原子晶体分子晶体练习.doc

(完整word)原子晶体分子晶体练习
高二化学原子晶体分子晶体练习 4.12
1．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是(　　)
A．固态氢 B．固态氖 C．磷 D．三氧化硫
2．下列物质呈固态时，一定属于分子晶体的是（　　）
A．非金属单质 B．非金属氧化物 C．含氧酸 D．金属氧化物
3．下列关于SiO2晶体的叙述中正确的是（　　）
A．通常状况下，60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)
B．60 g SiO2晶体中，含有2NA个Si-O键
C．该晶体中与同一硅原子相连的4个氧原子处于同一四面体的4个顶点
D．SiO2晶体中含有1个硅原子和2个氧原子
4．根据表中给出物质的熔点数据（AlCl3沸点为182.7 ℃),判断下列说法错误的是（　　)
晶体
NaCl
MgO
SiCl4
AlCl3
晶体硼
熔点/℃
801
2 800
－70
180
2 500
A.MgO中的离子键比NaCl中的离子键强 B．SiCl4晶体是分子晶体
C．AlCl3晶体是离子晶体 D．晶体硼是原子晶体
5．下列说法中正确的是(　　)
A．C60汽化和I2升华克服的作用力不相同
B．甲酸甲酯和乙酸的分子式相同，它们的熔点相近
C．NaCl和HCl溶于水时，破坏的化学键都是离子键
D．常温下TiCl4是无色透明液体，熔点－23。2 ℃，沸点136.2 ℃，所以TiCl4属于分子晶体
6．BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚,其化学性质与AlCl3相似。由此可推测BeCl2(　　）
A．熔融态不导电 B．水溶液呈中性
C．熔点比BeBr2高 D．不与NaOH溶液反应
7．关于氢键的下列说法中正确的是（　　)
A．每一个水分子内含有两个氢键 B．冰、水和水蒸气中都存在氢键
C．水结成冰体积膨胀与氢键有关 D．H2O是一种非常稳定的化合物，这是由氢键所致
8．在硼酸［B（OH)3］分子中，B原子与3个羟基相连，其晶体具有与石墨相似的层状结构。则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是（　　）
A．sp，范德华力 B．sp2，范德华力 C．sp2，氢键 D．sp3，氢键
9．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．氮化碳属于原子晶体，比金刚石中的硬度更大
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
10．下表是某些原子晶体的熔点和硬度.
原子晶体
金刚石
氮化硼
碳化硅
石英
硅
锗
熔点/℃
3 350
3 000
2 600
1 713
1 415
1 211
硬度
10
9.5
9
7.5
7
6。0
分析表中的数据,判断下列叙述正确的是(　　)
①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
②构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高　③构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大　④构成原子晶体的原子的半径越小,晶体的硬度越大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
11．下列物质的熔、沸点顺序判断不正确的是(　　）
A．Li>Na>K〉Rb B．F2<Cl2<Br2<I2
C．金刚石〉碳化硅>晶体硅 D．NaCl<KCl<CsCl
12．根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体,熔点3 550 ℃,不导电,质硬,难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
13．在单质的晶体中一定不存在的微粒是(　　）
A．原子 B．分子 C．阴离子 D．阳离子
14．下列说法正确的是(　　)
A．在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA
B．金刚石晶体中，碳原子数与C—C键数之比为1∶2
C．30 g二氧化硅晶体中含有0。5NA个二氧化硅分子
D．晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的原子晶体
15．下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的物质是________。
物质
性质
X
熔点为10。31 ℃，液态不导电，水溶液导电
Y
易溶于CCl4,熔点为11.2 ℃，沸点为44。8 ℃
Z
常温下为气态，极易溶于水，溶液pH>7
W
常温下为固体，加热变为紫红色蒸气,遇冷变为紫黑色固体
M
熔点为1 170 ℃,易溶于水,水溶液导电
N
熔点为97。81 ℃,质软，导电,密度为0.97 g·cm－3
16．硅及其化合物的用途非常广泛,根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题：
（1）基态硅原子的核外电子排布式为__________________________________________。
(2)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，晶体硅中的键角约为________。
（3）下表列有三种物质（晶体)的熔点:
物质
SiO2
SiCl4
SiF4
熔点/℃
1 710
－70.4
－90。2
简要解释熔点产生差异的原因：SiO2和SiCl4：
________________________________________________________________________。
（4)SiC晶体结构与金刚石相似(如图所示）,其硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能.其中C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，每个Si原子周围距离最近的Si原子为________个。

17．在我国南海300～500 m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”，其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题：
(1）甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是__________(填字母)。
A． 甲烷晶胞中的球只代表一个C原子
B． 晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C． CH4熔化时需克服共价键
D． 1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
（2）水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体，冰晶体结构有多种。其中冰。Ⅶ的晶体结构如下图所示：
①水分子的空间构型是________形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个H＋，
形成水合氢离子(H3O＋）,水分子能与H＋形成配位键，其原因是在氧原子上有______,
应用价电子对互斥理论推测H3O＋的形状为_____________________________________.
②上述冰晶体中每个水分子与周围________个水分子以氢键结合，该晶体中1 mol水
形成_____ mol氢键。
③实验测得冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1,而冰的熔化热为5。0 kJ·mol－1，这说明________________________________________________________________________.
④冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如图，其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心，实心球所示原子位于立方体内)类似。每个冰晶胞平均占有________个水分子，冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是__________________________。

18．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）中碳原子的杂化方式分别为________、________。
(3）C60属于________晶体,石墨属于________晶体。
(4)在金刚石晶体中,碳原子数与化学键数之比为_______________________。
在石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的化学键数为__________,该晶体中碳原子数与共价键数之比为____________.
（5)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.推测金刚石的熔点________（填“>”“〈”或“＝”）石墨的熔点。
（6）C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为________g（用含NA的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值）。
(7）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).
19．碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似,碳化硅硬度仅次于金刚石,立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。

请回答下列问题：
(1）碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个;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）。
（2）立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为a cm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3（设NA为阿伏加德罗常数的值）。

1.答案　B 2答案　C
解析　非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体；金属氧化物通常为离子化合物，属离子晶体。故C项正确。
3答案　C
解析　60 g SiO2晶体即1 mol SiO2,晶体中含有Si—O键数目为4 mol（每个硅原子、氧原子分别含有4个、2个未成对电子，各拿出一个单电子形成Si—O共价键），含4NA个Si-O键；SiO2晶体中含有无数的硅原子和氧原子，只是硅、氧原子个数比为1∶2；在SiO2晶体中，每个硅原子和与其相邻且最近的4个氧原子形成正四面体结构，硅原子处于该正四面体的中心，而4个氧原子处于该正四面体的4个顶点上。
4答案　C
解析　根据表中各物质的熔点判断晶体类型.NaCl和MgO是离子化合物，形成离子晶体,故熔、沸点越高,说明晶格能越大，离子键越强，A项正确；SiCl4是共价化合物，熔、沸点较低，为分子晶体，硼为非金属单质,熔、沸点很高，是原子晶体，B、D项正确；AlCl3虽是由活泼金属和活泼非金属形成的化合物,但其晶体熔、沸点较低，应属于分子晶体
5答案　D
解析　C60、I2均为分子晶体，汽化或升华时均克服范德华力；B中乙酸分子可形成氢键,其熔、沸点比甲酸甲酯高.
6答案　A
解析　由题知BeCl2熔点较低，易升华，溶于醇和醚,应属于分子晶体，所以熔融态不导电；对于组成相似的分子晶体,相对分子质量越大，范德华力越大，其熔、沸点越高，因此BeCl2的熔点比BeBr2的低；BeCl2的化学性质与AlCl3相似，根据AlCl3能和NaOH溶液反应，则BeCl2也可与NaOH溶液反应;AlCl3水溶液中由于铝离子水解而呈酸性，推知BeCl2也具有此性质。
7答案　C
解析　A项中水中的氢键存在于分子之间而不是存在于分子内部，错误;B项中气态的水中不存在氢键，错误；C项中水结成冰时，水分子大范围以氢键互相连接，形成疏松的晶体,造成体积膨胀，密度减小，正确;D项中水的稳定性强是由于O-H键的键能大，与氢键没关系,错误。
8答案　C
解析　石墨晶体中C原子为sp2杂化，层与层之间以范德华力结合，在硼酸[B（OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化，但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连，羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
9答案　D
解析　氮化碳为高硬度材料且是由非金属元素组成，因此该晶体应为原子晶体。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项正确；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的非金属性大于C的非金属性，氮化碳中C显＋4价，N显—3价，B和C均正确；氮化碳晶体原子间以N-C极性键形成空间网状结构，D项错误。
10答案　D
11答案　D
解析　晶体熔、沸点高低取决于结构微粒间作用力的大小，即金属键、共价键、离子键、分子间作用力的大小。离子晶体的熔、沸点与离子半径和离子所带电荷数有关,电荷数相同时，离子半径越小，晶体的熔、沸点越高。
12答案　B
解析　本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项符合金属晶体的特征；B项符合原子晶体的特征；C项符合离子晶体的特征；D项符合分子晶体的特征。
13答案　C
解析　A项，例如金刚石由碳原子组成；B项，例如I2由I2分子组成；D项,例如金属Cu由Cu2＋和自由电子组成;C项中阴离子只能存在于离子化合物中。
14答案　B
解析　在二氧化硅晶体中,每个硅原子形成4个Si-O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol,即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键,且每两个碳原子形成一个C—C键,故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C-C键,因此碳原子数与C—C键数之比为1∶2,B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子,C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，属于分子晶体,D项错误。
15答案　X、Y、Z、W
解析　分子晶体熔、沸点一般比较低,硬度较小,固态不导电。M的熔点高，肯定不是分子晶体;N是金属钠的性质；X、Y、Z、W均为分子晶体。
规律总结　分子晶体具有熔、沸点较低，硬度较小，固态、熔融态不导电等物理特性.所有在常温下呈气态的物质、常温下呈液态的物质（除汞外)、易升华的固体物质都属于分子晶体.
16答案　(1)1s22s22p63s23p2　（2)共价键　3　109。5°
（3)SiO2是原子晶体,微粒间作用力为共价键。SiCl4是分子晶体,微粒间作用力为范德华力，故SiO2熔点高于SiCl4　（4)sp3　共价键　4　12
解析　(1）硅为第3周期ⅣA族元素,基态硅原子价电子排布式为3s23p2，故其核外电子排布式为1s22s22p63s23p2.
（2）金刚石中碳原子采取sp3杂化，C—C—C之间的夹角为109。5°，金刚石晶胞内部有4个碳原子，每个顶点和面心各有1个碳原子，故金刚石晶胞中含碳原子个数为4＋8×＋6×＝8个，晶体硅与金刚石结构相似，故Si与Si原子之间以共价键相结合，Si—Si—Si之间夹角为109.5°，且晶胞中有8个硅原子，其中在面心位置贡献的硅原子有6×＝3个.
(3)SiO2与SiCl4晶体类型不同，前者为原子晶体，原子之间以共价键结合，共价键作用力强，后者为分子晶体,分子之间以范德华力结合，范德华力较弱，所以SiO2熔点高于SiCl4。
(4)碳化硅晶体中,每个碳原子和硅原子都采取sp3杂化，与4个硅原子形成4个共价键,每个硅原子周围距离最近的碳原子有4个。碳化硅晶胞中,若硅原子位于面心和顶点,则碳原子位于内部，故知每个硅原子周围距离最近的硅原子有12个。
17答案　（1)B
(2)①V　孤对电子　三角锥形　②4　2
③冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中仍存在氢键　④8　水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化，每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键，且氢键和共价键都具有方向性和饱和性
解析　(1)CH4是分子晶体，熔化时克服范德华力。晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子.以该甲烷晶胞分析，位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上，因此每个都被共用2次，故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×＝12个.甲烷晶胞属于面心立方晶胞，该晶胞中甲烷分子的个数为8×＋6×＝4个.
(2)①水分子中O原子的价电子对数＝＝4，孤电子对数为2,所以水分子为V形分子，H2O分子能与H＋形成配位键，其原因是在O原子上有孤对电子，H＋有空轨道。H3O＋价电子对数＝4，含有1对孤对电子，故H3O＋为三角锥形。②观察图示晶体结构可知，该水分子与周围4个水分子以氢键结合，每2个水分子间形成1个氢键，故1 mol水可形成4 mol×0。5＝2 mol 氢键。③冰中氢键的作用能为18.5 kJ·mol－1,而冰熔化热为5。0 kJ·mol－1，说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键，并且液态水中仍存在氢键.④每个冰晶胞平均含有水分子数为4＋6×＋8×＝8。H2O分子中的O原子中形成2个σ键，并含有2个孤对电子,金刚石中每个C原子含有4个σ键且没有孤对电子，所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化，且水分子间的氢键具有方向性，每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键，导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似。
18答案　（1）同素异形体　（2)sp3杂化　sp2杂化　(3)分子　混合键型　（4）1∶2　3　2∶3　（5)σ　σ　π（或大π或p­p π)　〈　(6）　(7）8　　＝
解析　（1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形成的，它们的组成相同，结构不同、性质不同，互为同素异形体。
(2）金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键（即C原子采取sp3杂化方式)，构成正四面体，石墨中的碳原子采取sp2杂化方式,形成平面六元环结构.
（3)C60中构成微粒是分子,所以属于分子晶体；石墨晶体有共价键、金属键和范德华力，所以石墨属于混合键型晶体。
（4）金刚石晶体中每个碳原子平均拥有的化学键数为4×＝2,则碳原子数与化学键数之比为1∶2。石墨晶体中，平均每个最小的碳原子环所拥有的碳原子数和化学键数分别为6×＝2和6×＝3，其比值为2∶3.
(5)在金刚石中只存在C—C间的σ键；石墨的层内C—C间不仅存在σ键,还存在π键.石墨中的C—C键比金刚石中的C-C键键长小，键能大,故石墨的熔点高于金刚石。
（6）C60晶体为面心立方结构，所以每个C60晶胞有4个C60分子(面心3个，顶角1个），所以一个C60晶胞质量＝ g＝ g。
(7)由金刚石的晶胞结构可知,晶胞内部有4个碳原子,面上有6个碳原子，顶点有8个碳原子，所以金刚石晶胞中碳原子数为4＋6×＋8×＝8;若碳原子半径为r，金刚石的边长为a,根据硬球接触模型，则正方体体对角线长度的就是C-C键的键长,a＝2r，所以r＝a，碳原子在晶胞中的空间占有率＝＝＝。
19答案　（1)sp3杂化　4　 mol－1
(2）4　4　sp3杂化　
解析　（1)SiC晶体中,每个Si原子与4个C原子形成4个σ键，故Si采取sp3杂化,每个Si原子距离最近的C原子有4个。SiC晶胞中,碳原子数为6×＋8×＝4个,硅原子位于晶胞内,SiC晶胞中硅原子数为4个，1个晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，因此晶体密度b g·cm－3＝，故NA＝ mol－1.
(2）立方氮化硼晶胞中，含有N原子数为6×＋8×＝4个，B原子位于晶胞内，立方氮化硼晶胞中含硼原子4个.每个硼原子与4个氮原子形成4个σ键,故硼原子采取sp3杂化，每个立方氮化硼晶胞的质量为 g，体积为a3 cm3，故密度为 g·cm－3。

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