3.2 分子晶体与共价晶体 【勤径学升】 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

高中化学选择性必修第二册 3.2 分子晶体与共价晶体 A组·基础达标 1．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．共价晶体的熔点较高 C．有些分子晶体的水溶液能导电 D．金刚石、水晶和干冰都属于共价晶体 2．下列晶体中，任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价键形成正四面体，并向空间伸展成共价键三维网状结构的是(　　) A．C60 B．冰 C．金刚石 D．水晶 3．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“SiO2”可以叫做分子式 4．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是(　　) A．①②③④ B．②③⑤⑥ C．②③ D．①④⑤⑥ 5．如图是冰的晶胞示意图，冰以此为单位向空间延伸，则冰中的每个水分子均摊氢键(　　) A．2个 B．4个 C．8个 D．12个 6．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 7．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可以形成自然界中硬度最大的共价晶体。下列叙述错误的是(　　) A．WX4是沼气的主要成分 B．固态X2Y是分子晶体 C．ZW是共价晶体 D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃” 8．碳元素的单质有多种，图1依次是C60、石墨和金刚石的结构图： 图1 回答下列问题： (1)金刚石、石墨、C60等都是碳元素的单质，它们互为________________。 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨，如图2)中碳原子的杂化方式分别为________、________。 (3)C60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。金刚石中只存在碳碳间的______共价键，而石墨层内的碳碳之间不仅存在______共价键，还有______键。 (5)①12 g的石墨烯中由C原子连接成的六元环的物质的量约为______mol，含有________mol C—C键。 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。 B组·能力提升 9．下列物质的沸点变化顺序正确的是(　　) A．CH4>SiH4>GeH4>SnH4 B．NH3>PH3>AsH3>SbH3 C．H2O>H2S>H2Se>H2Te D．HF>HI>HBr>HCl 10．干冰(固态二氧化碳)在－78 ℃时可直接升华为气体，其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．CO2中有C===O键，中心原子C是sp2杂化 B．每个晶胞中含有4个CO2分子 C．每个CO2分子周围有12个紧邻CO2分子 D．干冰升华时需克服分子间作用力 11．已知氮化碳晶体是新发现的高硬度材料，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于该晶体的说法错误的是(　　) A．氮化碳属于共价晶体，比金刚石的硬度更大 B．该晶体中每个碳原子与4个氮原子相连，每个氮原子与3个碳原子相连，氮化碳的化学式为C3N4 C．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 D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构 12．碳有金刚石(晶体模型如图a)、C60(分子结构如图b，每个分子内有32个面，均为正五边形或正六边形)等单质，碳能形成甲醛、γ-氮化碳(分子结构如图c，分子内N和C均达到8e－稳定结构)等化合物，下列说法不正确的是(　　) 　　 A．金刚石结构中最小环是六元环，平均每个六元环有0.5个C，1个C—C B．γ-氮化碳的分子式为C6N8 C．甲醛中C为sp2杂化 D．一个C60分子中含有σ键的个数为60 13．下列说法正确的是(　　) A．SiO2和SO3晶体类型相同 B．C60晶胞结构如图1所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个 C．晶体硅、碳化硅、金刚石的熔点依次降低 D．BaO2晶胞结构如图2所示，与每个Ba2+距离相等且最近的阴离子共有5个 14．磷元素存在于人体所有细胞中，是维持骨骼和牙齿的必要物质。近年来，很多磷化物开始广泛应用在电化学、生物学、光学、催化等方面。 (1)磷和氢能组成一系列的氢化物，如PH3、P2H4、P12H16等。其中最重要的是PH3。P2H4的沸点比PH3________(填“高”或“低”)，原因是__________________________________。 (2)PCl5在晶体状态时，由PCl和PCl两种离子构成，PCl的空间结构名称为________。PCl的空间结构如图1所示，则P原子的杂化方式为________(填序号)。 ①sp3d杂化　②sp2杂化　③sp3d2杂化 ④sp3杂化 (3)氮化硼、磷化铝、磷化镓(镓为第ⅢA族元素)晶胞结构都与金刚石的晶胞相似，氮 化硼的硬度仅次于金刚石，磷化铝和磷化镓都是很好的半导体材料，熔点如下表所示，分析其变化的原因：__________________________________________。 物质 氮化硼 磷化铝 磷化镓 熔点 3 000 ℃ 2 000 ℃ 1 477 ℃ (4)磷化镓的晶胞结构如图2所示，与镓原子距离最近且相等的镓原子有________个；A点坐标为(0，0，0)，B点坐标为，则C点坐标为____________；已知晶胞棱长为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则磷化镓晶胞密度为____________g·cm-3(列出计算式)。 参考答案 [A组·基础达标] 1.【答案】D 2.【答案】C 3.【答案】D　【解析】晶体硅的结构是五个Si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4个位于正四面体的顶点；SiO2的结构为每个Si原子周围有4个O原子，而每个O原子周围有2个Si原子，在晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英分子中Si、O原子个数比，没有单个的SiO2分子。 4.【答案】C 5.【答案】A　【解析】每个水分子中的氧原子上含有两个孤电子对，可以分别与另外两个水分子形成2个氢键；每个水分子含有2个氢原子，也可以分别与另外两个水分子形成2个氢键；不过每个氢键都为2个水分子所共有，因而每个水分子均摊氢键数为4×＝2。 6.【答案】B　【解析】①指的是Al2O3的分类，⑤指的是刚玉的种类，这两项都不能说明刚玉(Al2O3)是一种共价晶体。 7.【答案】D　【解析】氢原子的核外只有一个电子，X为氢元素；地壳中含量居前两位的元素是氧、硅，故Y和Z分别是氧和硅；金刚石是自然界中硬度最大的物质，W元素是碳元素。CH4是沼气的主要成分，A正确；H2O形成的晶体为分子晶体，B正确；SiC结构与金刚石相似，为共价晶体，C正确；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，D错误。 8.【答案】(1)同素异形体　(2)sp3　sp2 (3)分子　(4)σ　σ　π(或大π) (5)①0.5　1.5　②12　4 【解析】(1)金刚石、石墨、C60等都是碳元素的单质，它们的组成相同，结构不同，性质不同，互为同素异形体。(2)金刚石中每一个碳原子与相邻四个碳原子通过四个共价单键(碳原子采取sp3杂化)结合形成正四面体形结构；石墨中的碳原子采用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六边形的平面层状结构。(3)C60的构成微粒是C60分子，所以属于分子晶体。(4)在金刚石中只存在碳碳之间的σ键；石墨层内的碳原子之间不仅存在σ键，还存在π键。(5)根据结构可知，12 g 的石墨烯的物质的量为1 mol，平均每个六元环占有C原子个数为6×＝2，则六元环个数是碳原子个数的一半，则六元环的物质的量为0.5 mol，在石墨烯中每个碳原子拥有个C—C键，则12 g 的石墨烯中含有1.5 mol C—C键；②每个C原子拥有2个单键，每个单键与6个六元环共享，则每个C原子连接2×6＝12个六元环；每个六元环的对边平行，每组对边两端的4个C原子在同一平面上。 [B组·能力提升] 9.【答案】D 10.【答案】A 11.【答案】D　【解析】氮化碳为高硬度材料且由非金属元素组成，因此该晶体应为共价晶体，又因为C—C键键长大于C—N键键长，故C—N键的键能大于C—C键，硬度更大的是氮化碳，A正确；每个C原子与4个N原子形成共价单键，每个N原子与3个C原子形成共价单键，C原子和N原子的最外层都达到8电子稳定结构，所以氮化碳的化学式为C3N4，N的非金属性强于C的非金属性，氮化碳中C显＋4价，N显－3价，B和C均正确；氮化碳晶体原子间是以N—C极性键形成空间网状结构，D错误。 12.【答案】D　【解析】在金刚石的晶体结构中每个碳原子与周围的4个碳原子形成4个碳碳单键，最小的环为六元环，每个单键为6个环共有，则每个C原子连接×4×6＝12个六元环，平均每个六元环有6×＝0.5个C，6×＝1个C—C，A正确；由γ-氮化碳的分子结构可知，γ-氮化碳的分子式为C6N8，B正确；甲醛中存在碳氧双键，C为sp2杂化，C正确；根据C60分子结构，C60分子中1个碳原子有2个C—C键、1个C===C，根据“均摊法”，一个碳原子真正含有的σ键为1.5个，即一个C60分子中含有σ键的个数为60×1.5＝90，D错误。 13.【答案】B 14.【答案】(1)高　P2H4的相对分子质量大，分子间作用力大，则沸点高　(2)正四面体形　③　(3)氮化硼、磷化铝、磷化镓均为共价晶体，共价晶体的原子间以共价键结合，原子半径越小，键长越小，键能越大，共价晶体的熔点就越高，原子半径：Ga>Al>B，P>N，所以熔点：氮化硼>磷化铝>磷化镓　(4)12　　 【解析】(1)PH3、P2H4、P12H16都为分子晶体，由于P2H4的相对分子质量比PH3大，则分子间作用力大，则沸点高于PH3。(2)PCl的价层电子对数为4＋＝4，则其空间结构为正四面体形；根据PCl的空间结构，可知其价层电子对数为6，则P原子的杂化方式为sp3d2杂化。(3)氮化硼、磷化铝、磷化镓(镓为第ⅢA 族元素)晶胞结构都与金刚石的晶胞相似，则氮化硼、磷化铝、磷化镓均为共价晶体，共价晶体的原子间以共价键结合，原子半径越小，键长越小，键能越大，共价晶体的熔点就越高，原子半径：Ga>Al>B，P>N，所以熔点：氮化硼>磷化铝>磷化镓。(4)从磷化镓的晶胞结构可知，镓原子在顶点和面心，与镓原子距离最近且相等的镓原子有12个；根据A和B点坐标和晶胞结构可知，C点坐标为；一个晶胞中有4个镓原子和4个P原子，一个晶胞的质量为＝ g，体积为(a×10-10)3 cm3，则晶胞密度为 g·cm-3。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$