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    高中化学新教材同步选择性必修第二册 第3章 微专题5 分子晶体、共价晶体的比较与应用

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    这是一份高中化学新教材同步选择性必修第二册 第3章 微专题5 分子晶体、共价晶体的比较与应用,共7页。
    微专题5 分子晶体共价晶体的比较与应用1共价晶体和分子晶体的比较类型比较分子晶体共价晶体概念分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体相邻原子间以共价键相结合而形成共价键三维骨架结构的晶体构成晶体微粒分子原子微粒之间的作用力分子间作用力共价键物理性质熔、沸点较低很高硬度较小很大导电性本身不导电,溶于水时发生电离后可导电绝缘体(或半导体)延展性溶解性极性分子易溶于极性溶剂;非极性分子易溶于非极性溶剂不溶于任何常见溶剂典型实例部分非金属单质(P4、硫等)、部分非金属氧化物(CO2SO2)、酸(H2SO4)、所有非金属氢化物(如甲烷、硫化氢等)、绝大多数有机物(有机盐除外)金刚石、晶体硅、二氧化硅等 2.判断分子晶体和共价晶体的方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断构成共价晶体的微粒是原子微粒间的作用力是共价键构成分子晶体的微粒是分子微粒间的作用力是分子间作用力(2)依据晶体的熔点判断共价晶体的熔点高常在1 000 以上而分子晶体的熔点低常在数百度以下甚至温度更低(3)依据晶体的硬度与机械性能判断共价晶体的硬度大分子晶体的硬度小且较脆(4)依据导电性判断分子晶体为非导体但部分溶于水后能导电共价晶体多数为非导体但晶体硅锗是半导体(5)记忆常见的共价晶体分子晶体常见的共价晶体有单质金刚石晶体硅晶体硼晶体锗等化合物SiO2SiCBNAlNSi3N4除共价晶体外的绝大多数非金属单质气态氢化物非金属氧化物绝大多数有机物(有机盐除外)都属于分子晶体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(  )SiO2SO3 晶体硼和HCl CO2SO2 晶体硅和金刚石 晶体氖和晶体氮 硫黄和碘A①②③   B④⑤⑥C③④⑥   D①③⑤答案 C解析 属于分子晶体的有SO3HClCO2SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于共价晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成,稀有气体为单原子分子,分子间不存在化学键。2下列晶体熔沸点由高到低的顺序正确的是(  )SiC Si HCl HBr HI CO N2 H2A①②③④⑤⑥⑦⑧   B①②⑤④③⑥⑦⑧C①②⑤④③⑦⑥⑧   D⑥⑤④③②①⑦⑧答案 B解析 SiCSi为共价晶体,熔、沸点高,因为SiC晶体中Si—CSi晶体中Si—Si更牢固,则SiC的熔、沸点大于Si的熔、沸点,剩余晶体均为分子晶体,熔、沸点低于共价晶体,结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力就越大,熔、沸点越高,相对分子质量相同的分子晶体,极性分子的熔、沸点大于非极性分子的熔、沸点,所以熔、沸点由高到低的顺序正确的是①②⑤④③⑥⑦⑧,故B项正确。3现有以下8种晶体A干冰 BCS2 C金刚石 DSiC E晶体硅 F水晶 G H晶体氩(1)属于分子晶体且分子的空间结构为直线形的是________________(填字母下同)(2)通过非极性键形成的共价晶体是________晶体内不含化学键的是________(3)直接由原子构成的晶体是________(4)受热熔化时化学键发生变化的是________干冰的熔点比冰的熔点低得多原因是________________________________________________________________________(5)金刚石SiC晶体硅都是同主族元素组成的晶体它们的熔点高低顺序为______>_______>_______(用名称填空)其原因是___________________________________________________答案 (1)AB (2)CE H (3)CDEFH (4)CDEF 干冰中CO2分子之间只存在范德华力冰中H2O分子之间存在范德华力和氢键且氢键的强度比范德华力大 (5)金刚石 碳化硅 晶体硅 金刚石碳化硅晶体硅都是共价晶体键长C—C<C—Si<Si—Si则共价键强度C—C>C—Si>Si—Si解析 (1)ABGH属于分子晶体,其中CO2CS2为直线形分子,H2OV形分子,Ar属于单原子分子。(2)非极性键形成的共价晶体应为单质,有金刚石和晶体硅,题述物质中只有晶体氩不含化学键。(3)直接由原子构成的晶体为共价晶体和由稀有气体组成的分子晶体。(4)受热熔化时,分子晶体只是破坏分子间的作用力,而不会破坏分子内的化学键;共价晶体会破坏其中的共价键,干冰和冰均为分子晶体,但是冰中水分子间存在氢键,使熔点升高。(5)金刚石、SiC和晶体硅都是共价晶体,共价晶体的熔点取决于共价键的键能。由于原子半径Si>C,故键长:Si—Si>Si—C>C—C,所以键能的大小顺序为C—C>Si—C>Si—Si,所以三种晶体的熔点高低顺序:金刚石>碳化硅>晶体硅。4现有两组物质的熔点数据如表所示AB金刚石:>3 500 HF:-83 晶体硅:1 410 HCl:-115 晶体硼:2 300 HBr:-89 二氧化硅:1 710 HI:-51  根据表中数据回答下列问题(1)A组属于________晶体其熔化时克服的微粒间的作用力是_____________________________________________________________________(2)B组中HF熔点反常是由于________(3)B组晶体不可能具有的性质是________(填序号)硬度小 水溶液能导电 固体能导电 液体状态能导电答案 (1)共价 共价键 (2)HF分子间能形成氢键熔化时需要消耗更多的能量 (3)③④解析 A组熔点很高,应是共价晶体,共价晶体熔化时破坏的是共价键;B组是分子晶体,且结构相似,一般是相对分子质量越大,熔点越高;HF的相对分子质量最小,但熔点比HCl高,出现反常的原因是HF分子间存在氢键,HF熔化时除了破坏分子间作用力,还要破坏氢键,所需能量更高,因而熔点更高。分子晶体在固态和熔化状态时都不导电。5通常人们把断开(或形成)1 mol某化学键所吸收(或放出)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以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 Si—OSi—ClH—HH—ClSi—SiSi—C键能/(kJ·mol1)460360436431176347 请回答下列问题(1)比较下列两组物质的熔点高低(><)SiCl4________ SiO2; Si________ SiC(2)图每个表示硅晶体中的一个硅原子每个硅原子与Si—Si数目之比为________属于________晶体答案 (1)< < (2)12 共价解析 (1)键长短,键能大,熔点高。(2)每个硅原子形成四个共价键,而一个共价键由两个硅原子形成,所以每个硅原子与Si—Si数目之比为1(×4)126(B)及其化合物在化学中有重要的地位请回答下列问题(1)GaB同主族Ga的基态原子核外电子排布式为___________________________B与同周期相邻两元素第一电离能由大到小的顺序是________________(2)硼酸(H3BO3)是白色片状晶体(层状结构如图)有滑腻感在冷水中溶解度很小加热时溶解度增大硼酸中B原子的杂化轨道类型为________ 硼酸晶体中存在的作用力有范德华力和__________________________________________ 加热时硼酸的溶解度增大主要原因是____________________________硼酸是一元弱酸在水中电离时硼酸结合水电离出的H而呈酸性写出硼酸的电离方程式 _______________________________________________________________________________(3)立方氮化硼是一种新型陶瓷材料结构和形体都类似金刚石是现在所知的几乎最硬的物质化学式为BN则立方氮化硼中B原子的杂化轨道类型为________1 mol立方氮化硼中B—N的物质的量为________答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s24p1([Ar] 3d104s24p1) CBeB (2)sp2 氢键共价键 加热破坏了硼酸分子之间的氢键 H3BO3H2O[B(OH)4] H (3)sp3 4 mol解析 (1)Ga的基态原子核外电子排布式:1s22s22p63p63d104s24p1[Ar]3d104s24p1;同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,但第A、第A出现反常,故第一电离能:CBeB(2)B原子的杂化轨道类型为sp2杂化;硼酸晶体中除了范德华力还有共价键和氢键;加热时,硼酸的溶解度增大,是由于加热破坏了硼酸分子之间的氢键;硼酸的电离方程式为H3BO3H2O[B(OH)4]H(3)B原子的杂化轨道类型为sp3杂化;立方氮化硼结构和形体都类似金刚石,故晶胞中含有4B原子和4N原子,故1 mol立方氮化硼中含有4 mol B—N7回答下列问题(1)氮化碳和氮化硅晶体结构相似是新型的非金属高温陶瓷材料它们的硬度大熔点高化学性质稳定氮化硅的硬度________(大于小于)氮化碳的硬度原因是__________________________________________________________________________________________________(2)AA族元素组成的化合物GaNGaPGaAs等是人工合成的新型半导体材料其晶体结构与单晶硅相似GaN晶体中每个Ga原子与________N原子相连与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为________________GaN属于________晶体三种新型半导体材料的熔点由高到低的顺序为____________________________________答案 (1)小于 氮化硅和氮化碳均为共价晶体氮化硅中N—Si键的键长比氮化碳中C—N键的键长长键能小(2)4 正四面体 共价 GaNGaPGaAs解析 (1)氮化硅和氮化碳均为共价晶体。氮化硅中N—Si键的键长比氮化碳中C—N键的键长长,键能小,所以氮化硅硬度比氮化碳小。(2)GaN与单晶硅结构相似,所以每个Ga原子与4N原子形成共价键,每个N原子与4Ga原子形成共价键。与同一个Ga原子相连的N原子构成的空间结构为正四面体结构,GaN与晶体硅都是共价晶体。原子半径越小,共价键越强,晶体的熔点越高。8纳米技术制成的金属燃料非金属固体燃料氢气等已应用到社会生活和高科技领域(1)AB的单质单位质量的燃烧热大可用作燃料已知AB为短周期元素其原子的第一至第四电离能如下表所示电离能/(kJ·mol1)I1I2I3I4A9321 82115 39021 771B7381 4517 73310 540 某同学根据上述信息推断B的核外电子排布如右图所示该同学所画的电子排布图违背了________根据价层电子对互斥理论预测A和氯元素形成的简单分子空间结构为________(2)氢气作为一种清洁能源必须解决它的储存问题C60可用作储氢材料已知金刚石中C—C的键长为154.45 pmC60C—C的键长为145140 pm有同学据此认为C60的熔点高于金刚石你认为是否正确并阐述理由___________________________________________________________________________________________________________科学家把C60K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物其晶胞如图所示该物质在低温时是一种超导体该物质的K原子和C60分子的个数之比为________C60科学家又合成了Si60N60CSiN原子的电负性由大到小的顺序是________Si60分子中每个硅原子只跟相邻的3个硅原子形成共价键且每个硅原子最外层都满足8电子稳定结构Si60分子中π键的数目为______________答案 (1)能量最低原理 直线形 (2)不正确C60为分子晶体熔化时破坏的是分子间作用力无需破坏共价键而分子间作用力较弱所需能量较低C60的熔点低于金刚石的熔点 31 N>C>Si 30解析 (1)从图上看,3p轨道上的1个电子应排布在3s轨道上,且自旋方向相反,该同学所画的电子排布图违背了能量最低原理。A的第一至第四电离能看,A的第三电离能发生突变,因此A最外层有2个电子,且A的第一电离能比B大,则ABeBMg。则A和氯元素形成的简单分子为BeCl2,则分子中价层电子对数为22,因此为直线形,中心原子的杂化方式为sp杂化。(2)结构决定性质,对于物质熔、沸点的分析应从物质的晶体类型来分析。C60属于分子晶体,熔化时破坏的是分子间作用力,无需破坏共价键,而分子间作用力较弱,所需能量较低,故C60的熔点低于金刚石的熔点。晶胞中的K原子在面上,对晶胞的贡献为,每个晶胞中含有K原子的个数为12×6个;C60在晶胞的顶角和中心,因此每个晶胞中C60的分子数是18×2个,因此K原子和C60分子的个数之比为6231同一周期元素电负性自左向右呈增大趋势,同一主族元素电负性自上向下逐渐减小,因此电负性由大到小的顺序为N>C>Si。根据题意可知每个Si原子形成4个共价键,其中3σ键,1π键,每个化学键为两个原子形成,则π键为化学键总数的60个原子可形成化学键总数为 120个,因此π键数为30个。

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