为(1,1 ,0) ,则由E原子的位置知, E的原子分数坐标为(,,)。
(4)由晶胞结构示意图知,氮化硼晶胞的俯视投影图是b。
(5)1个氮化硼晶胞内含有的氮原子和硼原子均为4个,则晶胞的质量为g,氮化硼晶胞参数为γ cm,则晶胞体积为γ3cm3,晶体的密度为=g·cm-3
Ⅱ. (6)由图丙可知,四面体两两之间通过共用1个氧原子连接
形成链状结构,所以每个四面体中的硅原子数是1,氧原子数是2 +2×=3,即Si与0的原子数之比为1:3;化学式为 (或)2
【分析】Ⅰ.(1利用“均摊法”,一个微粒被n个晶胞共享,那么它属于每一个晶胞的只有1/n。
(2)由晶胞结构分析,任意两个原子之间的最短距离晶胞体对角线长的,D、E原子的距离为晶胞面对角线长的。
(3)利用三个原子分数坐标参数确定E原子的位置坐标。
(4)由晶胞结构示意图确定俯视投影图。
(5)利用“均摊法”,一个微粒被n个晶胞共享,那么它属于每一个晶胞的只有1/n确定晶胞微粒的数目,再利用计算。
Ⅱ. (6)由题图,利用“均摊法”,一个微粒被n个晶胞共享,那么它属于每一个晶胞的只有1/n。