第3章 第2节 第2课时 共价晶体和分子晶体（Word练习）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（鲁科版）

[基础训练] 1．分子晶体具有的本质特征是(　　) A．晶体硬度小 B．熔融时不导电 C．晶体内微粒间以分子间作用力相结合 D．熔点一般比共价晶体低 解析　分子晶体的熔、沸点较低，硬度较小，导致这些性质特征的本质原因是其构成微粒间的相互作用——分子间作用力相对于化学键来说是极其微弱的，C项符合题意。 答案　C 2．干冰和二氧化硅晶体同属于第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是(　　) A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量 B．C—O的键能比Si—O的键能小 C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体 D．干冰易升华，二氧化硅不易升华 解析　干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化或升华时破坏分子间作用力；SiO2为共价晶体，熔化或气化时破坏共价键，所以SiO2和CO2的熔、沸点差别很大，C正确。 答案　C 3．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键的键角均为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键的键能无关 C．金刚石中碳原子个数与C—C键键数之比为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 解析　金刚石是共价晶体，CH4是分子晶体，二者的晶体类型不同，故A错误；金刚石熔化过程中C—C键断裂，因为C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，金刚石的熔点很高，故B错误；金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C—C键为两个C原子所共用，碳原子个数与C—C键个数之比为∶4＝1∶2，故C正确；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，故D错误。 答案　C 4．根据下列性质判断所描述的物质可能属于分子晶体的是(　　) A．熔点为1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电 B．熔点为10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 C．熔点为1 128 ℃，沸点为4 446 ℃，硬度很大 D．熔点为97.81 ℃，质软，可导电，密度为0.97 g·cm－3 解析　分子晶体中分子间只存在分子间作用力，熔、沸点低，硬度小，熔点为1 070 ℃，熔点高，不符合分子晶体的特点，故A错误；熔点为10.31 ℃，熔点低，符合分子晶体的特点，液态不导电，说明组成微粒中不存在离子，水溶液能导电，说明溶于水后可以电离出能够自由移动的离子，如CH3COOHCH3COO－＋H＋，故B项物质可能属于分子晶体，故B正确；熔点为1 128 ℃，沸点为4 446 ℃，熔、沸点高，硬度大，不符合分子晶体的特点，故C错误；可导电，不符合分子晶体的特点，故D错误。 答案　B 5．H3BO3为白色晶体，与足量的NaOH反应生成NaH2BO3，H3BO3的结构如图所示。下列说法错误的是(　　) A．H3BO3中形成的键长：H—O＜B—O B．根据H3BO3结构可知，H3BO3易溶于水 C．白色晶体H3BO3属于分子晶体 D．该晶体中结构微粒呈紧密堆积形式排布 解析　H—O键与B—O键属于共价键，键长为构成化学键的两个原子的核间距，原子半径越大，键长越长，即键长：H—O＜B—O，A正确；根据H3BO3结构可知，分子中含H—O键，与水分子可形成氢键，H3BO3易溶于水，B正确；H3BO3属于酸，固态时形成分子晶体，C正确；该晶体中分子间存在氢键，氢键具有方向性和饱和性，结构松散，不是紧密堆积排列，D错误。 答案　D 6．甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是(　　) A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子 B．晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子 C．甲烷晶体熔化时需克服共价键 D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子 解析　题图所示的甲烷晶胞中的球代表的是1个甲烷分子，并不是1个C原子，A错误；由甲烷的晶胞结构图分析可知，与位于晶胞顶点的甲烷分子距离最近且相等的甲烷分子有3个，而这3个甲烷分子位于晶胞的面心上，因此被2个晶胞所共用，顶点上的甲烷分子为8个晶胞所共用，故晶体中与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子数目为3×8×＝12，B正确；甲烷晶体是分子晶体，熔化时需克服范德华力，C错误；甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的数目为8×＋6×＝4，D错误。 答案　B 7．石墨晶体是层状结构。以下有关石墨晶体的说法正确的有(　　) ①石墨晶体只有分子晶体和共价晶体的特征；②石墨是混合型晶体；③石墨中碳原子数和C—C键个数之比为1∶2；④石墨和金刚石的硬度相同；⑤石墨层内碳原子核间距比金刚石碳原子核间距大；⑥石墨的导电性只能沿着石墨平面的方向 A．2项　　　　　　　　　 B．3项 C．4项 D．5项 解析　石墨中存在范德华力和共价键，还有类似金属键的特性，故石墨晶体兼有分子晶体、共价晶体和金属晶体的特征，①错误；石墨是混合型晶体，②正确；在石墨的片层结构中，每个碳原子形成3个共价键，而一个C—C键为两个碳原子共用，所以石墨中碳原子数和C—C键个数之比为2∶3，③错误；石墨是层状结构，质软，金刚石是三维骨架结构，质硬，④错误；石墨中碳原子采取sp2杂化，形成平面六元环结构，层内碳原子核间距小于金刚石中碳原子核间距，⑤错误；石墨中，相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，石墨的导电性只能沿石墨平面的方向，⑥正确。综上所述，正确的说法有2项，故选A。 答案　A 8．(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．石墨烯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内 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个碳原子被8个晶胞所共有；处于棱上的4个碳原子被4个晶胞所共有；处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有；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8×＋4×＋2×＋1＝4。 (2)由题图乙可知，石墨烯中6个碳原子组成1个环，每个碳原子属于3个环，相当于2个碳原子组成1个环，1 mol碳原子组成的环的个数为0.5NA。石墨烯为平面结构，则其中碳原子均为sp2杂化，碳原子间不可能全都是碳碳单键，还存在大π键，a错误；石墨烯中所有碳原子可以处于同一个平面内，b正确；从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力，c正确。 答案　(1)4　(2)0.5NA　bc [能力提升] 9．(双选)(2025·湖北宜荆荆恩开学考试)金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，硬度为9.5，熔点为2700 ℃，其晶胞结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该晶体属于共价晶体，熔点比金刚石高 B．C位于Si构成的正四面体空隙中 C．C—Si的键长为a pm，则晶胞边长为2a pm D．金刚砂中C 原子周围等距且最近的C原子数为12 解析　金刚砂与金刚石具有相似的晶体结构，SiC属于共价晶体，C—Si的键长大于C—C，故熔点比金刚石低，故A错误；距离C原子最近且等距离的Si原子个数是4，且4个Si原子构成正四面体结构，所以C位于Si构成的正四面体空隙中，故B正确；C—Si的键长为晶胞体对角线长度的，设晶胞边长为x，则×x＝a pm，所以x＝ pm，故C错误；以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，一个晶胞中C原子周围最近且等距的C原子位于3个面心，由于顶角碳原子为8个晶胞共有，面心碳原子为2个晶胞共有，则C原子周围等距且最近的C原子数为12，故D正确。 答案　BD 10．(双选)磷及其化合物在电池、催化等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图甲)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷—石墨复合材料，其单层结构俯视图如图乙所示。 下列说法正确的是(　　) A．黑磷中P—P键的键能完全相同 B．黑磷与石墨都属于混合型晶体 C．由石墨与黑磷制备该复合材料的过程，发生了化学反应 D．复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力属于范德华力 解析　据图可知黑磷区中P—P键的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A错误；黑磷与石墨，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间存在范德华力，所以为混合型晶体，故B正确；由石墨与黑磷制备该复合材料的过程中，P—P键和C—C键断裂，形成P—C键，发生了化学反应，故C正确；复合材料单层中，P原子与C原子之间的作用力为共价键，故D错误。 答案　BC 11．具有超高热导率的半导体材料——砷化硼(BAs)，可通过反应4BI3(g)＋As4(g)4BAs(s，晶体)＋6I2(g)制备。下列说法错误的是(　　) A．图(a)表示As4的结构，As4分子中成键电子对与孤电子对数目之比为3∶1 B．图(b)表示晶态单质硼的B12基本单元，该基本单元为正二十面体 C．图(b)所示晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，它属于共价晶体 D．图(c)表示BAs的晶胞结构，As原子的配位数为4 解析　As是第ⅤA族元素，As4分子中成键电子对数目为6，孤电子对数目为4，则成键电子对与孤电子对数目之比为3∶2，故A错误；由题图可知，该基本结构单元为正二十面体，故B正确；晶态单质硼的熔点为2 180 ℃，熔点高，则它属于共价晶体，故C正确；由BAs晶胞结构知，大球表示As原子，As原子的配位数为4，故D正确。 答案　A 12．碳元素的单质有多种形式，下图依次是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。 (5)金刚石晶胞含有________个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝________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)。 解析　(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，性质不同，它们互称同素异形体。(2)在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3；在石墨烯(指单层石墨)中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2。(3)C60是由60个原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在C—C间的σ共价键；在石墨层内的C—C间不仅存在σ共价键，还存在π键。(5)构成金刚石的立体网状结构金刚石晶胞，顶点8个，相当于1个C原子，然后面心上6个，相当于3个C原子，而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子，且在晶胞内，故还有4个C原子，加在一起，可得一个金刚石晶胞中有8个C原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则正方体对角线的就是C—C键的键长，即a＝2r，所以r＝a，碳原子在晶胞中的空间占有率w＝＝＝。 答案　(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合　(4)σ　σ　π(或大π或p­pπ)　(5)8　　＝＝ 13．C、Si、B、N、Cl的单质及其化合物在工业生产中具有重要的应用，试回答下列问题： (1)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成，其结构类似于石墨晶体，每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键，多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。 (2)现在新开发出一种具有六角形笼状结构(如图Ⅰ)的新型单质硅——Si12，它可能在未来的量子计算机中是一种理想的贮存信息的材料，根据图示推断这种六角形笼状结构单质硅是________晶体，它与单晶硅互称为________。 (3)SiC晶体结构与金刚石相似，其晶胞结构如图Ⅱ，硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能。其中Si原子的杂化方式为________，微粒间存在的作用力是________，每个Si原子周围距离最近的C原子为________个，其键角为________。设晶胞边长为a cm，密度为b g·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。 (4)氮化硼(BN)是一种重要的功能陶瓷材料，以天然硼砂为原料，经过一系列反应可以得到BN。由于BN与CC互为等电子体，其结构和性质有很大的相似性。 ①BN有两种晶体，对BN两种晶体的描述不正确的是________(填字母)。 A．其中一种晶体可用作耐磨材料 B．其中一种晶体可用作润滑材料 C．其中一种晶体中键角为90° D．两种晶体中都存在六元环 ②在与石墨结构相似的氮化硼晶体中，层内B原子与N原子之间的作用力为________，层与层间作用力为________，B原子和N原子的杂化类型分别是________、________。 ③与金刚石结构相似的氮化硼，其晶胞结构如图Ⅲ，硬度与金刚石相当，晶胞边长为a cm，一个晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，该晶体比晶体硅具有更高的硬度和耐热性的原因是___________________________________。 解析　(1)石墨中的每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键结合，形成无限的六边形平面网状结构，每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，这些未成对电子在整个平面网状结构上形成大π键，由于层与层间的距离较大，故这些平面网状结构层与层间以范德华力结合。由于碳纳米管结构与石墨类似，所以C原子采取sp2杂化，层与层间的作用力为范德华力。 (2)Si12是分子，所以固态时是分子晶体，它是与Si结构不同的单质，所以与Si互为同素异形体。 (3)碳化硅为非金属化合物，C和Si原子间以共价键相结合，根据其晶胞结构可知，每个Si原子周围与4个C原子以共价键结合形成正四面体结构，则硅原子为sp3杂化，键角为109.5°。该晶胞中含有的碳原子个数＝8×＋6×＝4，硅原子个数＝4，则有b g·cm－3＝＝，NA＝ mol－1。 (4)①BN与CC是等电子体，结构与性质相似，因此BN有两种晶体，一种是类似于石墨的层状结构，此种结构晶体可作润滑材料；另一种是类似于金刚石的空间网状结构，此种结构晶体可作耐磨材料。两种晶体中的键角一个是120°，一个是109.5°，不是90°。类似于石墨的晶体中存在平面六元环，类似金刚石的晶体中存在立体六元环结构，因此只有C项错误。②石墨为层状结构，碳原子采取sp2杂化，每个碳原子与3个碳原子以共价键结合，石墨层与层之间以范德华力结合，据此可推知，在与石墨结构相似的氮化硼晶体中B、N原子也均采取sp2杂化，每个N原子与3个B原子以共价键结合，每个B原子与3个N原子以共价键结合，层与层之间靠范德华力结合。③由图Ⅲ可知，该晶胞的N原子数为8×＋6×＝4，B原子数为4。由于N和B的原子半径都比Si的原子半径小，B—N键长比Si—Si短，键能大于Si—Si键，所以该晶体比晶体硅具有更高的硬度和耐热性。 答案　(1)sp2　范德华力　(2)分子　同素异形体　(3)sp3　共价键　4　109.5　 mol－1　(4)①C　②共价键　范德华力(或分子间作用力)　sp2　sp2　③4　4　N和B的原子半径比Si的原子半径小，B—N键长比Si—Si短 学科网（北京）股份有限公司 $