课时作业(十五) 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义配套练习word（鲁科版，双选）

课时作业(十五)　共价晶体　分子晶体　晶体结构的复杂性 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、选择题(本题共8小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．分子晶体具有的本质特征是(　　) A．组成晶体的基本构成微粒是分子 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 C　[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基本构成微粒间的相互作用——范德华力及氢键相对于化学键来说是极其微弱的。] 2．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 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。] 3．钻石的魅力在于它经过大自然千百万年的孕育，再经打磨，能放射出闪烁的光芒。钻石就是经过打磨的金刚石，已知金刚石的网状结构如图所示，由此可看出在含有共价键形成的碳原子环中，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C—C键间的夹角是(　　) A．6个　120° B．5个　108° C．4个　109°28′ D．6个　109°28′ D　[根据金刚石的晶体结构特点可知，最小环上碳原子数为6个，每个碳原子与相连的4个碳原子形成小的正四面体，因而任意两个C－C键夹角为109°28′。] 4．下列物质直接由原子构成的一组是(　　) ①CO2　②SiO2　③晶体Si　④白磷　⑤乙醇　⑥Fe　⑦Na2O　⑧固态He A．①②③④⑤⑧ B．②③④⑥⑧ C．②③⑧ D．①②⑤⑦⑧ C　[共价晶体都由原子直接构成，如②③；离子化合物由阴、阳离子构成，如⑦；分子晶体由分子构成，如①④⑤⑧，但⑧也可看作由原子构成；金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，如⑥。] 5．干冰和二氧化硅晶体同属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键键能比Si—O键键能小 C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体 D．干冰易升华，二氧化硅不能 C　[干冰和二氧化硅晶体尽管同属ⅣA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为共价晶体。干冰的熔、沸点取决于其分子间作用力的大小，而不是共价键键能的强弱；而二氧化硅的熔、沸点则由Si—O键键能的强弱所决定。] 6．如图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。下列有关说法正确的是(　　) A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成氢键，且这四个水分子形成空间四面体结构 B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体 C．水分子间通过H－O键形成冰晶体 D．冰融化时，水分子之间空隙增大 A　[冰中的水分子是依靠氢键结合在一起，氢键不是化学键，而是一种分子间作用力，B、C两项均错误；冰晶体中每个水分子可以与另外4个水分子形成氢键，且这4个水分子形成空间四面体结构，A项正确；冰晶体主要是水分子依靠氢键结合形成的，分子间空隙较大，因此冰融化时，水分子之间的空隙减小，D项错误。] 7．通常情况下，氯化钠、氯化铯、二氧化碳和二氧化硅的晶体结构分别如图所示： 下列关于这些晶体结构和性质的叙述不正确的是(　　) A．同一主族的元素与另一相同元素所形成的化学式相似的物质不一定具有相同的晶体结构 B．氯化钠、氯化铯和二氧化碳的晶体都有立方的晶胞结构，它们具有相似的物理性质 C．二氧化碳晶体是分子晶体，其中不仅存在分子间作用力，而且也存在共价键 D．二氧化硅晶体不是密堆积结构 B　[SiO2和CO2的化学式相似，但其晶体结构不同，A项正确；二氧化碳为分子晶体，因此分子间存在分子间作用力，而分子内部碳原子和氧原子间形成共价键，氯化钠和氯化铯为离子晶体，所以三者物理性质不同，B项错误，C项正确；由于共价键具有方向性和饱和性，因此形成的晶体不是密堆积结构，D项正确。] 8．我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是(　　) A．碳、氮原子构成平面结构的晶体 B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更短 C．氮原子电子数比碳原子电子数多 D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼 B　[由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种共价晶体，共价晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，因此B选项是正确的。而原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项也是错误的。] 二、选择题(本题包括4小题，每小题只有一个或两个选项符合题意) 9．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。SiO2晶体结构如图所示。下列关于SiO2晶体的叙述正确的是(　　) A．60 g SiO2晶体中含有NA个分子(NA表示阿伏加德罗常数的数值) B．60 g SiO2晶体中，含有4NA个Si—O键 C．SiO2晶体中与同一Si原子相连的4个O原子处于同一四面体的4个顶点 D．SiO2晶体中，1个Si原子和2个O原子形成2个共价键。 BC　[SiO2晶体为共价晶体，晶体中不存在单个分子，A不正确；1 mol SiO2晶体含有Si—O键4 mol，B正确；SiO2晶体中，与每个Si原子相连的4个O原子构成正四面体结构，O原子位于顶点，Si原子位于正四面体的中心，C正确；SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，D不正确。] 10．干冰晶胞如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2分子。在每个CO2周围距离a(其中a为立方体棱长)的CO2有(　　) A．4个 B．8个 C．12个 D．6个 C　[如题图，在每个CO2周围距离a的CO2，即为每个面心上的CO2分子，共有8×3×＝12个，故C正确。] 11．下列物质所属晶体类型分类正确的是(　　) 选项 A B C D 共价晶体 石墨 生石灰 碳化硅 金刚石 分子晶体 冰 固态氨 氯化铯 干冰 离子晶体 氮化铝 食盐 明矾 芒硝 金属晶体 铜 汞 铝 铁 D　[A选项石墨为混合型晶体，B选项生石灰为离子晶体，C选项氯化铯为离子晶体。] 12．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(　　) A．六方相氮化硼与石墨一样可以导电 B．立方相氮化硼只含有σ键，且为共价晶体，所以硬度大 C．两种晶体均为分子晶体 D．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 BD　[A项，六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子或离子，所以不导电，错误；立方相氮化硼中只含有σ键，立方相氮化硼是共价晶体，B项正确，C项错误；D项，由六方相氮化硼的晶体结构可知，每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形，正确。] 三、非选择题(本题包括3小题) 13．(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．晶体中碳原子间全部采取sp3杂化 b．石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内 c．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力 (3)金刚石晶胞如图丙所示，则金刚石晶胞中原子的配位数为________。 (4)石墨烯可转化为C60，C60的结构如图丁所示，该分子是由五边形和六边形碳环构成的球体，其中五边形碳环有12个，六边形碳环有________个。 解析：　(1)由晶胞结构可知，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，则每个晶胞中含有的碳原子数为8×＋4×＋2×＋1＝4。(2)由晶胞结构可知，石墨烯中6个碳原子构成1个环，每个碳原子被3个环所共有，每个环中含有的碳原子个数为6×＝2，则1 mol碳原子构成的环的个数为0.5 NA；根据碳原子成键特点，石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样，以sp2杂化轨道成键，故a错误；石墨烯为平面结构，晶体中所有碳原子处于同一个平面内，故b正确；石墨层间是范德华力，从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力，故c正确。(3)由金刚石晶胞结构可知，晶胞中碳原子的配位数为4。(4)设C60中六边形、五边形碳环的个数分别为x、y，每个C原子被3个环共用，则可得2x＋y＝60，由已知可得y＝12，解得x＝20。 答案：　(1)4　(2)0.5NA　bc　(3)4　(4)20 14．(1)BN是一种新型的无机材料，由于碳单质与BN属于等电子体，其结构和性质具有极大的相似性，故可推知，在BN的晶体中，一种是类似于________的空间网状结构的晶体，可用作耐磨材料。 (2)单质硼有无定形体和晶体两种，参考下表数据： 金刚石 晶体硅 晶体硼 熔点/K >3 500 1 412 2 573 沸点/K 4 827 2 628 2 823 摩氏硬度 10 6.5 9.5 ①晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是___________________________ ________________________________________________________________________。 ②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，此基本结构单元由______个硼原子构成，其中B—B键的键角为________。 (3)假设将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，余下部分的结构与C60相同，则C60由________个正五边形________个正六边形构成。 解析：　(1)根据等电子体物质的结构与性质相似的原理，可推知BN的结构中，一种类似于金刚石，硬度大、耐磨。(2)因为晶体硼有很高的熔、沸点和很大的硬度，可推知其为共价晶体。晶体硼的基本结构单元为正二十面体，每个面均为正三角形，键角为60°，一个三角形有三个顶点，每个顶点为五个三角形共用，每个三角形拥有硼原子数为3×，20个三角形拥有硼原子数为20×3×＝12，即此结构单元由12个B原子构成。(3)若将晶体硼的结构单元中每个顶点均削去，则削去的顶点变为五边形，原来的正三角形变为正六边形，故余下的结构共有12个正五边形(即原来的12个顶点)，20个正六边形(即原来的20个面)。 答案：　(1)金刚石　(2)①共价　晶体硼有很高的熔沸点和很大的硬度　②12　60°　(3)12　20 15．(2020·全国卷Ⅱ，节选)钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料。回答下列问题： (1)Ti的四卤化物熔点如表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________。 化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 熔点/℃ 377 －24.12 38.3 155 (2)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是____________；金属离子与氧离子间的作用力为________，Ca2＋的配位数是________。 (3)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2＋、I－和有机碱离子CH3NH，其晶胞如图(b)所示。其中Pb2＋与图(a)中________的空间位置相同，有机碱CH3NH中，N原子的杂化轨道类型是________；若晶胞参数为a nm，则晶体密度为________________ g·cm－3(列出计算式)。 (4)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘，降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐，提升了太阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理如图(c)所示，用离子方程式表示该原理________________、________________________________________________________________________。 解析：　(1)TiF4为离子化合物，故熔点高于其他三种卤化物，TiCl4、TiBr4、TiI4为共价化合物，且结构相似，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，故自TiCl4至TiI4熔点逐渐升高。(2)O为非金属元素，其电负性在三种元素中最大，Ca和Ti同为第四周期元素，Ca在Ti的左边，根据同一周期元素的电负性从左往右依次增大，故Ti>Ca，故电负性大小顺序为O>Ti>Ca；金属阳离子与O2－之间形成离子键；图(a)晶胞中Ca2＋位于体心，O2－位于棱上，12条棱上每条棱上均有一个O2－，Ca2＋的配位数为12。(3)由图(a)和图(b)可以看出Pb2＋与Ti4＋空间位置相同；CH3NH中N原子与2个H原子、1个C原子形成三个共价键，与H＋形成一个配位键，故N原子的杂化轨道类型为sp3；利用均摊法可知图(b)晶胞中I－个数是6×＝3，CH3NH个数是8×＝1，Pb2＋个数为1，晶胞体积为(a×10－7 cm)3，则晶胞密度ρ＝＝×1021 g·cm－3。(4)由图(c)可知Pb与Eu3＋反应生成Eu2＋和Pb2＋，根据氧化还原反应的规律可得反应的离子方程式为Pb＋2Eu3＋===2Eu2＋＋Pb2＋，Eu2＋与I2反应生成Eu3＋和I－，离子方程式为2Eu2＋＋I2===2Eu3＋＋2I－。 答案：　(1)TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，为分子晶体，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高 (2)O>Ti>Ca　离子键　12 (3)Ti4＋　sp3　×1021 (4)2Eu3＋＋Pb===2Eu2＋＋Pb2＋ 2Eu2＋＋I2===2Eu3＋＋2I－ 学生用书↓第66页 学科网（北京）股份有限公司 $