高中化学选择性必修2第3章　第2节

第三章第二节A组·基础达标1．下列关于共价晶体和分子晶体的说法不正确的是()A．共价晶体硬度通常比分子晶体大B．共价晶体的熔点较高C．有些分子晶体的水溶液能导电D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体【答案】D【解析】由于共价晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故共价晶体比分子晶体的熔点高，硬度大；有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl；D选项中的干冰(固态CO2)是分子晶体，D错误。2．下列晶体中，其中任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价键形成正四面体，并向空间伸展成网状结构的是()A．C60 B．冰C．金刚石 D．水晶【答案】C【解析】C60和冰都是分子晶体，A、B两项均不符合题意；金刚石和水晶都是共价晶体，在金刚石中，每个碳原子周围都有四个等距离的碳原子与之形成正四面体结构，C项符合题意；在水晶中，每个硅原子与四个氧原子以共价键相连形成正四面体结构，但是每个氧原子只与两个硅原子直接相连，D不符合题意。3．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是()A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用B．每个O原子通过Si—O极性键与2个Si原子作用C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成D．在晶体中存在石英分子，故“SiO2”可以叫做分子式【答案】D【解析】晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点；SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英分子中Si、O原子个数比，没有单个的SiO2分子。4．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是()A．①②③④ B．②③⑤⑥C．②③ D．①④⑤⑥【答案】C【解析】①④⑤⑥构成的晶体为在一维、二维或三维空间中的结构，且在空间中微粒通过化学键相互连接，故它们不可能是分子晶体；而②③所示结构都不以化学键与其他结构结合，故可能为分子晶体。5．如图是冰的晶胞示意图，冰以此为单位向空间延伸，则冰中的每个水分子均摊氢键()A．2个 B．4个C．8个 D．12个【答案】A【解析】每个水分子中的氧原子上含有两对孤电子对，可以分别与另外两个水分子形成2个氢键；每个水分子含有两个氢原子，也可以分别与另外两个水分子形成2个氢键；不过每个氢键都为两个水分子所共有，因而每个水分子均摊氢键数为4×eq\f(1,2)＝2。6．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是()①Al2O3是两性氧化物②硬度很大③它的熔点为2045℃④几乎不溶于水⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石A．①②③ B．②③④C．④⑤ D．②⑤【答案】B【解析】①指的是Al2O3分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都不能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体。7．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．WX4是沼气的主要成分 B．固态X2Y是分子晶体C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”【答案】D【解析】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分别是氧和硅；金刚石是自然界中硬度最大的物质，W元素是碳元素。CH4是沼气的主要成分，A正确；H2O形成的晶体为分子晶体，B正确；SiC结构与金刚石相似，为共价晶体，C正确；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，D错误。8．碳元素的单质有多种，下图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为________。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化方式分别为________、________。(3)C60属于________晶体。(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。金刚石中只存在碳碳间的________共价键，而石墨层内的碳碳之间不仅存在________共价键，还有________键。【答案】(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子(4)σσπ(或大π)【解析】(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互为同素异形体。(2)金刚石中每一个碳原子与相邻四个碳原子通过4个共价单键(碳原子采取sp3杂化)结合形成正四面体形结构；石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。(3)C60的构成微粒是C60分子，所以属于分子晶体。(4)在金刚石中只存在碳碳之间的σ键；石墨层内的碳原子之间不仅存在σ键，还存在π键。B组·能力提升9．下列物质的沸点变化顺序正确的是()A．CH4＞SiH4＞GeH4＞SnH4 B．NH3＞PH3＞AsH3＞SbH3C．H2O＞H2S＞H2Se＞H2Te D．HF＞HI＞HBr＞HCl【答案】D【解析】同主族元素形成的气态氢化物的分子结构和性质相似，且相对分子质量随着原子序数增大而增大。一般情况下，范德华力随着相对分子质量的增大而增大；但由于氨、水和HF分子间分别可以形成氢键，所以其沸点在同主族元素气态氢化物中最高，故A、B、C三项错误，D正确。10．干冰晶胞结构如图所示，即8个CO2分子占据立方体的顶点，且在6个面的中心又各有1个CO2分子。在每个CO2分子周围距离eq\f(\r(2),2)a(其中a为立方体棱长)的CO2分子有()A．4个 B．8个C．12个 D．6个【答案】C【解析】根据题图，在每个CO2分子周围距离eq\f(\r(2),2)a的CO2分子，即为每个面心上的CO2分子，共有8×3×eq\f(1,2)＝12个，C正确。11．BeCl2熔点较低，易升华，可溶于醇和醚，其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2()A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性C．熔点比BeBr2高 D．不与NaOH溶液反应【答案】A【解析】由BeCl2熔点较低、易升华、可溶于醇和醚可知BeCl2晶体为分子晶体，分子晶体熔融状态下不导电，A正确；根据BeCl2化学性质与AlCl3相似，由于AlCl3溶液中的Al3＋能发生水解：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，使溶液显酸性，可知BeCl2水溶液应显酸性，B错误；BeCl2和BeBr2形成的晶体都是分子晶体，且二者结构相似，故熔、沸点随着相对分子质量的增大逐渐升高，C错误；由AlCl3能与NaOH溶液反应可知BeCl2也能与NaOH溶液反应，D错误。12．已知氮化碳晶体是新发现的高硬度材料，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于该晶体的说法错误的是()A．氮化碳属于共价晶体，比金刚石的硬度更大B．该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，氮化碳的化学式为C3N4C．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构【答案】D【解析】氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成，因此该晶体应为共价晶体。又因为C—C键键长大于C—N键键长，故C—N键的键能大于C—C键，硬度更大的是氮化碳，A正确；每个C原子与4个N原子形成共价单键，每个N原子与3个C原子形成共价单键，C原子和N原子的最外层都达到8电子稳定结构，所以氮化碳的化学式为C3N4，N的非金属性强于C的非金属性，氮化碳中C显＋4价，N显—3价，B和C均正确；氮化碳晶体原子间是以N—C极性键形成空间网状结构，D错误。13．石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体(结构如图)。下列有关说法正确的是()A．固态时，碳的各种单质的晶体类型相同B．石墨烯中含有极性共价键C．从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键D．石墨烯具有导电性【答案】D【解析】碳形成的晶体有多种，如石墨、金刚石、C60等，其中金刚石为共价晶体，C60为分子晶体，A错误；石墨烯中含有的C—C键为非极性共价键，B错误；石墨晶体中，层与层之间的作用力为范德华力，从石墨中剥离出石墨烯需要破坏范德华力，C错误；石墨烯具有石墨的性质，具有导电性，D正确。14．下表是元素周期表中短周期的一部分，表中所列字母分别代表一种元素。(1)上述元素形成的单质中熔点最高的可能是____(填字母)；dh4比gh4稳定，其原因是____________________。(2)f和a所形成的物质的沸点在f相应主族元素的同类型化合物中比较高，其原因是____________________。(3)f的简单氢化物属于______晶体，a与d形成的化合物da4的空间结构是________，它的晶体属于______晶体。(4)c、i、j可组成离子化合物cxij6，其晶胞结构如图所示，阳离子c＋(用表示)位于正方体棱的中点和正方体内部；阴离子ijeq\o\al(x－,6)(用表示)位于该正方体的顶点和面心。该化合物的化学式是________。【答案】(1)d碳的原子半径比硅的原子半径小，C—Cl键的键能比Si—Cl键的键能大(2)水分子之间可以形成氢键(3)分子正四面体分子(4)Na3AlF6【解析】(1)根据各元素在周期表中的位置，结合物质熔点规律可知，d(碳元素)形成的单质熔点最高。CCl4比SiCl4稳定，原因是碳的原子半径比硅的原子半径小，C—Cl键的键能比Si—Cl键的键能大。(2)氧的简单氢化物H2O的沸点比同主族其他元素的简单氢化物沸点高，原因是水分子间可以形成氢键。(3)f的简单氢化物(一般指水)属于分子晶体；a与d形成的化合物da4为CH4，其分子的空间结构是正四面体，属于分子晶体。(4)在该晶胞中，含有阴、阳离子的数目比为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)＋6×\f(1,2)))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(12×\f(1,4)＋8＋1))＝1∶3，则化学式可表示为Na3AlF6。阶段重点突破练一、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。1．下列说法中，正确的是()A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．共价晶体中，共价键越强，熔点越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔、沸点一定越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，该物质越稳定答案B解析A项，冰为分子晶体，融化时破坏的是分子间作用力，错误；B项，共价晶体熔点的高低取决于共价键的强弱，共价键越强，熔点越高，正确；分子晶体熔、沸点高低取决于分子间作用力的大小，而共价键的强弱决定了分子的稳定性大小，C、D项错误。2．氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()A．AlON和石英的化学键类型相同B．AlON和石英晶体类型相同C．AlON和Al2O3的化学键类型不同D．AlON和Al2O3晶体类型相同答案D解析AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键，A、B项正确；Al2O3不是共价晶体，晶体中含离子键，不含共价键，C项正确、D项错误。3．干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是()A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量B．C—O的键能比Si—O的键能小C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体D．干冰易升华，二氧化硅不能答案C解析干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化时破坏共价键，所以SiO2的熔点较高。4．下图为碘晶体晶胞结构。下列有关说法中正确的是()A．碘分子的排列有2种不同的取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层结构B．用均摊法可知平均每个晶胞中有4个碘原子C．碘晶体为无限延伸的空间结构，是共价晶体D．碘晶体中的碘原子间存在非极性键和范德华力答案A解析在立方体的顶面上，有5个I2，4个方向相同，A项正确；每个晶胞中有4个碘分子，B项错误；碘晶体是分子晶体，C项错误；碘原子间只存在非极性共价键，范德华力存在于分子与分子之间，D项错误。5．最近科学家成功的制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为一种三维骨架的无限伸展结构，下列对该晶体的叙述错误的是()A．该物质的化学式为CO2B．晶体的熔、沸点高，硬度大C．晶体中碳原子数与C—O化学键数之比为1∶2D．该物质的性质与二氧化碳相似答案CD解析晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳氧原子个数之比为1∶2，化学式为CO2，A正确；该化合物晶体属于共价晶体，熔、沸点高，硬度大，B正确；该晶体中，每个碳原子含有4个C—O共价键，C原子与C—O化学键数目之比为1∶4，C错误；该化合物晶体属于共价晶体，二氧化碳为分子晶体，性质与二氧化碳不相似，D错误。6．黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。白磷、红磷都是分子晶体，黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构，如图所示。下列有关黑磷晶体的说法正确的是()A．黑磷晶体中磷原子的杂化方式为sp2杂化B．黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力C．黑磷晶体的每一层中磷原子都在同一平面上D．P元素三种常见的单质中，黑磷的熔、沸点最高答案BD解析由结构可知黑磷晶体中磷原子的杂化方式为sp3杂化，故A错误；黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，故B正确；石墨中碳原子为sp2杂化，每层原子均在同一平面内，但磷原子的杂化方式为sp3杂化，每一层的各原子不可能在同一平面内，故C错误；黑磷为共价晶体，而其他两种单质为分子晶体，则黑磷的熔、沸点最高，故D正确。二、非选择题7．锗、砷、硒、溴的第一电离能由大到小的顺序为________(用元素符号表示)；其中锗的化合物四氯化锗可用作光导纤维掺杂剂，其熔点为－49.5℃，沸点为83.1℃，则其晶体类型为________，中心原子的杂化类型为________。答案Br>As>Se>Ge分子晶体sp38．(1)某短周期元素组成的分子的球棍模型如图所示。已知分子中所有原子的最外层均达到8电子稳定结构，原子间以单键相连。下列有关说法中错误的是________(填字母)。A．X原子可能为ⅤA族元素B．Y原子一定为ⅠA族元素C．该分子中，既含极性键，又含非极性键D．从圆球的大小分析，该分子可能为N2F4(2)若上述模型中Y原子最外层达到2电子稳定结构且其相对分子质量与O2相同，则该物质的分子式为______，它与P2H4常温下均为气体，但比P2H4易液化，常用作火箭燃料，其主要原因是______________________________________________________________________。答案(1)B(2)N2H4N2H4分子之间形成氢键，致使N2H4沸点升高，易液化9．在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮，晶体结构如图所示。晶体中每个氮原子与另外三个氮原子结合形成三维骨架结构。氮原子的杂化轨道类型为________。这种高聚氮N—N的键能为160kJ·mol－1，而N2的键能为942kJ·mol－1，其可能潜在的应用是________________________________________________________________________。答案sp3制炸药(或高能燃料)10．白磷(P4)的晶体属于分子晶体，其晶胞结构如图(小圆圈表示白磷分子)。已知晶胞的边长为acm，阿伏加德罗常数为NAmol－1，则该晶胞中含有的P原子的个数为________，该晶体的密度为________g·cm－3(用含NA、a的式子表示)。答案16eq\f(496,a3NA)解析根据均摊法，P原子的个数为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(8×\f(1,8)＋6×\f(1,2)))×4＝16；晶胞的摩尔质量是16×31g·mol－1＝496g·mol－1，1个晶胞的体积是a3cm3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(496,a3NA)g·cm－3。11．金刚石的晶胞如图，若以硅原子代替金刚石晶体中的碳原子，便得到晶体硅；若将金刚石晶体中一半的碳原子换成硅原子，且碳、硅原子交替，即得到碳化硅晶体(金刚砂)。(1)金刚石、晶体硅、碳化硅的熔点由高到低的排列顺序是________________(用化学式表示)。(2)金刚石的晶胞参数为apm(1pm＝10－12m)。1cm3晶体的平均质量为________________g(只要求列算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。答案(1)C>SiC>Si(2)eq\f(9.6×1031,a3NA)解析根据均摊法，立方金刚石晶胞中共有8个碳原子。1cm