高中化學(xué)選擇性必修2課時(shí)素養(yǎng)評價(jià)3-2-2共價(jià)晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性

課時(shí)素養(yǎng)評價(jià)十三共價(jià)晶體分子晶體晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括7小題,每小題5分,共35分)1.(2020·泰安高二檢測)據(jù)報(bào)道:用激光可將置于鐵石中的石墨靶上的碳原子“炸松”,再用一個(gè)射頻電火花噴射出氮?dú)?可使碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合物的薄膜,該碳氮化合物的硬度比金剛石更堅(jiān)硬,則下列分析正確的是 ()A.該碳氮化合物呈片層狀結(jié)構(gòu)B.該碳氮化合物呈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)C.該碳氮化合物中C—N鍵長比金剛石的C—C鍵長長D.相鄰主族非金屬元素形成的化合物的硬度比單質(zhì)小【解析】選B。由題意知,碳氮化合物的硬度比金剛石還大,說明該碳氮化合物為共價(jià)晶體,因此是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),與金剛石相比,C原子半徑大于N原子半徑,所以C—N鍵長小于C—C鍵長。2.下列物質(zhì)呈固態(tài)時(shí),一定屬于分子晶體的是 ()A.非金屬單質(zhì) B.非金屬氧化物C.含氧酸 D.金屬氧化物【解析】選C。要注意考慮一般規(guī)律與特例,非金屬單質(zhì)中金剛石、晶體硅、硼均為共價(jià)晶體,非金屬氧化物中的二氧化硅為共價(jià)晶體,活潑金屬氧化物為離子晶體,只有含氧酸為分子晶體。3.(2020·常州高二檢測)SiCl4的分子結(jié)構(gòu)與CCl4相似,對其進(jìn)行下列推測,不正確的是 ()A.SiCl4晶體是分子晶體B.常溫、常壓下SiCl4是氣體C.SiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子D.SiCl4的熔點(diǎn)高于CCl4【解析】選B。由于SiCl4具有分子結(jié)構(gòu),所以屬于分子晶體。影響分子晶體熔、沸點(diǎn)的因素是分子間作用力的大小,在SiCl4分子間、CCl4分子間只有范德華力,SiCl4的相對分子質(zhì)量大于CCl4的相對分子質(zhì)量,所以SiCl4的分子間作用力大,熔、沸點(diǎn)比CCl4高。在常溫、常壓下SiCl4是液體。CCl4的分子是正四面體結(jié)構(gòu),SiCl4與CCl4的結(jié)構(gòu)相似,也是正四面體結(jié)構(gòu),是含極性鍵的非極性分子。4.觀察下列模型并結(jié)合有關(guān)信息判斷,有關(guān)說法正確的是 ()硼晶體的結(jié)構(gòu)單元SF6分子S8分子NaCl結(jié)構(gòu)模型示意圖備注熔點(diǎn)1873K/易溶于CS2/A.單質(zhì)硼屬于分子晶體,其結(jié)構(gòu)單元B12中含有30個(gè)B—B鍵,含20個(gè)正三角形B.SF6是由極性鍵構(gòu)成的分子C.固態(tài)硫S8屬于共價(jià)晶體D.NaCl晶體中每個(gè)Na+周圍距離最近的Na+有6個(gè)【解析】選B。A.單質(zhì)硼屬于共價(jià)晶體,根據(jù)結(jié)構(gòu)單元,每個(gè)硼原子具有5×QUOTE個(gè)共價(jià)鍵,即12個(gè)硼原子共有12×5×QUOTE=30個(gè)共價(jià)鍵,含有三角形的數(shù)目是QUOTE=20,故錯(cuò)誤;B.共價(jià)鍵是S—F,不同元素形成共價(jià)鍵,因此屬于極性共價(jià)鍵,SF6屬于分子晶體,故正確;C.固態(tài)S8易溶于CS2,該晶體中存在的微粒是分子,因此S8屬于分子晶體,故錯(cuò)誤;D.根據(jù)NaCl晶胞,每個(gè)Na+周圍距離最近的Na+有12個(gè),故錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2020·衡水高二檢測)近年來,科學(xué)家合成了一系列具有獨(dú)特化學(xué)特性的氫鋁化合物(AlH3)n。已知,最簡單的氫鋁化合物的分子式為Al2H6,它的熔點(diǎn)為150℃,燃燒熱極高。Al2H6球棍模型如圖。下列有關(guān)說法肯定錯(cuò)誤的是 ()A.Al2H6在固態(tài)時(shí)所形成的晶體是分子晶體B.氫鋁化合物可能成為未來的儲氫材料和火箭燃料C.Al2H6在空氣中完全燃燒,產(chǎn)物為氧化鋁和水D.Al2H6中含有離子鍵和極性共價(jià)鍵【解析】選D。根據(jù)Al2H6分子的球棍模型可判斷,該化合物形成的晶體屬于分子晶體,含有的化學(xué)鍵是極性鍵,A正確,D不正確。由于燃燒熱極高,所以B正確。根據(jù)Al2H6的組成元素可判斷,其燃燒產(chǎn)物是氧化鋁和水,C正確。5.磷化硼是一種超硬耐磨涂層材料。如圖為其晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,其中的每個(gè)原子均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。下列有關(guān)說法正確的是 ()A.磷化硼晶體的化學(xué)式為BP,屬于離子晶體B.磷化硼晶體的熔點(diǎn)高,且熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電C.磷化硼晶體中每個(gè)原子均形成4個(gè)共價(jià)鍵D.磷化硼晶體結(jié)構(gòu)微粒的空間堆積方式與氯化鈉相同【解析】選C。根據(jù)題意,磷化硼為超硬耐磨涂層材料,說明其晶體類型為共價(jià)晶體,熔融狀態(tài)不導(dǎo)電,A項(xiàng)和B項(xiàng)錯(cuò)誤;磷化硼原子間均為共價(jià)鍵,由圖可以發(fā)現(xiàn),每個(gè)原子均形成4個(gè)共價(jià)鍵,C正確;由磷化硼的晶體結(jié)構(gòu)可以看出,它的配位數(shù)為4,而NaCl晶體的配位數(shù)為6,二者結(jié)構(gòu)微粒的堆積方式明顯不同,故D錯(cuò)誤。6.(2020·石家莊高二檢測)中學(xué)教材上介紹的干冰晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體,且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子,在每個(gè)CO2周圍距離QUOTEa(其中a為立方體棱長)的CO2有 ()A.4個(gè)B.8個(gè)C.12個(gè)D.6個(gè)【解析】選C。如圖在每個(gè)頂點(diǎn)上的CO2周圍距離QUOTEa的CO2即為每個(gè)面心上的CO2分子,共有8×(3×QUOTE)=12個(gè)。7.根據(jù)如表數(shù)據(jù),則與HClO3比,HClO具有的是 ()Cl—O鍵鍵長(pm)Cl—O鍵鍵能(kJ·mol1)HClO170209HClO3157244A.更高的沸點(diǎn)B.更強(qiáng)的酸性C.Cl—O斷裂放出的能量更少D.更易放出原子氧【解析】選D。A.HClO與HClO3都是分子晶體,熔、沸點(diǎn)高低取決于分子間作用力強(qiáng)弱,與化學(xué)鍵強(qiáng)弱無關(guān),故A錯(cuò)誤;B.含氧酸酸性強(qiáng)弱取決于O—H鍵穩(wěn)定性,與Cl—O鍵無關(guān),故B錯(cuò)誤;C.Cl—O斷裂需要吸收熱量,故C錯(cuò)誤;D.依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知與HClO3比,HClO中Cl—O鍵鍵長較長,鍵能較低,所以穩(wěn)定性較差,更容易發(fā)生斷裂,更易放出原子氧,故D正確。二、非選擇題(本題包括3小題,共35分)8.(11分)氮化硅是一種高溫陶瓷材料,它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。(1)氮化硅晶體屬于________晶體。

(2)下列物質(zhì)熔化時(shí),所克服的微粒間作用力與氮化硅熔化時(shí)所克服的微粒間作用力相同的是________(填編號)。

①單質(zhì)I2和金剛石 ②晶體硅和二氧化硅③冰和干冰 ④金剛石和碳化硅(3)已知氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,原子間都以單鍵相連,且氮原子與氮原子、硅原子與硅原子不直接相連,同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),請寫出氮化硅的化學(xué)式:__________________。

(4)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下,加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng),可得到較高純度的氮化硅,反應(yīng)的化學(xué)方程式為

________________________。

【解析】(1)這是一道信息題,從題給信息知氮化硅是一種高溫陶瓷材料,它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,應(yīng)是共價(jià)晶體。(2)氮化硅熔化時(shí)所克服的微粒間作用力為共價(jià)鍵,所給的4組物質(zhì)中,單質(zhì)I2、冰和干冰都是分子晶體,只需破壞分子間作用力。(3)氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,原子間都以單鍵相連,且氮原子和氮原子、硅原子和硅原子不直接相連,同時(shí)每個(gè)原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),因此氮化硅的化學(xué)式為Si3N4。答案:(1)共價(jià)(2)②④(3)Si3N4(4)3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl9.(12分)現(xiàn)有兩組物質(zhì)的熔點(diǎn)數(shù)據(jù)如表所示:A組B組金剛石:大于3500℃HF:83℃晶體硅:1412℃HCl:115℃晶體硼:2300℃HBr:89℃二氧化硅:1723℃HI:51℃根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答下列問題:(1)A組屬于________晶體,其熔化時(shí)克服的粒子間的作用力是________。

(2)B組中HF熔點(diǎn)反常是由于__。

(3)B組晶體不可能具有的性質(zhì)是________。

①硬度小 ②水溶液能導(dǎo)電③固體能導(dǎo)電 ④液體狀態(tài)能導(dǎo)電【解析】A組熔點(diǎn)很高,應(yīng)是共價(jià)晶體,共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞的是共價(jià)鍵。B組是分子晶體,且結(jié)構(gòu)相似,一般是相對分子質(zhì)量越大,熔點(diǎn)越高;HF的相對分子質(zhì)量最小但熔點(diǎn)比HCl高,出現(xiàn)反常的原因是HF分子間存在氫鍵,HF晶體熔化時(shí)除了破壞范德華力,還要破壞氫鍵,所需能量更高,因而熔點(diǎn)更高。分子晶體在固態(tài)時(shí)和熔化狀態(tài)時(shí)都不導(dǎo)電。答案:(1)共價(jià)共價(jià)鍵(2)HF分子間能形成氫鍵,熔化時(shí)需要消耗的能量更多(3)③④10.(12分)(2020·武威高二檢測)(1)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______________。

(2)晶胞有兩個(gè)基本要素:①原子坐標(biāo)參數(shù),表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。如圖為Ge單晶的晶胞,其中原子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0);B為(QUOTE,0,QUOTE),C為(QUOTE,QUOTE,0)。則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為___________________。

②晶胞參數(shù),描述晶胞的大小和形狀。已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a=565.76pm,其密度為________g·cm3(列出計(jì)算式即可)。

已知:Ge的相對原子質(zhì)量為73?！窘馕觥?1)類比金剛石,鍺單晶是共價(jià)晶體,每個(gè)鍺原子與其周圍的4個(gè)鍺原子形成4個(gè)單鍵,故鍺原子采用sp3雜化,鍺原子間以共價(jià)鍵(或非極性共價(jià)鍵)結(jié)合。(2)①對照晶胞圖示及A、B、C點(diǎn)坐標(biāo),選A點(diǎn)為參照點(diǎn),可知D在體對角線的QUOTE處,運(yùn)用比例關(guān)系可得D的坐標(biāo)參數(shù)為(QUOTE,QUOTE,QUOTE);②因?yàn)槠渚О愃平饎偸О?故其晶胞內(nèi)含8個(gè)Ge原子,ρ=QUOTE=QUOTE×107g·cm3。答案:(1)sp3共價(jià)鍵(或非極性共價(jià)鍵)(2)①(QUOTE,QUOTE,QUOTE)②QUOTE×107(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括1小題,共8分)11.(雙選)(2020·哈爾濱高二檢測)氮化硼(BN)晶體有多種相結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相,與石墨相似,具有層狀結(jié)構(gòu),可作高溫潤滑劑;立方相氮化硼是超硬材料,有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,下列關(guān)于這兩種晶體的說法正確的是 ()A.六方相氮化硼與石墨一樣可以導(dǎo)電B.立方相氮化硼只含有σ鍵,且為共價(jià)晶體,所以硬度大C.兩種晶體均為分子晶體D.六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個(gè)硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為平面三角形【解析】選B、D。A項(xiàng),六方相氮化硼晶體中沒有可以自由移動(dòng)的電子或離子,所以不導(dǎo)電,錯(cuò)誤;立方相氮化硼中只含有σ鍵,立方相氮化硼是共價(jià)晶體,B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng),由六方相氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)可知,每個(gè)硼原子與相鄰3個(gè)氮原子構(gòu)成平面三角形,正確。二、非選擇題(本題包括1小題,共22分)12.(2020·濟(jì)南高二檢測)在我國南海300～500m海底深處沉積物中存在著大量的“可燃冰”,其主要成分為甲烷水合物。請回答下列問題:(1)CH4的雜化方式為________。

(2)水在不同的溫度和壓強(qiáng)條件下可以形成多種不同結(jié)構(gòu)的晶體,冰晶體結(jié)構(gòu)有多種。其中冰Ⅶ的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。①水分子的空間構(gòu)型是________形,水分子能與H+形成配位鍵,其原因是在氧原子上有________,應(yīng)用價(jià)電子對互斥理論推測H3O+的形狀為________。

②上述冰晶體中每個(gè)水分子與周圍________個(gè)水分子以氫鍵結(jié)合,該晶體中1mol水形成________mol氫鍵。

③實(shí)驗(yàn)測得冰中氫鍵的作用能為18.5kJ·mol1,而冰的熔化熱為5.0kJ·mol1,這說明________。

④冰晶胞中水分子的空間排列方式與金剛石晶胞(其晶胞結(jié)構(gòu)如圖,其中空心球所示原子位于立方體的頂點(diǎn)或面心,實(shí)心球所示原子位于立方體內(nèi))類似。每個(gè)冰晶胞平均占有________個(gè)水分子,冰晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相似的原因是__

__。

(3)氨氣極易溶于水的原因之一是與氫鍵有關(guān)。請判斷:NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理結(jié)構(gòu)是________(填字母)。

【解析】(1)甲烷采用sp3雜化。(2)①水分子中O原子的價(jià)電子對數(shù)=QUOTE=4,孤電子對數(shù)為2,所以水分子為角形分子,H2O分子能與H+形成配位鍵,其原因是在O原子上有孤電子對,H+有空軌道。H3O+價(jià)電子對數(shù)QUOTE=4,含有1對孤電子對,故H3O+為三角錐形。②觀察圖示晶體結(jié)構(gòu)可知,該水分子與周圍4個(gè)水分子以氫鍵結(jié)合,每2個(gè)水分子間形成1個(gè)氫鍵,故1mol水可形成4mol×0.5=2mol氫鍵。③冰中氫鍵的作用能為18.5kJ·mol1,而冰熔化熱為5.0kJ·mol1,說明冰變?yōu)橐簯B(tài)水時(shí)只是破壞了一部分氫鍵,并且液態(tài)水中仍存在氫鍵。④每個(gè)冰晶胞平均含有水分子數(shù)為4+6×QUOTE+8×QUOTE=8。H2O分子中的O原子形成2個(gè)σ鍵,并含有2對孤電子對,金剛石中每個(gè)C原子含有4個(gè)σ鍵且沒有孤電子對,所以水中的O和金剛石中的C都是sp3雜化,且水分子間的氫鍵具有方向性和飽和性,每個(gè)水分子只可以與相鄰的4個(gè)水分子形成氫鍵,導(dǎo)致冰晶胞與金剛石晶胞微粒排列方式相似。(3)由電離方程式NH3·H2ONQUOTE+OH,可知b圖符合NH3·H2O的結(jié)構(gòu)。答案:(1)sp3(2)①角孤電子對三角錐形②42③冰變?yōu)橐簯B(tài)水時(shí)只是破壞了一部分氫鍵,液態(tài)水中仍存在氫鍵④8水中的O原子和金剛石中的C原子都為sp3雜化,每個(gè)水分子可與相鄰的4個(gè)水分子形成氫鍵,且氫鍵和共價(jià)鍵都具有方向性和飽和性(3)b【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2018·全國卷Ⅱ改編)硫及其化合物有許多用途,相關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)如下表所示:H2SS8FeS2SO2SO3H2SO4熔點(diǎn)/℃85.5115.2>600(分解)75.516.810.3沸點(diǎn)/℃60.3444.610.045.0337.0回答下列問題:(1)基態(tài)Fe原子價(jià)層電子的電子排布圖(軌道表達(dá)式)為_____________。

(2)根據(jù)價(jià)層電子對互斥理論,H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中,中心原子價(jià)層電子對數(shù)不同于其他分子的是____________________________。

(3)圖(a)為S8的結(jié)構(gòu),其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)要比二氧化硫的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高很多,主要原因?yàn)開_____________________。

(4)氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在,其分子的立體構(gòu)型為________形,其中共價(jià)鍵的類型有________種;固體三氧化硫中存在如圖(b)所示的三聚分子,該分子中S原子的雜化軌道類型為________。

(5)FeS2晶體的晶胞如圖(c)所示。晶胞邊長為anm、FeS2相對式量為M,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,其晶體密度的計(jì)算表達(dá)式為________g·cm3;晶胞中Fe2+位于QUOTE所形成的正八面體的體心,該正八面體的邊長為________nm。

【解析】(1)鐵元素為26號元素,基態(tài)鐵原子的價(jià)層電子排布式為3d64s2,因此其價(jià)層電子排布圖為。(2)