2020版高中化学课时作业8分子晶体与原子晶体含解析 人教版选修3
课时作业8 分子晶体与原子晶体
1．下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是( )
A. SiO2 CsCl CBr4 CF4
B. SiO2 CsCl CF4 CBr4
C. CsCl SiO2 CBr4 CF4
D. CF4 CBr4 CsCl SiO2
解析：晶体熔点比较，一般有原子晶体>离子晶体>分子晶体，结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点越高，则正确顺序为SiO2、CsCl、CBr4、CF4。
答案：A
2．下列叙述正确的是( )
A．NH3是极性分子，分子中N原子处在3个H原子所组成的三角形的中心
B．CCl4是非极性分子，分子中C原子处在4个Cl原子所组成的正方形的中心
C．H2O是极性分子，分子中O原子不处在2个H原子所连成的直线的中央
D．CO2是非极性分子，分子中C原子不处在2个O原子所连成的直线的中央
解析：A项NH3应为三角锥形；B项CCl4应为正四面体；D项CO2分子为直线形，C原子处在2个O原子所连成的直线的中央，所以A、B、D项错误，只有C项正确。
答案：C
3．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：在金刚石中，碳原子以共价键结合成空间网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小
9
，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高。因此A、B、C选项是正确的。但是由于金刚石是碳的单质，可以在空气或氧气中燃烧生成CO2分子，故D选项的说法是错误的。
答案：D
4．下列说法不正确的是( )
A．晶体熔点由低到高：CF4
碳化硅>晶体硅
C．沸点由高到低：HI>HBr>HCl>HF
D．硼镁超导物质的晶体结构单元如上图所示，则这种超导材料的化学式为MgB2
解析：A中四种物质形成的都是分子晶体，分子晶体的熔、沸点高低与相对分子质量成正比，A正确；原子晶体的硬度与晶体内原子之间的共价键键能成正比，键能越大则晶体的硬度越大，B正确；HF分子之间能形成氢键，使HF的沸点反常高，C错误；由硼镁超导物质的晶体结构单元看出Mg原子有两种位置，面心位置上的Mg为两个结构单元所共用，顶点位置上的Mg为6个结构单元共用，B原子不与其他结构单元共用，所以这种超导材料的化学式为MgB2。
答案：C
5．下列有关分子晶体的说法中正确的是( )
A．分子内均存在共价键
B．分子间一定存在范德华力
C．分子间一定存在氢键
D．其结构一定为分子密堆积
解析：稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，
9
而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，故A项错误。分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子内，所以B项正确，C项错误。只有只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D选项也是错误的。
答案：B
6．下列性质适合于分子晶体的是( )
A．熔点1 070℃，易溶于水，其水溶液能导电
B．熔点1 430℃，液态不能导电，水溶液不能导电
C．能溶于CS2，熔点112.8℃，沸点为444.6℃
D．熔点97.81℃，质软，导电，密度为0.97 g·cm－3
解析：分子晶体的熔点低，能溶于CS2，表明晶体中只存在分子。故C选项表明物质为分子晶体。
答案：C
7．下列说法中正确的是( )
A．冰融化时，分子中氢氧键发生断裂
B．原子晶体中共价键越强，熔点和沸点越高
C．分子晶体中共价键键能越大，该分子晶体的熔点和沸点一定也越高
D．分子晶体中分子间作用力越大，该物质越稳定
解析：分子晶体的熔、沸点取决于分子间作用力，而分子中的共价键影响的是分子的稳定性，所以A、C、D都是错误的。原子晶体是原子间通过共价键形成的，其熔、沸点取决于共价键的强弱，所以应该选择B选项。
答案：B
8．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在地壳中含量仅次于Y，W可以形成自然界最硬的原子晶体，下列叙述中错误的是( )
A．WX4是沼气的主要成分
B．固态X2Y是分子晶体
9
C．ZW是原子晶体
D．玛瑙、水晶和玻璃的成分都是ZY2
解析：由题意可知，X是H，Y是O，Z是Si，W是C。所以WX4是CH4，它是沼气的主要成分；X2Y是H2O，属于分子晶体；ZW为SiC，属于原子晶体；ZY2为SiO2，是玛瑙和水晶的成分，但是玻璃的主要成分是硅酸盐。
答案：D
9．下列事实与氢键有关的是( )
A．水加热到很高的温度都难以分解
B．水结成冰体积膨胀，密度变小
C．CH4、SiH4、GeH4、SnH4熔点随相对分子质量增大而升高
D．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
解析：氢化物的热稳定性与共价键有关，排除A、D两项，而C项中碳族元素的氢化物中都不存在氢键，故选B项。
答案：B
10．在常温常压下呈气态的化合物，降温使其固化得到的晶体属于( )
A．分子晶体 B．原子晶体
C．离子晶体 D．何种晶体无法判断
解析：使粒子结合成原子晶体或离子晶体的共价键、离子键比较强，所以这两种类型的晶体在常温下一般均为固态。常温下为气态的物质一般由分子组成，其固化后为分子晶体。
答案：A
11．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是( )
A．6个'120° B．5个'108°
C．4个'109°28′ D．6个'109°28′
解析：根据金刚石的晶型结构特点可知最小环上碳原子数为6个，任意两个C—C键夹角为109°28′。
9
答案：D
12．(1)构成分子晶体的粒子是________，这类粒子间的作用力一定有________，还可能有________。如果分子间作用力只是________，若以一个分子为中心，其周围通常可以有________个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为________。干冰中CO2分子采取的就是这样的堆积方式。若分子内存在吸引电子能力较强、半径较小的________原子与H原子所形成的共价键，则会形成氢键，氢键不仅具有饱和性，也具有________。能形成氢键的物质较多，如________等。在冰中，每个水分子与相邻的________个水分子形成氢键，呈____________立体结构。
(2)在原子晶体中，所有原子都以________键结合，整个原子晶体是一个三维的________结构。在金刚石中，C原子采取________杂化方式，每个C原子与另外__________个C原子以共价键相结合，键角为________，晶体中最小碳环由________个C原子构成，且不在同一个平面内。晶体硅的结构与金刚石类似，SiO2的晶体结构可以看作是在晶体硅的Si—Si键之间插入________原子而形成的，在12 gSiO2晶体中含有化学键的物质的量为________mol。
解析：本题考查了分子密堆积和氢键，以及典型的分子晶体和原子晶体的结构。在SiO2晶体中每一个硅原子都与周围的四个氧原子形成了四个硅氧键，并且不存在共用的情况，所以SiO2晶体中化学键的数目为硅原子数目的四倍。12 g SiO2晶体的物质的量是0.2 mol，所以化学键的物质的量为0.8 mol。
答案：(1)分子'范德华力'氢键'范德华力'12'分子密堆积'N、O、F'方向性'HF、NH3、H2O、CH3OH'4'正四面体
(2)共价'共价键网状'sp3'4'109°28′'6'氧'0.8
13．(2016年高考·课标全国卷Ⅲ)砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：
(1)AsCl3分子的立体构型为________，其中As的杂化轨道类型为________。
(2)GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是________________________________________________________________________。
9
(3)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________________，Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________。
解析：(1)AsCl3分子的价层电子对数＝3＋ ＝4，即含有一对孤对电子，所以立体构型为三角锥形，其中As的杂化轨道类型为sp3。
(2)由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高；
(3)GaAs的熔点为1 238℃，密度为ρg·cm－3，其晶胞结构如题图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数 均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝×100%。
答案：(1)三角锥形 sp3
(2)GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体
(3)原子晶体 共价 ×100%
14．有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素，原子序数E＜Q＜T＜X＜Z。E、Q、T三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，且I1(E)＜I1(T)＜I1(Q)，
9
其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态，QT2＋且与ET2互为等电子体。X为周期表前四周期中电负性最小的元素，Z的原子序数为28。
请回答下列问题(答题时如需表示具体元素，请用相应的元素符号)：
(1)Q的简单氢化物极易溶于T的简单氢化物，其主要原因有____________________。
(2)化合物甲由T、X两元素组成，其晶胞如图，甲的化学式为__________________。
(3)化合物乙的晶胞如图，乙由E、Q两元素组成，硬度超过金刚石。
①乙的晶体类型为________，其硬度超过金刚石的原因是__________________。
②乙的晶体中E、Q两种元素原子的杂化方式均为________。
解析：本题解题的关键是E、Q、T、X、Z五种元素的推断。“基态Q原子的2p轨道处于半充满状态”，符合这一要求的原子只有N元素；“E、Q、T三种元素的基态原子具有相同的能层和能级”，说明E、Q、T位于同一周期，又“QT2＋与ET2互为等电子体，且原子序数E＜Q＜T”，说明E为C元素，T为O元素；“X为周期表前四周期中电负性最小的元素”可推知X为K元素；“Z的原子序数为28”说明Z是Ni元素。
答案：(1)这两种氢化物均为极性分子、相互之间能形成氢键
(2)KO2 (3)①原子晶体 C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键 ②sp3
15．氮、磷、砷是同族元素，该族元素单质及其化合物在农药、化肥等方面有重要应用。请回答下列问题：
(1)砷原子核外电子排布式为________________________。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间的键型为____________，该化学键能够形成的原因是_____________________________。
(3)已知：
9
CH4
SiH4
NH3
PH3
沸点(K)
101.7
161.2
239.7
185.4
分解温度(K)
873
773
1073
713.2
分析上表中四种物质的相关数据，请回答：
①CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，沸点高低的原因是_____________________________________________。
②CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，分解温度高低的原因是_____________________________________________。
结合上述数据和规律判断，一定压强下HF和HCl的混合气体降温时____________先液化。
解析：(1)根据构造原理书写核外电子排布式。
(2)K3[Fe(CN)6]晶体中Fe3＋与CN－之间为配位键，根据配位键形成的条件：孤电子对和空轨道，分析形成原因。
(3)①CH4和SiH4均为分子晶体，结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高；NH3和PH3均为分子晶体，但NH3分子间存在氢键，沸点比PH3高。②HF分子间存在氢键，沸点高。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3
(2)配位键 CN－能提供孤电子对，Fe3＋能接受孤电子对(或Fe3＋有空轨道)
(3)①组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，因此SiH4沸点高于CH4；NH3分子间存在氢键作用，因此NH3的沸点高于PH3
②C－H键键能大于Si－H键，因此CH4分解温度高于SiH4；N－H键键能大于P－H键，因此NH3分解温度高于PH3 HF
探究创新
BN是一种新型的无机材料，由于与属等电子体物质，
9
其结构和性质具有极大的相似性，则可推知，在BN的两种晶体类型中，一种是类似于________的空间网状结构的晶体，可用作耐磨材料；另一种是类似于________的层状结构的混合型晶体，可用作润滑材料，在其结构的每一层上最小的封闭环中有________个B原子，B—N键键角为________。
答案：金刚石 石墨 3 120°
9
