第3章 第2节 第3课时 分子晶体 晶体结构的复杂性（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3课时 1．下列关于分子晶体的说法不正确的是(　　) A．晶体的构成微粒是分子 B．干燥或熔融时均能导电 C．分子间以分子间作用力相结合 D．熔、沸点一般比较低 B　[A项，分子晶体是由分子构成的；B项，干燥或熔融时，分子晶体既不电离也没有自由移动的电子，均不能导电；C项，分子间以分子间作用力相结合；D项，分子晶体的熔、沸点一般比较低。] 2．干冰熔点很低是由于(　　) A．CO2是非极性分子 B．C===O键的键能很小 C．CO2化学性质不活泼 D．CO2分子间的作用力较弱 D　[干冰熔化时破坏的是分子间作用力。] 3．(双选)已知氯化铝易溶于苯和乙醚，其熔点为190 ℃，则下列说法不正确的是(　　) A．氯化铝是非电解质 B．固态氯化铝是分子晶体 C．氯化铝是极性分子 D．氯化铝是非极性分子 AC　[氯化铝的水溶液能导电，所以氯化铝是电解质，A项错误。由“相似相溶”规律可推知AlCl3为非极性分子，故C项错误。] 4．下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　) A．干冰和冰都是由分子密堆积形成的晶体 B．冰晶体中每个水分子周围只有4个紧邻的水分子 C．干冰比冰的熔点低得多，常压下易升华 D．干冰中只存在范德华力不存在氢键，一个分子周围有12个紧邻的分子 A　[干冰晶体中CO2分子间作用力只是范德华力，分子采取密堆积，一个分子周围有12个紧邻的分子；冰晶体中水分子间除了范德华力之外还存在氢键，由于氢键具有方向性和饱和性，故每个水分子周围只有4个紧邻的水分子，采取非密堆积的方式，空间利用率小，因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力，冰融化需要克服范德华力和氢键，由于氢键作用力比范德华力大，所以干冰比冰的熔点低得多，而且常压下易升华。] 5．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(　　) A．10　　 B．18　　 C．24　　 D．14 D　[每个六元环平均占有的碳原子数为6×＝2,7个六元环完全占有的碳原子数为2×7＝14。] 6．(1)比较下列化合物熔、沸点的高低(填“>”或“<”)。　 ①CO2________SO2，②NH3________PH3， ③O3________O2，④Ne________Ar， ⑤CH3CH2OH________CH3OH，⑥CO________N2。 (2)已知AlCl3的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃即开始升华。请回答： ①AlCl3固体是________晶体。 ②设计一个可靠的实验，判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。你设计的实验是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)各组物质均为分子晶体，根据分子晶体熔、沸点的判断规律，分子间作用力越大，相对分子质量越大，分子极性越大，则晶体的熔、沸点越高，较容易比较六组物质熔、沸点的高低。 (2)由AlCl3的熔点低以及在180 ℃时开始升华判断AlCl3晶体为分子晶体。若验证一种化合物是共价化合物还是离子化合物，可测其熔融状态下是否导电，若不导电是共价化合物，导电则是离子化合物。 答案　(1)①<　②>　③>　④<　⑤>　⑥> (2)①分子　②在熔融状态下，试验其是否导电，若不导电是共价化合物，若导电是离子化合物 1．分子晶体具有某些特征的本质原因是(　　) A．组成晶体的基本微粒是分子 B．熔融时不导电 C．基本构成微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比较低 C　[分子晶体相对于其他晶体来说，熔、沸点较低，硬度较小，本质原因是其基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说比较弱。] 2．当SO3晶体熔化时，下述各项中发生变化的是(　　) A．化学键　　　　 B．硫与氧的原子个数之比 C．分子构型 D．分子间作用力 D　[SO3晶体是分子晶体，熔化时分子间作用力发生变化。] 3．如果分子间作用力只是范德华力，则该分子晶体将采取密堆积，原因是分子晶体中(　　) A．范德华力无方向性和饱和性 B．占据晶格结点的微粒是原子 C．化学键是共价键 D．三者都是 A　[分子晶体中分子间以范德华力结合在一起，由于范德华力没有方向性和饱和性，所以分子在堆积成晶体时将采取分子密堆积，A项正确。] 4．分子晶体HF、NH3与冰的结构极为相似，在HF中，与HF分子距离最近的HF分子有(　　) A．3个 B．4个 C．5个 D．12个 B　[根据HF与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成四面体，故B项正确。] 5．下列有关分子晶体熔点的高低叙述中，正确的是(　　) A．Cl2＞I2 B．SiCl4＞CCl4 C．PH3＞NH3 D．C(CH3)4＞CH3CH2CH2CH2CH3 B　[NH3分子间存在氢键，分子间作用力大，PH3分子间不存在氢键，分子间作用力弱，NH3的熔点高于PH3，C不正确；A、B选项中均无氢键，且固态时都为分子晶体，物质组成结构相似，相对分子质量大的熔点高，故A不正确，B正确；相对分子质量相同的烷烃的同分异构体，支链越多，熔点越低，故D不正确。] 6．现代无机化学对硫—氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。其中如图是已经合成的最著名的硫—氮化合物的分子结构。下列说法正确的是(　　) A．该物质的分子式为SN B．该物质的分子中既有极性键又有非极性键 C．该物质具有很高的熔、沸点 D．该物质与化合物S2N2互为同素异形体 B　[题中图示表示是一种分子(不是晶胞)，故该化合物为分子晶体，分子式为S4N4。从分子结构图上可知，分子中存在N—S极性键和S—S非极性键。] 7．下列说法正确的是(　　) A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂 B．共价晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高 C．分子晶体中，共价键的键能越大，该晶体的熔、沸点就越高 D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定 B　[冰的融化需要克服分子间作用力，该过程属于物理变化，H—O键没有断裂，A项错误；影响共价晶体熔、沸点的因素是键能，共价键的键长越短，键能越大，熔、沸点就越高，B项正确；影响分子晶体熔、沸点的因素一般是分子间作用力的大小，与共价键的键能无关，C项错误；分子的稳定性与分子间作用力无关，与共价键的键能有关，D项错误。] 8．石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　) ①石墨中存在两种作用力；②石墨是混合型晶体；③石墨中的C为sp2杂化；④石墨熔点、沸点都比金刚石低；⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2；⑥石墨和金刚石的硬度相同；⑦石墨层内导电性和层间导电性不同 A．全对 B．除⑤外 C．除①④⑤⑥外 D．除⑥⑦外 C　[①不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还有一种是金属键；②、③正确；④不正确，石墨熔点比金刚石高；⑤不正确，石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3；⑥不正确，石墨质软，金刚石的硬度大；⑦正确。] 9．金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同 B．金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2 D．石墨与C60的晶体类型相同 D　[金刚石中碳原子为sp3杂化，石墨烯中碳原子为sp2杂化，A项正确；金刚石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B项正确；碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是CO2，C项正确；C60是分子晶体，石墨是混合晶体，D项错误。] 10．碳元素的单质有多种形式，如图所示，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C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。 解析　(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合型晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键 答案　(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合型　　(4)σ　σ　π(或大π或p－p π) 11．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Al2Cl6 B．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．该化合物中不存在离子键，也不含有非极性共价键 B　[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错误，C、D正确。] 12．(双选)冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．冰晶胞内水分子间以共价键结合 B．每个冰晶胞平均含有8个水分子 C．水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种 D．已知冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol－1，而常见的冰的熔化热为336 J·g－1，这说明冰变成水，氢键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键) BD　[冰晶胞内水分子间主要以氢键结合，A项错误；由冰晶胞的结构可知，每个冰晶胞平均占有的分子个数为4＋×8＋6×＝8，B项正确；水分子间的氢键具有方向性和饱和性，但氢键不属于化学键，C项错误；冰中氢键的作用力为18.5 kJ·mol－1,1 mol冰中含有2 mol氢键，而常见的冰的熔化热为336 J·g－1，也可写为6.05 kJ·mol－1，说明冰变为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键，D项正确。] 13．目前，世界上已合成了几百种有机超导体，TCNQ就是其中之一。TCNQ的分子结构如下图所示。下列关于TCNQ的说法中错误的是(　　) A．分子中所有的氮原子在同一平面内 B．属于共价晶体 C．化学式为C12H4N4 D．该物质难溶于水 B　[在C===C键中，C原子的杂化轨道为sp2杂化轨道，在C≡N键中C原子的杂化轨道为sp杂化轨道，sp2杂化轨道为平面三角形，sp杂化轨道为直线形，故TCNQ分子中所有的原子都在同一平面内，当然分子中所有的氮原子都在同一平面内，A正确；题干中讲TCNQ是分子，所以它所形成的晶体为分子晶体，B不正确；由分子结构知其化学式为C12H4N4，C正确；TCNQ分子的对称性很好，是非极性分子，难溶于极性溶剂水中，D正确。] 14．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是(　　) A．熔点比较：C60＜C70＜C90 B．C60、C70、管状碳和洋葱状碳之间的转化属于化学变化 C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个 D．C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与O2发生反应 D　[C60、C70、C90都属于分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，A正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于不同物质，它们之间的转化属于化学变化，B正确；在每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子与之相距a(其中a为立方体棱长)，就是每个面心上的C60分子，在X、Y、Z三个方向各有4个，所以为12个，C正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于碳单质，在点燃条件下都能在O2中燃烧，D错误。] 15．(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB……方式堆积而成，如图甲所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为________。 (2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图乙所示。1 mol石墨烯中含有的六元环个数为________，下列有关石墨烯的说法正确的是________________(填字母)。 a．晶体中碳原子间全部是碳碳单键 b．石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面 c．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力 解析　(1)由题图甲可知，石墨晶胞中处于顶点的8个碳原子分为两种，其中4个被6个晶胞共有，4个被12个晶胞共有；处于棱上的4个碳原子也分为两种，其中2个被3个晶胞共有，2个被6个晶胞共有；处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞共有；晶胞内还有1个碳原子，所以每个六方晶胞中含有的碳原子数为4×＋4×＋2×＋2×＋2×＋1＝4。 (2)由题图乙可知，石墨烯中六个碳原子组成一个环，每个碳原子属于三个环，相当于两个碳原子组成一个环，1 mol碳原子组成的环的个数为0.5NA。根据碳原子成键特点，每个碳原子形成两个碳碳单键和一个碳碳双键；石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面；从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力。 答案　(1)4　(2)0.5NA　bc 16．据报道科研人员应用计算机模拟出结构类似C60的物质N60。 已知：①N60分子中每个氮原子均以N—N键结合三个N原子而形成8电子稳定结构； ②N—N键的键能为167 kJ·mol－1。 请回答下列问题： (1)N60分子组成的晶体为________晶体，其熔、沸点比N2________(填“高”或“低”)，原因是______________________________________________________________________。 (2)1 mol N60分解成N2时______(填“吸收”或“放出”)的热量是______kJ(已知N≡N键的键能为942 kJ·mol－1)，表明稳定性N60______(填“>”“<”或“＝”)N2。 (3)由(2)列举N60的用途(举一种)： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析　(1)N60、N2形成的晶体均为分子晶体，因Mr(N60)>Mr(N2)，故N60晶体中分子的范德华力比N2晶体大，N60晶体的熔、沸点比N2晶体高。 (2)因N60中每个氮原子形成三个N—N键，每个N—N键被2个N 原子共用，故1 mol N60中存在N—N键：1 mol×60×3×＝90 mol。发生的反应为N60===30N2，故ΔH＝90 mol×167 kJ·mol－1－30 mol×942 kJ·mol－1＝－13 230 kJ<0，为放热反应，表明稳定性：N2>N60。 (3)由于反应放出大量的热，同时生成大量气体，因此N60可用作高能炸药。 答案　(1)分子　高　N60、N2均形成分子晶体，且N60的相对分子质量大，分子间作用力大，故熔、沸点高　(2)放出　13 230　<　(3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可) 学科网（北京）股份有限公司 $$