1、第二节分子晶体与共价晶体夯实基础轻松达标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.C60B.冰C.金刚石D.水晶答案C解析
2、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项不符合题意。3.我们可以将SiO2的晶体结构想象为:在晶体硅的SiSi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SiO极性键与4个O原子作用B.每个O原子通过SiO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12,可用“SiO2”来表示石英的组成D.在晶体中存在
3、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12,“SiO2”仅表示石英中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.B.C.D.答案C解析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.
4、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412=2。6.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3 550 ,不导电,质硬,难溶于水和无机溶剂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
5、液态时不导电答案B解析因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合,共价键的作用比较强,使共价晶体质硬而脆;B项符合共价晶体的特征。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项正确;H2O形成的晶体为分子晶体,B项正确;SiC结
6、构与金刚石相似,C项正确;水玻璃是Na2SiO3的水溶液,D项错误。8.下列各组物质的熔点按由高到低的次序排列,其中熔点高低均与键能大小有关的是()A.钠、干冰B.金刚石、晶体硅C.碘化氢、溴化氢D.二氧化硅、二氧化碳答案B解析干冰为分子晶体,熔点较低,是由于分子间作用力弱,而不是因为键能小,A错误;晶体硅、金刚石都为共价晶体,原子半径CHBr,C错误;二氧化碳形成的是分子晶体,其熔点低是由于分子间作用力小,熔点低不是由键能引起的,D错误。9.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
7、、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,石墨属于晶体。(4)石墨晶体中,层内CC键的键长为142 pm,而金刚石中CC键的键长为154 pm。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)分子混合(4)(或大)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键结合,形成正六边
8、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;石墨层内原子间以共价键结合,层与层之间通过范德华力结合,所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在碳碳之间的键;石墨层内的碳原子之间不仅存在键,还存在键。提升能力跨越等级1.(双选)下列物质的沸点变化顺序正确的是()A.CH4SiH4GeH4SnH4B.NH3PH3AsH3H2SH2SeH2TeD.HFHIHBrHCl答案AD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
9、族元素气态氢化物中最高,故B、C两项错误,A、D正确。2.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22a(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22a的CO2分子,即为每个面心上的CO2分子,共有8312=12个,故C正确。3.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
10、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项正确;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。4.(2020天津南开中学高二检测)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,
11、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CC键键长大于CN键键长,故CN键的键能大于CC键,硬度更大的是氮化碳,A项正确;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
12、;氮化碳晶体原子间以NC极性键形成空间网状结构,D不正确。5.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CC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。6.钻石的魅力在于它经过大自然千
13、百万年的孕育,再经打磨,能放射出闪烁的光芒,钻石就是经过打磨的金刚石。已知金刚石的网状结构如图所示,由此可看出在含有共价键形成的碳原子环中,其中形成最小的环所需碳原子数及任意两个CC键间的夹角是()A.6个120B.5个108C.4个10928D.6个10928答案D解析根据金刚石的晶体结构特点可知,最小环上碳原子数为6个,每个碳原子与相连的4个碳原子形成正四面体结构,因而任意两个CC键的夹角为10928。7.C元素和Si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)SiC的晶体结构与晶体硅的相似,其中C原子的杂化方式为,微粒间存在的作用力是,SiC和晶体Si的熔点高低顺序是。(2)C、Si为同一主族
14、的元素,CO2和SiO2的化学式相似,但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成键和键,SiO2中Si与O原子间不能形成键。从原子半径大小的角度分析,为何C、O原子间能形成键,而Si、O原子间不能形成键:。SiO2属于晶体,CO2属于晶体,所以熔点CO2SiO2(填“”)。(3)金刚石、晶体硅、二氧化硅、CO2四种晶体的构成微粒分别是,熔化时克服的微粒间的作用力分别是。答案(1)sp3共价键SiCSi(2)Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,p轨道肩并肩重叠程度较小,故不能形成稳定的键共价分子晶体硅。(2)SiO2为共价晶体,CO2为分子晶体,所以熔点高低是:SiO2CO2。(
15、3)金刚石、晶体硅、二氧化硅均为共价晶体,构成微粒为原子,熔化时破坏共价键;CO2为分子晶体,由分子构成,CO2分子间以分子间作用力结合。8.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ij6x-(用表示)位
16、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,CCl键的键能比SiCl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,CCl键的键能比SiCl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da4化合物为CH4,其分子的空间结构是正四面体,属于分子晶体。(
17、4)在18晶胞中,含有阴、阳离子的数目比为(418)(418+1)=13,则化学式可表示为Na3AlF6。贴近生活拓展创新请回答下列问题:(1)31Ga基态原子的核外电子排布式是。某种半导体材料由Ga和As两种元素组成,该半导体材料的化学式是,其晶体结构类型可能为。(2)C、N元素形成的新材料具有如右图所示结构,该晶体的化学式为。该晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石,其原因是。(3)以Al2O3为原料,在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体属于晶体。(4)下图是氮化镓的晶胞结构:氮化镓中镓原子的杂化方式为,每个氮原子共与个镓原子相结合。(5)立方氮化硼结构与金刚石相似,硬度与金
18、刚石相当,晶胞边长为a cm,立方氮化硼晶胞中含有个氮原子、个硼原子。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s24p1或Ar3d104s24p1GaAs共价晶体(2)C3N4C3N4与金刚石都是共价晶体,CN键键长比CC键键长小,键能大(3)共价(4)sp34(5)44解析(1)Ga与Al同主族,位于第4周期第A族,从而可知其电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1。由于Ga和As组成的物质是半导体材料,故不是离子化合物,Ga最外层有3个电子,As最外层有5个电子,两者以共价键形成GaAs,属于共价晶体。(2)该晶胞中含C原子数=818+412=3,N原子数为4,故该晶体的化学式为C3N4。由于CN键键长比CC键键长小,键能大,所以金刚石硬度比C3N4硬度小。(4)每个Ga与4个N形成共价键,这四个N构成正四面体结构;每个N与4个Ga通过共价键结合,这四个Ga构成正四面体结构,所以氮化镓中镓原子的杂化方式为sp3杂化。(5)由金刚石晶胞示意图可知,其中8个顶角共有8个碳原子,6个面共有6个碳原子,立方体内部还有4个碳原子,如上图所示,所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数=818+612+4=8,因此立方氮化硼晶胞中应该含有4个N原子和4个B原子。