第3章 第2节 第2课时 共价晶体（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第3章　第2节　第2课时 1．下列事实能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体的是(　　) ①Al2O3是两性氧化物　②硬度很大　③它的熔点为2 045 ℃　④几乎不溶于水　⑤自然界中的刚玉有红宝石和蓝宝石 A．①②③　　　　　 B．②③④ C．④⑤ D．②⑤ B　[①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都无法说明Al2O3是一种共价晶体。] 2．下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是(　　) A．存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶角 B．最小的环上，有4个Si原子和4个O原子 C．最小的环上，Si原子和O原子个数之比为1∶2 D．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子 D　[二氧化硅是共价晶体，为空间网状结构，存在四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，A不正确；晶体硅的结构与金刚石相似(金刚石中最小碳环为6个碳原子)，而SiO2晶体只是在两个Si原子间插入1个O原子，即最小环含6个Si原子和6个O原子，故C不正确，B错误、D正确。] 3．下列各组晶体物质中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是(　　) ①SiO2和SO3　②晶体硼和HCl　③CO2和SO2　④晶体硅和金刚石　⑤晶体氖和晶体氮　 ⑥硫黄和碘 A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑥ D．①③⑤ C　[属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成的，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。] 4．氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　) A．AlON和石英的化学键类型相同 B．AlON和石英晶体类型相同 C．AlON和Al2O3的化学键类型不同 D．AlON和Al2O3晶体类型相同 D　[AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键；Al2O3是离子晶体，晶体中含有离子键。] 5．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si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Si—O极性键与4个O原子作用 B．每个O原子也通过Si—O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1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成 D．在晶体中存在石英分子，故能叫分子式 D　[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，故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1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。] 6．氮化铝(AlN)是一种重要的功能材料，如下流程图所示，以三乙基铝[(C2H5)3Al]和氨为原料，采用溶胶—凝胶法可合成AlN。 请回答下列问题： (1)基态N原子的电子排布式为________，H、C、N三种元素的电负性由大到小的顺序为________。 (2)在C2H6分子中，存在下列作用中的________(填序号)。 ①σ键　②π键　③极性键　④非极性键 (3)AlN的晶体结构与金刚石类似，AlN晶体中Al—N—Al键角为________；AlN晶胞中含有________个Al原子；若AlN的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则AlN晶胞的边长为________cm。 解析　(2)在C2H6分子中，存在下列作用：σ键(C—C、C—H键)、极性键(C—H键)、非极性键(C—C键)。(3)AlN的晶体结构与金刚石类似，金刚石是正四面体结构，则AlN晶体中Al—N—Al键角为109°28′；金刚石结构中含有8个碳原子，而AlN晶体是Al、N交替，则存在4个Al和4个N,1个AlN晶胞中存在4个AlN；设AlN晶胞边长为a cm，AlN的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则有ρ＝＝＝，a＝＝。 答案　(1)1s22s22p3　N＞C＞H　(2)①③④　 (3)109°28′　4　 1．下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　) A．共价晶体中，只存在共价键 B．共价晶体具有空间网状结构 C．共价晶体中不存在独立的分子 D．共价晶体熔化时不破坏共价键 D　[A项，共价晶体中原子之间通过共价键相连；B项，共价晶体是相邻原子之间通过共价键结合而成的空间网状结构；C项，共价晶体是由原子以共价键相结合形成的，不存在独立的分子；D项，共价晶体中原子是通过共价键连接的，熔化时需要破坏共价键。] 2．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．是天然存在的硬度最大的物质 D．化学性质稳定，在高温下也不与氧气发生反应 D　[金刚石是碳原子间以共价键结合形成的空间网状结构的共价晶体，不存在单个的分子。在天然存在的物质中，金刚石的硬度最大。在高温下金刚石可以与氧气反应生成二氧化碳。] 3．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1800 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 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，B项错误。] 4．根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　) A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强 B．无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂 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－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电 B　[A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征。] 5．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的粒子间的作用力与氮化硼熔化时所克服的粒子间作用力相同的是(　　) A．C60和金刚石　　 B．晶体硅和水晶 C．冰和干冰 D．碘和金刚砂 B　[氮化硼是由两种非金属元素组成的化合物，根据该化合物的物理性质可知其为共价晶体，微粒间作用力为共价键。C60和金刚石熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。] 6．下表是某些共价晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　) 共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗 熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211 硬度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0 ①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 ②构成共价晶体的原子间的共价键的键能越大，晶体的熔点越高 ③构成共价晶体的原子半径越大，晶体的硬度越大 ④构成共价晶体的原子半径越小，晶体的硬度越大 A．①② B．③④ C．①③ D．②④ D　[共价晶体的熔、沸点和硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成共价晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，对应共价晶体的熔、沸点越高，硬度越大。] 7．在x mol石英晶体中，含有Si—O键数是(　　) A．x mol B．2x mol C．3x mol D．4x mol D　[由石英的晶体结构可以看出一个硅原子周围有四个氧原子，即一个硅原子形成4个Si—O键，所以在x mol石英晶体中含有Si—O键数是4x mol。] 8．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．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短 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 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共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以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，因此B选项是正确的。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。] 9．(双选)氮化碳部分结构如图所示，其中β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为超硬新材料。下列有关氮化碳的说法不正确的是(　　) A．氮化碳属于分子晶体 B．氮化碳中C为－4价，N为＋3价 C．氮化碳的化学式为C3N4 D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连 AB　[由题给信息，氮化碳是超硬新材料，符合共价晶体的典型物理性质，故A错误；氮元素的电负性大于碳元素，所以在氮化碳中氮元素显－3价，碳元素显＋4价，故B错误；晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的原子有被占有，边上的原子有被占有，可得晶体的化学式为C3N4，故C正确；根据题图可知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确。] 10．关于SiO2晶体的叙述中，正确的是(　　) A．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值) B．60 g SiO2晶体中，含有2NA个Si—O键 C．晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点 D．SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氧原子 C　[60 g SiO2晶体即1 mol SiO2，晶体中含有Si—O键为4 mol(每个硅原子、氧原子分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si—O共价键)，含4NA个Si—O键；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅、氧原子个数比为1∶2；在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氧原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中心，而4个氧原子处于该正四面体的4个顶点上。] 11．硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同种类的元素，可形成多电子的n型或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p－n结，此时自由电子发生扩散运动，在交界面处形成电场。下列说法正确的是(　　) A．1 mol Si晶体中含有的Si—Si键数目为4NA B．若在Si晶体中掺入P元素，可得n型半导体 C．p－n结中，n型一侧带负电，p型一侧带正电 D．光伏电池的能量转化形式为：光能→化学能→电能 B　[硅晶体中每个硅原子与其周围四个硅原子形成四个共价键，但是每个共价键是两个硅原子共用的，所以1 mol Si含有2 mol共价键，即Si—Si键数目为2NA, A错误；若在Si晶体中掺入As元素，图示分析得到，晶体中形成了自由移动的电子，可得n型半导体，P与As是同主族元素，若在Si晶体中掺入P元素，可得n型半导体， B正确； p－n结中，n型一侧带负电，p型一侧不带电核， C错误；光伏电池的能量转化形式为光能转化为电能，过程中无化学能转化， D错误。] 12．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可以形成自然界中最硬的共价晶体。下列叙述错误的是(　　) A．WX4是天然气的主要成分 B．固体X2Y是分子晶体 C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃” D　[经分析X为H，Y为O，Z为Si，W为C，则WX4为CH4，是天然气的主要成分，A项正确；X2Y为H2O，固态时为分子晶体，B项正确；ZW为SiC，为共价晶体，C项正确；ZY2为SiO2，Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，D项错误。] 13．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中，若一碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　) A．12，大立方体的12条棱的中点 B．8，大立方体的8个顶角 C．6，大立方体的6个面的中心 D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心 A　[与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个。如图所示。 ] 14．某共价晶体A，其空间结构中的一部分如图所示。A与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C的化学式为(　　) A．AB B．A5B4 C．AB2 D．A2B5 C　[由于处于中心的A原子实际结合的B原子为×4＝2个，故C的化学式为AB2，其空间结构如图。 ] 15．单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/K ＞3 823 1 683 2 573 沸点/K 5 100 2 628 2 823 硬度 10 7.0 9.5 (1)晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是______________________________。 (2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过观察图形及推算，此晶体结构单元由________个B原子组成，键角为________。 解析　晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为共价晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为共价晶体。每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点(B原子)有×20＝12个。又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°。 答案　(1)共价　晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为共价晶体，B与C相邻且与Si处于对角线位置，也应为共价晶体 (2)12　60° 16．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)，其中基态Q原子的2p轨道处于半充满状态，且QT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QT的电子式________，基态Z原子的核外电子排布式为____________。 (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，其晶胞如下图，则甲的化学式为__________。 (4)化合物乙的晶胞如下图，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　由题意知，E、Q、T、X、Z五种元素分别为C、N、O、K、Ni。(1)CO2、NO为等电子体，电子式相似，故NO的电子式为[ N ]＋，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。(3)由化合物甲的晶胞可知，甲的化学式为KO2。(4)①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C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键。②C3N4晶体中C、N两种元素原子的杂化方式均为sp3杂化。 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)①共价晶体　C—N键的键长小于C—C键，键能大于C—C键　②sp3 学科网（北京）股份有限公司 $$