内容正文:
第2课时 共价晶体
1.下列物质中,属于共价晶体的化合物是
( )
A.无色水晶 B.晶体硅
C.金刚石 D.干冰
2.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
3.最近科学家成功研制成了一种新型的
碳氧化物,该化合物晶体与 SiO2 的晶
体的结构相似,晶体中每个碳原子均以
4个共价单键与氧原子结合,形成一种
无限伸展的空间网状结构.下列对该
晶体的叙述错误的是 ( )
A.该晶体是共价晶体
B.该晶体中碳原子和氧原子的个数比
为1∶2
C.该晶体中碳原子数与C-O键数之比
为1∶2
D.该晶体中最小的环由12个原子构成
4.金刚石具有硬度大、熔点高等特点,大量
用于制造钻头、金属切割刀具等.其结构
如图所示,下列判断正确的是 ( )
A.金 刚 石 中 C—C 的 键 角 均 为 109°
28′,所以金刚石和CH4 的晶体类型
相同
B.金 刚 石 的 熔 点 高 与 C—C 的 键 能
无关
C.金刚石中碳原子个数与 C—C 键数
之比为1∶2
D.金刚石的熔点高,所以在打孔过程中
不需要进行浇水冷却
5.下列说法中,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,共价键越强,熔点越高
C.分子晶体中,共价键键能越大,该分
子晶体的熔沸点一定越高
D.碘与干冰分别受热变为气体,所克服
的粒子间的相互作用力不同
6.氮氧化铝(AlON)属于共价晶体,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.电解熔融 AlON可得到 Al
C.AlON的 N元素化合价为-1价
D.AlON和石英晶体类型相同
13
第三章 晶体结构与性质
7.下列关于共价晶体和分子晶体的说法
不正确的是 ( )
A.共价晶体硬度通常比分子晶体大
B.共价晶体的熔、沸点较高
C.分子晶体中有的水溶液能导电
D.金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体
8.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金刚石和白磷 ③
CO2 和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤
晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘
A.①②③ B.④⑤⑥
C.③④⑥ D.①③⑤
9.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2045℃ 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
10.(双选)氮化碳部分结构如图所示,其
中βG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
11.Al2O3 在一定条件下可转化为硬度、熔
点都很高的氮化铝晶体,氮化铝的晶胞
如图所示.下列说法正确的是 ( )
A.氮化铝属于分子晶体
B.氮化铝可用于制造切割金属的刀具
C.1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子
D.氮化铝晶体中 Al的配位数为2
12.正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的
白色晶体,层内的 H3BO3 分子通过氢
键相连(如图).下列有关说法正确
的是 ( )
A.正硼酸晶体属于共价晶体
B.分子中硼原子最外层为8电子稳定
结构
C.H3BO3 分子的稳定性与氢键有关
D.1molH3BO3 晶体中平均含3mol氢键
13.碳有多种同素异形体,其中石墨烯与
金刚石的晶体结构如图所示:
23
选择性必修二
(1)在石墨烯晶体中,每个C原子连接
个六元环,每个六元环占有
个C原子.
(2)在金刚石晶体中,C原子所连接的
最小环也为六元环,每个 C原子连接
个六元环.六元环中最多有
个C原子在同一平面.
(3)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
棱长为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).
14.砷化镓为第二代半导体,以其为材料
制造的灯泡寿命长、耗能少.已知砷
化镓的晶胞结构如图所示.请回答下
列问题:
(1)下列说法不正确的是 (填
序号).
A.砷化镓是分子晶体
B.电负性 As>Ga
C.第一电离能 As>Ga
D.砷化镓晶体中含有配位键
(2)Ga的核外电子排布式为 .
(3)砷化镓可由(CH3)3Ga和 AsH3 在
700℃下反应制得,(CH3)3Ga中镓原
子 的 杂 化 轨 道 方 式 为 ,
(CH3)3Ga分子是 (填“极性”
或“非极性”)分子.AsH3 分子空间结
构为 ,N、P、As处于同一主
族,其氢化物沸点由高到低的顺序是
(用氢化物分子式
表示).
(4)砷化镓晶胞中所包含的砷原子(白
色球)个数为 ,与同一个镓原
子相连的砷原子构成的空间结构为
.
15.(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,其晶胞
结构如图甲所示,则金刚砂晶体类型
为 ;在SiC中,每个C原子周
围最近的 C原子数目为 ;若
晶胞的边长为apm,则金刚砂的密度
表达式为 .
(2)硅的某种单质的晶胞如图乙所示.
GaN晶体与该硅晶体相似.则 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 .若
该硅晶体的密度为ρgcm
-3,阿伏加
德罗常数的值为 NA,则晶体中最近的
两个硅原子之间的距离为
cm(用代数式表示即可).
33
第三章 晶体结构与性质
13.解析:(1)1mol冰中含有氢键的物质的量为1×4mol
÷2=2mol.(2)A 项,该物质也能与金属钠反应产生
氢气,1L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应,若混有该
物质,由于(H2O)2 也能生成氢气,且一分子(H2O)2 生
成2分子氢气,所以产生氢气体积多,正确;B项,该物
质也能被浓硫酸吸收,若1L水蒸气通过浓硫酸后,由
于相对 H2O而言,(H2O)2 的相对分子质量大,所以分
子数目相同 时,浓 硫 酸 增 重 的 质 量 大,说 明 存 在 该 物
质,正确;C项,该物质的pH 也等于7,无论该物质是否
存在,pH 都等于7,错误;D项,该物质的分子中氢氧原
子个数比仍为2∶1,无论是否存在,氢氧原子个数比不
变,错误.(3)双氧水的相对分子质量比水的相对分子
质量稍大,但题中强调双氧水的沸点明显高于水,因此
可判断双氧水分子之间存在着更为强烈的氢键作用.
(4)1mol冰吸收的总能量为51kJ,克服范德华力吸收
的能量为11kJ,故克服氢键吸收的总能量为40kJ,而
1mol冰中含有2mol氢键,故冰晶体中氢键的能量是
20kJmol-1.
答案:(1)2 (2)AB (3)H2O+H2O H3O+ +
OH- 双 氧 水 分 子 之 间 存 在 更 强 烈 的 氢 键 作 用
(4)20
14.解析:(1)观察并分析干冰和冰的晶体结构,可知在干
冰晶体中,CO2 分子排列为面心立方堆积,顶点为一种
取向,三对平行面分别为三种不同取向.离顶点的 CO2
分子最近的是面心的分子,两者的距离为面对角线的一
半,即 2
2apm
.每 个 CO2 分 子 周 围 紧 邻 且 等 距 离 的
CO2 分子共有12个.(2)在冰晶体中,水分子间的主要
作用力是氢键,氢键具有方向性,1个水分子周围只有4
个紧邻的水分子,使冰晶体中水分子的空间利用率较低,
分子的间距较大,结构中有许多空隙,造成冰的密度小于
水的密度.
答案:(1)12 4 22a
(2)氢键 范德华力 方向 4
四面体 较低 小
15.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,每个 N—N被
2个 N原子共用,故1molN60中存在 N—N 键:1mol
×60×3×12=90mol
.发生的反应为 N60=30N2,故
ΔH=90mol×167kJmol-1-30mol×942kJmol-1=
-13230kJ<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 13230 <
(3)N60可作高能炸药(其他合理答案也可)
第2课时 共价晶体
1.A [A 选项,无 色 水 晶 是 共 价 晶 体,属 于 化 合 物;B 选
项,晶体硅是单质,C选项,金刚石是单质;D 选项,干冰
属于化合物,但它是分子晶体.]
2.B [氮化硼是由两种非金属元素形成的化合物,根据该
化合物的性质可知其为共价晶体,粒子间作用力为共价
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.]
3.C [该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与
氧原子结合,形成一种无限伸展的空间网状结构,则该
化合物晶体中不存在分子,属于共价晶体,A 项正确;晶
体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合,每个
氧原子和2个碳原子以共价单键相结合,所以碳、氧原子
个数比为1∶2,B项正确;该晶体中每个碳原子形成4
个C-O共价键,所以C原子与C—O数目之比为1∶4,
C项错误;该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原
子构成,D项正确.]
4.C [A选项,金刚石是共价晶体,CH4 是分子晶体,二者
的晶体类型 不 同;B 选 项,金 刚 石 熔 化 过 程 中 C—C 断
裂,因 C—C的键能大,断裂时需要的能量多,故金刚石
的熔点很高;C选项,金刚石中每个 C都参与了4个 C-
C的形成,而每个 C对每条键的贡献只有一半,故碳原
子个数与 C-C 键数之比为 4×12( ) ∶4=1∶2;D 选
项,金刚石的熔点高,但在打孔过程中会产生很高的温
度,如不浇水冷却钻头,会导致钻头熔化.]
5.B [冰融化时只破坏分子间作用力和氢键,故 A 错误;
共价晶体中,共价键越强,熔点越高,故 B正确;分子晶
体中,共价键键能大小与熔沸点高低无关,对于分子晶
体,共价键主要与分子稳定性有关,故 C错误;碘与干冰
都是分子晶体,分别受热变为气体,都克服分子间作用
力,故 D错误.]
6.B [A.AlON 和石英均只含有极性共价键,A 正确;B.
AlON属于共价晶体,熔融时不导电,电解熔融 AlON 得
不到 Al,B错误;C.AlON中 O为-2价,Al为+3价,根
据化合价代数和为0,则 N元素的化合价为-1价,C正
确;AlON和石英均属于共价晶体,D正确.]
75
参考答案
7.D [由于共价晶体中粒子间以共价键结合,而分子晶体
中分子间以分子间作用力结合,故共价晶体比分子晶体
的熔、沸点高,硬度大.有些分子晶体溶于水后能电离
出自由移动的离子而导电,如 H2SO4、HCl.D选项中的
干冰(CO2)是分子晶体,D错.]
8.C [属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶
体氮、硫黄和单质碘.属于共价晶体的有 SiO2、晶体硅
和金刚石.但 晶 体 氖 是 单 原 子 分 子,晶 体 中 不 存 在 化
学键.]
9.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.]
10.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
元素的,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 1
4
被占有,边上的原子
有1
2
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.]
11.B [根据氮化铝晶体的性质,可知它属于共价晶体,故
A错误;氮化铝晶体属于共价晶体,硬度很高,能用于
制造切割金属的刀具,故 B正确;根据晶胞结构可知,
一个氮化铝晶胞中含有的 Al原子的数目为8× 18 +1
=2,故 C错误;观察晶胞结构,可得氮化铝晶体中 Al
的配位数为4,故 D错误.]
12.D [根据题意,正硼酸(H3BO3)中存在 H3BO3 分子,
属于分子晶体,故 A项错误;硼原子最外层只有3个电
子,与氧原子之间形成3对共用电子对,因此分子中 B
原子最外层有6个电子,不是8电子稳定结构,B项错
误;分子的稳定性与分子内的共价键键能大小有关,与
氢键无关,C项错误;一个 H3BO3 分子参与形成了6个
氢键,一 个 氢 键 为2个 H3BO3 分子所共用,因此1mol
H3BO3 晶体中平均含3mol氢键,D项正确.]
13.解析:(1)在石墨烯晶体中,每个 C原子连接3个六元
环,每个六元环占有 C原子数为6×13=2
.
(2)在金刚石晶体中,每个 C原子与周围的4个碳原子
形成四个碳碳单键,最小的环为六元环,每个单键为三
个环共有,则每个 C 原子连接4×3=12个六元环,晶
胞中共 平 面 的 原 子 如 图 ,共 4 个.
(3)金刚石的晶胞结构是碳原子位于立方体的所有顶
点及面心处,将立方体切割成8个小立方体,在其中4
个互不相邻的立方体体心各有一个碳原子,也就是说
金刚石晶胞是面心立方堆积完之后还在四个四面体里
有原子,在金刚石晶胞的体对角线上连排了四个原子,
并且相切,所以体对角线长度就是碳原子半径的8倍,
则碳原子数为8×18+6×
1
2+4=8
. 3a=8r,r= 38a
.
晶胞的体积为a3,碳原子的体积为8×43πr
3,空间占有
率为
8×43πr
3
a3
×100%= 3π16×100%
.
答案:(1)3 2 (2)12 4 (3)8
3π
16×100%
14.解析:(1)由图示可知砷化镓中原子间以共价键结合成
网状结构,其晶体属于共价晶体,A 错误;同周期从左
到右元素的电负性增大,As和 Ga处于同一周期,而处
于ⅤA族的 As4p电子处于半充满的较稳定结构,B和
C均正确;由于 Ga原子最外层只有3个电子,而每个
Ga原子与4个 As原子成键,因此其中一个共价键必
为配位键,D正确.(2)Ga位于第四周期第ⅢA 族,价
层电子 排 布 式 为 4s24p1.因 此 其 核 外 电 子 排 布 式 为
1s22s22p63s23p63d104s24p1(或[Ar]3d104s24p1).
(3)Ga的价层电子对数为3+32 =3
,孤电子对数为0,所
以 Ga原子的杂化轨道方式为sp2,(CH3)3Ga分子为平
面正三角形结构,所以该分子为非极性分子.AsH3 分
子中的 As采取sp3 杂化,As的价层电子对数为5+32 =
4,孤电子对数为1,所以该分子为三角锥形.由于 NH3
分子间存在氢键,而 AsH3、PH3 分子间不能形成氢键,
分子间作用力弱,所以 NH3 的沸点最高,由于 AsH3 的
相对分 子 质 量 大 于 PH3,故 AsH3 的 沸 点 高 于 PH3.
(4)根据“均摊法”:白球个数为6× 12+8×
1
8=4
.由
与同一镓原子相连的砷原子有4个可知,镓采取sp3 杂
化,所以与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间结
构为正四面体形.
85
选择性必修二
答案:(1)A (2)1s22s22p63s23p63d104s24p1
(或[Ar]3d104s24p1) (3)sp2 非极性 三角锥形
NH3>AsH3>PH3 (4)4 正四面体形
15.解析:(1)金刚砂(SiC)的硬度为9.5,硬度大,属于共价
晶体;每个碳原子周围最近的碳原子数目为3×4=12;
该晶胞中 C原子个数为8× 18 +6×
1
2 =4
,Si原子个
数为4,晶胞边长为a×10-10cm,体积V=(a×10-10
cm)3,ρ=
m
V =
4×40gmol-1
(a×10-10cm)3×6.02×1023 mol-1
.
(2)根据物质的晶体结构可知,在 GaN 晶体中,每个 Ga
原子与4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正四面体.在晶体Si的晶胞中含
有Si原子的数目是8×18+6×
1
2+4=8
,则根据晶胞
的密度ρ=
m
V
可知V=m
ρ
=
28×8
NA
ρ
cm3= 224
ρNA
cm3,
晶胞的边长a=3V=
3
224
ρNA
cm,在晶胞中两个最近
的Si原子之间的距离为晶胞体对角线长的 14
,即 3
4×
3
224
ρNA
cm.
答案:(1)共价晶体 12
4×40gmol-1
(a×10-10cm)3×6.02×1023mol-1
(2)4 正四面体 34×
3
224
ρNA
第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属键与金属晶体
1.B [金属键没有方向性和饱和性,A 项错误;金属导电
是因为在外加电场作用下,自由电子产生定向移动,C项
错误;由于自由电子的存在使金属很容易吸收光子而发
生跃迁,发出特定波长的光波,因而金属往往有特定的
金属光泽,D项错误.]
2.B [A项,由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶
体,错误;B项,金属晶体中有自由移动的电子,能导电,
绝大多数金属在常温下为固体,熔点较高,所以固态或
熔融态时易导电,熔点在1000℃左右的晶体可能属于
金属晶体,正确;C项,相邻原子之间通过共价键结合形
成的空间网状结构的晶体属于共价晶体,错误;D 项,固
体不导电,说明晶体中无自由移动的带电粒子,则不可
能为金属晶体,错误.]
3.C [Mg的半径大于 Al的半径,且价层电子数小于 Al
的,所以金属键应为 Mg<Al,A 项错;而 Mg与 Ca为同
一主族,价层电子数相同,半径 Mg<Ca,故金属键为 Mg
>Ca,B项错;Ca与 K 同周期,价层电子数 Ca>K,故金
属键 Ca>K,D项错.]
4.CD [金属晶体中虽存在阳离子,但不一定有阴离子,A
错误;金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与
自由电子间的相互作用,B错误;价层电子数多的金属元
素的金属性不一定强,如 Fe的价层电子数比 Na多,但
Fe的金属性没有 Na的强,C正确;含有金属元素的离子
不一定是阳离子,如[Al(OH)4]- 就是阴离子,D正确.]
5.D [氢键是一种较弱的作用力,比范德华力强,但是比
化学键要弱.氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲
醇、液氨等),又可以存在于分子内(如 ),
所以应选择 D项.]
6.A [图a中所含原子的个数为12×16+2×
1
2+3=6
,
图b中所含原子的个数为8× 18 +6×
1
2 =4
,图c中所
含原子的个数为8×18+1=2
.]
7.B [如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面,可得如
图所示的结构,其中AB 为晶胞的边长,BC 为晶胞的面
对角线,AC为晶胞的体对角线.根据立方体的特点可
知:BC= 2a,结合AB2+BC2=AC2,得:r= 3a4
.]
8.解析:(1)晶胞中每个顶角的钨原子为8个晶胞所共有,
体心的钨原子完全为该晶胞所有,故每一个晶胞分摊到
2个钨原子.(2)每个晶胞中含有2个钨原子,则每个晶
胞的质量m=2MNA
,又因每个晶胞的体积V=a3,所以晶
胞密度ρ=
m
V =
2M
NAa3
,a=
3
2M
NAρ
.
(3)钨晶胞的体对角线上堆积着3个钨原子,则体对角线
的长度为钨原子半径的4倍,即4r= 3a,r= 3a4 =
3
4×
95
参考答案