高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体学案

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第三章晶体结构与性质第二节分子晶体与共价晶体1.了解分子晶体结构与性质。2.了解共价晶体。3.掌握区分不同类型晶体的方法。一、分子晶体只含分子的晶体。1.性质（1）一般通性（2）变化规律2.类型①所有非金属氧化物②多数非金属单质③多数非金属氧化物④几乎所有的酸⑤绝大多数有机物二、共价晶体1.有的晶体的微观空间里没有分子，共价晶体就是其中一种。2.性质3.类型①非金属单质形成的共价晶体②非金属化合物形成的共价晶体③少数金属氧化物形成的共价晶体1.下列说法错误的是(　　)A.晶体硅和石英都是通过共价键形成的原子晶体B.HCl和NaOH溶于水时破坏的化学键类型相同C.H2O比H2S稳定是因为H－O键的键能大于H－S键的键能D.硫单质和干冰均属于分子晶体【解析】A．晶体硅中Si原子之间以Si-Si键结合形成立体网状结构，属于原子晶体；在石英中Si原子与O原子之间以Si-O键结合形成立体网状晶体，也属于原子晶体，因此二者都是通过共价键形成的原子晶体，A不符合题意；B．HCl是由分子构成的物质，溶于水时破坏的化学键是共价键，而NaOH是离子化合物，溶于水时破坏的化学键是离子键，因此溶于水时破坏的化学键类型不相同，B符合题意；C．H2O比H2S稳定是因为O原子半径比S原子半径小，形成的化学键H－O键的键能大于H－S键的键能，断裂消耗更多能量，C不符合题意；D．硫单质和干冰都是由分子通过分子间作用力构成的晶体，因此都属于分子晶体，D不符合题意；故答案为：B。【分析】B、HCl溶于水破坏的是共价键，而NaOH破坏的是离子键；共价键组成元素：非金属与非金属，但氯化铝除外；离子键组成元素：金属和非金属，但铵根离子除外。2.下列叙述错误的是(　　)A.在干冰晶体中，每一个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子紧密相邻B.金刚石网状结构中，由共价键构成的碳原子环中，最小的环上有4个碳原子C.熔点由高到低的顺序是：金刚石＞碳化硅＞晶体硅D.在12g金刚石晶体中，含共价键为2NA【解析】A．采用X、Y、Z切割面的方法确定每个二氧化碳分子周围有多少个二氧化碳分子紧密相邻，每个切割面上有4个二氧化碳分子，所以与每个二氧化碳分子紧密相邻的二氧化碳分子个数=4×3=12，故A不符合题意；B．金刚石晶体中，最小的碳环上有6个碳原子，每个碳原子形成4个共价键，从而构成了空间网状结构，故B符合题意；C．共价键的键长越短，作用力越强，破坏之需要较高的能量；金刚石、碳化硅、晶体硅都是原子晶体，原子间键长大小顺序是硅硅键＞碳硅键＞碳碳键，所以这三种晶体熔点由高到低的顺序是：金刚石＞碳化硅＞晶体硅，故C不符合题意；D．每个碳原子占有2个共价键，12g金刚石含有的原子个数=×NA=NA，所以12g金刚石晶体中，含共价键为2NA，故D不符合题意；故答案为：B。【分析】易错选项是D，金刚石中，每个碳原子能形成4个共价键，但每个共价键被2个碳原子共有，所以相当于每个碳原子单独占有2个共价键。3.科学家在20℃时，将水置于足够强的电场中，水分子瞬间凝固成“暖冰”。对“暖冰”与其它物质比较正确的是(　　)A.与Na2O晶体类型相同B.与化学键类型相同C.与CO2分子构型相同D.与CH4分子极性相同【解析】A．“暖冰”中H2O分子为分子晶体，Na2O是离子晶体，两者晶体类型不同，A选项不符合题意；B．“暖冰”中H2O分子中H原子和O原子之间形成极性共价键，SiO2中Si原子和O原子形成极性共价键，两者化学键类型相同，B选项符合题意；C．“暖冰”中H2O分子中O原子的价电子对数为，有两对孤电子对，其分子构型为V形，CO2中C原子的价电子对数为，没有孤电子对，分子构型为直线形，两者分子构型不同，C选项不符合题意；D．“暖冰”中H2O分子中O原子的价电子对数为，有两对孤电子对，而CH4分子中C原子的价电子对数为，不存在孤电子对，两者分子极性不同，D选项不符合题意；故答案为：B。【分析】根据题干信息，将水置于足够强的电场中，水分子瞬间凝固成“暖冰”，该过程时物理变化，分子没有发生改变，“暖冰”还是水分子，据此分析解答。4.硅是制作光伏电池的关键材料。在Si晶体中掺杂不同种类的元素，可形成多电子的n型或缺电子的p型半导体。n型和p型半导体相互叠加形成p-n结，此时自由电子发生扩散运动，在交界面处形成电场。下列说法正确的是(　　)A.1molSi晶体中含有的Si-Si键数目为4NAB.若在Si晶体中掺入P元素，可得n型半导体C.p-n结中，n型一侧带负电，p型一侧带正电D.光伏电池的能量转化形式为：光能→化学能→电能【解析】A．在硅晶体中，每个硅原子与4个硅原子形成4个Si-Si键，每个Si-Si键为2个硅原子共用，平均1molSi晶体中含有的Si-Si键数目为2NA，A不符合题意；B．若在Si晶体中掺入P元素，P最外层是5个电子，可形成多电子的n型半导体，B符合题意；C．p-n结中，p型半导体的空穴浓度高，自由电子的浓度低，P型一侧带负电；而n型半导体的自由电子浓度高，空穴浓度低，N型一侧带正电，C不符合题意；D．光伏电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，能量转化形式为：光能→电能，D不符合题意。故答案为：B【分析】A．硅原子最外层四个电子，每个硅原子可以和四个硅原子形成共用电子对；B．AS和P元素均为第五主族元素；C．p-n结中，p型半导体的空穴浓度高，可以吸引更多电子，P型一侧带负电；而n型则相反；D．光伏电池是太阳能直接转化为电能。5.X、Y、Z、W是四种原子序数依次增大的短周期元素，W的最外层电子数比X的最外层电子数少1个，X、Y、Z为同一周期元素，X、Y、Z组成一种化合物（ZXY）2的结构式如图所示。下列说法错误的是(　　)A.化合物WY是良好的耐热冲击材料B.Y的氧化物对应的水化物可能是弱酸C.X的氢化物的沸点一定小于Z的D.化合物（ZXY）2中所有原子均满足8电子稳定结构【解析】A．化合物AlN为原子晶体，AlN最高可稳定到2200℃，室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料，故A不符合题意；B．N的氧化物对应的水化物中HNO2为弱酸，故B不符合题意；C．C的氢化物的沸点随分子量的增加而增大，沸点不一定比H2O的沸点低，故C符合题意；D．由(OCN)2的结构式可知所有原子均满足8电子稳定结构，故D不符合题意；故答案为：C。【分析】因W的最外层电子数比X的最外层电子数少1个，且原子序数W>X，因此X、Y、Z为第二周期元素，W为第三周期元素，结合(ZXY)2的结构式可知，X为C，Y为N，Z为O，X最外层电子数为4，故W为Al，以此解答。1.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2.下列说法正确的是(　　)A.只含有共价键的物质都属于共价化合物B.NaOH和MgCl2中都含有极性共价键，但都属于离子化合物C.氮化镁中每个原子的最外电子层都形成了具有8个电子的稳定结构D.干冰和碘单质易升华，是因为分子内相邻原子间的相互作用较弱3.如图所示是Na、Cu、Si、H、C、N等元素单质的熔点高低的顺序，其中c，d均是热和电的良导体。下列说法错误的是(　　)A.e、f单质晶体熔化时克服的是共价键B.d单质对应元素原子的电子排布式：1s22s22p63s23p2C.b元素形成的气态氢化物易与水分子之间形成氢键D.单质a、b、f对应的元素以原子个数比1：1：1形成的分子中含2个σ键，2个π键4.等电子体具有相似的空间结构，下列物质不属于等电子体的是(　　)A.SO3和NO3-B.B3H6N3和C6H6C.金刚石和晶体硅D.CO2和SiO25.含物质种类最多的晶体是(　　)A.离子晶体B.原子晶体C.分子晶体D.金属晶体6.下列说法错误的是(　　)A.乙烯分子中，碳原子的sp2杂化轨道形成σ键，未杂化的2p轨道形成π键B.苯酚具有弱酸性的原因是苯环使羟基中的O-H极性变强C.通常状况下，60gSiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数)D.氯化钠晶胞(如图)中阳离子配位数为6，氯化铯晶胞中(如图)阳离子配位数为87.利用反应CCl4+4Na=C(金刚石)+4NaCl可实现人工合成金刚石。下列关于该反应的说法错误的是(　　)A.C(金刚石)属于共价晶体B.该反应利用了Na的强还原性C.晶体硅和金刚石中的Si、C的杂化方式相同D.NaCl晶体中每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Na+有12个8.砷化镓是一种重要的半导体材料，熔点1238。它在600以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓晶胞结构如图。下列说法正确的是(　　)A.砷化镓是一种分子晶体B.砷化镓中不存在配位键C.晶胞中Ga原子与As原子的数量比为4：1D.晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体9.下列说法中正确的是(　　)①在基态多电子原子中，p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量②同一周期从左到右，元素的第一电离能、电负性都是越来越大③PCl3和光气(COCl2)分子中所有原子的最外层都达到8电子稳定结构④所有的配合物都存在配位键，所有含配位键的化合物都是配合物⑤所有含极性键的分子都是极性分子⑥熔融状态下能导电的化合物一定是离子化合物⑦所有的原子晶体都不导电A.①②B.④⑥C.③⑥D.③⑦10.过氧乙酸是一种绿色生态杀菌剂，结构简式为下列说法错误的是(　　)A.分子中2个碳原子的杂化方式不相同B.其熔点主要取决于所含化学键的键能C.过氧乙酸中含有极性共价键和非极性共价键D.过氧乙酸易溶于水17.2014年诺贝尔物理学奖得主的贡献是发明了一种高效而环保的光源﹣﹣蓝色发光二极管（LED）．某同学对此非常感兴趣，请你帮助某同学完成资料收集的工作．（1）LED研究起始于对碳化硅晶体的研究．1907年，英国科学家HenryJosephRound发现在施加电流时能够在碳化硅晶体中发现发光现象．（i）碳化硅晶体属于________晶体．（ii）碳化硅的晶胞结构与金刚石的相似，在碳化硅晶体中，碳原子所连接最小的环由________个碳原子和________个硅原子组成，每个碳原子连接________个这样的环．（iii）碳化硅中，碳原子采取________杂化方式，与周围的硅原子形成的键角为________．（iv）请结合原子结构的知识解释发光的原因：________．（2）准现代LED．1962年，GE公司使用磷砷化镓（GaAsxP1﹣x）材料制成了红色发光二极管．这是第一颗可见光LED，被视为现代LED之祖．随后又出现了绿色LED磷化镓（GaP）和黄色LED碳化硅，使光谱拓展到橙光、黄光和绿光．（i）镓在元素周期表的位置是________，其基态原子的价电子排布式为________．（ii）人们发现在磷砷化镓或磷化镓中掺杂氮（利用氮代替磷或砷的位置），可以提高其发光效率．其原因不可能为________（多选）．A、氮的半径比磷和砷的半径小，用氮代替部分磷或砷的位置不会影响晶体的构型．B、N的第一电离能大于磷和砷，容易失去电子，发生电子跃迁．C、N的电负性大，掺杂后得到的位置中存在氢键．D、N是与砷、磷具有相同价电子结构的杂质，但对电子束缚能力较磷和砷强，造成等电子陷阱．（3）1993年，中村修二等人开发出首个明亮蓝光的氮化镓LED．凭借此成就，他获得了2014年诺贝尔物理学奖．为测试氮化镓绿色LED光强与电流的关系，得到如图，从图中你能得到规律________（写一条即可）18.某加碘盐的包装袋上有如下说明，回答下列问题：产品标准GB5461产品等级一级配料食盐、碘酸钾、抗结剂碘含量(以I计)18～33mg/kg（1）加碘盐中的“碘”是指碘酸钾，其化学式为________，碘元素在周期表中的位置为________。（2）①比较离子半径：Na+________Cl-(填“大于”或“小于”)，其原因是________。②NaCl晶胞如图，若NaCl晶体的密度为dg·cm-3，则晶体中Na+与Na+之间的最短距离是________cm。(已知阿伏加德罗常数的值为NA)（3）食盐中的抗结剂常见的是亚铁氰化钾，其化学式为K4[Fe(CN)6]。CN-的电子式是________，1molCN-中含有π键的数目为________。在该配合物中所含化学键的类型有________(填字母)。A．离子键B．极性键C．非极性键D．金属键E．配位键F．氢键（4）二茂铁(结构简式为)是重要的有机金属化合物，常温下为橙黄色粉末，熔点172～174℃，沸点249℃，100℃以上能升华，不溶于水，易溶于苯、乙醚等有机溶剂。根据以上性质，判断二茂铁的晶体类型为________。
答案解析部分1.【答案】D【解析】A.原子晶体中是以共价键结合，而分子晶体分子之间是范德华力结合，硬度大，故A不符合题意B.原子晶体中是以共价键结合，键能大，熔沸点大，故B不符合题意C.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H2SO4、HCl，故C不符合题意D.金刚石、水晶均是原子晶体，干冰是分子晶体，故D符合题意故答案为：D【分析】原子晶体和分子晶体的分子间作用力不同，原子晶体是共价键，而分子晶体是分子间作用力，原子晶体的熔沸点、硬度大。常见的分子晶体如硫酸、氯化氢分子溶于水可以电离出自由移动的电子，可以到导电，常见的金刚石和水晶均以共价键结合为是原子晶体，而干冰是以分子间作用力结合的分子晶体。2.【答案】C【解析】A.H2中只含有共价键，但H2不属于共价化合物，A不符合题意；B.NaOH和MgCl2中都含有离子键，都属于离子化合物，但MgCl2中不含有共价键，B不符合题意；C.氮化镁中Mg的最外层有2个电子，N的最外层有5个电子，其中3个未成对电子，因此氮化镁（Mg3N2）中每个原子最外层都形成了8电子的稳定结构，C符合题意；D.干冰和碘都属于分子晶体，其易升华的性质是由分子间作用力较弱决定的，D不符合题意；故答案为：C【分析】A.只含有共价键的单质不属于共价化合物；B.MgCl2中不含有极性共价键；C.根据Mg、N的最外层电子数分析；D.干冰和碘易升华，是由于其分子间作用力较小。3.【答案】B【解析】A.e为Si，f为C，对应的单质为原子晶体，存在共价键，熔化时破坏共价键，故A不符合题意；B.d为Cu，铜单质对应元素原子的电子排布式：1s22s22p63s23p23d104s1，故B符合题意；C.b为N，N元素形成的气态氢化物氨气，易与水分子之间形成氢键，故C不符合题意；D.单质a、b、f对应的元素以原子个数比1:1:1形成的分子为HCN，结构式为H−C≡N，分子中含2个σ键，2个π键，故D不符合题意；故答案为B。【分析】Na、Cu、Si、H、C、N等元素单质中，Na、Cu为金属晶体，均是热和电的良导体，C、Si的单质为原子晶体，且C单质的熔沸点大于Si原子晶体的熔点，H、N对应的单质为分子晶体，其中氢气的熔点最低，由图熔点的高低顺序可知a为H，b为N，c为Na，d为Cu，e为Si，f为C。4.【答案】D【解析】A．SO3和NO3-均是平面正三角形结构，互为等电子体，A不选；B．B3H6N3和C6H6均是平面正六边形结构，互为等电子体，B不选；C．金刚石和晶体硅均是共价晶体，都是正四面体形结构，互为等电子体，C不选；D．CO2形成的是分子晶体，属于直线形结构，SiO2是共价晶体，是空间网状结构，二者结构不相似，不能互为等电子体，D选；故答案为：D【分析】等电子体是具有相同的原子和具有相同的价层电子对，等电子体具有相似的结构，找出即可5.【答案】C【解析】分子晶体是指分子间通过分子间作用力（包括范德华力和氢键）构成的晶体，种类最多的物质为有机物，而大部分有机物属于分子晶体，所以含物质种类最多的晶体是分子晶体，故答案为C。【分析】种类最多的是含碳物质，一般含碳物质形成的有机物居多为分子晶体6.【答案】C【解析】A．乙烯分子中，碳原子的sp2杂化轨道和另一个碳原子的sp2杂化轨道以及氢原子的1s轨道重叠形成σ键，未杂化的2p轨道肩并肩重叠形成π键，故A不符合题意；B．苯酚具有弱酸性的原因是苯环使羟基中的O-H极性变强，羟基上的H容易电离，故B不符合题意；C．SiO2是共价晶体，晶体中没有分子，故C符合题意；D．氯化钠晶胞中阳离子周围有6个阴离子，其配位数为6，氯化铯晶胞中阳离子周围有8个阴离子，其配位数为8，故D不符合题意；故答案为：C。【分析】A.碳碳双键中含有σ键和π键B.弱酸性是由于酚羟基中的氢原子发生了电离，即羟基的活性变强C.二氧化硅是原子晶体，不存在分子D.根据晶胞图即可得出氯化钠晶胞(如图)中阳离子配位数为6，氯化铯晶胞中(如图)阳离子配位数为87.【答案】D【解析】A．金刚石是由C原子通过共价键聚集而成的共价晶体，A不符合题意；B．该反应中Na元素的化合物升高，作氧化剂，利用Na的强还原性将CCl4中的C还原为金刚石，B不符合题意；C．晶体硅中的Si原子、金刚石中的C原子均形成4个σ键，价层电子对数为4，为sp3杂化，C不符合题意；D．NaCl的晶胞结构如图所示，以体心Cl-为例，晶体中每个Cl-周围与它最接近且距离相等的Na+有6个，D符合题意；故答案为D。【分析】此反应中发生的是氧化还原反应，利用了金属钠的还原性和四氯化碳的氧化性，金刚石是原子晶体即是共价将体，晶体硅和金刚石均是空间网状结构，故杂化方式相同，氯化钠晶胞是面心立方堆积结构，距离氯离子最近的钠离子有6个，形成正八面体8.【答案】D【解析】A．根据砷化镓熔点数据和晶胞结构(空间网状)可知砷化镓为原子晶体，A不符合题意；B．Ga最外层有3个电子，每个Ga与4个As成键，所以砷化镓必有配位键，B不符合题意；C．晶胞中，Ga位于顶点和面心，则数目为，As位于晶胞内，数目为4，所以晶胞中Ga原子与As原子的数目之比为1:1，C不符合题意；D．由图可知，晶胞中Ga与周围等距且最近的As形成的空间构型为正四面体，D符合题意；故答案为：D。【分析】根据熔点和半导体材料，说明是原子晶体，是砷原子和稼原子之间形成的共价键，根据晶胞结构图，即可计算出化学式为GaAs,与Ga距离最近的As原子有4个，Ga原子处于4个As原子形成的四面体中心9.【答案】C【解析】①在基态多电子原子中，能层高的s轨道电子能量比能层低的p轨道电子能量高，①不符合题意；②同一周期从左到右，元素的电负性越来越大，元素的第一电离能呈增大趋势，但第IIA、第VA元素的原子核外电子排布处于原子轨道的全满、半满的稳定状态，其第一电离能大于同一周期相邻元素，②不符合题意；③PCl3中P原子与3个Cl原子形成3对共用电子对，使分子中各原子都达到稳定结构；在光气(COCl2)分子中，C原子与O原子形成2对共用电子对，又与2个Cl原子形成2对共用电子对，从而使分子所有原子的最外层都达到8电子稳定结构，③符合题意；④配合物中一定存在配位键，但含有配位键的化合物不一定是配合物，如NH4Cl是离子化合物，在其中含有的阳离子中含有配位键，但不属于配位化合物，④不符合题意；⑤以极性键结合的双原子分子是极性分子，以极性键结合的多原子分子可能是极性分子，也可能是非极性分子，⑤不符合题意；⑥物质在熔融状态下能够断裂离子键，但不能断裂共价键。若某化合物在熔融状态下能导电，则该化合物一定是离子化合物，⑥符合题意；⑦晶体硅属于原子晶体，属于半导体材料，能够导电，因此不是所有的原子晶体都不导电，⑦不符合题意；综上所述可知：说法正确的是③⑥，故答案为：C。【分析】①能层高的s轨道电子能量比能层低的p轨道电子能量高；②第IIA、第VA元素的原子核外电子排布处于原子轨道的全满、半满的稳定状态，其第一电离能较大；③结合各原子的成键情况分析；④含有配位键的化合物不一定是配合物；⑤以极性键结合的多原子分子可能是极性分子，也可能是非极性分子；⑥若某化合物在熔融状态下能导电，则该化合物一定是离子化合物；⑦晶体硅属于原子晶体，属于半导体材料，能够导电。10.【答案】B【解析】A．过氧乙酸分子中含有单键碳原子和双键碳原子，碳原子的杂化方式不相同，分别为sp3杂化和sp2杂化，故A不符合题意；B．过氧乙酸为分子晶体，分子晶体的熔点取决于分子间作用力的强弱，与共价键的键能大小无关，故B符合题意；C．过氧乙酸分子中含有碳氢、碳氧、氢氧极性共价键和碳碳、氧氧非极性共价键，故C不符合题意；D．过氧乙酸分子是能与水分子形成氢键的极性分子，在水中的溶解度大，易溶于水，故D不符合题意；故答案为：B。【分析】A.甲基的碳原子是sp3杂化，羧酸中的碳原子是sp2杂化；B.分子晶体的沸点主要是由分子间作用力决定，键能主要是决定稳定性；C.过氧乙酸是分子晶体，含有相同原子形成的非极性键和不同原子形成的极性键；D.过氧乙酸中的氧原子含有孤对电子，易形成氢键。