高中化學(xué) 第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 3.2 分子晶體與原子晶體同步配套練習(xí) 新人教版選修3.doc

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第二節(jié)　分子晶體與原子晶體 基礎(chǔ)鞏固 1下列物質(zhì)在室溫下均是分子晶體的是(　　) A.H2O、CH4、HF B.紅磷、硫、碘 C.CO2、SO2、NO2 D.H2SO4、CH3CH2OH、HCHO 答案：B 解析：題目的核心是“室溫”,在該條件下H2O、H2SO4、CH3CH2OH均為液體,而CH4、HF、CO2、NO2、SO2、HCHO均為氣體,故B項正確。 2下列關(guān)于原子晶體和分子晶體的說法不正確的是 (　　) A.原子晶體硬度通常比分子晶體大 B.原子晶體的熔、沸點較高 C.分子晶體中有的水溶液能導(dǎo)電 D.金剛石、水晶和干冰都屬于原子晶體 答案：D 解析：由于原子晶體中粒子間以共價鍵結(jié)合,而分子晶體中分子間以分子間作用力結(jié)合,故原子晶體比分子晶體的熔、沸點高,硬度大。有些分子晶體溶于水后能電離出自由移動的離子而導(dǎo)電,如H2SO4、HCl。D選項中的干冰(CO2)是分子晶體,D錯。 3我國的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。據(jù)報道,有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸松,與此同時再用射頻電火花噴射氮氣,此時,碳原子與氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱,這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是(　　) A.碳、氮原子構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)的晶體 B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵鍵長更短 C.氮原子電子數(shù)比碳原子電子數(shù)多 D.碳、氮的單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)均不活潑 答案：B 解析：由“這種化合物可能比金剛石更堅硬”可知該晶體應(yīng)該是一種原子晶體,原子晶體是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而不是平面結(jié)構(gòu),A選項錯誤;由于氮原子的半徑比碳原子的半徑要小,所以二者所形成的共價鍵的鍵長要比碳碳鍵的鍵長短,所以該晶體比金剛石的熔、沸點更高,硬度更大,B選項正確;原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會影響到所形成的晶體的硬度等物理性質(zhì),C、D選項錯誤。 4下列各組物質(zhì)的晶體中,化學(xué)鍵類型和晶體類型都相同的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O C.BN和HCl D.CCl4和KCl 答案：B 解析：A項中SO2和SiO2的化學(xué)鍵相同,都是極性共價鍵,但晶體類型不同,SO2晶體屬于分子晶體,SiO2晶體屬于原子晶體;B項,CO2和H2O中的化學(xué)鍵都是極性共價鍵,且都屬于分子晶體;C項中BN和HCl的化學(xué)鍵相同,都為極性共價鍵,但晶體類型不同,BN晶體屬于原子晶體,HCl晶體屬于分子晶體;D項,CCl4和KCl中的化學(xué)鍵不同,CCl4中為極性共價鍵,KCl中為離子鍵,且晶體類型也不同,CCl4晶體屬于分子晶體,KCl晶體屬于離子晶體。 5醫(yī)院在進(jìn)行外科手術(shù)時,常用HgCl2稀溶液作為手術(shù)刀的消毒劑。已知HgCl2有如下性質(zhì):①HgCl2晶體熔點較低;②HgCl2熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電;③HgCl2在水溶液中可發(fā)生微弱電離。下列關(guān)于HgCl2的敘述正確的是(　　) A.HgCl2晶體屬于分子晶體 B.HgCl2屬于離子化合物 C.HgCl2屬于電解質(zhì),且屬于強(qiáng)電解質(zhì) D.HgCl2屬于非電解質(zhì) 答案：A 解析：由信息①可知HgCl2晶體屬于分子晶體,A項正確;由信息②③可知HgCl2屬于共價化合物,且為弱電解質(zhì),故B、C、D均錯誤。 6在高壓下可以將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的原子晶體,下列關(guān)于CO2原子晶體的說法正確的是(　　) A.CO2的原子晶體和分子晶體互為同素異形體 B.在一定條件下,CO2原子晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是物理變化 C.CO2的原子晶體和CO2的分子晶體具有相同的物理性質(zhì) D.在CO2的原子晶體中,每個碳原子周圍結(jié)合4個氧原子,每個氧原子與兩個碳原子相結(jié)合 答案：D 解析：同素異形體的研究對象是單質(zhì);CO2的晶體類型的轉(zhuǎn)變已生成了新物質(zhì),故為化學(xué)變化;CO2的不同晶體具有不同的物理性質(zhì);CO2晶體類似于SiO2晶體,屬原子晶體,每個碳原子結(jié)合4個氧原子,每個氧原子結(jié)合2個碳原子。 7(雙選)碳化硅(SiC)晶體有類似金剛石的結(jié)構(gòu)。其中碳原子和硅原子的位置是交替出現(xiàn)的。它與晶體硅和金剛石相比較,正確的是(　　) A.熔點從高到低的順序是:金剛石>碳化硅>晶體硅 B.熔點從高到低的順序是:金剛石>晶體硅>碳化硅 C.三種晶體中的基本單元都是正四面體結(jié)構(gòu) D.三種晶體都是原子晶體且均為電的絕緣體 答案：AC 解析：依題意,金剛石、碳化硅和晶體硅都是原子晶體,且都應(yīng)有類似金剛石的四面體結(jié)構(gòu)單元。因鍵長由長到短的順序是Si—Si>Si—C>C—C(可由原子半徑來推斷),則鍵能為C—C>Si—C>Si—Si,所以破壞這些鍵時所需能量依次降低,從而熔點依次降低。上述三種原子晶體中晶體硅是半導(dǎo)體,具有一定的導(dǎo)電性。 8X是核外電子數(shù)最少的元素,Y是地殼中含量最豐富的元素,Z在地殼中的含量僅次于Y,W可以形成自然界最硬的原子晶體。下列敘述錯誤的是(　　) A.WX4是沼氣的主要成分 B.固態(tài)X2Y是分子晶體 C.ZW是原子晶體 D.ZY2的水溶液俗稱“水玻璃” 答案：D 解析：由題給條件可知,X為氫元素,Y為氧元素,Z為硅元素,W為碳元素。則WX4為CH4;X2Y為H2O,其晶體為分子晶體;ZW為SiC,屬于原子晶體;ZY2為SiO2,SiO2難溶于水,也不能與水反應(yīng)。 9下列晶體性質(zhì)的比較中不正確的是(　　) A.沸點:NH3>PH3 B.熔點:SiI4>SiBr4>SiCl4 C.硬度:白磷>冰>二氧化硅 D.硬度:金剛石>碳化硅>晶體硅 答案：C 解析：A項中注意NH3分子間存在氫鍵,故沸點NH3>PH3,正確;B項中三種物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)相似,且均為分子晶體,熔點隨相對分子質(zhì)量的增大而升高,正確;C項中白磷和冰都是分子晶體,硬度小,而二氧化硅是原子晶體,硬度大,錯誤;D 項中的三種物質(zhì)都是原子晶體,由于原子半徑CC—Si>Si—Si,而鍵能越大,原子晶體的硬度越大,正確。 10(2016全國乙,節(jié)選) (1)比較下列鍺鹵化物的熔點和沸點,分析其變化規(guī)律及原因 　。 GeCl4 GeBr4 GeI4 熔點/℃ -49.5 26 146 沸點/℃ 83.1 186 約400 (2)Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu),其中Ge原子的雜化方式為　　　　,微粒之間存在的作用力是　 　　　　　　　。 答案：(1)GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高。原因是分子結(jié)構(gòu)相似,相對分子質(zhì)量依次增大,分子間相互作用力逐漸增強(qiáng)　(2)sp3　共價鍵 解析：(1)鍺鹵化物均為分子晶體,對于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,熔、沸點越高。 (2)金剛石中C為sp3雜化,C與C之間為非極性共價鍵,Ge單晶與金剛石結(jié)構(gòu)相似,雜化方式與存在的作用力也與金剛石一樣。 11Q、R、X、Y、Z為前20號元素中的五種,Q的低價氧化物與X單質(zhì)分子的電子總數(shù)相等,R與Q同族,Y和Z的離子與Ar原子的電子層結(jié)構(gòu)相同且Y的原子序數(shù)小于Z。 (1)Q的最高價氧化物,其固態(tài)屬于　　　　晶體,俗名叫　　　　。 (2)R的氫化物分子的立體構(gòu)型是　　　　　　,屬于　　　　　　(填“極性”或“非極性”)分子。 (3)X的常見氫化物的立體構(gòu)型是　　　　;它的另一種氫化物X2H4是一種火箭燃料的成分,其電子式是 　。 (4)Q分別與Y、Z形成的共價化合物的化學(xué)式是　　　　　　　　和　　　　　　　　;Q與Y形成的分子的電子式是　　　　　　　　, 屬于　　　　　　　　(填“極性”或“非極性”)分子。 答案：(1)分子　干冰　(2)正四面體形　非極性 (3)三角錐形 (4) CS2　CCl4 解析：(1)Q為C,其最高價氧化物為CO2,為分子晶體,俗名為干冰。 (2)R為Si,其氫化物為SiH4,其分子的立體構(gòu)型是正四面體形,為非極性分子。 (3)N的常見氫化物為NH3,立體構(gòu)型為三角錐形,N2H4的結(jié)構(gòu)式為,其電子式 (4)C分別和S、Cl形成的共價化合物為CS2、CCl4,CS2和CO2結(jié)構(gòu)相似,都是直線形非極性分子,其結(jié)構(gòu)式為,其電子式 12通常人們把拆開1 mol某化學(xué)鍵所吸收的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱,也可用于估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH),化學(xué)反應(yīng)的ΔH等于反應(yīng)中斷裂舊化學(xué)鍵的鍵能之和與反應(yīng)中形成新化學(xué)鍵的鍵能之和的差。 化學(xué)鍵 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C 460 360 436 431 176 347 請回答下列問題: (1)比較下列兩組物質(zhì)的熔點高低(填“>”或“<”):SiC　　　Si;SiCl4　　　SiO2。 (2)右圖中立方體中心的“”表示硅晶體中的一個原子,請在立方體的頂點用“”表示出與之緊鄰的硅原子。 (3)工業(yè)上高純硅可通過下列反應(yīng)制取: SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g) 該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH=　　　kJmol-1。 答案：(1)>　<　(2)如圖 (3)+236 解析：(1)SiC和Si皆為原子晶體,由于Si—C鍵鍵能大于Si—Si鍵鍵能,故SiC的熔點比Si高;SiCl4為分子晶體,SiO2為原子晶體,前者的熔點低于后者。(2)根據(jù)硅原子與硅原子可形成四個相等的硅硅鍵可知除立方體中心的硅原子外,與它相鄰的硅原子應(yīng)處于可形成正四面體的四個頂點上。(3)根據(jù)題意,所給反應(yīng)的舊化學(xué)鍵鍵能之和為4360 kJmol-1+2436 kJmol-l=2 312 kJmol-1,新化學(xué)鍵鍵能之和為4431 kJmol-1+2176 kJmol-1(每摩爾硅原子形成的晶體中含有2 mol Si—Si鍵)=2 076 kJmol-1,所以反應(yīng)熱為2 312 kJmol-1-2 076 kJmol-1=236 kJmol-1。 13據(jù)報道,科研人員應(yīng)用計算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類似C60的物質(zhì)N60。已知:①N60分子中每個氮原子均以N—N鍵結(jié)合三個N原子而形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu);②N—N鍵的鍵能為167 kJmol-1。請回答下列問題。 (1)N60分子組成的晶體為　　　　晶體,其熔、沸點比N2　　　　(填“高”或“低”),原因是　 　。 (2)1 mol N60分解成N2時　　　　(填“吸收”或“放出”)的熱量是　　　　kJ(已知鍵的鍵能為942 kJmol-1),表明穩(wěn)定性N60　　　　(填“>”“<”或“=”)N2。 (3)由(2)列舉N60的一種用途　。 答案：(1)分子　高　N60、N2均形成分子晶體,N60的相對分子質(zhì)量大,分子間作用力大,故熔、沸點高 (2)放出　13 230　<　(3)N60可作高能炸藥 解析：(1)N60、N2形成的晶體均為分子晶體,因Mr(N60)>Mr(N2),故N60晶體中分子間的范德華力比N2晶體中的大,N60晶體的熔、沸點比N2晶體的高。(2)因每個氮原子形成三個N—N鍵,每個N—N鍵被2個N原子共用,故1 mol N60中存在N—N鍵:1 mol603mol。發(fā)生的反應(yīng)為N6030N2　ΔH=90167 kJmol-1-30942 kJmol-1=-13 230 kJmol-1<0,為放熱反應(yīng),表明穩(wěn)定性N2>N60。(3)由于反應(yīng)放出大量的熱同時生成大量氣體,因此N60可用作高能炸藥。 能力提升 1下列各組晶體物質(zhì)中,化學(xué)鍵類型相同,晶體類型也相同的是(　　) ①SiO2和SO3?、诰w硼和HCl?、跜O2和SO2 ④晶體硅和金剛石?、菥w氖和晶體氮　⑥硫黃和碘 A.①②③ B.④⑤⑥ C.③④⑥ D.①③⑤ 答案：C 2下列性質(zhì)符合分子晶體的是(　　) A.熔點1 070 ℃,易溶于水,水溶液能導(dǎo)電 B.熔點97.81 ℃,質(zhì)軟、能導(dǎo)電、密度是0.97 gcm-3 C.熔點10.31 ℃,液體不導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電 D.熔點2 030 ℃,熔化時能導(dǎo)電,水溶液也能導(dǎo)電 答案：C 3下列關(guān)于CH4和CO2的說法正確的是(　　) A.固態(tài)CO2屬于分子晶體 B.CH4分子中含有極性共價鍵,是極性分子 C.因為碳?xì)滏I鍵能小于碳氧鍵,所以CH4熔點低于CO2 D.CH4和CO2分子中碳原子的雜化類型分別是sp3和sp2 答案：A 解析：固態(tài)CO2是分子晶體,A項正確;CH4分子是正四面體對稱結(jié)構(gòu),其為含有極性鍵的非極性分子,B選項錯誤;CH4和CO2都是分子晶體,分子晶體的相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,熔、沸點越高,與鍵能無關(guān),C選項錯誤;CH4為正四面體結(jié)構(gòu),碳原子的雜化類型是sp3雜化,CO2為直線形分子,碳原子的雜化類型是sp雜化,D選項錯誤。 4碳及其化合物廣泛存在于自然界中。回答下列問題: (1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5,該化合物的熔點為253 K,沸點為376 K,其固體屬于　　　　　晶體。 (2)碳有多種同素異形體,其中石墨烯與金剛石的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示: ①在石墨烯晶體中,每個C原子連接　　　　　　個六元環(huán),每個六元環(huán)占有　　　　個C原子。 ②在金剛石晶體中,C原子所連接的最小環(huán)也為六元環(huán),每個C原子連接　　　　個六元環(huán),六元環(huán)中最多有　　　　個C原子在同一平面。 答案：(1)分子　(2)①3　2?、?2　4 解析：(1)Fe(CO)5熔、沸點低,屬于分子晶體。 (2)①在石墨烯晶體中每個C原子連接3個六元環(huán);并且每個C原子被3個六元環(huán)共用,則每個六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6 ②在金剛石晶體中,每個C原子連接12個六元環(huán);每個六元環(huán)中最多有4個C原子共面。 ★5碳元素的單質(zhì)有多種形式,下圖依次是C60、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖: 回答下列問題: (1)金剛石、石墨、C60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式,它們互為　　　　　　　　。 (2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化方式分別為　　　　、　　　　。 (3)C60屬于　　　晶體,石墨屬于　　　晶體。 (4)石墨晶體中,層內(nèi)C—C鍵的鍵長為142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的　　　　共價鍵,而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在　　　　共價鍵,還有　　　　鍵。 (5)金剛石晶胞含有　　　　個碳原子。若碳原子半徑為r,金剛石晶胞的邊長為a,根據(jù)硬球接觸模型,則r=　　　　a,列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率　　　　　　　　(不要求計算結(jié)果)。 答案：(1)同素異形體　(2)sp3　sp2 (3)分子　混合　(4)σ　σ　π(或大π或p-p π) (5)8 解析：(1)由同一元素形成的不同單質(zhì)互稱為同素異形體。(2)金剛石為正四面體形結(jié)構(gòu),所以C原子采用sp3雜化。石墨烯(指單層石墨)為平面形結(jié)構(gòu),C原子采用sp2雜化。(3)C60屬于分子晶體。從結(jié)構(gòu)上說,石墨既具有原子晶體的特征,又具有分子晶體的特征,一般稱石墨為混合晶體。(4)金剛石中只存在C—C間的σ共價鍵,而石墨層內(nèi)的C—C間既存在σ共價鍵,又存在π共價鍵。(5)金剛石晶胞中含有碳原子數(shù)為82r為晶胞體對角線ra3,所以碳原子在晶胞中的空間占有率