3.2.1 共价晶体 同步练习 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

共价晶体 (分值:70分) A级　合格过关练 选择题只有1个选项符合题意 (1~8题,每题4分,共32分) (一)共价晶体的概念和组成 1.下列晶体中①SiO2　②CO2　③P4　④晶体硅 ⑤H2SO4　⑥P2O5　⑦SO3　⑧SiC　⑨冰醋酸　⑩金刚石,属于共价晶体的一组是 (　　) ①③④⑤⑥⑩ ①④⑧⑩ ③④⑧⑨⑩ 全部 2.下列有关共价晶体的叙述错误的是 (　　) 共价晶体中,只存在共价键 共价晶体具有空间网状结构 共价晶体中不存在独立的分子 共价晶体熔化时不破坏共价键 3.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,是一种高强度透明材料,下列叙述错误的是 (　　) AlON和SiO2所含化学键的类型相同 电解熔融AlON可得到Al AlON中N元素的化合价为-1 AlON和SiO2的晶体类型相同 4.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 (　　) 该共价晶体中含有极性键 该共价晶体易气化,可用作制冷材料 该共价晶体有很高的熔、沸点 该共价晶体的硬度大,可用作耐磨材料 5.科学家成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的共价晶体,下列关于CO2的共价晶体说法,正确的是 (　　) CO2的共价晶体和分子晶体互为同分异构体 在一定条件下,CO2共价晶体转化为CO2分子晶体是物理变化 CO2的共价晶体和CO2分子晶体具有相同的物理性质和化学性质 在CO2的共价晶体中,每一个C原子周围结合4个O原子,每一个O原子跟2个C原子相结合 (二)常见共价晶体的结构特征 6.碳有多种同分异构体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示,下列说法不正确的是 (　　) 在石墨烯晶体中,每个正六元环拥有的共价键和碳原子数之比为3∶2 石墨烯中含碳碳双键 金刚石晶体中,碳原子采用sp3杂化 金刚石晶体中最小的碳环上有6个碳原子 7.我们可以将SiO2的晶体结构想象为:在晶体硅的Si—Si之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图,下列说法不正确的是 (　　) 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 每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用 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 在晶体中存在石英分子,故能叫分子式 8.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,下列关于这两种晶体的说法正确的是 (　　) 六方相氮化硼与石墨一样可以导电 立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大 两种晶体均为分子晶体 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结构为平面三角形 9.(6分)现有两组物质的熔点数据如表所示,根据表中数据回答下列问题。 A组 B组 金刚石:3 550 ℃ HF:-83 ℃ 晶体硅:1 410 ℃ HCl:-115 ℃ 晶体硼:2 300 ℃ HBr:-89 ℃ 二氧化硅:1 710 ℃ HI:-51 ℃ (1)(2分)A组属于　　　　　　晶体,其熔化时克服的微粒间的作用力是　　　　　　。  (2)(2分)B组中HF熔点反常是由于　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。 (3)(2分)B组晶体不可能具有的性质是　　　　　　　　　　　　。 ①硬度小　②水溶液能导电　③固体能导电 ④液体状态能导电 B级　素养培优练 (10~14题,每题4分,共20分) 10.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 (　　) 金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不相同 金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系:互为同素异形体 这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2 石墨与C60的晶体类型相同 11.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 (　　) 12,大立方体的12条棱的中点 8,大立方体的8个顶角 6,大立方体的6个面的中心 14,大立方体的8个顶角和6个面的中心 12.我国科学家预言的T⁃碳已被合成。T⁃碳的晶体结构可看作将金刚石中的碳原子用由四个碳原子组成的正四面体结构单元取代所得,金刚石和T⁃碳的晶胞如图所示。下列说法不正确的是 (　　) 金刚石中每个碳原子被12个最小环共用 T⁃碳晶胞由32个碳原子组成 T⁃碳属于共价晶体 T⁃碳中键角是109°28' 13.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料,如图为其晶胞,其中的每个原子均满足8电子稳定结构。下列说法不正确的是 (　　) 磷化硼晶体的熔点很高 磷化硼晶体的化学式为BP,属于共价晶体 磷化硼晶体中每个原子均形成4条共价键 磷化硼晶体结构中粒子的空间堆积方式与干冰相同 14.碳化硅也叫金刚砂,硬度大,具有耐热性、耐氧化和耐腐蚀性等性能,结构如图,下列叙述不正确的是 (　　) 碳化硅为共价晶体 碳化硅的熔点比金刚石低 1 mol碳化硅中含2 mol Si—C 碳和硅原子的杂化方式相同 15.(12分)请按要求填空: (1)(1分)C、N元素形成的新材料具有如图所示的晶胞结构,该晶体的化学式为　　　　　　　　　　　　。  (2)(5分)氮化碳和氮化硅晶体结构相似,是新型的非金属高温陶瓷材料,它们的硬度大、熔点高、化学性质稳定。 ①氮化硅的硬度　　　　　　(1分)(填“大于”或“小于”)氮化碳的硬度,原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　(2分)。  ②已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且氮原子与氮原子不直接相连、硅原子与硅原子不直接相连,同时每个原子都满足最外层8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式:　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　(2分)。  (3)(6分)第ⅢA、ⅤA族元素组成的化合物GaN、GaP、GaAs等是人工合成的新型半导体材料,其晶体结构与晶体硅相似。在GaN晶体中,每个Ga原子与　　　　　　个N原子相连,与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为　　　　　　,GaN属于　　　　　　晶体。  分子晶体 1.B　[稀有气体元素组成的分子晶体中,不存在由多个原子组成的分子,而是原子间通过范德华力结合成晶体,所以不存在任何化学键,A错误;分子间作用力包括范德华力和氢键,范德华力存在于所有的分子晶体中,而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子之间或者分子之内,B正确,C错误;只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式,D错误。] 2.D　[对结构和组成相似的分子晶体,其熔、沸点随着相对分子质量的增大而升高,但HF、H2O分子之间都存在氢键,熔、沸点反常。所以A中应为HF>HI>HBr>HCl;B中应为I2>Br2>Cl2>F2;C中应为H2O>H2Te>H2Se>H2S;只有D正确。] 3.C　[分子晶体是由分子构成,分子间的作用力很弱,具有熔沸点低、硬度小、易挥发等性质。熔点高,不是分子晶体的性质,故A、B项错误;单质硫能溶于CS2,熔点为113 ℃,沸点为445 ℃,单质硫是分子晶体,故C正确;熔点为97.81 ℃,质软、导电、密度为0.97 g·c,是金属钠的物理性质,金属钠属于金属晶体,故D错误。] 4.A　[CCl4属于分子晶体,常温常压下为液体,含有共价键。①SiCl4与CCl4结构相似,则SiCl4是分子晶体,正确;②CCl4在常温常压下是液体,SiCl4与CCl4结构相似,且SiCl4的相对分子质量较大,则常温常压下SiCl4不可能是气体,正确;③SiCl4中Si与Cl形成共价键,则SiCl4是由极性共价键形成的分子,正确;④对组成和结构相似的分子晶体来说,相对分子质量越大,熔点越高,则SiCl4的熔点高于CCl4的熔点,正确。] 5.C　[由图可知,SF6中氟原子满足8电子结构,而硫原子为12电子结构,故A错误;SF6中硫元素的化合价为+6价,不能被氧化,则SF6不能燃烧生成SO2,故B错误;SF6分子结构对称,分子中含有极性键,为非极性分子,故C正确;SF6属于分子,为分子晶体,故D错误。] 6.D　[ A项,正硼酸晶体属于分子晶体;B项H3BO3分子的稳定性与分子内部的共价键有关,与分子间氢键无关;C项,分子中的硼原子最外层不符合8电子稳定结构;D项,1个H3BO3分子中含有3个氢键。] 7.A　[构成C60晶体的基本粒子是C60分子,因此C60晶体是分子晶体,不可能具有很高的熔、沸点,故A说法不正确;由于C60是非极性分子,根据“相似相溶”规律,其可能易溶于四氯化碳中,故B说法正确;每个C60晶胞中含有的C60分子个数为8×=4,因此含有的碳原子数为4×60=240,故C说法正确;如果以晶胞中心一个顶角的C60分子为研究对象,则共用这个顶角的三个面的面心的C60分子与其最近且距离相等,有×8=12个,故D说法正确。] 8.B　[从结构上看①③④⑥构成晶体的结构单元都是向外延伸和扩展的而②和⑤的结构没有这种特点,其中的原子不能再以化学键与其他原子结合,所以可能是分子晶体。] 9.(1)V　三角锥形 (2)4　2 (3)冰融化为液态水时只破坏了一部分氢键,液态水中水分子间仍存在氢键 解析　(1)水分子中O原子的价层电子对数为2+(6-2×1)=4,孤电子对数为2,所以水分子的空间结构为V形。H3O+中O原子的价层电子对数为3+(6-1-3×1)=4,含有1个孤电子对,故H3O+的空间结构为三角锥形。(2)观察题图中晶体结构可知,每个水分子与周围4个水分子以氢键结合,每2个水分子共用1个氢键,故1 mol水可形成1 mol×4×=2 mol氢键。(3)冰中氢键的键能为18.5 kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0 kJ·mol-1,说明冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中水分子间仍存在氢键。] 10.D　[由分子式及信息可知该物质为分子晶体,分子晶体的熔点低、硬度小,A错误;由题目中的信息可知该物质是一种新的球形分子,该物质熔融时克服了分子间作用力、只得到分子、不能导电,B错误;硅的原子半径比碳大,所以硅化合物C60Si60的外层球壳为Si60,内层球壳为C60,C错误;由题目中的信息可知是一种新的球形分子,它的分子式为C60Si60,所以该物质有分子存在,属于分子晶体,D正确。] 11.D　[根据XeF4的结构示意图判断,Xe和F之间形成极性键,该分子为平面正方形,正负电荷中心重合,为非极性分子,故A正确;XeF2为1个分子,XeF2晶体由这样的分子构成,所以是分子晶体,故B正确;1个XeF2晶胞中实际拥有XeF2的数目为8×+1=2,故C正确;根据晶胞结构分析,体心的XeF2与每个顶角的XeF2之间的距离最近,最近的距离为a,故D错误。] 12.D　[二茂铁熔点是173 ℃(在100 ℃时开始升华),沸点是249 ℃,熔沸点较低的晶体一般为分子晶体,所以可推断二茂铁晶体为分子晶体,故A正确;环戊二烯的结构式可推知环戊二烯基负离子中一定含π键,故B正确;已知环戊二烯的结构式为,4个碳原子均为sp2杂化,亚甲基采用sp3杂化,仅有1个碳原子采取sp3杂化,故C正确;二茂铁是分子晶体,没有离子键,故D错误。] 13.D　[Ni(CO)4中心原子采取sp3杂化,空间构型为正四面体,即结构式为,故A正确;Ni(CO)4的空间构型为正四面体,为非极性分子,根据相似相溶的规律可知,其易溶于非极性的或者极性较弱的有机溶剂,而难溶于极性溶剂水,故B正确;Ni(CO)4中Ni原子与碳原子之间为配位键,易断裂,即Ni(CO)4可分解生成Ni和CO,故C正确;FeO有强还原性,在加热时会被氧气氧化为四氧化三铁,即Fe(CO)5在空气中加热不生成FeO,而生成四氧化三铁,故D错误。] 14.(1)①能量最低原理　②直线形　(2)①不正确。C60为分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,无需破坏共价键,而分子间作用力较弱,所需能量较低,故C60的熔点低于金刚石的熔点 ②3∶1　③N>C>Si　30 解析　(1)①从图上看,3p轨道上的1个电子应排布在3s轨道上,且自旋方向相反,该同学所画的电子排布图违背了能量最低原理。②从A的第一至第四电离能看,A的第三电离能发生突变,因此A最外层有2个电子,且A的第一电离能比B大,则A为Be,B为Mg。A和氯元素形成的简单分子为BeCl2,则分子的中心Be原子价层电子对数为2+=2,因此为直线形,中心原子的杂化方式为sp杂化。(2)①结构决定性质,对于物质熔、沸点的分析应从物质的晶体类型来分析。C60属于分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,无需破坏共价键,而分子间作用力较弱,所需能量较低,故C60的熔点低于金刚石的熔点。②晶胞中的K原子在面上,对晶胞的贡献为,每个晶胞中含有K原子的个数为12×=6个;C60在晶胞的顶角和体心,因此每个晶胞中C60的分子数是1+8×=2个,因此K原子和C60分子的个数之比为6∶2=3∶1。③同一周期元素电负性自左向右呈增大趋势,同一主族元素电负性自上向下逐渐减小,因此电负性由大到小的顺序为N>C>Si。根据题意可知每个Si原子形成4个共价键,其中3个σ键,1个π键,每个化学键为两个原子形成,则π键为化学键总数的,60个原子可形成化学键总数为 =120个,因此π键数为=30个。 学科网（北京）股份有限公司 $$