【配套K12】[学习]2018-2019学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 3.2 分子晶体与原

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精品K12教育教学资料 第二节 分子晶体与原子晶体

基础巩固

1下列物质在室温下均是分子晶体的是( )

A.H 2O 、CH 4、HF

B.红磷、硫、碘

C.CO 2、SO 2、NO 2

D.H 2SO 4、CH 3CH 2OH 、HCHO

H 2O 、H 2SO 4、CH 3CH 2OH 均为液体,而CH 4、HF 、CO 2、NO 2、SO 2

、HCHO 均为气体,故B 项正确。

2下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是 ( )

A.原子晶体硬度通常比分子晶体大

B.原子晶体的熔、沸点较高

C.分子晶体中有的水溶液能导电

D.金刚石、水晶和干冰都属于原子晶体

,而分子晶体中分子间以分子间作用力结合,故原子晶体比分子晶体的熔、沸点高,硬度大。有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电,如H 2SO 4、HCl 。D 选项中的干冰(CO 2)是分子晶体,D 错。

3我国的激光技术在世界上处于领先地位。据报道,

有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时,碳原子与氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是( )

A.

碳、氮原子构成平面结构的晶体

B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短

C.氮原子电子数比碳原子电子数多

D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼

,原子晶体是一种

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精品K12教育教学资料 空间网状结构而不是平面结构,A 选项错误;由于氮原子的半径比碳原子的半径要小,所以二者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短,所以该晶体比金刚石的熔、沸点更高,硬度更大,B 选项正确;原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等物理性质,C 、D 选项错误。

4下列各组物质的晶体中,化学键类型和晶体类型都相同的是( )

A.SO 2和SiO 2

B.CO 2和H 2O

C.BN 和HCl

http://l 4和KCl

项中SO 2和SiO 2的化学键相同,都是极性共价键,但晶体类型不同,SO 2晶体属于分子晶体,SiO 2晶体属于原子晶体;B 项,CO 2和H 2O 中的化学键都是极性共价键,且都属于分子晶体;C 项中BN 和HCl 的化学键相同,都为极性共价键,但晶体类型不同,BN 晶体属于原子晶体,HCl 晶体属于分子晶体;D 项,CCl 4和KCl 中的化学键不同,CCl 4中为极性共价键,KCl 中为离子键,且晶体类型也不同,CCl 4晶体属于分子晶体,KCl 晶体属于离子晶体。

5医院在进行外科手术时,常用HgCl 2稀溶液作为手术刀的消毒剂。已知HgCl 2有如下性质:①HgCl 2晶体熔点较低;②HgCl 2熔融状态下不导电;③HgCl 2在水溶液中可发生微弱电离。下列关于HgCl 2的叙述正确的是( )

A.HgCl 2晶体属于分子晶体

B.HgCl

2属于离子化合物

C.HgCl 2属于电解质,且属于强电解质

D.HgCl 2属于非电解质

HgCl 2晶体属于分子晶体,A 项正确;由信息②③可知HgCl 2属于共价化合物,且为弱电解质,故B 、C 、D 均错误。

6在高压下可以将CO 2转化为具有类似SiO 2结构的原子晶体,下列关于CO 2原子晶体的说法正确的是( )

A.CO 2的原子晶体和分子晶体互为同素异形体

B.在一定条件下,CO 2原子晶体转化为分子晶体是物理变化

C.CO 2的原子晶体和CO 2的分子晶体具有相同的物理性质

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精品K12教育教学资料 D.在CO 2的原子晶体中,每个碳原子周围结合4个氧原子,每个氧原子与两个碳原子相结合

;CO 2的晶体类型的转变已生成了新物质,故为化学变化;CO 2

的不同晶体具有不同的物理性质;CO 2晶体类似于SiO 2晶体,属原子晶体,每个碳原子结合4个氧原子,每个氧原子结合2个碳原子。

7(双选)碳化硅(SiC)晶体有类似金刚石的结构。其中碳原子和硅原子的位置是交替出现的。它与晶体硅和金刚石相比较,正确的是( )

A.熔点从高到低的顺序是:金刚石>碳化硅>晶体硅

B.熔点从高到低的顺序是:金刚石>晶体硅>碳化硅

C.

三种晶体中的基本单元都是正四面体结构

D.三种晶体都是原子晶体且均为电的绝缘体

,金刚石、碳化硅和晶体硅都是原子晶体,且都应有类似金刚石的四面体结构单元。因键长由长到短的顺序是Si —Si>Si —C>C —C(可由原子半径来推断),则键能为C —C>Si —C>Si —Si,所以破坏这些键时所需能量依次降低,从而熔点依次降低。上述三种原子晶体中晶体硅是半导体,具有一定的导电性。

8X 是核外电子数最少的元素,Y 是地壳中含量最丰富的元素,Z 在地壳中的含量仅次于Y,W 可以形成自然界最硬的原子晶体。下列叙述错误的是( )

A.WX 4是沼气的主要成分

B.固态X 2Y 是分子晶体

C.ZW 是原子晶体

D.ZY 2的水溶液俗称“水玻璃”

,X 为氢元素,Y 为氧元素,Z 为硅元素,W 为碳元素。则WX 4为CH 4;X 2Y 为H 2O,其晶体为分子晶体;ZW 为SiC,属于原子晶体;ZY 2为SiO 2,SiO 2难溶于水,也不能与水反应。

9下列晶体性质的比较中不正确的是( )

A.沸点:NH 3>PH 3

B.熔点:SiI 4>SiBr 4>SiCl 4

C.硬度:白磷>冰>二氧化硅

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精品K12教育教学资料 D.硬度:金刚石>碳化硅>晶体硅

项中注意NH 3分子间存在氢键,故沸点NH 3>PH 3,正确;B 项中三种物质的组成和结构相似,且均为分子晶体,熔点随相对分子质量的增大而升高,正确;C 项中白磷和冰都是分子晶体,硬度小,而二氧化硅是原子晶体,硬度大,错误

;D 项中的三种物质都是原子晶体,由于原子半径C<Si,所以键长C —C<C —Si<Si —Si,故键能C —C>C —Si>Si —Si,而键能越大,原子晶体的硬度越大,正确。

10(2016全国乙,节选)(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点,分析其变化规律及原因

。

(2)Ge 单晶具有金刚石型结构,其中Ge 原子的杂化方式为 ,微粒之间存在的作用力是

。

4、GeBr 4、GeI 4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,分子间相互作用力逐渐增强 (2)sp 3 共价键

锗卤化物均为分子晶体,对于组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。

(2)金刚石中C 为sp 3杂化,C 与C 之间为非极性共价键,Ge 单晶与金刚石结构相似,杂化方式与存在的作用力也与金刚石一样。

11Q 、R 、X 、Y 、Z 为前20号元素中的五种,Q 的低价氧化物与X 单质分子的电子总数相等,R 与Q 同族,Y 和Z 的离子与Ar 原子的电子层结构相同且Y 的原子序数小于Z 。

(1)Q 的最高价氧化物,其固态属于 晶体,俗名叫 。

(2)R 的氢化物分子的立体构型是 ,属于 (填“极性”或“非极性”)

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精品K12教育教学资料 分子。

(3)X 的常见氢化物的立体构型是 ;它的另一种氢化物X 2H 4是一种火箭燃料的成分,其电子式是 。

(4)Q 分别与Y 、Z 形成的共价化合物的化学式是 和 ;Q 与Y 形成的分子的电子式是 , 属于 (填“极性”或“非极性”)分子。

分子 干冰 (2)正四面体形 非极性

(3)三角锥形

(4) CS 2 CCl 4

为C,其最高价氧化物为CO 2,为分子晶体,俗名为干冰。

(2)R 为

Si,其氢化物为SiH 4,其分子的立体构型是正四面体形,为非极性分子。

(3)N 的常见氢化物为NH 3,立体构型为三角锥形,N 2H 4的结构式为,其电子式

(4)C 分别和S

、Cl 形成的共价化合物为CS 2、CCl 4,CS 2和CO 2结构相似,都是直线形非极性分子,其结构式为,其电子式

12通常人们把拆开1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH ),化学反应的ΔH 等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

请回答下列问题:

(1)比较下列两组物质的熔点高低(填“>”或“<”):SiC Si;SiCl 4 SiO 2。

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(2)右图中立方体中心的“”表示硅晶体中的一个原子,请在立方体的顶点用“”表示出与之紧邻的硅原子。

(3)工业上高纯硅可通过下列反应制取:

SiCl 4(g)+2H 2(g)Si(s)+4HCl(g)

该反应的反应热ΔH = kJ·mol -1。

< (2)如图

(3)+236

和Si 皆为原子晶体,由于Si —C 键键能大于Si —Si 键键能,故SiC 的熔点比Si 高;SiCl 4为分子晶体,SiO 2为原子晶体,前者的熔点低于后者。(2)根据硅原子与硅原子可形成四个相等的硅硅键可知除立方体中心的硅原子外,与它相邻的硅原子应处于可形成正四面体的四个顶点上。(3)根据题意,所给反应的旧化学键键能之和为4×360 kJ·mol -1+2×436 kJ·mol

-l =2 312 kJ·mol -1,新化学键键能之和为4×431 kJ·mol -1+2×176 kJ·mol -1(每摩尔硅原子形成的晶体中含有 2 mol Si —Si 键)=2 076 kJ·mol -1,所以反应热为 2 312 kJ·mol -1-2 076 kJ·m ol -1=236 kJ·mol -1。

13据报道,科研人员应用计算机模拟出结构类似C 60的物质N 60。已知:①N 60分子中每个氮原子均以N —N 键结合三个N 原子而形成8电子稳定结构;②N —N 键的键能为167 kJ·mol -1。请回答下列问题。

(1)N 60分子组成的晶体为 晶体,其熔、沸点比N 2 (填“高”或“低”),原因是

。

(2)1 mol N 60分解成N 2时 (填“吸收”或“放出”)的热量是 kJ(已知键的键能为942 kJ·mol -1),表明稳定性N 60 (填“>”“<”或“=”)N 2。

(3)由(2)列举N 60的一种用途 。

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分子 高 N 60、N 2均形成分子晶体,N 60的相对分子质量大,分子间作用力大,故熔、沸点高

(2)放出 13 230 < (3)N 60可作高能炸药

60、N 2形成的晶体均为分子晶体,因M r (N 60)>M r (N 2),故N 60晶体中分子间的范德华力比N

2晶体中的大,N 60

晶体的熔、沸点比N 2晶体的高。(2)因每个氮原子形成三个N —N 键,每个N —N 键被2个N 原子共用,故 1 mol N 60中存在N —N 键:1 m

ol×60×3mol 。发生的反应为N 6030N 2 ΔH =90×167 kJ·mol -1-30×942 kJ·mol -1=-13 230 kJ·mol -1<0,为放热反应,表明稳定性N 2>N 60。(3)由于反应放出大量的热同时生成大量气体,因此N 60可用作高能炸药。

能力提升

1下列各组晶体物质中,化学键类型相同,晶体类型也相同的是( )

①SiO 2和SO 3 ②晶体硼和HCl ③CO

2和SO 2

④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘

A.①②③

B.④⑤⑥

C.③④⑥

D.①③⑤ 2下列性质符合分子晶体的是( )

A.熔点1 070 ℃,易溶于水,水溶液能导电

B.熔点97.81 ℃

,质软、能导电、密度是0.97 g·cm -3

C.熔点10.31 ℃,液体不导电,水溶液能导电

D.熔点2 030 ℃,熔化时能导电,水溶液也能导电

3下列关于CH 4和CO 2的说法正确的是( )

A.固态CO 2属于分子晶体

B.CH 4分子中含有极性共价键,是极性分子

C.因为碳氢键键能小于碳氧键,所以CH 4熔点低于CO 2

D.CH 4和CO 2分子中碳原子的杂化类型分别是sp 3和sp 2

CO 2是分子晶体,A 项正确;CH 4分子是正四面体对称结构,其为含有极性键的非极性分子,B 选项错误;CH 4和CO 2都是分子晶体,分子晶体的相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸

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精品K12教育教学资料 点越高,与键能无关,C 选项错误;CH 4为正四面体结构,碳原子的杂化类型是sp 3

杂化,CO 2为直线形分子,碳原子的杂化类型是sp 杂化,D 选项错误。

4碳及其化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题:

(1)CO 能与金属Fe 形成Fe(CO)5,该化合物的熔点为253 K,沸点为376 K,其固体属于 晶体。

(2)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示

:

①在石墨烯晶体中,每个C 原子连接 个六元环,每个六元环占有 个C 原子。

②在金刚石晶体中,C 原子所连接的最小环也为六元环,每个C 原子连接 个六元环,六元环中最多有 个C 原子在同一平面。

分子 (2)①3 2 ②12

4

5熔、沸点低,属于分子晶体。

(2)①在石墨烯晶体中每个C 原子连接3个六元环;并且每个C 原子被3个六元环共用,则每

个六元环占有的碳原子数为6

②在金刚石晶体中,

每个C 原子连接12个六元环;每个六元环中最多有4个C 原子共面。

★5碳元素的单质有多种形式,下图依次是C 60、石墨和金刚石的结构图:

回答下列问题:

(1)金刚石、石墨、C 60、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)C 60属于 晶体,石墨属于 晶体。

(4)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

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精品K12教育教学资料 键。

(5)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)。

同素异形体 (2)sp 3 sp 2

(3)分子 混合 (4)σ σ π(或大π或p-p π)

(5)8

由同一元素形成的不同单质互称为同素异形体。(2)金刚石为正四面体形结构,所以C 原子采用sp 3杂化。石墨烯(指单层石墨)为平面形结构,C 原子采用sp 2杂化。(3)C 60属于分子晶体。从结构上说,石墨既具有原子晶体的特征,又具有分子晶体的特征,一般称石墨为混合晶体。(4)金刚石中只存在C —C 间的σ共价键,而石墨层内的C —C 间既存在

σ共价键,又存在π共价键。

(5)金刚

石晶

胞中含有碳原子数为82r 为晶胞体对角线

r a 3,所以碳原子

在晶胞中的空间占有率