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(xiàng)正確。 2下列關(guān)于原子晶體和分子晶體的說(shuō)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(diǎn)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(jià)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(diǎn)高,硬度大。有些分子晶體溶于水后能電離出自由移動(dòng)的離子而導(dǎo)電,如H2SO4、HCl。D選項(xiàng)中的干冰(CO2)是分子晶體,D錯(cuò)。 3我國(guó)的激光技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。據(jù)報(bào)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(shí)再用射頻電火花噴射氮?dú)?此時(shí),碳原子與氮原子結(jié)合成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱(chēng),這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)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(zhǎng)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(jiān)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(xiàng)錯(cuò)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(jià)鍵的鍵長(zhǎng)要比碳碳鍵的鍵長(zhǎng)短,所以該晶體比金剛石的熔、沸點(diǎn)更高,硬度更大,B選項(xiàng)正確;原子的電子數(shù)和單質(zhì)的活潑性一般不會(huì)影響到所形成的晶體的硬度等物理性質(zhì),C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 4下列各組物質(zhì)的晶體中,化學(xué)鍵類(lèi)型和晶體類(lèi)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(xiàng)中SO2和SiO2的化學(xué)鍵相同,都是極性共價(jià)鍵,但晶體類(lèi)型不同,SO2晶體屬于分子晶體,SiO2晶體屬于原子晶體;B項(xiàng),CO2和H2O中的化學(xué)鍵都是極性共價(jià)鍵,且都屬于分子晶體;C項(xiàng)中BN和HCl的化學(xué)鍵相同,都為極性共價(jià)鍵,但晶體類(lèi)型不同,BN晶體屬于原子晶體,HCl晶體屬于分子晶體;D項(xiàng),CCl4和KCl中的化學(xué)鍵不同,CCl4中為極性共價(jià)鍵,KCl中為離子鍵,且晶體類(lèi)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(shí),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(diǎn)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(xiàng)正確;由信息②③可知HgCl2屬于共價(jià)化合物,且為弱電解質(zhì),故B、C、D均錯(cuò)誤。 6在高壓下可以將CO2轉(zhuǎn)化為具有類(lèi)似SiO2結(jié)構(gòu)的原子晶體,下列關(guān)于CO2原子晶體的說(shuō)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(gè)碳原子周?chē)Y(jié)合4個(gè)氧原子,每個(gè)氧原子與兩個(gè)碳原子相結(jié)合 答案：D 解析：同素異形體的研究對(duì)象是單質(zhì);CO2的晶體類(lèi)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(lèi)似于SiO2晶體,屬原子晶體,每個(gè)碳原子結(jié)合4個(gè)氧原子,每個(gè)氧原子結(jié)合2個(gè)碳原子。 7(雙選)碳化硅(SiC)晶體有類(lèi)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(diǎn)從高到低的順序是:金剛石>碳化硅>晶體硅 B.熔點(diǎn)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(lèi)似金剛石的四面體結(jié)構(gòu)單元。因鍵長(zhǎng)由長(zhǎng)到短的順序是Si—Si>Si—C>C—C(可由原子半徑來(lái)推斷),則鍵能為C—C>Si—C>Si—Si,所以破壞這些鍵時(shí)所需能量依次降低,從而熔點(diǎn)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?jī)H次于Y,W可以形成自然界最硬的原子晶體。下列敘述錯(cuò)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(chēng)“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(diǎn):NH3>PH3 B.熔點(diǎn):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(xiàng)中注意NH3分子間存在氫鍵,故沸點(diǎn)NH3>PH3,正確;B項(xiàng)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(diǎn)隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而升高,正確;C項(xiàng)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(cuò)誤;D 項(xiàng)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(guó)乙,節(jié)選) (1)比較下列鍺鹵化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn),分析其變化規(guī)律及原因 　。 GeCl4 GeBr4 GeI4 熔點(diǎn)/℃ -49.5 26 146 沸點(diǎn)/℃ 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(diǎn)依次增高。原因是分子結(jié)構(gòu)相似,相對(duì)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(jià)鍵 解析：(1)鍺鹵化物均為分子晶體,對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,熔、沸點(diǎn)越高。 (2)金剛石中C為sp3雜化,C與C之間為非極性共價(jià)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(hào)元素中的五種,Q的低價(jià)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(jià)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(jiàn)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(jià)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(jià)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(jiàn)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(jià)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(kāi)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(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)比較下列兩組物質(zhì)的熔點(diǎn)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(gè)原子,請(qǐng)?jiān)诹⒎襟w的頂點(diǎn)用“”表示出與之緊鄰的硅原子。 (3)工業(yè)上高純硅可通過(guò)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(diǎn)比Si高;SiCl4為分子晶體,SiO2為原子晶體,前者的熔點(diǎn)低于后者。(2)根據(jù)硅原子與硅原子可形成四個(gè)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(gè)頂點(diǎn)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(bào)道,科研人員應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬出結(jié)構(gòu)類(lèi)似C60的物質(zhì)N60。已知:①N60分子中每個(gè)氮原子均以N—N鍵結(jié)合三個(gè)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(qǐng)回答下列問(wèn)題。 (1)N60分子組成的晶體為　　　　晶體,其熔、沸點(diǎn)比N2　　　　(填“高”或“低”),原因是　 　。 (2)1 mol N60分解成N2時(shí)　　　　(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(duì)分子質(zhì)量大,分子間作用力大,故熔、沸點(diǎn)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(diǎn)比N2晶體的高。(2)因每個(gè)氮原子形成三個(gè)N—N鍵,每個(gè)N—N鍵被2個(gè)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(shí)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(lèi)型相同,晶體類(lèi)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　⑤晶體氖和晶體氮?、蘖螯S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(diǎn)1 070 ℃,易溶于水,水溶液能導(dǎo)電 B.熔點(diǎn)97.81 ℃,質(zhì)軟、能導(dǎo)電、密度是0.97 gcm-3 C.熔點(diǎn)10.31 ℃,液體不導(dǎo)電,水溶液能導(dǎo)電 D.熔點(diǎn)2 030 ℃,熔化時(shí)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(shuō)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(jià)鍵,是極性分子 C.因?yàn)樘細(xì)滏I鍵能小于碳氧鍵,所以CH4熔點(diǎn)低于CO2 D.CH4和CO2分子中碳原子的雜化類(lèi)型分別是sp3和sp2 答案：A 解析：固態(tài)CO2是分子晶體,A項(xiàng)正確;CH4分子是正四面體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),其為含有極性鍵的非極性分子,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;CH4和CO2都是分子晶體,分子晶體的相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越大,熔、沸點(diǎn)越高,與鍵能無(wú)關(guān),C選項(xiàng)錯(cuò)誤;CH4為正四面體結(jié)構(gòu),碳原子的雜化類(lèi)型是sp3雜化,CO2為直線形分子,碳原子的雜化類(lèi)型是sp雜化,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 4碳及其化合物廣泛存在于自然界中?；卮鹣铝袉?wèn)題: (1)CO能與金屬Fe形成Fe(CO)5,該化合物的熔點(diǎn)為253 K,沸點(diǎn)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(gè)C原子連接　　　　　　個(gè)六元環(huán),每個(gè)六元環(huán)占有　　　　個(gè)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(gè)C原子連接　　　　個(gè)六元環(huán),六元環(huán)中最多有　　　　個(gè)C原子在同一平面。 答案：(1)分子　(2)①3　2　②12　4 解析：(1)Fe(CO)5熔、沸點(diǎn)低,屬于分子晶體。 (2)①在石墨烯晶體中每個(gè)C原子連接3個(gè)六元環(huán);并且每個(gè)C原子被3個(gè)六元環(huán)共用,則每個(gè)六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6 ②在金剛石晶體中,每個(gè)C原子連接12個(gè)六元環(huán);每個(gè)六元環(huán)中最多有4個(gè)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(wèn)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(zhǎng)為142 pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長(zhǎng)為154 pm。其原因是金剛石中只存在C—C間的　　　　共價(jià)鍵,而石墨層內(nèi)的C—C間不僅存在　　　　共價(jià)鍵,還有　　　　鍵。 (5)金剛石晶胞含有　　　　個(gè)碳原子。若碳原子半徑為r,金剛石晶胞的邊長(zhǎng)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(jì)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(chēng)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(shuō),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(chēng)石墨為混合晶體。(4)金剛石中只存在C—C間的σ共價(jià)鍵,而石墨層內(nèi)的C—C間既存在σ共價(jià)鍵,又存在π共價(jià)鍵。(5)金剛石晶胞中含有碳原子數(shù)為82r為晶胞體對(duì)角線ra3,所以碳原子在晶胞中的空間占有率