高二化学3-2 分子晶体与原子晶体 优化训练（人教版选修3）
1．(2011年沈阳高二检测)下列说法中正确的是( )
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
B．AlCl3晶体属于原子晶体
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
解析：选A。据金刚石结构模型可知，金刚石中的最小碳环为六元环，在高温下可断开C—C键与O2反应，故A正确，D错误；AlCl3是特殊的分子晶体，B错误；SiO2晶体中有Si—O四面体结构，1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，C错误。
2．(2011年孝感高二检测)下列属于分子晶体性质的是( )
A．熔点1070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B．能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃
C．熔点1400 ℃，可作半导体材料，难溶于水
D．熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3
解析：选B。分子晶体的主要性质有：熔、沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，晶体不导电，熔化时也不导电。
3．碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是( )
A．熔点从高到低的顺序是碳化硅>金刚石>晶体硅
B．熔点从高到低的顺序是金刚石>晶体硅>碳化硅
C．三种晶体中的单元都是正四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为电的绝缘体
解析：选C。由已知碳化硅的晶体有类似金刚石的结构，可知碳化硅也为原子晶体，且应有类似金刚石的正四面体结构单元。又因为影响共价键强弱的因素是原子半径，碳原子半径小于硅原子半径，所以键长长短顺序为C—C
碳化硅>晶体硅。晶体硅是半导体，单向导电。
4．(2011年高考四川卷)下列推论正确的是( )
A．SiH4的沸点高于CH4，可推测PH3的沸点高于NH3
B．NH为正四面体结构，可推测PH也为正四面体结构
C．CO2晶体是分子晶体，可推测SiO2晶体也是分子晶体
D．C2H6是碳链为直线形的非极性分子，可推测C3H8也是碳链为直线形的非极性分子
解析：选B。由于氨分子之间存在氢键，故其沸点比磷化氢的高；CO2是分子晶体，SiO2为原子晶体；丙烷的碳链不是直线形，而是锯齿形。
5．C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)：
(1)C60、金刚石和石墨三者的关系是互为________。
A．同分异构体 B．同素异形体
C．同系物 D．同位素
(2)固态时，C60属于________(填“原子”或“分子”)晶体，C60分子中含有双键的数目是________。
(3)晶体硅的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是________NA 个。
(4)石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是________。
解析：(1)所给三种物质都只由碳元素组成，故它们互为同素异形体。
(2)C60中只含碳元素，且不具有向空间无限伸展的网状结构，所以为分子晶体；C60的分子中的总的价电子数为：60×4＝240，由图示可知已成键的价电子数为60×3，所以可形成的双键数为：＝30。
(3)由金刚石的结构模型可知，每个碳原子都与相邻的碳原子形成一个单键，故每个碳原子相当于形成(×4)个单键，则1 mol硅中可形成2 mol硅硅单键。
(4)石墨层状结构中每个碳原子为三个正六边形共有，即对每个六边形贡献个碳原子，所以每个正六边形占有×6＝2(个)碳原子。
答案：(1)B (2)分子 30 (3)2 (4)2
1．下列各组物质属于分子晶体的是( )
A．SO2，SiO2，P2O5 B．PCl3，CO2，H2SO4
C．SiC，H2O，NH3 D．HF，CO2，Si
解析：选B。SiO2，SiC，Si均为原子晶体。
2．(2011年大连高二检测)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．二氧化硅相对分子质量大于二氧化碳相对分子质量
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为原子晶体，熔化时破坏化学键，所以二氧化硅熔点较高。
3．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是( )
A．固态氢 B．固态氖
C．磷 D．三氧化硫
解析：选B。根据题意可知必须是单原子分子，符合条件的只有稀有气体，故选B。
4．(2011年中山高二检测)下列分子晶体：
①HCl ②HBr ③HI ④CO ⑤N2 ⑥H2
熔、沸点由高到低的顺序是( )
A．①②③④⑤⑥ B．③②①⑤④⑥
C．③②①④⑤⑥ D．⑥⑤④③②①
解析：选C。分子晶体的熔、沸点主要取决于相对分子质量的大小，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点就越高，CO和N2为等电子体，一般极性分子CO的熔、沸点大于非极性分子N2的熔、沸点。
5．(2010年高考浙江卷)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素，其中X、Y、Z、W同周期，Z、M同主族；X＋与M2－具有相同的电子层结构；离子半径：Z2－>W－；Y的单质晶体熔点高、硬度大，是一种重要的半导体材料。
下列说法中，正确的是( )
A．X、M两种元素只能形成X2M型化合物
B．由于W、Z、M元素的氢化物相对分子质量依次减小，所以其沸点依次降低
C．元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体
D．元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂
解析：选D。本题考查元素的推断、元素化合物知识，意在考查考生的推理能力和知识面。本题的突破口在Y上，短周期元素形成的单质中，熔点高、硬度大的半导体材料是硅，由此可推知X、Z、W、M分别是Na、S、Cl和O元素。A项钠元素和氧元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物，不正确；B项因H2O分子间存在氢键，其相对分子质量最小，沸点却最高，不正确；C项，硅单质是原子晶体，硫单质和氯气是分子晶体，不正确；D项，氯气和臭氧都可以用作水处理中的消毒剂，正确。
6．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是( )
A．碳、氮原子构成平面结构的晶体
B．碳氮键长比金刚石中的碳碳键长更短
C．氮原子电子数比碳原子电子数多
D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼
解析：选B。由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，A选项错误。氮原子的半径比碳原子的半径小，二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，B选项正确。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。
7．金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。
试回答：
(1)金刚砂属于__________晶体。
(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合__________个碳原子，其中键角是__________。
(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有__________个硅原子。
解析：由于金刚砂的晶体构型是网状结构，碳原子、硅原子交替以共价键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅和碳原子电子层结构相似、成键方式相同，硅原子周围有4个碳原子，键角为109°28′；组成六元环中，有3个碳原子和3个硅原子。
答案：(1)原子 (2)4 109°28′ (3)3
8.(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有________个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________。
A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂
B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
E．每摩尔原子晶体干冰中含有4 mol C—O键
解析：本题考查干冰的晶体结构，并由此向外扩展。(1)题给出CO2分子晶体的一部分。取任一顶角的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶角的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶角被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有：3×8/2＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶角，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子数为：8×＋6×＝4(个)；(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。
答案：(1)12 4 (2)BDE
9．已知X、Y、和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子。
请回答下列问题：
(1)X元素原子基态时的电子排布式为
________________________________________________________________________，
该元素的符号是________________；
(2)Y元素原子的价层电子的排布图为
________________________________________________________________________，
该元素的名称是________________；
(3)X与Z可形成化合物XZ3，该化合物的立体构型为________________；
(4)已知化合物X2Y3在稀硫酸溶液中可被金属锌还原为XZ3，产物还有ZnSO4和H2O，该反应的化学方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(5)比较X的氢化物与同族第二、第三周期元素所形成的氢化物稳定性、沸点高低并说明理由________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由X元素原子4p轨道上有3个未成对电子可知，X元素原子基态时电子排布为：1s22s22p63s23p63d104s24p3，为As元素；
(2)Y元素原子最外层2p轨道上有2个未成对电子，结合题意可知应为氧元素，则其价层电子排布图为；由X、Y和Z三种元素的原子序数之和为42可知Z为H元素。
(3)AsH3与NH3结构类似，立体构型应为三角锥形。
(4)结合题干中信息写出反应物和生成物，再根据电子守恒法配平该化学方程式。
(5)其氢化物分别为NH3、PH3、AsH3。其稳定性由化学键决定，键能越大，化合物越稳定；沸点由分子间作用力(含氢键)决定。
答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s24p3 As
(2) 氧
(3)三角锥形
(4)As2O3＋6Zn＋6H2SO4===2AsH3↑＋6ZnSO4＋3H2O
(5)稳定性：NH3>PH3>AsH3，因为键长越短，键能越大，化合物越稳定；沸点：NH3>AsH3>PH3，NH3可形成分子间氢键，沸点最高，AsH3相对分子质量比PH3大，分子间作用力大，因而AsH3比PH3沸点高
