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鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用当堂达标检测题
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修2微项目 青蒿素分子的结构测定——晶体在分子结构测定中的应用当堂达标检测题，共9页。
[基础过关练]
1．下列固体的化学式能真实表示物质分子组成的是( )
A．NaOH B．CO2 C．CsCl D．SiO2
B [NaOH和CsCl固体均为离子晶体，在晶体中只存在阴阳离子，其化学式表示的是构成晶体的离子个数比；SiO2固体为共价晶体，在晶体中只存在原子，其化学式表示的是构成晶体的原子个数比。]
2．下列晶体的结构不遵循“紧密堆积”原则的是( )
A．金属铜 B．氯化钠
C．金刚石 D．干冰
C [金属键、离子键、范德华力均没有方向性，而共价键有方向性。]
3．金刚石晶胞如图，属于一个金刚石晶胞的碳原子数为( )
A．18 B．16 C．10 D．8
D [从晶胞上看8个顶点各有1个C原子，属于该晶胞的部分相当于只有1个，6个面上相当于有3个，晶胞内部还有4个，故属于该晶胞的碳原子数为8个。]
4．(2021·四川雅安高二上期末)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
B [甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子，所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子，故A错误；晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为3×8×eq \f(1,2)＝12，故B正确；甲烷晶体为分子晶体，熔化时需要克服分子间作用力，故C错误；1个CH4晶胞中CH4分子个数＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，故D错误。]
5．(2021·山东济南模拟)利用反应CCl4＋4Naeq \(=====,\s\up18(973 K),\s\d15(催化剂))C(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是( )
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．CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同
D．NaCl晶体中每个Cl－周围与其距离最近的Na＋有8个
D [金刚石属于共价晶体，故A正确；反应中Na元素的化合价由0升高为＋1，Na在该反应中作还原剂，还原剂具有还原性，反应利用了钠的强还原性，故B正确；CCl4和C(金刚石)中的C原子的价电子对数都是4，根据价电子对互斥理论知CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3，故C正确；NaCl晶体中每个Cl－周围与其距离最近的Na＋有6个，故D错误。]
6．科学家发现的C60是一种新型分子，它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发现另一种分子“N60”，它与C60的结构相似，在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法正确的是( )
A．N60是由共价键结合而成的空心球状结构，是一种分子晶体
B．N60和14N都是氮的同位素
C．N60与NO2互为同素异形体
D．N60不可能成为很好的火箭燃料
A [A项，由于C60为分子晶体，而N60的结构与之相似，故N60也为分子晶体；B项，同位素是质子数相同中子数不同的同种元素，N60是一种分子而非元素；C项，同素异形体是指同种元素形成的不同单质；D项，N60在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来，故N60可能成为很好的火箭燃料。]
7．如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键( )
A．2 B．4 C．8 D．12
A [每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，因此每个水分子具有的氢键个数为4×eq \f(1,2)＝2。]
8．下列各组物质中，“化学键类型相同，晶体类型也相同”的是( )
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．③④⑥ B．①②③ C．④⑤⑥ D．①③⑤
A [①SO3是分子晶体，SiO2是共价晶体，故错误；②HCl是分子晶体，晶体硼是共价晶体，故错误；③CO2和SO2都是分子晶体，二者都只含共价键，故正确；④晶体硅和金刚石都是共价晶体，二者都只含共价键，故正确；⑤晶体氖和晶体氮都是分子晶体，晶体氖不含共价键，晶体氮含共价键，故错误；⑥硫黄和碘都是分子晶体，二者都只含共价键，故正确。]
9．碳化硅又称金刚砂(SiC)，它的分解温度很高，硬度极大，溶解性很差，性质很稳定。由此推断，下列物质中可能与它有相似结构的是( )
A．晶体硅 B．硅酸 C．冰 D．水玻璃
A [结构决定性质，碳化硅和晶体硅都具有空间网状结构，性质相似，结构相似，都是共价晶体，A项正确。]
10．某共价晶体的空间结构中的一部分如图所示。该共价晶体与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C的化学式为( )
A．AB B．A5B4 C．AB2 D．A2B5
C [每个A—A键中插入一个B原子，这样每个A原子连4个B原子，每个B原子连2个A原子，所以C物质中A原子与B原子个数比为1∶2，C项正确。]
11．已知氯化铝的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃和常压下即开始升华。
(1)氯化铝是________(填“离子”或“分子”)晶体。
(2)在500 ℃，1.01×105 Pa时，氯化铝的蒸气密度(换算成标准状况)为11.92 g·L－1，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的结构式为________。
(3)设计一个更可靠的实验，证明氯化铝是离子晶体还是分子晶体，你的实验是_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] 分子晶体的熔点较低，AlCl3的熔点也仅有190 ℃，而且它还能升华，这就充分说明AlCl3是分子晶体。AlCl3蒸气的相对分子质量＝11.92×22.4≈267，则1个氯化铝蒸气分子是由2个AlCl3构成的。
[答案] (1)分子 (2) (3)在加压条件下加热至熔融，测其导电性，若导电，则是离子晶体；若不导电，则为分子晶体
12．砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池等。回答下列问题：
(1)基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar]________。
(2)根据元素周期律，元素的电负性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一电离能B________Ga；BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因是____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)杀虫剂Na3AsO4中阴离子的空间构型为______，As原子采取________杂化。
(4)组成相似的GaF3和GaCl3晶体，前者属于离子晶体，后者属于分子晶体，从F－和Cl－结构的不同分析其原因是__________________________________。
(5)原子晶体GaAs的晶胞参数a＝x pm，它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为______；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为________(用x表示)pm；该晶胞的密度为________(阿伏加德罗常数的值用NA表示)g·cm－3。
[解析] (1)镓是31号元素，原子核外有31个电子，基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，简写成[Ar]3d104s24p1。
(2)同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，第4周期元素Ga、As分别位于第ⅢA、ⅤA族，故Ga元素的电负性小于As元素；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核吸引电子能力逐渐减弱，第一电离能逐渐减小，第ⅢA族元素B、Ga分别位于第2、4周期，故B元素的第一电离能大于Ga元素；B原子提供空轨道、N原子提供孤电子对，B、N原子之间形成配位键。
(3)AsOeq \\al(3－,4)中含有的孤电子对数是eq \f(1,2)×(5＋3－2×4)＝0，中心原子和4个O原子形成4个共价键，所以其空间构型是正四面体形，As原子价层电子对数为4，其杂化方式为sp3。
(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大，F原子吸引电子的能力较强，故GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。
(5)如图每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键，晶胞中共含4×4＝16个共价键；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为eq \f(a,4)＝0.25x pm；晶胞中As原子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Ga原子数也为4，该晶胞的密度为eq \f(4×145,NA×x×10－103)g·cm－3＝eq \f(5.8×1032,x3NA)g·cm－3。
[答案] (1)3d104s24p1
(2)小于 大于 NH3中的N原子具有孤电子对，BF3中的B原子核外具有空轨道
(3)正四面体 sp3
(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大
(5)16 0.25x eq \f(5.8×1032,x3NA)
[拓展培优练]
13．氮化碳部分结构如图所示，其中β氮化碳的硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A．β氮化碳属于共价晶体，其化学键比金刚石的更稳定
B．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
C．β氮化碳的化学式为C3N4，其中氮显－3价，碳显＋4价
D．该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
D [A项中，N原子半径小于C原子，键长：C—N键14．氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂，但不能导电。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。关于这两种晶体的说法正确的是( )
A．立方相氮化硼含配位键B→N
B．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软、熔点低
C．两种氮化硼中的硼原子都是sp2杂化
D．六方相氮化硼结构与石墨相似却不导电，原因是没有可以自由移动的电子
D [B原子最外层有3个电子，存在空轨道，N原子最外层有5个电子，存在孤电子对，所以立方相氮化硼含配位键B←N，A错误；六方相氮化硼具有层状结构，层间作用力小，所以质地软，但其熔点很高，B错误；立方相氮化硼中每个硼原子形成4个共价键，所以立方相氮化硼中硼原子都是sp3杂化，C错误；六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子，所以不导电，D正确。]
15．观察下列模型并结合有关信息，判断下列说法不正确的是( )
A.晶体硼属于原子晶体，结构单元中含有30个B—B键，含20个正三角形
B．NaCl晶体中每个Na＋周围距离最近且相等的Na＋有6个
C．S8分子中的共价键为非极性键
D．HCN分子中含有2个σ键，2个π键
B [晶体硼是由非金属原子通过共价键形成的，且其熔点高，应属于原子晶体，每个硼原子与其他硼原子间形成5个共价键，则该结构单元中含B—B键的个数为eq \f(5×12,2)＝30，每个正三角形平均占有硼原子的个数为3×eq \f(1,5)＝eq \f(3,5)，故结构单元中含正三角形个数为12÷eq \f(3,5)＝20，A项正确；NaCl晶体中每个Na＋周围距离最近且相等的Na＋有12个，B项不正确；S8分子中同种原子间形成非极性键，C项正确；HCN的结构式为CHN，故其分子中含有2个σ键、2个π键，D项正确。]
16．根据如表数据，则与HClO3比，HClO具有的是( )
A．更高的沸点
B．更强的酸性
C．Cl—O断裂放出的能量更少
D．更易放出原子氧
D [A.HClO与HClO3都是分子晶体，熔、沸点高低取决于分子间作用力强弱，与化学键强弱无关，故A错误；B.含氧酸酸性强弱取决于O—H键稳定性，与Cl—O键无关，故B错误；C.Cl—O断裂需要吸收热量，故C错误；D.依据表中数据可知与HClO3比，HClO中Cl—O键键长较长，键能较低，所以稳定性较差，更容易发生断裂，更易放出原子氧，故D正确。]
17．碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、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)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60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________(填“σ”或“π”，下同)键，而石墨层内的C—C间不仅存在______键，还有________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)。
[解析] (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，性质不同，它们互称同素异形体。(2)在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3；在石墨烯(指单层石墨)中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2。(3)C60是由60个原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在C—C间的σ键；在石墨层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键。(5)构成金刚石的立体网状结构金刚石晶胞，顶点8个，相当于1个C原子，然后面心上6个，相当于3个C原子，而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子，且在晶胞内，故还有4个C原子，加在一起，可得一个金刚石晶胞中有8个C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，则正方体对角线的eq \f(1,4)就是C—C键的键长，即eq \f(\r(3),4)a＝2r，所以r＝eq \f(\r(3),8)a，碳原子在晶胞中的空间占有率ω＝eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(8×\f(4,3)π\f(\r(3),8)a3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)。
[答案] (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合 (4)σ σ π(或大π或p－pπ) (5)8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(8×\f(4,3)π\f(\r(3),8)a3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)
晶体硼(其每个结构单元中有12个B原子)
NaCl
S8
HCN
结构模
型示
意图
备注
熔点2 573 K
－
易溶于CS2
－
Cl—O键键长(pm)
Cl—O键键能(kJ·ml－1)
HClO
170
209
HClO3
157
244
[基础过关练]
1．下列固体的化学式能真实表示物质分子组成的是( )
A．NaOH B．CO2 C．CsCl D．SiO2
B [NaOH和CsCl固体均为离子晶体，在晶体中只存在阴阳离子，其化学式表示的是构成晶体的离子个数比；SiO2固体为共价晶体，在晶体中只存在原子，其化学式表示的是构成晶体的原子个数比。]
2．下列晶体的结构不遵循“紧密堆积”原则的是( )
A．金属铜 B．氯化钠
C．金刚石 D．干冰
C [金属键、离子键、范德华力均没有方向性，而共价键有方向性。]
3．金刚石晶胞如图，属于一个金刚石晶胞的碳原子数为( )
A．18 B．16 C．10 D．8
D [从晶胞上看8个顶点各有1个C原子，属于该晶胞的部分相当于只有1个，6个面上相当于有3个，晶胞内部还有4个，故属于该晶胞的碳原子数为8个。]
4．(2021·四川雅安高二上期末)甲烷晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．甲烷晶胞中的球只代表1个C原子
B．晶体中1个CH4分子周围有12个紧邻的CH4分子
C．甲烷晶体熔化时需克服共价键
D．1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
B [甲烷晶体的构成微粒是甲烷分子，所以甲烷晶胞中的球表示甲烷分子，故A错误；晶体中1个CH4分子周围紧邻的CH4分子个数为3×8×eq \f(1,2)＝12，故B正确；甲烷晶体为分子晶体，熔化时需要克服分子间作用力，故C错误；1个CH4晶胞中CH4分子个数＝8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，故D错误。]
5．(2021·山东济南模拟)利用反应CCl4＋4Naeq \(=====,\s\up18(973 K),\s\d15(催化剂))C(金刚石)＋4NaCl可实现人工合成金刚石。下列有关说法错误的是( )
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．CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式相同
D．NaCl晶体中每个Cl－周围与其距离最近的Na＋有8个
D [金刚石属于共价晶体，故A正确；反应中Na元素的化合价由0升高为＋1，Na在该反应中作还原剂，还原剂具有还原性，反应利用了钠的强还原性，故B正确；CCl4和C(金刚石)中的C原子的价电子对数都是4，根据价电子对互斥理论知CCl4和C(金刚石)中C的杂化方式都是sp3，故C正确；NaCl晶体中每个Cl－周围与其距离最近的Na＋有6个，故D错误。]
6．科学家发现的C60是一种新型分子，它具有空心、类似于足球的结构。最近科学家又发现另一种分子“N60”，它与C60的结构相似，在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来。下列关于N60的说法正确的是( )
A．N60是由共价键结合而成的空心球状结构，是一种分子晶体
B．N60和14N都是氮的同位素
C．N60与NO2互为同素异形体
D．N60不可能成为很好的火箭燃料
A [A项，由于C60为分子晶体，而N60的结构与之相似，故N60也为分子晶体；B项，同位素是质子数相同中子数不同的同种元素，N60是一种分子而非元素；C项，同素异形体是指同种元素形成的不同单质；D项，N60在高温或机械撞击时，其积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来，故N60可能成为很好的火箭燃料。]
7．如图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸，请问该冰中的每个水分子有几个氢键( )
A．2 B．4 C．8 D．12
A [每个水分子与四个方向的其他4个水分子形成氢键，因此每个水分子具有的氢键个数为4×eq \f(1,2)＝2。]
8．下列各组物质中，“化学键类型相同，晶体类型也相同”的是( )
①SiO2和SO3 ②晶体硼和HCl ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和碘
A．③④⑥ B．①②③ C．④⑤⑥ D．①③⑤
A [①SO3是分子晶体，SiO2是共价晶体，故错误；②HCl是分子晶体，晶体硼是共价晶体，故错误；③CO2和SO2都是分子晶体，二者都只含共价键，故正确；④晶体硅和金刚石都是共价晶体，二者都只含共价键，故正确；⑤晶体氖和晶体氮都是分子晶体，晶体氖不含共价键，晶体氮含共价键，故错误；⑥硫黄和碘都是分子晶体，二者都只含共价键，故正确。]
9．碳化硅又称金刚砂(SiC)，它的分解温度很高，硬度极大，溶解性很差，性质很稳定。由此推断，下列物质中可能与它有相似结构的是( )
A．晶体硅 B．硅酸 C．冰 D．水玻璃
A [结构决定性质，碳化硅和晶体硅都具有空间网状结构，性质相似，结构相似，都是共价晶体，A项正确。]
10．某共价晶体的空间结构中的一部分如图所示。该共价晶体与某物质B反应生成C，其实质是在每个A—A键中插入一个B原子，则C的化学式为( )
A．AB B．A5B4 C．AB2 D．A2B5
C [每个A—A键中插入一个B原子，这样每个A原子连4个B原子，每个B原子连2个A原子，所以C物质中A原子与B原子个数比为1∶2，C项正确。]
11．已知氯化铝的熔点为190 ℃(2.02×105 Pa)，但它在180 ℃和常压下即开始升华。
(1)氯化铝是________(填“离子”或“分子”)晶体。
(2)在500 ℃，1.01×105 Pa时，氯化铝的蒸气密度(换算成标准状况)为11.92 g·L－1，且已知它的结构中还含有配位键，氯化铝的结构式为________。
(3)设计一个更可靠的实验，证明氯化铝是离子晶体还是分子晶体，你的实验是_________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] 分子晶体的熔点较低，AlCl3的熔点也仅有190 ℃，而且它还能升华，这就充分说明AlCl3是分子晶体。AlCl3蒸气的相对分子质量＝11.92×22.4≈267，则1个氯化铝蒸气分子是由2个AlCl3构成的。
[答案] (1)分子 (2) (3)在加压条件下加热至熔融，测其导电性，若导电，则是离子晶体；若不导电，则为分子晶体
12．砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池等。回答下列问题：
(1)基态Ga原子的核外电子排布式为[Ar]________。
(2)根据元素周期律，元素的电负性Ga________(填“大于”或“小于”，下同)As，第一电离能B________Ga；BF3和NH3的分子能够通过配位键相结合的原因是____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)杀虫剂Na3AsO4中阴离子的空间构型为______，As原子采取________杂化。
(4)组成相似的GaF3和GaCl3晶体，前者属于离子晶体，后者属于分子晶体，从F－和Cl－结构的不同分析其原因是__________________________________。
(5)原子晶体GaAs的晶胞参数a＝x pm，它的晶胞结构如图所示。该晶胞内部存在的共价键数为______；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为________(用x表示)pm；该晶胞的密度为________(阿伏加德罗常数的值用NA表示)g·cm－3。
[解析] (1)镓是31号元素，原子核外有31个电子，基态镓(Ga)原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p1，简写成[Ar]3d104s24p1。
(2)同周期元素从左到右，电负性逐渐增大，第4周期元素Ga、As分别位于第ⅢA、ⅤA族，故Ga元素的电负性小于As元素；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，原子核吸引电子能力逐渐减弱，第一电离能逐渐减小，第ⅢA族元素B、Ga分别位于第2、4周期，故B元素的第一电离能大于Ga元素；B原子提供空轨道、N原子提供孤电子对，B、N原子之间形成配位键。
(3)AsOeq \\al(3－,4)中含有的孤电子对数是eq \f(1,2)×(5＋3－2×4)＝0，中心原子和4个O原子形成4个共价键，所以其空间构型是正四面体形，As原子价层电子对数为4，其杂化方式为sp3。
(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大，F原子吸引电子的能力较强，故GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。
(5)如图每个Ga原子与4个As原子形成4个共价键，晶胞中共含4×4＝16个共价键；A原子距离B原子所在六面体的侧面的最短距离为eq \f(a,4)＝0.25x pm；晶胞中As原子数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，Ga原子数也为4，该晶胞的密度为eq \f(4×145,NA×x×10－103)g·cm－3＝eq \f(5.8×1032,x3NA)g·cm－3。
[答案] (1)3d104s24p1
(2)小于 大于 NH3中的N原子具有孤电子对，BF3中的B原子核外具有空轨道
(3)正四面体 sp3
(4)Cl－的电子层数比F－的多，离子半径比F－的大
(5)16 0.25x eq \f(5.8×1032,x3NA)
[拓展培优练]
13．氮化碳部分结构如图所示，其中β氮化碳的硬度超过金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。下列有关氮化碳的说法错误的是( )
A．β氮化碳属于共价晶体，其化学键比金刚石的更稳定
B．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子稳定结构
C．β氮化碳的化学式为C3N4，其中氮显－3价，碳显＋4价
D．该晶体与金刚石结构相似，都是原子间以非极性键形成的空间网状结构
D [A项中，N原子半径小于C原子，键长：C—N键
A．立方相氮化硼含配位键B→N
B．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软、熔点低
C．两种氮化硼中的硼原子都是sp2杂化
D．六方相氮化硼结构与石墨相似却不导电，原因是没有可以自由移动的电子
D [B原子最外层有3个电子，存在空轨道，N原子最外层有5个电子，存在孤电子对，所以立方相氮化硼含配位键B←N，A错误；六方相氮化硼具有层状结构，层间作用力小，所以质地软，但其熔点很高，B错误；立方相氮化硼中每个硼原子形成4个共价键，所以立方相氮化硼中硼原子都是sp3杂化，C错误；六方相氮化硼晶体中没有可以自由移动的电子，所以不导电，D正确。]
15．观察下列模型并结合有关信息，判断下列说法不正确的是( )
A.晶体硼属于原子晶体，结构单元中含有30个B—B键，含20个正三角形
B．NaCl晶体中每个Na＋周围距离最近且相等的Na＋有6个
C．S8分子中的共价键为非极性键
D．HCN分子中含有2个σ键，2个π键
B [晶体硼是由非金属原子通过共价键形成的，且其熔点高，应属于原子晶体，每个硼原子与其他硼原子间形成5个共价键，则该结构单元中含B—B键的个数为eq \f(5×12,2)＝30，每个正三角形平均占有硼原子的个数为3×eq \f(1,5)＝eq \f(3,5)，故结构单元中含正三角形个数为12÷eq \f(3,5)＝20，A项正确；NaCl晶体中每个Na＋周围距离最近且相等的Na＋有12个，B项不正确；S8分子中同种原子间形成非极性键，C项正确；HCN的结构式为CHN，故其分子中含有2个σ键、2个π键，D项正确。]
16．根据如表数据，则与HClO3比，HClO具有的是( )
A．更高的沸点
B．更强的酸性
C．Cl—O断裂放出的能量更少
D．更易放出原子氧
D [A.HClO与HClO3都是分子晶体，熔、沸点高低取决于分子间作用力强弱，与化学键强弱无关，故A错误；B.含氧酸酸性强弱取决于O—H键稳定性，与Cl—O键无关，故B错误；C.Cl—O断裂需要吸收热量，故C错误；D.依据表中数据可知与HClO3比，HClO中Cl—O键键长较长，键能较低，所以稳定性较差，更容易发生断裂，更易放出原子氧，故D正确。]
17．碳元素的单质有多种形式，如图依次是C60、石墨和金刚石的结构图：
回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、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)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60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________(填“σ”或“π”，下同)键，而石墨层内的C—C间不仅存在______键，还有________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)。
[解析] (1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，性质不同，它们互称同素异形体。(2)在金刚石中碳原子的四个价电子与四个C原子形成四个共价键，C的杂化形式是sp3；在石墨烯(指单层石墨)中碳原子与相邻的三个C原子形成三个共价键，C的杂化形式为sp2。(3)C60是由60个原子形成的分子，属于分子晶体。而石墨在层内原子间以共价键结合，在层间以分子间作用力结合，所以石墨属于混合晶体。(4)在金刚石中只存在C—C间的σ键；在石墨层内的C—C间不仅存在σ键，还存在π键。(5)构成金刚石的立体网状结构金刚石晶胞，顶点8个，相当于1个C原子，然后面心上6个，相当于3个C原子，而在其8个四面体空隙中有一半也是C原子，且在晶胞内，故还有4个C原子，加在一起，可得一个金刚石晶胞中有8个C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，则正方体对角线的eq \f(1,4)就是C—C键的键长，即eq \f(\r(3),4)a＝2r，所以r＝eq \f(\r(3),8)a，碳原子在晶胞中的空间占有率ω＝eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(8×\f(4,3)π\f(\r(3),8)a3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)。
[答案] (1)同素异形体 (2)sp3 sp2 (3)分子 混合 (4)σ σ π(或大π或p－pπ) (5)8 eq \f(\r(3),8) eq \f(8×\f(4,3)πr3,a3)＝eq \f(8×\f(4,3)π\f(\r(3),8)a3,a3)＝eq \f(\r(3)π,16)
晶体硼(其每个结构单元中有12个B原子)
NaCl
S8
HCN
结构模
型示
意图
备注
熔点2 573 K
－
易溶于CS2
－
Cl—O键键长(pm)
Cl—O键键能(kJ·ml－1)
HClO
170
209
HClO3
157
244
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