专题3 微粒间作用力与物质性质
第三单元 共价键 共价晶体
第2课时 共价键键能 共价晶体
1．下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生化学反应
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
答案 B
解析 由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐增长，键能逐渐减小，所以热稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以二者相比较，更容易生成HF。
2．二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点：－80 ℃，沸点：137.1 ℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是( )
A．二氯化二硫的电子式为
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中S—Cl键的键长大于S—S键的键长
D．分子中S—Cl键的键能小于S—S键的键能
答案 B
解析 S2Cl2分子中S原子之间形成1对共用电子对，Cl原子与S原子之间形成1对共用电子对，结合非平面结构可知S2Cl2的结构式为Cl—S—S—Cl，电子式为，故A错误；S2Cl2中Cl—S键属于极性键，S—S键属于非极性键，故B正确；同周期主族元素从左往右原子半径逐渐减小，所以氯原子半径小于硫原子半径，键长越短键能越大，所以分子中S—Cl键的键长小于S—S键的键长，S—Cl键的键能大于S—S键的键能，故C、D错误。
3．H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
已知：(a、b、c均大于零)
A．H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
B．断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ
C．相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量小于2 mol HI (g)的总能量
D．向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为2a kJ
答案 B
解析 HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与成键放出的能量的差值，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量大于2 mol HI (g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。
4．已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表：
化学键 O==O(g) H—H(g) H—O(g)
键能/ (kJ·mol－1) 496 436 x
则表中x为( )
A．920 B．557 C．463 D．188
答案 C
解析 根据题意，可得热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572 kJ·mol－1；而18 g水蒸气变成液态水时放出44 kJ热量，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－484 kJ·mol－1，即－484 kJ·mol－1＝2×436 kJ·mol－1＋496 kJ·mol－1－4x kJ·mol－1，解得x＝463。
5．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )
A．熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点为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，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
答案 B
解析 共价晶体的熔点高，但不导电，因此熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性强的应该是金属，A不正确；B项符合共价晶体的性质特点，正确；C、D项不符合共价晶体的性质，不正确。
6．下列有关叙述错误的是( )
A．金刚石晶体和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B．1 mol金刚石中C—C键的数目是4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
C．水晶在熔化时，晶体中的共价键会断裂
D．SiO2晶体是共价晶体，其中不存在分子
答案 B
解析 金刚石晶体中，1个C原子连接4个C原子，二氧化硅晶体中，1个Si原子连接4个O原子，二者的最小结构单元均为正四面体，A项正确；金刚石中1个C原子分别与另外4个C原子形成4个C—C键，而每个C—C键是2个C原子共有的，所以1 mol金刚石中C—C键的数目为4NA×＝2NA，B项错误；水晶熔化时共价键会断裂，C项正确；SiO2是由Si原子和O原子构成的共价晶体，所以SiO2晶体中不含分子，D项正确。
7．利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是( )
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．NaCl和C(金刚石)的晶体类型不同
D．每个金刚石晶胞中含有4个碳原子
答案 D
解析 金刚石属于共价晶体，故A正确；反应中Na元素的化合价由0价升高为＋1价，Na在该反应中作还原剂，反应利用了钠的强还原性，故B正确；NaCl属于离子晶体，金刚石属于共价晶体，故C正确。
8．下列说法正确的是( )
A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA
B．金刚石晶体中，碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2
C．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体
答案 B
解析 二氧化硅晶体中每个硅原子形成4个Si—O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个C—C键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C键，因此碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，不属于共价晶体，D项错误。
9．下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( )
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1 mol SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1 mol SiO2晶体中含有2NA个Si—O键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
答案 C
解析 SiO2的晶体结构中，每个Si原子与4个O原子直接相连，A错误；SiO2属于共价晶体，不存在SiO2分子，B错误；1 mol SiO2晶体中含有4NA个Si—O键，D错误。
10．氮化碳结构如图所示，其中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。下列关于氮化碳晶体的说法正确的是( )
A．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
B．C3N4晶体中，C－N键的键长比金刚石中C－C键的键长要大
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子
D．由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显－4价，氮元素显＋3价
答案 C
解析 根据题目所给形式，β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，因此氮化碳为共价晶体。A选项，共价晶体中只含有共价键，错误；B选项，N 原子半径比C原子半径小，键长C-NC，N显-3价，C显+4价，错误。
1．GaAs作为第二代半导体材料的代表，具有宽禁带、高频、高压、抗辐射、耐高温及发光效率高的特点，被广泛应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED、卫星导航等领域。GaAs晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm，下列说法正确的是( )
A．基态砷原子外围电子轨道表示式为
B．GaAs属于分子晶体
C．As的配位数为8
D．该晶体密度为 g·cm－3
答案 D
解析 砷元素的原子序数为33，外围电子排布式为4s24p3，外围电子轨道表示式为，A错误；由砷化镓为半导体材料及耐高温的特点可知，砷化镓是熔、沸点高的共价晶体，B错误；由晶胞结构可知，与砷原子距离最近的镓原子的个数为4，所以砷原子的配位数为4，C错误；由晶胞结构可知，位于体内的砷原子的个数为4，位于顶点和面心的镓原子个数为8×＋6×＝4，设晶体的密度为d g·cm－3，由晶胞的质量公式可得：＝10—30a3d，解得d＝，D正确。
2．在高压下氮气会聚合生成高聚氮，这种高聚氮的晶体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。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ·mol-1，而N≡N的键能为942 kJ·mol-1。则下列有关说法不正确的是( )
A．键能越大说明化学键越牢固．所构成物质越稳定
B．高聚氮晶体属于共价晶体
C．高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=1∶3
D．用作炸药或高能材料可能是高聚氮潜在的应用
答案 C
解析 高聚氮晶体中原子间以共价键结合成空间网状结构．所以高聚氮为共价晶体；晶体中每个氮原子与三个氮原子成键，而每个N—N键为两个氮原子共有，所以高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=2∶3；高聚氮晶体反应时能放出大量的热，并且生成氮气，体积剧烈膨胀，可用作炸药或高能材料。
3．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少？它们分别位于大立方体的什么位置( )
A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
答案 A
解析 与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示。
4．Ⅰ.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：___________。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为______________________________________________________。
Ⅱ.六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是______________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。
答案 Ⅰ.(1)共价 (2)Si3N4 (3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
Ⅱ.4 4
解析 Ⅰ.(2)氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子， Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。
Ⅱ.立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，在金刚石的一个晶胞中含有C原子的个数：8×＋6×＋4＝8，则在立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子；由于晶胞边长为361.5 pm，所以立方氮化硼的密度是ρ＝＝ g·cm－3。
5．金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为____________g·cm－3(写出计算表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(2)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______ pm。
(3)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
(4)金刚石晶胞在z轴方向的投影如图，请补齐原子的位置。
答案 (1) (2)a (3)2r＝a pm，即r＝a pm。
(4)专题3 微粒间作用力与物质性质
第三单元 共价键 共价晶体
第2课时 共价键键能 共价晶体
1．下列事实不能用键能的大小来解释的是( )
A．N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B．稀有气体一般难发生化学反应
C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
D．F2比O2更容易与H2反应
2．二氯化二硫(S2Cl2)，非平面结构，常温下是一种黄红色液体，有刺激性恶臭，熔点：－80 ℃，沸点：137.1 ℃。下列对于二氯化二硫叙述正确的是( )
A．二氯化二硫的电子式为
B．分子中既有极性键又有非极性键
C．分子中S—Cl键的键长大于S—S键的键长
D．分子中S—Cl键的键能小于S—S键的键能
3．H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
已知：(a、b、c均大于零)
A．H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
B．断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ
C．相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)的总能量小于2 mol HI (g)的总能量
D．向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量为2a kJ
4．已知1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量143 kJ，18 g水蒸气变成液态水放出44 kJ的热量。其他相关数据如下表：
化学键 O==O(g) H—H(g) H—O(g)
键能/ (kJ·mol－1) 496 436 x
则表中x为( )
A．920 B．557 C．463 D．188
5．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是( )
A．熔点为2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点为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，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点为－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
6．下列有关叙述错误的是( )
A．金刚石晶体和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体
B．1 mol金刚石中C—C键的数目是4NA(设NA为阿伏加德罗常数的值)
C．水晶在熔化时，晶体中的共价键会断裂
D．SiO2晶体是共价晶体，其中不存在分子
7．利用反应CCl4＋4NaC(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是( )
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．NaCl和C(金刚石)的晶体类型不同
D．每个金刚石晶胞中含有4个碳原子
8．下列说法正确的是( )
A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA
B．金刚石晶体中，碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2
C．30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体
9．下列关于SiO2和金刚石的叙述正确的是( )
A．SiO2的晶体结构中，每个Si原子与2个O原子直接相连
B．通常状况下，1 mol SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小环上有6个碳原子
D．1 mol SiO2晶体中含有2NA个Si—O键(NA表示阿伏加德罗常数的值)
10．氮化碳结构如图所示，其中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。下列关于氮化碳晶体的说法正确的是( )
A．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
B．C3N4晶体中，C－N键的键长比金刚石中C－C键的键长要大
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子
D．由化学式可知，C3N4晶体中碳元素显－4价，氮元素显＋3价
1．GaAs作为第二代半导体材料的代表，具有宽禁带、高频、高压、抗辐射、耐高温及发光效率高的特点，被广泛应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED、卫星导航等领域。GaAs晶胞结构如图所示，晶胞边长为a pm，下列说法正确的是( )
A．基态砷原子外围电子轨道表示式为
B．GaAs属于分子晶体
C．As的配位数为8
D．该晶体密度为 g·cm－3
2．在高压下氮气会聚合生成高聚氮，这种高聚氮的晶体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。已知晶体中N—N键的键能为160 kJ·mol-1，而N≡N的键能为942 kJ·mol-1。则下列有关说法不正确的是( )
A．键能越大说明化学键越牢固．所构成物质越稳定
B．高聚氮晶体属于共价晶体
C．高聚氮晶体中n(N)∶n(N—N)=1∶3
D．用作炸药或高能材料可能是高聚氮潜在的应用
3．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少？它们分别位于大立方体的什么位置( )
A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8，大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
4．Ⅰ.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13 000 ℃时反应获得。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：___________。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为______________________________________________________。
Ⅱ.六方氮化硼在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5 pm，立方氮化硼晶胞中含有______个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼的密度是______________ g·cm－3(只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA)。
5．金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。
(1)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为____________g·cm－3(写出计算表达式，用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(2)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为______ pm。
(3)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
(4)金刚石晶胞在z轴方向的投影如图，请补齐原子的位置。
