高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与原子晶体练习含解析 人教版选修

高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与原子晶体练习含解析 人教版选修

第二节　分子晶体与原子晶体 ‎1．分子晶体具有的本质特征是(　　)‎ A．组成晶体的基本构成微粒是分子 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低 解析：选C　分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键，相对于化学键来说，它们是极其微弱的。‎ ‎2．金刚石是典型的原子晶体。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．碳原子间以共价键相结合 C．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 解析：选D　金刚石是典型的原子晶体，原子之间以共价键结合，构成空间网状结构，不存在独立的分子，金刚石的硬度大，性质稳定，但在高温下可与氧气反应，生成CO2气体。‎ ‎3．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的分子是由极性键形成的非极性分子 D．SiCl4的熔点高于CCl4‎ 解析：选B　由于SiCl4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，这两种分子之间都只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4，SiCl4的分子间作用力较大，其熔、沸点比CCl4高。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。‎ ‎4．下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是(　　)‎ A．HF、HCl、HBr、HI　　 B．F2、Cl2、Br2、I2‎ C．H2O、H2S、H2Se、H2Te D．CI4、CBr4、CCl4、CF4‎ 解析：选D　A、C项中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B项中沸点随相对分子质量的增加而增大；D项中沸点依次降低。‎ ‎5．据报道：用激光可将置于铁室中的石墨靶上的碳原子“炸松”，再用一个射频电火花喷射出氮气，可使碳、氮原子结合成碳氮化合物的薄膜，该碳氮化合物的硬度比金刚石更坚硬，则下列分析正确的是(　　)‎ A．该碳氮化合物呈片层状结构 7‎ B．该碳氮化合物呈立体网状结构 C．该碳氮化合物中C—N键长比金刚石的C—C键长长 D．相邻主族非金属元素形成的化合物的硬度比单质小 解析：选B　由题意知，碳氮化合物的硬度比金刚石还大，说明该碳氮化合物为原子晶体，因此是立体网状结构，与金刚石相比，C原子半径大于N原子半径，所以C—N键长小于C—C键长。‎ ‎6．二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方英石等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．方英石晶体中存在着SiO4结构单元 B．1 mol Si形成2 mol Si—O键 C．图示结构单元中实际占有18个硅原子 D．方英石晶体中，Si—O键之间的夹角为90°‎ 解析：选A　由方英石结构示意图，知方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项正确；1 mol Si形成4 mol Si—O键，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项错误；方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，说明Si—O键之间的夹角为109°28′，D项错误。‎ ‎7．有下列几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。‎ ‎(1)属于分子晶体的是________(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。‎ ‎(2)属于原子晶体的化合物是________。‎ ‎(3)直接由原子构成的晶体是________。‎ ‎(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。‎ 解析：根据构成晶体的粒子不同，分子晶体仅由分子组成，原子晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子构成的晶体；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但化合物只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。‎ 答案：(1)BCEF　E　(2)A　(3)ADE　(4)BCF　AD ‎8．碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示：‎ 7‎ ‎(1)在石墨烯晶体中，每个C原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C原子。‎ ‎(2)在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。‎ 解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C原子连接3个六元环，每个六元环占有的C原子数为×6＝2。‎ ‎(2)由金刚石的结构可知，每个C可参与形成4条C—C键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知，四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C原子连接12个六元环。六元环中C原子采取sp3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C原子位于同一平面。‎ 答案：(1)3　2　(2)12　4‎ ‎9．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)‎ A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰是由氢键形成的晶体，每个水分子周围有4个紧邻的水分子 C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子 解析：选A　干冰晶体中CO2分子间作用力只有范德华力，分子采取紧密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力还存在氢键，由于氢键具有方向性，每个水分子周围有4个紧邻的水分子，采取非紧密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小；干冰融化只需克服范德华力，冰融化还需要克服氢键，由于氢键比范德华力作用强，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。‎ ‎10．下列性质符合分子晶体的是(　　)‎ A．熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点10.31 ℃，液体不导电，水溶液能导电 C．熔点97.81 ℃，质软，能导电，密度是0.97 g/cm3‎ D．熔点63.65 ℃，熔化时能导电，水溶液也能导电 解析：‎ 7‎ 选B　A项中的熔点太高，C项中能导电的说法不符合题意，D项中熔化时能导电的说法也不符合题意。‎ ‎11．干冰和二氧化硅晶体同属第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键键能比Si—O键键能小 C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体 D．干冰易升华，二氧化硅不能 解析：选C　干冰和二氧化硅晶体尽管同属第ⅣA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为原子晶体。干冰的熔、沸点取决于其分子间作用力的大小，而不是共价键键能的大小；而二氧化硅的熔、沸点则由Si—O键键能的大小所决定。‎ ‎12．氮化硼是一种新合成的无机材料，它是一种超硬耐磨、耐高温、抗腐蚀的物质。下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间的作用力类型相同的是(　　)‎ A．硫酸钠和金刚石 B．冰和干冰 C．晶体硅和水晶 D．苯和四氯化碳 解析：选C　氮化硼超硬耐磨、耐高温，是一种原子晶体，熔化时破坏共价键。A项中的硫酸钠是离子晶体，熔化时破坏离子键，A项错误；C项中的两种物质均为原子晶体，熔化时均破坏共价键，C项正确；B、D两项中的四种物质都是分子晶体，熔化时都破坏分子间作用力，B、D两项都错误。‎ ‎13．下列晶体性质的比较中，正确的是(　　)‎ A．熔点：单质硫>磷>晶体硅 B．沸点：NH3>H2O>HF C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4‎ 解析：选D　硫与磷是分子晶体，晶体硅是原子晶体，其中晶体硅的熔点远高于硫与磷的熔点，A项错误；HF、H2O、NH3都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种物质之中都存在氢键，且水分子间氢键最强，氨分子间氢键最弱，故水的沸点最高，NH3的最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。‎ ‎14．下列叙述中，结论(事实)和对应的解释(事实)均不正确的是(　　)‎ A．金刚石的熔、沸点高于晶体硅，因为C—C键的键能大于Si—Si键的键能 B．二氧化硅晶体中不存在SiO2分子，因为它含有硅氧四面体的空间网状结构 C．稀有气体的晶体属于原子晶体，因为其组成微粒是原子，不存在分子间作用力 7‎ D．立体构型为正四面体结构的分子中，化学键的键角不一定是109°28′，有可能为60°‎ 解析：选C　稀有气体的晶体属于分子晶体，存在分子间作用力，不存在共价键，C项不正确。‎ ‎15．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。‎ ‎(1)基态硅原子的核外电子排布式为__________________________。‎ ‎(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为________。‎ ‎(3)请在下框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。‎ ‎(4)下表列有三种物质(晶体)的熔点：‎ 物质 SiO2‎ SiCl4‎ SiF4‎ 熔点/℃‎ ‎1 710‎ ‎－70.5‎ ‎－90.2‎ 简要解释熔点产生差异的原因：‎ ‎①SiO2和SiCl4：______________________________________________‎ ‎________________________________________________________________；‎ ‎②SiCl4和SiF4：___________________________________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ 解析：(2)晶体硅是以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以只要在上述每两个硅原子之间“画”一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。(4)晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。‎ 答案：(1)1s22s22p63s23p2　(2)109°28′　(3)如图所示：‎ ‎(4)①SiO2是原子晶体，微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体，微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4　②SiCl4和SiF4‎ 7‎ 均为分子晶体，微粒间作用力为范德华力，结构相似时相对分子质量越大，范德华力越大，故SiCl4熔点高于SiF4‎ ‎16．(1)BN是一种新型的无机材料，由于碳单质与BN属于等电子体，其结构和性质具有极大的相似性，故可推知，BN是一种类似于________的空间网状结构的晶体，可用作耐磨材料。‎ ‎(2)单质硼有无定形体和晶体两种，参考下表数据：‎ 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/K ‎>3 550‎ ‎1 410‎ ‎2 573‎ 沸点/K ‎4 827‎ ‎2 628‎ ‎ 2 823‎ 摩氏硬度 ‎10‎ ‎6.5‎ ‎9.5‎ ‎①晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是______________。‎ ‎②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如下图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，此基本结构单元由________个硼原子构成，其中B—B键的键角为__________。‎ ‎(3)假设将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，余下部分的结构与C60相同，则C60由________个正五边形________个正六边形构成。‎ 解析：(1)根据等电子体物质的结构与性质相似的原理，可推知BN的结构，类似于金刚石，硬度大、耐磨。(2)①根据晶体硼的物理性质，可推知其为原子晶体。因为晶体硼有很高的熔、沸点和很大的硬度。②求晶胞中的原子数、化学键数、几何多面体的面数、键角等问题，需要先弄清它们的立体构型要素：顶点数、棱数、面数、角度等。本题中晶体硼的基本结构单元为正二十面体，每个面均为正三角形，键角为60°，一个三角形有三个顶点，20个相互独立的三角形共有60个顶点，而每个顶点由五个面共用，因此该多面体的顶点数为＝12，即此结构单元由12个B原子构成。(3)若将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，则削去的顶点变为五边形，原来的正三角形变为正六边形，故余下的结构共有12个正五边形(即原来的12个顶点)，20个正六边形(即原来的20个面)。‎ 答案：(1)金刚石　(2)①原子　晶体硼有很高的熔、沸点和很大的硬度　②12　60°　(3)12　20‎ 7‎ 7‎