3.3共价键共价晶体同步练习 - 2024-2025学年高二下学期化学苏教版（2019）选择性必修2

3.3共价键共价晶体 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．下列分子中，所有原子都达到8电子稳定结构的是 A． B． C． D． 2．根据下表中所列的键能数据，判断下列分子中最不稳定的是(　　) 化学键 H-H H-Cl H-Br Br-Br 键能/kJ·mol-1 436.0 431.8 366 193.7 A．HCl B．HBr C．H2 D．Br2 3．有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，下列说法错误的是 A．该物质的化学式为TiN B．Ti与Ti的最近距离是 C．Ti的配位数为6 D．与N距离相等且最近的N有12个 4．共价键参数：键能，键长，键角。其中，决定共价键强弱的重要参数是 A．键长和键角 B．键能和键角 C．键能和键长 D．键能、键长和键角 5．碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其结构如图所示。下列说法错误的是 A．该分子只含有极性键 B．该分子中碳原子均采取杂化 C．该分子的原子中存在孤电子对 D．该分子中键与键个数比为 6．下列事实能说明刚玉(α—Al2O3)是一种共价晶体的是 ①Al2O3是两性氧化物；②硬度很大；③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 7．原子数和电子数均相同的两种分子(或离子)互为等电子体。下列与F2互为等电子体的是 A．CO B．N2 C．C D．O 8．在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体可能具有的结构或性质是 A．硬度大 B．具有分子密堆积结构 C．熔点较低 D．硬度较小 二、填空题 9．请回答下列问题。 (1)为什么两个H原子能结合成H2，而两个He原子不能结合成He2 ？ (2)H2和Cl2化合时，为什么只能生成HCl，而不能生成H2Cl或HCl2 ？ 10．回答下列问题： (1)1 mol HOOCCH2CH2CHO分子中含有 mol单键， mol双键；含有 mol π键， mol σ键。 (2)在[Ag(NH3)2]＋中 的 原子提供孤电子对， 提供空轨道。 11．下列物质中，以极性键结合的 ，以非极性键结合的 (1)F2   (2)O2   (3)NH3   (4)CH4   (5)SO2 12．二氧化硅是立体的网状结构，其晶体模型如图所示，请认真观察该晶体模型后回答以下问题： (1)二氧化硅晶体中最小环为 元环。 (2)每个硅原子为 个最小环共有；每个最小环中有 个硅原子， 个氧原子。 (3)每个最小环平均拥有 个硅原子， 个氧原子。 (4)1 mol SiO2中含有 mol Si—O键。 13．固体有晶体和非晶体之分，绝大多数常见的固体是晶体，少数固体属于非晶体。回答下列问题： (1)非晶体的微观结构投影示意图为 (选填“A”或“B”)。 (2)根据非晶体和晶体的本质差异，完成下表： 固体 自范性 微观结构 晶体 有 非晶体 原子排列相对无序 (3)根据晶体物理性质的各向异性特点，能鉴别仿造的假宝石。请写出1种方法鉴别玻璃仿造的假宝石 。 三、计算题 14．(1)具有反萤石结构，晶胞如图所示.已知晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为 ，则的密度为 (列出计算式). (2)晶体的晶胞如图所示.晶胞边长为，相对分子质量为、阿伏加德罗常数的值为，其晶体密度的计算表达式为 ；晶胞中位于所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为 . (3)金属晶体中的原子堆积方式如图所示，六棱柱底边边长为，高为，阿伏加德罗常数的值为，的密度为 (列出计算式). 四、解答题 15．硅是重要的半导体材料，构成了现代电子工业的基础。请回答下列问题： (1)基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为 ，该能层具有的原子轨道数为 、电子数为 。 (2)硅主要以硅酸盐、 等化合物的形式存在于地壳中。 (3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以 相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献 个原子。 (4)单质硅可通过甲硅烷（SiH4）分解反应来制备。工业上采用Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4，该反应的化学方程式为 。 (5)碳和硅的有关化学键键能如下所示，简要分析和解释下列有关事实： 化学键 C—C C—H C—O Si—Si Si—H Si—O 键能/(kJ•mol-1 356 413 336 226 318 452 ①硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是 。 ②SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是 。 (6)在硅酸盐中，SiO四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为 ，Si与O的原子数之比为 ，化学式为 。 16．下表是元素周期表的一部分，表中所列的数字分别代表某一种元素。针对表中①~⑧号元素回答下列问题。 (1)元素①和③的简单化合物含有10个电子，其电子式为 ，它的沸点比PH3高，原因是 ; (2)测定文物年代需要利用元素②的一种中子数为8的核素，该核素符号可表示为 ； (3)元素①和氧元素形成的18电子化合物的名称是： ，该化合物中含有的化学键有 （填“离子键、极性键、非极性键”）； (4)元素④、⑤、⑧中，原子半径最大的是 （填元素符号），离子半径最大的是 （填化学式）。 (5)可以证明元素⑧比元素⑦非金属性强的一个化学反应方程式是： 。 17．共价晶体是由原子直接通过共价键形成的空间网状结构的晶体，因其具有高熔、沸点，硬度大，耐磨等优良特性而具有广泛的用途。设为阿伏加德罗常数的值。 (1)晶体硅是良好的半导体材料，被广泛用于信息技术和能源科学等领域。晶体硅是与金刚石结构类似的晶体(其晶胞如图甲所示)，晶体硅的1个晶胞中含 个Si原子，在晶体硅的空间网状结构中最小环为 元环，每个最小环独立含有 个Si原子，含1molSi原子的晶体硅中键的数目为 。 (2)金刚砂()也与金刚石具有相似的晶体结构(如图乙所示)，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。试回答下列问题： ①金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是 (均用化学式表示)。 ②在金刚砂的结构中，一个硅原子结合了 个碳原子，其中的键角是 。 ③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，其中一个最小的环上独立含有 个键。 ④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在中，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为 ；若金刚砂的密度为，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为 pm(用代数式表示即可)。 《3.3共价键共价晶体》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 B D B C A B D A 1．B 【详解】A．P最外层有5个电子，其中含3个单电子，可与3个Cl原子构成所有原子都达到8电子稳定结构的物质，PCl5中P原子不是8电子稳定结构，A项不符合题意； B．的结构式为，所有原子均达到8电子稳定结构，B项符合题意； C．中B不满足最外层8电子稳定结构，C项不符合题意； D．Xe原子最外层电子数为8，其在分子中为+2价，在分子中的Xe原子最外层电子数为10，不满足8电子稳定结构，D项不符合题意； 答案选B。 2．D 【详解】键能越大，即形成化学键时放出能量越多，这个化学键越稳定，越不容易被打断；键能越小，化学键越容易被打断，选项所给四种物质中，Br2因所含Br—Br键键能最小而最不稳定，故选：D。 3．B 【详解】A．该晶胞中，Ti（黑球）的个数为1+12=4，N（白球）的个数为8+6=4，则Ti和N的个数比为1:1，该物质的化学式为TiN，A正确； B．该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则Ti与Ti的最近距离是a pm，B错误； C．如图所示，与Ti距离相等且最近的N有6个，则Ti的配位数为6，C正确； D．与N距离相等且最近的N有12个，D正确； 故选B。 4．C 【详解】键能指气态基态原子形成1mol化学键释放的最低能量，键能越大，意味着化学键越稳定，越不容易被破坏。键长是形成共价键的两个原子之间的核间距，键长越短，往往键能越大,共价键越稳定。键能和键长是决定共价键强弱的重要参数。当物质分子内有多个化学键时，化学键之间的夹角叫键角，它反映了分子内原子的空间分布情况，因此键角是描述分子空间结构的重要参数，故答案为C。 5．A 【详解】A．该分子中除含有极性键外还含有非极性键碳碳双键，A项错误； B．该分子中的三个碳原子各参与形成碳碳双键，均为杂化，B项正确； C．该分子的原子中，五元环上的两个氧原子各有两个孤电子对，故该分子的原子中存在孤电子对，C项正确； D．单键为键，双键中有一个键和一个键，则该分子中含有8个键，含有2个键，键与键个数比为，D正确； 答案选A。 6．B 【详解】是两性氧化物，属于物质的分类，与晶体类型无关，①错误；硬度很大、熔点为2045℃(很高)，都是共价晶体的物理性质，②③正确；由于共价晶体中原子间都以共价键相结合形成三维骨架结构，故几乎不溶于水，④正确；红宝石、蓝宝石是刚玉在自然界中的存在形式，与晶体类型无关，⑤错误，正确的组合是②③④； 故选：B； 7．D 【详解】CO、N2、C、O均为2个原子，电子数分别为：6+8=14，7+7=14，6+6+2=14，8+8+2=18，而F2中含有的电子数为9+9=18，根据题干定义可知，F2与O互为等电子体，故答案为：D。 8．A 【详解】在一定条件下液态二氧化碳可转化为与石英具有相似结构的晶体，石英晶体是由原子通过共价键构成的共价晶体，故推测该晶体为共价晶体，由于原子之间以强烈的共价键结合，断裂需消耗很高能量，因此其硬度大、熔点高，具有空间网状结构，可知选项A正确，选项B、C、D错误，故合理选项是A。 9．(1)氢原子核外只有1个电子，需形成1对共用电子对达到稳定结构即形成H2，而氦原子最外层上已经达到2个电子的稳定结构，无需形成共用电子对即形成单原子分子即可，不能形成He2 (2)氢原子核外只有1个电子，Cl原子核外有7个电子，根据共价键具有饱和性，二者均只能形成一对共用电子对 【详解】（1）由于H原子核外只有1个电子，故需通过两个H原子间形成1对共用电子对而达到2个电子的稳定结构，而He原子核外有2个电子，已经达到稳定结构，不需要形成共用电子对，故答案为：氢原子核外只有1个电子，需形成1对共用电子对达到稳定结构即形成H2，而氦原子最外层上已经达到2个电子的稳定结构，无需形成共用电子对即形成单原子分子即可，不能形成He2； （2）由于氢原子核外只有1个电子，Cl原子核外有7个电子，根据共价键具有饱和性，二者均只能形成一对共用电子对，故只能形成HCl，而不能形成H2Cl和HCl2，答案为：氢原子核外只有1个电子，Cl原子核外有7个电子，根据共价键具有饱和性，二者均只能形成一对共用电子对。 10．(1) 10 2 2 12 (2) NH3 N Ag＋ 【详解】（1）根据结构式，可以分析出其化学键，①单键有O-H键，C-O键，C-H,C=O键中有一个单键，所以有10mol单键；②2mol双键；③π键为其中的双键，其中一个键为π键，所以一共有2molπ键； ④σ键为其中的双键中的一个键，单键均为 σ键，故有12mol σ键,故答案为：①10 ②2 ③2 ④12 （2）在[Ag(NH3)2]＋中，银离子是中心配离子，NH3是配体，所以NH3的氮原子提供孤电子对；Ag+提供空轨道，故答案为：① NH3②N③Ag＋ 11． (3)(4)(5) (1)(2) 【分析】不同种原子形成的共价键是极性键，同种原子形成的共价键是非极性键，由此分析。 【详解】(1)F2中含有同种原子形成的共价键，是以非极性键结合的分子； (2)O2中含有同种原子形成的共价键，是以非极性键结合的分子； (3)NH3中含有N与H形成的共价键，是以极性键结合的分子； (4)CH4中含有C与H形成的共价键，是以极性键结合的分子； (5)SO2中含有S与O形成的共价键，是以极性键结合的分子。 以极性键结合的有(3)(4)(5)，以非极性键结合的有(1)(2)。 12．(1)12 (2) 12 6 6 (3) 1 (4)4 【详解】（1）SiO2晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的，在金刚石晶体中，每个最小环上有6个碳原子，因此SiO2晶体中每个最小环上有6个Si原子，另外六边形的每条边上都插入了1个氧原子，所以最小环为12元环； （2）据图可知，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被6个环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，因此还要除以2以剔除重复。所以最终计算式为=12；根据图示，每个最小环中有6个硅原子，6个氧原子； （3）由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为6×=；又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1∶2的比例所组成，因此氧原子的数目为0.5×2=1； （4）据图可知，1个Si原子周围有4条Si—O键，无共用，所以1 mol SiO2中有4 mol Si—O键。 13．(1)A (2) 原子在三维空间里呈周期性有序排列 无 (3)方法1：可观察宝石的形状，具有多面体的外形：测试它的硬度、可在玻璃上刻出痕迹，初步确定它是晶体：方法2：可利用宝石的折光率鉴别；方法3：c可进行X射线衍射实验鉴别。 【详解】（1）晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表现。相反，非晶体中粒子的排列则相对无效，无自范性，故A为非晶体SiO2的微观结构投影示意图。 （2）根据上述分析可知，晶体SiO2有自范性，微观结构中原子在三维空间里呈周期性有序排列；非晶体SiO2无自范性，微观结构中原子排序相对无序。 （3）根据晶体各向异性的特点，可以采用如下方法区分：（1）观察是否具有多面体的外形，假宝石没有相等的晶面、晶棱的重复出现；可以测试它的硬度，真宝石硬度大，可刻画玻璃；（2）可以利用宝石的折光率鉴别，宝石的光折射率很高，看起来会有折射效果，而玻璃折射率低，没有折射效果；（3）采用X射线衍射，当X射线照射假宝石时，不能使X射线产生衍射，只有散射效应； 14． 【详解】(1)根据均摊法，一个晶胞中含有的个数为8，含的个数为，一个晶胞中含有4个，故的密度为，故填 ； (2)晶胞边长为，则晶胞的体积；由晶胞结构可知，12个处于晶胞的棱上，1个处于晶胞内部，处于晶胞的8个顶角和6个面上，则每个晶胞中含有个数为，含有个数为.的相对分子质量为，阿伏加德罗常数的值为，则晶体的密度为；晶胞中位于所形成的正八面体的内部，则该正八面体的边长为，故填、 、； (3)由晶胞图知，一个晶胞中含有的原子数为，晶胞的体积，一个晶胞的质量为，则密度为，故填。 15．(1) M 9 4 (2)二氧化硅 (3) 共价键 3 (4)Mg2Si + 4NH4Cl = SiH4+ 4NH3+ 2MgCl2 (5) C—C键和C—H键较强，所形成的烷烃稳定。而硅烷中Si—Si键和Si—H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成 C—H键的键能大于C—O键，C—H键比C—O键稳定。而Si—H键的键能却远小于Si—O键，所以Si—H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O键 (6) sp3 1∶3 SiO 【详解】（1）硅原子核外有14个电子，其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p2 ，对应能层分别别为K、L、M，其中能量最高的是最外层M层，该能层有s、p、d三个能级，s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，d能级有5个轨道，所以共有9个原子轨道，硅原子的M能层有4个电子（3s23p2）；故答案为M；9；4； （2）硅元素在自然界中主要以化合态（二氧化硅和硅酸盐）形式存在，故答案为二氧化硅； （3）硅晶体和金刚石晶体类似，都属于原子晶体，硅原子之间以共价键结合。在金刚石晶体的晶胞中，每个面心有一个碳原子（晶体硅类似结构），则面心位置贡献的原子为 6×=3个；故答案为共价键；3； （4）Mg2Si和NH4Cl在液氨介质中反应制得SiH4、NH3和MgCl2，方程式为：Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2，故答案为Mg2Si+4NH4Cl=SiH4+4NH3+2MgCl2； （5）①烷烃中的C-C键和C-H键大于硅烷中的Si-Si键和Si-H键的键能，所以硅烷中Si-Si键和Si-H键的键易断裂，导致长链硅烷难以生成，答案为C-C键和C-H键较强，所形成的烷烃稳定，而硅烷中Si-Si键和Si-H键的键能较低，易断裂，导致长链硅烷难以生成；②键能越大、物质就越稳定，C-H键的键能大于C-O键，故C-H键比C-O键稳定，而Si-H键的键能远小于Si-O键，所以Si-H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si-O键；故答案：C-H键的键能大于C-O键，C-H键比C-O键稳定．而Si-H键的键能却远小于Si-O键，所以Si-H键不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si-O键； （6）硅酸盐中的硅酸根（SiO）为正四面体结构，所以中心原子Si原子采取了sp3杂化方式；故答案为sp3 ；根据图（b）的一个结构单元中含有1个硅、3个氧原子，化学式为SiO；故答案为1：3；SiO。 16．(1) 氨分子间存在氢键 (2) (3) 过氧化氢 极性键、非极性键 (4) Na Cl- (5)或 【分析】由元素在周期表中的位置，可确定①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧分别为H、C、N、F、Na、Si、S、Cl。 【详解】（1） 元素①和③的简单化合物含有10个电子，则其为NH3，电子式为；NH3的相对分子质量小于PH3，它的沸点比PH3高，说明NH3分子间还有另一种作用力，则原因是：氨分子间存在氢键。 （2）测定文物年代需要利用元素②(C)的一种中子数为8的核素，该核素的质量数为8+6=14，则其符号可表示为。 （3）元素①和氧元素形成的18电子化合物为H2O2，名称是：过氧化氢，该化合物的结构式为H-O-O-H，含有的化学键有极性键、非极性键。 （4）元素④、⑤、⑧分别为F、Na、Cl，F核外有2个电子层，Na、Cl 核外有3个电子层，Na的原子序数比Cl小，原子核对外层电子的吸引力比Cl弱，则原子半径最大的是Na，它们形成的离子分别为F-、Na+、Cl-，F-、Na+核外有2个电子层，Cl-核外有3个电子层，则离子半径最大的是Cl-。 （5）⑦、⑧分别为S、Cl，可以利用单质与化合物间的置换反应证明元素Cl比元素S非金属性强，化学反应方程式是：或。 【点睛】对于电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小。 17．(1) 8 6 (2) 4 109°28′ 1 12 【详解】（1）晶体硅是与金刚石结构类似的晶体，晶体硅的1个晶胞中含Si原子的数目为，根据结构分析，可知在晶体硅的空间网状结构中最小环为6元环，每个硅原子被12个环共用，因此每个最小环独立含有Si原子的数目为，每个Si原子与周围4个Si原子形成4个共价键，每2个Si原子共用1个键，即含1molSi原子的晶体硅中键的数目为。 （2）①共价晶体中，共价键键长越短，键能越大，熔、沸点越高，因此金刚砂、金刚石、晶体硅的熔点由低到高的顺序是。 ②根据金刚砂的结构可知一个硅原子结合了4个碳原子，形成正四面体结构，其键角是109°28′。 ③金刚砂的结构中含有C、Si原子以共价键结合形成的环，一个最小环里共有6个键，1个键被6个环共用，因此一个最小的环上独立含有键的个数为。 ④以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子周围最近且等距的C原子数目为12；1个金刚砂晶胞中含有4个碳原子、4个硅原子，若金刚砂的密度为，则晶体中最近的碳、硅原子之间的距离为晶胞体对角线长的四分之一，1个晶胞的体积为，因此最近的碳、硅原子之间的距离为。 学科网（北京）股份有限公司 $$