1、共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性(40分钟70分)一、选择题(本题包括5小题,每小题10分,共50分)1.(双选)石墨晶体为层状结构,每一层均为碳原子与周围其他3个碳原子相结合而成的平面片层,同层相邻碳原子间距为142 pm、相邻片层间距为335 pm。如图是其晶体结构片层俯视图。下列说法不正确的是()A.石墨中含有共价键、范德华力、金属键、离子键等多种作用力,所以是混合型晶体B.每个碳原子形成3个键,碳原子是sp2杂化C.碳原子数与键键数之比为23D.片层之间的碳形成共价键,所以熔点很高【解析】选A、D。石墨是混合型晶体,但不含有离子键,故A错误;每个碳原子形成3个键,采取sp2杂化,故B正
2、确;每个碳原子平均含有3=个键,所以碳原子数与键键数之比为23,故C正确;石墨片层之间的碳以范德华力结合而不是共价键,故D错误。2.(双选) (2020菏泽高二检测)观察下列模型并结合有关信息进行判断,下列说法错误的是()HCNS8SF6B12结构单元结构模型示意图备注-易溶于CS2-熔点1873 KA.HCN的结构式为HCN,分子中含有1个键和2个键B.固态硫S8属于共价晶体C.SF6是由极性键构成的非极性分子D.单质硼属共价晶体,结构单元中含有30个BB键【解析】选A、B。“CN”键中含有1个键和2个键,A项不正确;S8属于分子晶体,B项不正确;SF6是正八面体对称结构,是非极性分子,C项
3、正确;硼晶体的结构单元中有12个B原子,每个原子形成5个BB键,而每个BB键为2个原子所共有,所以BB键数为125/2=30个,D项正确。3.(2020潍坊高二检测)美国科学杂志曾报道:在40 GPa的高压下,用激光加热到1 800 K,人们成功制得了共价晶体CO2,下列对该物质的推断一定不正确的是()A.该共价晶体中含有极性键B.该共价晶体易气化,可用作制冷材料C.该共价晶体有很高的熔点D.该共价晶体硬度大,可用作耐磨材料【解析】选B。CO2由固态时形成的分子晶体变为共价晶体,其成键情况也发生了变化,但化学键依然为极性共价键,故A正确。CO2共价晶体具有高硬度、高熔点等特点,故C、D选项正确
4、,B项错误。4.(2020铜陵高二检测)AB型的化学式形成的晶体结构情况多种多样。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.【解析】选B。分子晶体中不存在共用,从各图中可以看出不存在共用现象,所以最有可能是分子晶体。5.(双选)水分子间可通过一种叫“氢键”的作用(作用力介于化学键与范德华力大小之间)彼此结合而形成(H2O)n,在冰中n值为5。即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体,如图所示为(H2O)5单元,由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体,即冰。下列有关叙述正确的是()A.1 mol冰中含有2 mol氢键B.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成
5、四面体C.冰晶体具有空间网状结构,是共价晶体D.水分子间通过HO键形成冰晶体【解析】选A、B。由图可知,每个水分子(处于四面体的中心)与4个水分子(处于四面体的四个顶点)形成四个氢键,因为每个氢键都是由2个水分子共同形成的,所以每个水分子形成的氢键数为4=2;冰中的水分子是靠氢键结合在一起,氢键不是化学键,而是一种分子间作用力,故C、D两项均错误;H2O分子形成氢键时沿O的四个sp3杂化轨道形成氢键,可以与4个水分子形成氢键,这4个水分子形成空间四面体构型,B项正确。二、非选择题(本题包括1小题,共20分)6.(2020广州高二检测)决定物质性质的重要因素是物质结构。请回答下列问题:(1)如图
6、是石墨的结构,其晶体中存在的作用力有_(填字母)。A.键B.键C.氢键D.配位键E.范德华力F.金属键G.离子键(2)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成,其结构类似于石墨晶体,每个碳原子通过_杂化与周围碳原子成键,多层碳纳米管的层与层之间靠_结合在一起。(3)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。关于这两种晶体的说法正确的是_(填字母)。a.立方相氮化硼含有键和键,所以硬度大b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软c.两种晶体中的BN键均为共价键d.两种晶体均为分
7、子晶体六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为_,其结构与石墨相似却不导电,原因是_。NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼纳米管的原料之一。1 mol NH4BF4含有_mol配位键。(4)如图所示是某无机化合物的二聚分子,该分子中A、B两种元素都是第三周期的元素,分子中所有原子的最外层电子都达到8电子稳定结构;下列说法不正确的是_。A.该化合物的分子式可能是Al2Cl6B.该化合物是离子化合物,在熔融状态下能导电C.该化合物在固态时所形成的晶体是分子晶体D.该化合物中既有离子键,又含有非极性共价键【解析】(1)石墨晶体是介于共价晶体、金属晶体、分子晶体之间的一种特殊晶体,含
8、有金属键,层与层之间存在范德华力,层内存在共价键。在石墨晶体中同层的每一个碳原子与相邻的三个碳原子以键结合;每个碳原子有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面,形成了大键,因此石墨晶体中既存在键又存在键。(3)立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有键和键无关,与晶体的结构有关,即立方相氮化硼晶体为共价晶体,硬度较大,a错误;六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似,根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的,故其作用力小,质地较软,b正确;B和N都是非金属元素,两种晶体中的BN键都是共价键,c正确;六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似,属于混合型晶体,立方相氮化硼晶体为共价晶体,d错误。六方
9、相氮化硼晶体与石墨晶体相似,同一层上的原子在同一平面内,根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知,1个B原子与3个N原子相连,故为平面三角形结构;由于B最外层有3个电子都参与了成键,层与层之间没有自由移动的电子,故不导电。N中有1个配位键,B中有1个配位键,故1 mol NH4BF4含有2 mol配位键。(4) 将二聚分子变成单分子,得BA3,根据两种元素都处于第三周期,可知BA3可能是PCl3或AlCl3,而在PCl3中所有原子已达稳定结构,不可能形成二聚分子,故只可能是AlCl3,则该化合物的分子式是Al2Cl6,故A正确;该化合物是无机化合物的二聚分子,属于共价化合物,不存在离子键,只有极性共
10、价键,在熔融状态下不能导电,固态时形成的晶体是分子晶体,故B、D错误,C正确。答案:(1)ABEF(2)sp2范德华力(3)bc平面三角形层状结构中没有自由移动的电子2(4)BD【补偿训练】(2020泉州高二检测)有E、Q、T、X、Z五种前四周期元素,原子序数EQTXZ。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)I2(T)I1(Q),其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态,且Q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)写出Q的电子式_,基态Z原子的核外电子排布式为_。(
11、2)Q的简单氢化物极易溶于T的简单氢化物,其主要原因有_等两种。(3)化合物甲由T、X两元素组成,其晶胞如图,则甲的化学式为_。(4)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。乙的晶体类型为_,其硬度超过金刚石的原因是_。乙的晶体中E、Q两种元素原子的杂化方式均为_。【解析】由题意知,E、Q、T、X、Z五种元素分别为C、N、O、K、Ni。(1)CO2、N为等电子体,电子式相似,故N的电子式为,基态Ni原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2。(2)Q的简单氢化物NH3极易溶于T的简单氢化物H2O,其主要原因有这两种氢化物均为极性分子、分子之间能形成氢键。
12、(3)由化合物甲的晶胞可知,甲的化学式为KO2。(4)由化合物乙的晶胞可知,乙的化学式为C3N4,属于共价晶体,其硬度超过金刚石的原因是CN键的键长小于CC键,键能大于CC键。C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3。答案: (1)1s22s22p63s23p63d84s2(2)这两种氢化物均为极性分子、相互之间能形成氢键(3)KO2(4)共价晶体CN键的键长小于CC键,键能大于CC键sp3(20分钟30分)一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)7.(双选)氮化碳部分结构如图所示,其中-氮化碳的硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是(
13、)A.-氮化碳属于共价晶体,其化学键比金刚石的更稳定B.氮化碳晶体的熔点比金刚石高,但比氮气的熔点低C.-氮化碳的化学式为C3N4,其中氮显-3价,碳显+4价D.该晶体与金刚石结构相似,都是原子间以非极性键形成的空间网状结构【解析】选B、D。A项中,N原子半径小于C原子,键长:CN键zy水分子间可以形成氢键,H2Se的相对分子质量大于H2S,故有沸点:H2OH2SeH2S【补偿训练】(2020泰安高二检测)N与B、Al、Ga均可以形成晶体,回答下列问题。(1)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂为起始物,经过一系列反应可以得到BF3和BN。基态B原子的电子排布式为_,B和N相比,
14、电负性较大的是_,BN中B元素的化合价为_。在BF3分子中,FBF的键角是_,B原子的杂化轨道类型为_,BF3和过量NaF作用可生成NaBF4,B的立体构型为_。(2)Al2O3在一定条件下可制得AlN,其晶体结构如图所示,该晶体中Al的配位数是_。(3)如图是氮化镓的晶胞模型:氮化镓中镓原子的杂化方式为_,氮原子的配位数为_。【解析】(1)B原子的原子序数为5,所以基态B原子的电子排布式为1s22s22p1;B和N都属于第二周期,同周期自左向右电负性逐渐增大,所以B和N相比,电负性较大的是N,B最外层有3个电子,所以化合价是+3。依据价层电子对互斥理论可计算出中心原子的孤电子对数=(a-xb)=(3-31)=0,所以BF3分子为平面三角形结构,FBF的键角是120,杂化轨道类型为sp2;在B中中心原子的孤电子对数=(a-xb)=(3+1-41)=0,所以B的结构为正四面体。(2)Al原子的配位数是指1个Al原子周围邻近的N原子个数,由图示可知,Al的配位数为4。(3)每个镓与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形成共价键,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。氮原子的配位数为4。答案:(1)1s22s22p1N+3120sp2正四面体形(2)4(3)sp34
