1、共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性 (建议用时:40分钟)基础过关练1下列固体的化学式能真实表示物质分子组成的是()ANaOHBCO2CCsClDSiO2BNaOH和CsCl固体均为离子晶体,在晶体中只存在阴阳离子,其化学式表示的是构成晶体的离子个数比;SiO2固体为共价晶体,在晶体中只存在原子,其化学式表示的是构成晶体的原子个数比。2下列晶体的结构不遵循“紧密堆积”原则的是()A金属铜 B氯化钠C金刚石 D干冰C金属键、离子键、范德华力均没有方向性,而共价键有方向性。3金刚石晶胞如图,属于一个金刚石晶胞的碳原子数为()A18 B16 C10 D8D从晶胞上看8个顶点各有1个C原子,属于该晶胞的
2、部分相当于只有1个,6个面上相当于有3个,晶胞内部还有4个,故属于该晶胞的碳原子数为8个。4(2021四川雅安高二上期末)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是()A甲烷晶胞中的球只代表1个C原子B晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子C甲烷晶体熔化时需克服共价键D1个CH4晶胞中含有8个CH4分子B甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子,所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子,故A错误;晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为3812,故B正确;甲烷晶体为分子晶体,熔化时需要克服分子间作用力,故C错误;1个CH4晶胞中CH4分子个数864,故D错误。5(2021山东济南模拟)利用反应CC
3、l44NaC(金刚石)4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是()AC(金刚石)属于共价晶体B该反应利用了Na的强还原性CCCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同DNaCl晶体中每个Cl周围与其距离最近的Na有8个D金刚石属于共价晶体,故A正确;反应中Na元素的化合价由0升高为1,Na在该反应中作还原剂,还原剂具有还原性,反应利用了钠的强还原性,故B正确;CCl4和C(金刚石)中的C原子的价电子对数都是4,根据价电子对互斥理论知CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3,故C正确;NaCl晶体中每个Cl周围与其距离最近的Na有6个,故D错误。6科学家发现的C60是一种新型分子,
4、它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发现另一种分子“N60”,它与C60的结构相似,在高温或机械撞击时,其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法正确的是()AN60是由共价键结合而成的空心球状结构,是一种分子晶体BN60和14N都是氮的同位素CN60与NO2互为同素异形体DN60不可能成为很好的火箭燃料AA项,由于C60为分子晶体,而N60的结构与之相似,故N60也为分子晶体;B项,同位素是质子数相同中子数不同的同种元素,N60是一种分子而非元素;C项,同素异形体是指同种元素形成的不同单质;D项,N60在高温或机械撞击时,其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来,故N60可能成
5、为很好的火箭燃料。7如图为冰的一种骨架形式,依此为单位向空间延伸,请问该冰中的每个水分子有几个氢键()A2 B4 C8 D12A每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键,因此每个水分子具有的氢键个数为42。8下列各组物质中,“化学键类型相同,晶体类型也相同”的是()SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘A B C DASO3是分子晶体,SiO2是共价晶体,故错误;HCl是分子晶体,晶体硼是共价晶体,故错误;CO2和SO2都是分子晶体,二者都只含共价键,故正确;晶体硅和金刚石都是共价晶体,二者都只含共价键,故正确;晶体氖和晶体氮都是分子晶体,晶体氖不
6、含共价键,晶体氮含共价键,故错误;硫黄和碘都是分子晶体,二者都只含共价键,故正确。9碳化硅又称金刚砂(SiC),它的分解温度很高,硬度极大,溶解性很差,性质很稳定。由此推断,下列物质中可能与它有相似结构的是()A晶体硅 B硅酸 C冰 D水玻璃A结构决定性质,碳化硅和晶体硅都具有空间网状结构,性质相似,结构相似,都是共价晶体,A项正确。10某共价晶体的空间结构中的一部分如图所示。该共价晶体与某物质B反应生成C,其实质是在每个AA键中插入一个B原子,则C的化学式为()AAB BA5B4 CAB2 DA2B5C每个AA键中插入一个B原子,这样每个A原子连4个B原子,每个B原子连2个A原子,所以C物质
7、中A原子与B原子个数比为12,C项正确。11已知氯化铝的熔点为190 (2.02105 Pa),但它在180 和常压下即开始升华。(1)氯化铝是_(填“离子”或“分子”)晶体。(2)在500 ,1.01105 Pa时,氯化铝的蒸气密度(换算成标准状况)为11.92 gL1,且已知它的结构中还含有配位键,氯化铝的结构式为_。(3)设计一个更可靠的实验,证明氯化铝是离子晶体还是分子晶体,你的实验是_。解析分子晶体的熔点较低,AlCl3的熔点也仅有190 ,而且它还能升华,这就充分说明AlCl3是分子晶体。AlCl3蒸气的相对分子质量11.9222.4267,则1个氯化铝蒸气分子是由2个AlCl3构
8、成的。答案(1)分子(2) (3)在加压条件下加热至熔融,测其导电性,若导电,则是离子晶体;若不导电,则为分子晶体12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等。回答下列问题:(1)基态Ga原子的核外电子排布式为Ar_。(2)根据元素周期律,元素的电负性Ga_(填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能B_Ga;BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因是_。(3)杀虫剂Na3AsO4中阴离子的空间构型为_,As原子采取_杂化。(4)组成相似的GaF3和GaCl3晶体,前者属于离子晶体,后者属于分子晶体,从F和Cl结构的不同分析其原因是_。(5)原子晶体Ga
9、As的晶胞参数ax pm,它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为_;A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为_(用x表示)pm;该晶胞的密度为_(阿伏加德罗常数的值用NA表示)gcm3。解析(1)镓是31号元素,原子核外有31个电子,基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1,简写成Ar3d104s24p1。(2)同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,第4周期元素Ga、As分别位于第A、A族,故Ga元素的电负性小于As元素;同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,原子核吸引电子能力逐渐减弱,第一电离能逐渐减小,第A族元素B、Ga分别位于第2、4
10、周期,故B元素的第一电离能大于Ga元素;B原子提供空轨道、N原子提供孤电子对,B、N原子之间形成配位键。(3)AsO中含有的孤电子对数是(5324)0,中心原子和4个O原子形成4个共价键,所以其空间构型是正四面体形,As原子价层电子对数为4,其杂化方式为sp3。(4)Cl的电子层数比F的多,离子半径比F的大,F原子吸引电子的能力较强,故GaF3为离子晶体,GaCl3为分子晶体。(5)如图每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键,晶胞中共含4416个共价键;A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为0.25x pm;晶胞中As原子数为864,Ga原子数也为4,该晶胞的密度为gcm3gcm3。答
11、案(1)3d104s24p1(2)小于大于NH3中的N原子具有孤电子对,BF3中的B原子核外具有空轨道(3)正四面体sp3(4)Cl的电子层数比F的多,离子半径比F的大(5)160.25x拓展培优练13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()A氮化碳属于共价晶体,其化学键比金刚石的更稳定B该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构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DA项中,N原子半径小于C原子,键长:CN键CC键,故CN键比CC键更稳
12、定,正确;B项中,晶体中N、C原子间形成单键,1个N原子分别与3个C原子形成共用电子对,N原子最外层电子数为538,1个C原子分别与4个N原子形成共用电子对,C原子最外层电子数为448,正确;C项中,晶体结构图中虚线部分是晶体的最小结构单元,正方形顶点的C原子被4个正方形所共有,边上的C原子被2个正方形所共有,故实际含有的C原子数为443,N原子数为4,化学式为C3N4,因为N元素的电负性比C元素的大,故N显负价(3),C显正价(4),正确;D项中,金刚石晶体中只含CC非极性键,C3N4晶体中只含CN极性键,错误。14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,
13、具有层状结构,可作高温润滑剂,但不能导电。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()A立方相氮化硼含配位键BNB六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软、熔点低C两种氮化硼中的硼原子都是sp2杂化D六方相氮化硼结构与石墨相似却不导电,原因是没有可以自由移动的电子DB原子最外层有3个电子,存在空轨道,N原子最外层有5个电子,存在孤电子对,所以立方相氮化硼含配位键BN,A错误;六方相氮化硼具有层状结构,层间作用力小,所以质地软,但其熔点很高,B错误;立方相氮化硼中每个硼原子形成4个共价键,所以立方相氮化硼中硼原子都是sp3杂化,C错误;六方相氮化硼
14、晶体中没有可以自由移动的电子,所以不导电,D正确。15观察下列模型并结合有关信息,判断下列说法不正确的是()晶体硼(其每个结构单元中有12个B原子)NaClS8HCN结构模型示意图备注熔点2 573 K易溶于CS2A.晶体硼属于原子晶体,结构单元中含有30个BB键,含20个正三角形BNaCl晶体中每个Na周围距离最近且相等的Na有6个CS8分子中的共价键为非极性键DHCN分子中含有2个键,2个键B晶体硼是由非金属原子通过共价键形成的,且其熔点高,应属于原子晶体,每个硼原子与其他硼原子间形成5个共价键,则该结构单元中含BB键的个数为30,每个正三角形平均占有硼原子的个数为3,故结构单元中含正三角
15、形个数为1220,A项正确;NaCl晶体中每个Na周围距离最近且相等的Na有12个,B项不正确;S8分子中同种原子间形成非极性键,C项正确;HCN的结构式为CHN,故其分子中含有2个键、2个键,D项正确。16根据如表数据,则与HClO3比,HClO具有的是()ClO键键长(pm)ClO键键能(kJmol1)HClO170209HClO3157244A更高的沸点B更强的酸性CClO断裂放出的能量更少D更易放出原子氧DA.HClO与HClO3都是分子晶体,熔、沸点高低取决于分子间作用力强弱,与化学键强弱无关,故A错误;B.含氧酸酸性强弱取决于OH键稳定性,与ClO键无关,故B错误;C.ClO断裂需
16、要吸收热量,故C错误;D.依据表中数据可知与HClO3比,HClO中ClO键键长较长,键能较低,所以稳定性较差,更容易发生断裂,更易放出原子氧,故D正确。17碳元素的单质有多种形式,如图依次是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形式,它们互为_。(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_、_。(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。其原因是金刚石中只存在CC间的_(填“”或“”,下同)键,而石墨层内的CC间不仅存在_键,还有_键
17、。(5)金刚石晶胞含有_个碳原子。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则r_a,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_(不要求计算结果)。解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质,性质不同,它们互称同素异形体。(2)在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键,C的杂化形式是sp3;在石墨烯(指单层石墨)中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键,C的杂化形式为sp2。(3)C60是由60个原子形成的分子,属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合,在层间以分子间作用力结合,所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在CC间的键;在石墨层内的CC间不仅存在键,还存在键。(5)构成金刚石的立体网状结构金刚石晶胞,顶点8个,相当于1个C原子,然后面心上6个,相当于3个C原子,而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子,且在晶胞内,故还有4个C原子,加在一起,可得一个金刚石晶胞中有8个C原子。若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,则正方体对角线的就是CC键的键长,即a2r,所以ra,碳原子在晶胞中的空间占有率。答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)(或大或pp)(5)8