高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 原子结构与元素的性质免费课时作业

第二节综合拔高练

五年选考练

考点　分子晶体与共价晶体的结构与性质

1.(2018课标Ⅱ,35节选,)下图为S8的结构,其熔点和沸点要比二氧化硫的熔点和沸点高很多,主要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

2.()(4)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。 

(5)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。 

3.(2019课标Ⅲ,35节选,)苯胺()的晶体类型是　　　　　　　。苯胺与甲苯()的相对分子质量相近,但苯胺的熔点(-5.9 ℃)、沸点(184.4 ℃)分别高于甲苯的熔点(-95.0 ℃)、沸点(110.6 ℃),原因是　　　　　　　。 

4.(2017课标Ⅱ,35节选,)我国科学家最近成功合成了世界上首个五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(用R代表)。回答下列问题:

(3)经X射线衍射测得化合物R的晶体结构,其局部结构如图(b)所示。

①从结构角度分析,R中两种阳离子的相同之处为　　　　,不同之处为　　　　。(填标号) 

A.中心原子的杂化轨道类型

B.中心原子的价层电子对数

C.立体结构

D.共价键类型

②R中阴离子中的σ键总数为　　　　个。分子中的大π键可用符号表示,其中m代表参与形成大π键的原子数,n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为),则中的大π键应表示为　　　　。 

③图(b)中虚线代表氢键,其表示式为(N)N—H…Cl、　　　　　　　　、　　　　　　　　。 

(4)R的晶体密度为d g·cm-3,其立方晶胞参数为a nm,晶胞中含有y个[(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl]单元,该单元的相对质量为M,则y的计算表达式为　　　　　　。 

5.(2017课标Ⅲ,35节选,)研究发现,在CO2低压合成甲醇反应(CO2+3H2 CH3OH+H2O)中,Co氧化物负载的Mn氧化物纳米粒子催化剂具有高活性,显示出良好的应用前景。回答下列问题:

(2)CO2和CH3OH分子中C原子的杂化形式分别为　　　　和　　　　。 

(3)在CO2低压合成甲醇反应所涉及的4种物质中,沸点从高到低的顺序为　　　　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)硝酸锰是制备上述反应催化剂的原料,Mn(NO3)2中的化学键除了σ键外,还存在　　　　　　　　。 

(5)MgO具有NaCl型结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为　　　　nm。MnO也属于NaCl型结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　　nm。 

6.(2016课标Ⅲ,37改编,)(5)GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为 ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为　　　　　,Ga与As以　　　键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为　　　　　　　　　　　　　。 

三年模拟练

应用实践

1.(2020山东枣庄三中高二网测,)关于晶体的叙述中,正确的是(　　)

A.分子晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高

B.分子晶体中,分子间作用力越大,该分子越稳定

C.共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高

D.某晶体溶于水后,可电离出自由移动的离子,该晶体一定是离子化合物

2.(2020山东德州高三期末,)下列各项叙述中正确的是(　　)

A.AB3型的分子空间构型一定为平面三角形

B.电负性相差越大的元素间越易形成离子键

C.分子晶体中,分子间作用力越大,分子越稳定

D.用于幽门螺旋杆菌示踪的C价电子排布为2s22p3

3.(2020安徽阜阳高二期末,)下列说法中正确的是(　　)

①分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定

②共价晶体中共价键越强,熔点越高

③干冰是CO2分子通过氢键和范德华力有序排列成的分子晶体

④在Na2O和Na2O2晶体中,阴、阳离子数之比相等

⑤正四面体构型的分子,键角都是109°28',其晶体类型可能是共价晶体或分子晶体

⑥分子晶体中都含有化学键

⑦含4.8 g碳元素的金刚石晶体中的共价键的物质的量为0.8 mol

A.①②③④⑤ B.②④⑦

C.②④⑥⑦          D.③④⑤⑥⑦

4.(2020浙江绍兴高二期末,)有X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构;离子半径:Z2->W-;Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料。下列说法中,正确的是(　　)

A.X、M两种元素只能形成X2M型化合物

B.由于W、Z、M元素的简单氢化物相对分子质量依次减小,所以其沸点依次降低

C.元素Y、Z、W的单质晶体属于同种类型的晶体

D.元素W和M的某些单质可作为水处理中的消毒剂

5.(2019河南洛阳高二上期末,)根据量子力学计算,氮化碳有五种结构,其中一种β-氮化碳硬度超过金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关该氮化碳的说法不正确的是(　　)

A.该晶体中的碳、氮原子核外最外层都满足8电子稳定结构

B.氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价

C.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连

D.氮化碳的分子式为C3N4

迁移创新

6.(2020山东章丘四中高二月考,)磷和砷的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:

(1)红磷是巨型共价分子,有些是无定形体,下列方法能证明红磷是非晶体的是　　　　。 

A.质谱法 B.原子发射光谱法

C.核磁共振氢谱法 D.X射线衍射实验

(2)第一电离能介于Al、P之间的第三周期元素有　　　　种。GaCl3分子中心原子的杂化方式为　　　　。 

(3)基态As原子的核外电子排布式为　　　　。As原子的逐级电离能(单位:kJ·mol-1)数据如下: 

第五电离能与第六电离能相差较大的原因是 

　。 

(4)如图所示,每条折线表示周期表ⅣA~ⅦA族中的某一族元素氢化物的沸点变化。每个小黑点代表一种氢化物,其中a点代表的是　　　　。 

(5)①GaAs的熔点为1 238 ℃,且熔融状态不导电,其晶胞结构如下图所示,该晶体的类型为　　　　,每个As原子周围最近的As原子数目为　　　　。 

②已知GaAs的密度为d g/cm3,摩尔质量为M g/mol,NA表示阿伏加德罗常数的值,则晶胞中As原子和Ga原子的最短距离为　　　　nm(列式表示)。 

答案全解全析

五年选考练

1.答案　S8相对分子质量大,分子间范德华力强

解析　S8和SO2均为分子晶体,S8的相对分子质量比SO2的相对分子质量大很多,范德华力更强,所以S8的熔点和沸点要比SO2的高很多。

2.答案　(4)分子

(5)①3　2

②12　4

解析　(4)Fe(CO)5的熔点为253 K,较低,沸点也不高,所以其固体属于分子晶体。

(5)①由题中石墨烯和金刚石的晶体结构图示可得,在石墨烯晶体中,每个C原子应连接3个六元环,每个六元环由6个C原子构成,每个六元环所占有的C原子数为6×=2;②在金刚石晶体中,每个C原子与其他4个C原子相连,每个C原子连接的六元环个数应为12个,而每一个碳原子与其他4个C原子形成的4个共价键的键角均为109°28',形成正四面体,由此可得在金刚石晶体的六元环中最多有4个C原子共面。

3.答案　分子晶体　苯胺分子之间存在氢键

解析　中只含有共价键,根据其熔、沸点数据可知,苯胺的晶体类型为分子晶体。苯胺分子间存在氢键,导致其熔、沸点高于甲苯。

4.答案　(3)①ABD　C　②5　　

③(H3O+)O—H…N()　(N)N—H…N()

(4)(或×10-21)

解析　(3)①H3O+中σ键数为3,中心原子孤电子对数为×(6-1-3×1)=1,价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3,立体结构为三角锥形;N中σ键数为4,中心原子孤电子对数为×(5-1-4×1)=0,价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3,立体结构为正四面体形;H3O+和N中均含极性共价键和配位键,故两种阳离子的相同之处为A、B、D,不同之处为C。②由图(b)中的结构可知中的σ键数为5;中的5个原子参与形成大π键,每个原子中参与形成大π键的电子数为1(孤电子对不参与),故参与形成大π键的电子数为5+1=6,中大π键应表示为。(4)晶体的密度为d g· cm-3,晶胞的体积为(a×10-7)3cm3,晶胞的质量为×y,则×y=d×(a×10-7)3,y==×10-21。

5.答案　(2)sp　sp3

(3)H2O>CH3OH>CO2>H2　H2O与CH3OH均为极性分子,H2O中氢键比甲醇多;CO2与H2均为非极性分子,CO2分子量较大、范德华力较大

(4)离子键和π键(键)

(5)0.148　0.076

解析　(2)CO2分子中C原子采取sp杂化,CH3OH分子中C原子采取sp3杂化。(4)Mn(NO3)2属于离子化合物,含有离子键,N中既有σ键又有π键。(5)由晶胞结构可知r(O2-)=a =0.148 nm,r(Mn2+)==0.076 nm。

6.答案　(5)共价晶体　共价　×100%

解析　(5)GaAs为共价晶体,Ga和As之间以共价键键合。该晶胞中原子个数:Ga为4个,As为8×+6×=4个,晶胞中原子所占体积为π(+)×4 pm3;则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%=×100%。

三年模拟练

1.C　分子晶体中,共价键的键能越大,稳定性越强,而分子间作用力越大,熔、沸点越高,A项错误,B项错误;共价晶体中,共价键的键能越大,熔、沸点越高,键能决定其熔、沸点,C项正确;有些共价化合物溶于水后也可电离出自由移动的离子,如HCl等,D项错误。

2.B　若中心原子A上无孤电子对,则AB3型分子的空间构型为平面三角形,若中心原子A上有孤电子对,则AB3型分子空间构型为三角锥形,A错误;活泼的金属元素原子容易失去电子,电负性较小,活泼的非金属元素原子容易得到电子,电负性较大,所以电负性相差越大的元素间越易形成离子键,B正确;分子晶体中,分子间通过分子间作用力结合,分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高,分子晶体的稳定性与分子内的共价键强弱有关,与分子间作用力无关,C错误C属于C元素,其价电子排布为2s22p2,D错误。

3.B　①分子晶体的稳定性取决于分子内共价键键能的大小,与分子间作用力无关,①不正确;②共价晶体中共价键越强,熔点越高,②正确;③CO2分子间不能形成氢键,③不正确;④在Na2O和Na2O2晶体中,阴离子分别为O2-、,阳离子都为Na+,阴、阳离子数之比都为1∶2,④正确;⑤正四面体构型的分子,键角不一定是109°28',如P4键角为60°,⑤不正确;⑥稀有气体形成的分子晶体中不含有化学键,⑥不正确;⑦4.8 g碳原子的物质的量为0.4 mol,金刚石晶体中平均每个碳原子形成2个共价键,所以共价键的物质的量为0.4 mol×2=0.8 mol,⑦正确。综合以上分析,②④⑦正确。

4.D　Y的单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料,则Y是Si。X、Y、Z、W、M五种短周期元素,其中X、Y、Z、W同周期,Z、M同主族;X+与M2-具有相同的电子层结构,离子半径:Z2->W-,所以X是Na,Z是S,W是Cl,M是O。O与Na还可以形成Na2O2,A错误;W、Z、M元素的简单氢化物分别是HCl、H2S、H2O,因为水分子间存在氢键,所以三者中H2O沸点最高,B错误;Si单质是共价晶体,硫单质和氯气形成的是分子晶体,C错误;臭氧和氯气都可以作为水处理中的消毒剂,D正确。

5.D　根据题图结构可知,每个碳原子周围有四个共价键,每个氮原子周围有三个共价键,碳原子最外层有4个电子,形成四个共价键后成8电子稳定结构,氮原子最外层有5个电子,形成三个共价键后也是8电子稳定结构,A正确;由于元素的非金属性N>C,所以形成共价键时,共用电子对偏向N,偏离C,所以氮化碳中碳元素显+4价,氮元素显-3价,B正确;根据晶体结构可知每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子和三个碳原子相连,C正确;由于氮化碳是共价晶体,不存在分子,因此没有分子式,D错误。

6.答案　(1)D

(2)三　sp2

(3)[Ar]3d104s24p3　As原子最外层有5个电子,失去的第6个电子位于全满的次外层,所需能量较高

(4)SiH4

(5)①共价晶体　12　②××107

解析　(1)判断某固体是晶体还是非晶体的最可靠方法是X射线衍射实验。

(2)第ⅡA族元素np能级全空,第ⅤA族元素np能级半充满,使第一电离能出现“反常”。第三周期元素第一电离能由小到大的顺序为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl、Ar,介于Al、P之间的有Mg、Si、S三种元素;Ga位于第四周期第ⅢA族,GaCl3分子中,Ga原子价层电子对数为3+=3,则其杂化方式为sp2。

(3)As位于元素周期表中第四周期第ⅤA族,则基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3。As的第五电离能与第六电离能相差较大是因为As失去5个电子后电子排布式为[Ar]3d10,此时3d能级全满,较稳定,若再失去一个电子较困难。

(4)在ⅣA~ⅦA族中某一族元素形成的氢化物里,一般相对分子质量越大,熔、沸点越高,而NH3、H2O、HF分子间因存在氢键,沸点反常,只有ⅣA族元素氢化物沸点不存在反常现象,故a点代表的应是SiH4。

(5)①共价晶体熔、沸点较高,且GaAs熔融状态不导电,故属于共价晶体;每个As原子周围最近的As原子数目为=12。

②该晶胞中Ga原子个数为4,As原子个数为8×+6×=4,晶胞棱长= cm,晶胞中As原子和Ga原子的最短距离等于晶胞体对角线长的=×× cm=××107nm。