(19)3.2.3几种简单的晶体结构模型——高二化学鲁科版(2019)选择性必修二同步课时作业
1.金刚石是典型的共价晶体。下列关于金刚石的说法中,错误的是( )。
A.晶体中不存在独立的分子
B.碳原子之间以共价键相结合
C.金刚石是硬度最大的物质之一
D.化学性质稳定,即使在高温下也不会与氧气发生反应
2.下表列出的是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氨化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 大于3500 3000 2830 1710 1412 1211
硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6
分析表中的数据并判断,下列说法中,正确的是( )。
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键能越大,晶体的熔点越高。
③构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大。
④构成共价晶体的原子的半径越小,晶体的硬度越大。
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
3.结合下列各物质的性质,判断其固态属于共价晶体的是( )
A.碳化铝,黄色晶体,熔点为2200 ℃,熔融态不导电
B.溴化铝,无色晶体,熔点为98 ℃,熔融态不导电
C.五氟化钒,无色晶体,熔点为19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D.溴化钾,无色晶体,熔融态时或溶于水中都能导电
4.硅材料在工业生产中具有重要的应用,下列说法正确的是( )
A.熔沸点比较:金刚石 B.SiC中Si距离最近的Si有12个
C.与单晶硅互为同分异构体 D.1mol中含有2molSi-O键
5.长沙铜官窑是世界釉下彩瓷的发源地。唐代诗人李群玉在《石渚》一诗中描写了铜官窑制瓷的盛况:“古岸陶为器,高林尽一焚。焰红湘浦口,烟烛洞庭云。”下列叙述不正确的是( )
A.瓷器的主要原料黏土的化学式为是一种氧化物
B.木材在燃烧时化学能转化为光能和热能
C.诗中提到的烟和云都属于胶体
D.新型陶瓷的主要成分之一是,属于共价晶体
6.砷化镓是一种重要的半导体材料,熔点1238℃。它在600以下,能在空气中稳定存在,并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图。下列说法正确的是( )
A.砷化镓是一种分子晶体
B.砷化镓中不存在配位键
C.晶胞中Ga原子与As原子的数量比为4:1
D.晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体
7.结合下列各物质的性质,判断其固态属于共价晶体的是( )
A.碳化铝,黄色晶体,熔点为2200℃,熔融态不导电
B.溴化铝,无色晶体,熔点为98℃,熔融态不导电
C.五氟化钒,无色晶体,熔点为19.5℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮中
D.溴化钾,无色晶体,熔融态时或溶于水中都能导电
8.利用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.该反应利用了的强还原性
C.晶体硅和金刚石中的、C的杂化方式都是
D.晶体中每个周围与它最接近且距离相等的有12个
9.氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为。一定条件下,在恒容密闭容器中发生上述反应,下列说法错误的是( )
A.属于共价晶体
B.与生成的反应属于固氮反应
C.当混合气体的密度不再随时间变化时,该反应达到平衡
D.该反应的能量变化形式与盐酸和碳酸氢钠反应的能量变化形式相同
10.观察下列模型,下列说法错误的是( )
金刚石 碳化硅 石墨烯
A.原子数相同的金刚石和碳化硅中,共价键个数之比为1:2
B.晶体中Si和Si—O键个数之比为1:4
C.石墨烯中碳原子和六元环个数之比为2:1
D.晶体堆积属于分子密堆积
11.前四周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X是地壳中含量最多的元素,Y原子最外层只有1个电子,基态Z原子的和轨道上电子数相同,Y与W同主族。下列说法错误的是( )
A.原子半径:
B.X的第一电离能比同周期相邻元素的小
C.Y的最高价氧化物对应水化物的碱性比W的强
D.Z单质形成的晶体属于共价晶体
12.下列化学用语表示正确的是( )
A.图1为晶态和非晶态衍射图谱对比
B.图2为固体HF中的链状结构
C.二聚中Al的杂化方式:
D.图3为石墨的层状结构
13.将石墨置于熔融的钾或气态钾中,石墨吸收钾形成名称为钾石墨的物质,其组成可以是等。下列分析正确的是( )
A.题干中所列举的6种钾石墨属于有机高分子化合物
B.钾石墨中碳原子的杂化方式是杂化
C.若某钾石墨的原子分布如图所示,则它所表示的是
D.最近两个K原子之间距离为石墨中C—C键键长的2倍
14.原子序数小于等于36的Q、W、X、Y、Z五种元素,其中Q是原子半径最小的元素,W和Y的基态原子2p能级所含成单电子数均为2,Z的基态原子核外含有13种运动状态不同的电子。回答下列问题(涉及元素时用对应的元素符号表示):
(1)X、Y、Z三种元素的第一电离能由大到小的顺序是_______。
(2)与所含σ键的比值为_______。
(3)一种由X和Z两种元素形成化合物的晶胞如图所示,该晶胞的化学式为_______。
(4)实验室合成一种由W和X两种元素形成的化合物,该化合物具有空间网状结构,其中每个W原子与4个X原子形成共价键,每个X原子与3个W原子形成共价键。
①该化合物的化学式为:_______。
②预测该化合物熔点应_______金刚石(填“高于”或“低于”)。
15.族元素等在诸多领域发挥着重要作用。
Ⅰ.黑磷与石墨的结构类似,其中一个单层的结构如下图所示。
(1)基态磷原子的价电子排布式为_____________。
(2)根据图中信息,回答下列问题:
①黑磷晶体中存在的作用力为_____________。
②黑磷单层中P原子与键的个数比为_____________。
(3)下列说法正确的有_____________(填字母)。
a.黑磷中P采取杂化
b.黑磷单层中键的键能不完全相同
c.黑磷与石墨都属于混合型晶体
Ⅱ.砷化镓是最重要的第二代半导体,被广泛应用于光电子和通信等领域。
(4)与族元素N,能形成结构相似的化合物,它们在熔融态下均不导电,熔点如下表所示。分析的熔点依次降低的原因为___________。
物质 GaN
熔点/℃ 1700 1480 1238
(5)的晶胞结构如图甲所示,将掺杂到晶体中得到新型材料如图乙所示。
①图甲中,的相对质量为M,晶体密度为,阿伏伽德罗常数为,则晶胞边长___________。(列出计算式。
②图乙中,掺杂之后的原子个数比___________。
答案以及解析
1.答案:D
解析:金刚石是共价晶体,是由相邻碳原子以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体,不存在分子,A、B项正确;由于碳原子间全部是键能较大的碳碳共价键,强度大,所以金刚石的硬度很大,C项正确;金刚石的组成元素是碳,在高温下可以与氧气反应(燃烧)生成碳的氧化物(二氧化碳、一氧化碳),D项错误。
2.答案:D
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,共价键键能越大,晶体的熔点越高,硬度越大;而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关,原子半径越小,共价键的键长越短,键能越大。
3.答案:A
解析:碳化铝,熔点为2200 ℃,熔融态不导电,则其为共价晶体,A符合题意;溴化铝,熔点为98 ℃,熔融态不导电,则其为分子晶体,B不符合题意;五氟化钒,熔点为19.5 ℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮中,则其为分子晶体,C不符合题意;溴化钾,熔融态时或溶于水中都能导电,则其为离子晶体,D不符合题意。
4.答案:B
解析:A.据图可知金刚石和SiC均为共价晶体,其熔沸点与共价键强弱有关,C原子半径比Si原子半径小,所以金刚石中共价键键能较大,熔沸点更高,故A错误;
B.根据晶胞结构可知,Si与C的位置可以交换,Si为面心立方最密堆积,所以SiC中Si距离最近的Si有12个,故B正确;
C.与单晶硅为硅元素的不同单质,属于同素异形体,故C错误;
D.根据晶体结构可知,每个硅原子与4个氧原子相连,形成4个Si-O键,所以1mol中含有4molSi-O键,故D错误;
故选B。
5.答案:A
解析:A.黏土主要是由硅酸盐构成的混合物,不是由几种氧化物组成的混合物,可以将黏土化学式改写成相应的氧化物的形式,A错误;
B.木材在燃烧时发光发热,化学能转化为光能和热能,B正确;
C.烟和云属于气溶胶,C正确;
D.碳化硅是由共价键形成的具有类似金刚石的结构的晶体,由分析知,碳化硅属于共价晶体,D正确;
答案选A。
6.答案:D
解析:A.根据砷化镓熔点数据和晶胞结构(空间网状)可知砷化镓为原子晶体,A错误;
B.Ga最外层有3个电子,每个Ga与4个As成键,所以砷化镓必有配位键,B错误;
C.晶胞中,Ga位于顶点和面心,则数目为,As位于晶胞内,数目为4,所以晶胞中Ga原子与As原子的数目之比为1:1,C错误;
D.由图可知,晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体,D正确;
故选D。
7.答案:A
解析:碳化铝,熔点为2200℃,熔融态不导电,则其为共价晶体,A符合题意;
溴化铝,熔点为98℃,熔融态不导电,则其为分子晶体,B不符合题意;
五氟化钒,熔点为19.59℃,易溶于乙醇、氯仿、丙酮中,则其为分子晶体,C不符合题意;
溴化钾,熔融态时或溶于水中都能导电,则其为离子晶体,D不符合题意。
8.答案:D
解析:A,金刚石是由C原子通过共价键聚集而成的共价晶体,A正确;B.该反应中Na元素的化合物升高,作氧化剂,利用的强还原性将中的C还原为金刚石,B正确;C晶体硅中的原子、金刚石中的C原子均形成4个键,价层电子对数为4,为杂化,C正确;D.的晶胞结构如图所示,以体心为例,晶体中每个周围与它最接近且距离相等的有6个,D错误;综上所述答案为D。
9.答案:D
解析:A.根据材料耐高温、耐磨的性能,可知它具有熔点高、硬度大的性质,可以判断氮化硅属于共价晶体,A正确;
B.将游离氮转化为化合态氮的过程,称为固氮,与生成的反应属于固氮反应,B正确;
C.该反应过程中气体质量减小,气体总体积不变,则混合气体的密度减小,当混合气体的密度不再随时间变化时,该反应达到平衡,C正确;
D.盐酸和碳酸氢钠的反应为吸热反应,其能量变化形式与题述反应的能量变化形式不同,D错误;
故选D。
10.答案:A
解析:金刚石和碳化硅都是共价晶体,在晶体中每个C原子或S原子与相邻的4个原子形成共价键,每个共价键均为相邻的2个原子所共有,故原子数相同的金刚石和碳化硅中共价键个数之比为1:1,A错误;在晶体中,每个Si原子与相邻的4个O原子形成4个Si—O共价键,故Si原子与Si—O共价键个数之比为1:4,B正确;在石墨烯中,每个C原子与相邻的3个C原子形成共价键,每个C原子为相邻的3个六元环所共有,则在1个六元环中含有的C原子数,因此石墨烯中碳原子和六元环个数之比为2:1,C正确;分子之间只有范德华力,所以晶体是分子密堆积,D正确。
11.答案:C
解析:A.电子层数相同原子序数越大半径越小,电子层数不同电子层数越多半径越大,原子半径K>Na>Si>O,故A正确;
B.第一电离能大型一般情况电负性有关,电负性越大第一电离能越大,但是原子轨道半充满有个反常,氮原子的2p轨道半充满,第一电离能比氧原子大,所以与氧原子的第一电离能比同周期相邻元素的小,故B正确;
C.金属性越强,元素最高价氧化物对应的水化物碱性越强,同主族元素从上往下金属性逐渐增强,K的金属性强于Na的,所以Na的最高价氧化物对应水化物的碱性比K的弱,故C错误;
D.Si单质形成的晶体属于共价晶体,故D正确;
故选:C。
12.答案:C
解析:A.晶态在衍射图谱中有明锐的衍射峰,A错误;
B.固体HF中可以形成分子间氢键,其链状结构为:,B错误;
C.二聚结构为,Al形成3个σ键,l个配位键,无孤电子对,其杂化方式为:,C正确;
D.石墨是错开的层状结构:,D错误;
故选C。
13.答案:D
解析:A项,题干中列举的6种物质是石墨吸收钾形成的不属于有机物,而是无机化合物,A项错误;B项,钾石墨是石墨吸收钾形成的化合物,其中的碳原子形成了键角约为120°的三条共价键,因此采用的是杂化,B项错误;C项,由该种钾石墨的结构可知,
可选择图中虚线框选的部分作为该钾石墨的晶胞,碳原子位于晶胞的内部共有8个,钾原子位于晶胞的四个顶,点上,因此均摊法计算该钾石墨的化学式为,C项错误;D项,由该种钾石墨的结构可知,钾原子排列在每个六边形单元格中心位置,并且间隔一个六边形单元格填充,因此钾原子之间的最短距离等于相邻的两个六边形单元格中心连线的长度的2倍,即碳碳键长的倍,D项正确;故选D。
14.答案:(1)N、O、Al
(2)2:3
(3)AlN
(4);高于
解析:(1)同周期从左往右,第一电离能呈增大趋势,且N的2p半满为稳定结构,其第一电离能大于O,从上到下,第一电离能减小,则X、Y、Z三种元素的第一电离能由大到小的顺序是N、O、Al;
(2)HCN含有1个单键、1个三键,其含有2个σ键,HCHO含有2个单键和1个双键,其含有3个σ键,则1molHCN与1mol所含σ键的比值为2:3;
(3)由图可知,N位于棱上和体内,个数为,Al位于顶点和体内,个数为,则该晶胞的化学式为AlN;
(4)每个W原子与4个X原子形成共价键,每个X原子与3个W原子形成共价键,C、N的原子个数比为3:4,则该化合物的化学式为;
该化合物所属晶体类型为共价晶体,且C-N键的键长比C-C键短,则其熔点应高于金刚石。
15.答案:(1)
(2) 分子间相互作用力和共价键; 2:3
(3)bc
(4)均为共价晶体,N、P、As原子半径逐渐增大,键长逐渐增长,键能逐渐减小,熔点依次降低
(5) ;5:27:32
解析:(1)P原子序数15,基态磷原子的价电子排布式:;
(2)①黑磷与石墨的结构类似,说明黑磷晶体层与层间存在分子间相互作用力,层内原子与原子间存在共价键;
②黑磷单层中,每个P原子形成3个键,每个键由2个P原子所共有,则P原子与键的个数比为2:3;
(3)a.黑磷中P形成3个σ键,存在1对孤电子对,采取杂化,a错误;
b.黑磷单层中键键长不完全相同,则键能不完全相同,b正确;
c.黑磷与石墨都属于混合型晶体,c正确;
答案选bc;
(4)均为共价晶体,N、P、As原子半径逐渐增大,键长逐渐增长,键能逐渐减小,熔点依次降低;
(5)①根据均摊法计算原子个数,Ga个数为,As位于晶胞内部,有4个,的相对质量为M,晶体密度为,根据晶胞密度计算公式:,算得边长;
②掺杂之后,As原子个数不变,将1个顶点Ga和1个面心Ga替换成Mn,Mn原子个数:,Ga原子个数:,则。