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第二节　分子晶体与共价晶体
课时1　分子晶体
A. 分子晶体中的共价键有方向性，而分子间作用力无方向性
B. 在分子晶体中一定存在氢键
C. 冰和Br2都是分子晶体
D. 稀有气体不能形成分子晶体
2 单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图所示。下列说法错误的是(　　)
A. S位于元素周期表p区
B. 该物质的化学式为H3S
C. S位于H构成的八面体空隙中
D. 该晶体属于分子晶体
3 下列叙述与范德华力无关的是(　　)
A. CO2加压时形成干冰 B. 通常状况下氯化氢为气体
C. 氟、氯、溴、碘单质的熔、沸点依次升高 D. 氯化钾的熔点较高
4 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
5 SiCl4的分子结构与CCl4的类似，对其作出如下推测，其中不正确的是(　　)
A. SiCl4晶体是分子晶体
B. 常温常压下SiCl4是气体
C. SiCl4的分子内部原子间以共价键结合
D. SiCl4的熔点比CCl4的高
6 冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，其晶胞结构如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A. 冰晶胞内水分子间以共价键结合
B. 每个冰晶胞平均含有4个水分子
C. 水分子间的氢键具有方向性和饱和性，也是σ键的一种
D. 已知冰中氢键的作用力为18.5 kJ/mol，而常见的冰的熔化热为336 J/g，这说明冰变成水，氢键部分被破坏(假设熔化热全部用于破坏氢键)
7 正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体，层内的H3BO3分子通过氢键相连(如图所示)。下列有关说法正确的是(　　)
A. 正硼酸晶体不属于分子晶体
B. H3BO3分子的稳定性与氢键有关
C. 分子中硼原子最外层为8电子稳定结构
D. 含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
8 C60分子和C60晶胞的示意图如图所示。下列关于C60晶体的说法不正确的是(　　)
C60分子 C60晶胞
A. C60晶体可能具有很高的熔、沸点
B. C60晶体可能易溶于四氯化碳中
C. C60晶体的一个晶胞中含有的碳原子数为240
D. C60晶体中每个C60分子与12个C60分子紧邻
9 HF分子晶体、NH3分子晶体与冰的结构极为相似，在HF分子晶体中，与F原子距离最近的HF分子的个数为(　　)
A. 3 B. 4 C. 5 D. 12
10 (2024扬州高邮中学阶段检测)下列关于物质沸点高低的比较正确的是(　　)
A. CH4>SiH4>GeH4
B. NH3>AsH3>PH3
C. Cl2>Br2>I2
D. C(CH3)4>(CH3)2CHCH2CH3>CH3CH2CH2CH2CH3
11 锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题。
(1) 基态Ge原子的简化电子排布式为__________________，有________个未成对电子，它在元素周期表中的位置是____________________，________区。
(2) Ge与C是同族元素， C原子之间可以形成双键、三键，但Ge原子之间难以形成双键或三键。从原子结构角度分析，原因是________________________
________________________________________________。
(3) 比较下列锗的卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因：__________
______________________________________________________________________。
锗的卤化物 GeCl4 GeBr4 GeI4
熔点/℃ －49.5 26 146
沸点/℃ 83.1 186 约400
12 回答下列问题。
(1) 氨气通入盐酸中发生反应：NH3＋H3O＋===NH＋H2O。
①NH3分子的VSEPR模型名称为____________，略去N原子上的________个孤电子对，使得NH3分子的空间结构名称为____________。转化NH3→NH中，氮原子的杂化类型是否改变？________(填“改变”或“未变”)。
②转化H3O＋→H2O涉及的两种微粒中，H2O、H3O＋的空间结构名称分别为________、________，中心原子的杂化类型分别为________、________。
(2) 分子的结构往往决定了物质的有关性质，特别是物质的溶解性、熔沸点等物理性质。
①基团间的相互影响可决定物质的结构与性质，如乙烷为________(填“极性”或“非极性”，下同)分子，而乙烷中一个氢原子被羟基(—OH)取代后所得的乙醇分子为________分子，这决定了乙烷________溶于水，而乙醇________溶于水。
②氧、硫、硒(Se)元素同为ⅥA族元素，三者的简单氢化物结构相似，但H2S的沸点低于H2O，原因是________________________________________________，H2S的沸点低于H2Se的原因是___________________________________________。
13 (1) 德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。1个C20分子共有________个正五边形，共有________个共价键，C20晶体属于________晶体。
(2) 科学家拟合成一种“二重结构”的球形分子，即把足球形C60分子嵌入足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是________(填字母)。
A. 该物质是一种新型化合物 B. 该物质是两种单质组成的混合物
C. 该晶体属于分子晶体 D. 该物质具有极高的熔、沸点
课时2　共价晶体
1 2024年1月，我国自主研制的AG60E电动飞机成功首飞。AG60E采用了SiC电控系统，SiC晶体属于(　　)
A. 分子晶体 B. 金属晶体
C. 离子晶体 D. 共价晶体
2 被誉为第三代半导体材料的氮化镓(GaN)硬度大、熔点高，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用前景广阔。一定条件下由反应：2Ga＋2NH3===2GaN＋3H2制得GaN，下列叙述不正确的是(　　)
A. GaN为共价晶体
B. NH3分子的VSEPR模型是三角锥形
C. 基态Ga原子的价层电子排布式为4s24p1
D. 已知GaN和AlN的晶体类型相同，则熔点：GaN3 下列晶体中①SiO2；②CO2；③P4；④晶体硅；⑤H2SO4；⑥P2O5；⑦SO3；⑧SiC；⑨冰醋酸；⑩金刚石，属于共价晶体的一组是(　　)
A. ①③④⑤⑥⑩ B. ①④⑧⑩
C. ③④⑧⑨⑩ D. 全部
4 下列有关共价晶体的叙述错误的是(　　)
A. 共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
B. 共价晶体中不存在独立的分子
C. 共价晶体的熔点和硬度较高
D. 共价晶体熔化时不破坏化学键
5 将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si(NH2)4。将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅(Si3N4)固体，氮化硅是一种新型耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。下列推断可能正确的是(　　)
A. SiCl4、Si3N4的晶体类型相同
B. Si3N4晶体是立体网状结构
C. 共价晶体C3N4的熔点比Si3N4的低
D. SiCl4晶体在熔化过程中化学键断裂
6 下表是某些共价晶体的熔点和硬度。
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 锗
熔点/℃ 3 900 3 000 2 700 1 710 1 410 1 211
硬度 10.0 9.5 9.5 7.0 6.5 6.0
分析表中的数据，下列叙述正确的是 (　　)
①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大
④构成共价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
7 制造光导纤维的材料是一种很纯的硅氧化物，它是具有立体网状结构的晶体(如图所示)。下列关于该硅氧化物的说法正确的是(　　)
A. 该晶体中硅原子与氧原子的数目之比是1∶4
B. 这种氧化物形成的晶体是共价晶体
C. 该晶体中存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
D. 该晶体中最小的环上有3个硅原子和3个氧原子
8 (2024无锡宜兴中学阶段检测)碳化钛在航空航天、机械加工等领域应用广泛。其晶胞结构如图所示。当TiC中的C原子被N原子取代时，则产生TiC1－xNx，其性能与x的值有关。下列说法正确的是(　　)
A. x值会影响碳氮化钛的晶胞边长，x越大，则晶胞边长越长
B. C原子位于Ti形成的四面体空隙中
C. 离Ti原子最近的且距离相等的C原子的数目为8
D. 碳化钛具有高熔点、高硬度的特点
9 单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题。
名称 金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K ＞3 823 1 683 2 573
沸点/K 5 100 2 628 2 823
硬度 10 7.0 9.5
(1) 晶体硼属于________晶体，理由是_________________________________。
(2) 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________(填字母)。
A. 金刚石中C—C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的键能无关
C. 金刚石中碳原子个数与C—C个数之比为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
(3) 已知晶体硼的结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，该结构单元中有20个正三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及推算，得出此结构单元是由________个硼原子构成的，其中B—B的键角为________，该结构单元共含有________个B—B。
10 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NA为阿伏加德罗常数的值。回答下列问题。
(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 甲
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1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si的数目为________。
(2) 金刚砂(SiC)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。
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)。 乙
②在金刚砂的结构中，1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1个最小的环上独立含有________个C—Si。
④金刚砂的晶胞结构如图丙所示，在SiC中，每个C原子周围 丙
最近且等距的C原子数目为________。
11 半导体芯片的发明促进了人类信息技术的发展，单晶硅、砷化镓(GaAs)，碳化硅等是制作半导体芯片的关键材料，也是我国优先发展的新材料。回答下列问题。
(1) βSiC的晶胞结构如图所示。
已知：ⅰ. 晶体密度为 ρ g/cm3；
ⅱ. 设NA为阿伏加德罗常数的值。
①SiC属于________(填“离子晶体”“分子晶体”或“共价晶体”)。
②A、B两原子的核间距为________(用含ρ的代数式表示)cm。
③沸点：SiH4________(填“>”或“<”)CH4，判断的理由为___________________
______________________________。
(2) GaAs的晶胞结构如图甲。将Mn掺杂到GaAs的晶体中得到稀磁性半导体材料(图乙)。
①GaAs晶胞中距离Ga原子最近的As原子的个数为________。
②掺杂Mn之后，晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为______________(填最简整数比)。
第二节　分子晶体与共价晶体
课时1　分子晶体
1. C　分子晶体中的共价键有方向性，而分子间作用力中的氢键也有方向性，A错误；在分子晶体中不一定存在氢键，如甲烷分子间及分子内都不存在氢键，B错误；冰和Br2均由分子构成，均属于分子晶体，C正确；稀有气体构成微粒是单原子分子，可形成分子晶体，D错误。
2. D　S的价电子排布式为3s23p4，故S位于元素周期表p区，A正确；由该物质形成晶体的晶胞可知：S个数为8×＋1＝2，H个数为12×＋6×＝6，则H、S原子个数比为3∶1，故该物质的化学式为H3S，B正确；S位于H构成的八面体空隙中，如图所示：，C正确；由于该晶体是一种新型超导材料，而分子晶体不具有导电性，故该晶体不属于分子晶体，D错误。
3. D　降低气体的温度时，气体分子的平均动能逐渐减小，随着温度降低，当分子靠自身的动能不足以克服范德华力时，分子就会聚集在一起形成液体甚至固体，A错误；氯化氢属于分子晶体，分子间范德华力较小，在常温下为气体，B错误；一般来说，分子组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增加，范德华力逐渐增强，物质的熔、沸点逐渐升高，C错误；氯化钾中存在的作用力是很强的离子键，所以熔点较高，与范德华力无关，D正确。
4. 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其构成微粒间的相互作用——分子间作用力，它相对于化学键来说是极其微弱的，C符合题意。
5. B　SiCl4与CCl4结构相似，CCl4属于分子晶体，则SiCl4晶体是分子晶体，A正确；SiCl4与CCl4结构相似，都可以形成分子晶体，前者相对分子质量较大，故其分子间作用力较大，常温常压下CCl4是液体，故SiCl4不是气体，B错误；CCl4分子是由极性键形成的非极性分子，则SiCl4分子是由极性键形成的非极性分子，C正确；分子晶体的相对分子质量越大，熔点越高，则SiCl4的熔点比CCl4的高，D正确。
6. D　7. D　8. A
9. B　根据HF分子晶体与冰结构相似可知，每个HF分子周围有4个HF分子与之最近，构成正四面体，B正确。
10. B　一般情况下，对于组成和结构相似的分子晶体，分子晶体的沸点随相对分子质量的增大而升高，即沸点CH4AsH3>PH3，B正确；沸点Cl211. (1) [Ar]3d104s24p2　2　第四周期ⅣA族　p
(2) Ge原子的半径大，原子间形成的σ单键较长，p轨道“肩并肩”重叠程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键　(3) GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸点依次增高，原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间作用力逐渐增强
12. (1) ①四面体形　1　三角锥形　未变　②V形(或角形)　三角锥形　sp3　sp3
(2) ①非极性　极性　难　极易(或易)　②水分子间存在氢键，而硫化氢分子间只有范德华力　硫化氢分子间的范德华力弱于硒化氢分子间的范德华力
解析：(1) ①NH3分子的中心原子价层电子对数为3＋＝4，采取sp3杂化，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形。NH的中心原子价层电子对数为4＋＝4，采取sp3杂化。②H2O的中心原子价层电子对数为2＋＝4，采取sp3杂化，有2个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为V形，H3O＋的中心原子价层电子对数为3＋＝4，采取sp3杂化，有1个孤电子对，VSEPR模型为四面体形，空间结构为三角锥形。(2) ①乙烷分子正负电荷中心重合，为非极性分子，而乙醇分子正负电荷中心不重合，为极性分子，且乙醇能与水分子形成分子间氢键，而水是极性分子，再依据“相似相溶”规律可知：乙烷难溶于水，而乙醇极易溶于水。②H2S分子间只有范德华力，而H2O分子间存在氢键，氢键强度大于范德华力，导致水的沸点高于硫化氢的沸点；H2S和H2Se的分子结构相似，分子间都只存在范德华力，而H2S的相对分子质量小于H2Se，决定了H2S的沸点低于H2Se的沸点。
13. (1) 12　30　分子　(2) BD
课时2　共价晶体
1. D　SiC中的Si和C以共价键结合形成空间网状结构，和金刚石结构相似，SiC属于共价晶体，D正确。
2. B　GaN具有硬度大、熔点高的特点，为半导体材料，GaN属于共价晶体，A正确；NH3分子中N的价层电子对数＝3＋×(5－3×1)＝4，NH3分子的VSEPR模型为四面体形，B错误；Ga原子核外有31个电子，基态Ga原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，基态Ga原子的价层电子排布式为4s24p1，C正确；GaN和AlN都属于共价晶体，原子半径Ga>Al，共价键键长Ga—N>Al—N，键能Ga—N3. B
4. D　共价晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以共价晶体中，原子不遵循紧密堆积原则。共价晶体在熔化时破坏共价键。
5. B　SiCl4是分子晶体，在熔化过程中克服的是分子间作用力，化学键不断裂。Si3N4是共价晶体，其晶体为立体网状结构。根据C、Si的原子半径推知C—N的键能比Si—N的键能大，C3N4的熔点比Si3N4的高，故选B。
6. D　共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关，共价晶体的熔点与原子种类多少无关，①错误；共价晶体的熔点与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高，②正确；构成共价晶体的原子的半径越大，键长越长，共价键键能越小，晶体的硬度越小，③错误，④正确；故选D。
7. B　由题意可知，该晶体具有立体网状结构，存在硅氧共价四面体结构，硅原子处于中心，氧原子处于4个顶角，属于共价晶体，1个Si原子与4个O原子形成4个Si—O，1个O原子与2个Si原子形成2个Si—O，则硅原子与氧原子的数目之比是1∶2，A、C错误，B正确；在SiO2晶体中，每6个硅原子和6个氧原子形成一个十二元环(最小环)，D错误。
8. D　由于N原子半径小于C原子，故x值会影响碳氮化钛的晶胞边长，x越大，则晶胞边长越小，A错误；由晶胞知，C原子位于Ti形成的八面体空隙中，B错误；由晶胞知，Ti原子位于C形成的八面体空隙中，离Ti原子最近的且距离相等的C原子的数目为6，C错误；碳化钛是共价晶体，具有高熔点、高硬度的特点，D正确。
9. (1) 共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大
(2) C　(3) 12　60°　30
10. (1) 8　6　　2NA　(2) ①Si＜SiC＜C　②4 109°28′　③1　④12
解析：(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4＋8×＋6×＝8，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6×＝，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Si—Si，即含1 mol Si原子的晶体硅中Si—Si的数目为2NA。(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Si＜SiC＜C。②根据金刚砂的结构可知1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，1个最小环里共有6个C—Si，1个C—Si被6个环共用，因此一个最小的环上独立含有C—Si的个数为6×＝1。④以SiC晶胞顶角上的碳原子为研究对象，每个C原子位于面心周围最近且等距的C原子数目为12。
11. (1) ①共价晶体　②×　③＞　SiH4和CH4都属于分子晶体，两者组成和结构相似，SiH4的相对分子质量比CH4大，SiH4的分子间作用力大于CH4，SiH4的沸点比CH4高　(2) ①4 ②5∶27∶32
解析：(1) ②根据均摊法，1个晶胞中含C：4个，含Si：8×＋6×＝4个，1个晶胞的质量为g＝g，晶胞的体积为＝cm3，晶胞的边长为cm，由晶胞结构知，A、B两原子的核间距为面对角线的，A、B两原子的核间距为×cm。(2) ①GaAs晶胞中距离As原子最近的Ga原子为4个，结合化学式，距离Ga原子最近的As原子的个数为4。②根据均摊法，掺杂Mn之后，As的个数为4，Ga的个数为7×＋5×＝，Mn的个数为1×＋1×＝，晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为∶∶4＝5∶27∶32。

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