化学人教版 (2019)第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与共价晶体精品当堂达标检测题

       第三章  晶体结构与性质

      第二节  分子晶体与共价晶体

（建议时间：45分钟）

1．下列说法正确的有

①分子晶体的构成微粒是分子，都具有分子密堆积的特征

②冰融化时，分子中H-O键发生断裂

③分子晶体在干燥或熔融时，均能导电

④分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高

⑤分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔点一定越高

⑥分子晶体的熔、沸点一般比较低

⑦分子晶体中，分子间以分子间作用力相结合，分子间作用力越大，分子越稳定

A．2项 B．3项 C．4项 D．5项

【答案】A

【解析】

①分子晶体的构成微粒是分子，但只含有分子间作用力的分子晶体具有分子密堆积的特征，含有氢键的分子晶体不是密堆积，故①错误；

②冰熔化克服氢键，属于物理变化，水分子中H-O键没有断裂，故②错误；

③分子晶体在干燥或熔融时，均不能导电，故③错误；

④分子晶体中，分子间作用力越大，分子的熔、沸点越高，故④正确；

⑤分子晶体熔化时破坏分子间作用力，不破坏分子内共价键，即说明分子内共价键键能大小与该分子晶体的熔点高低无关，故⑤错误；

⑥分子晶体熔化时破坏分子间作用力，而分子间作用力一般较弱，导致其熔沸点较低，故⑥正确；

⑦分子的稳定性与分子间作用力无关，稳定性属于化学性质，分子间作用力影响物理性质，故⑦错误；

只有④、⑥正确，故答案为A。

2．下列关于共价晶体、分子晶体的叙述中，正确的是

A．在SiO2晶体中，1个硅原子和4 个氧原子形成4条共价键

B．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定

C．HI 的相对分子质量大于HF，所以HI 的沸点高于HF

D．金刚石由共价键形成的碳原子环中，最小环上有12个碳原子

【答案】A

【解析】

A．二氧化硅是共价晶体，在SiO2晶体中1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，故A选项正确；

B． 分子的稳定性属于化学性质，只与分子内的化学键强度有关，分子间作用力与稳定性无关，故B选项错误；

C．虽然HI的相对分子质量大于HF，但是由于HF分子之间可以形成氢键，所以HF的沸点高于HI，故C选项错误；

D．金刚石为网状结构，每个碳原子能形成4个共价键，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，故D选项错误。

故选A选项。

3．AB型物质形成的晶体多种多样，下列图示的几种结构最有可能是分子晶体的是

A．①②③④ B．②③⑤⑥ C．②③ D．①④⑤⑥

【答案】C

【解析】

从结构上看：①④⑤⑥构成晶体的结构单元都是向外延伸和扩展的，符合离子晶体和原子晶体的结构特点，而②和③的结构没有这种特点，不能再以化学键与其它原子结合，该结构可以看成一个分子，所以可能是分子晶体。

故答案为C。

4．干冰和二氧化硅晶体同属于第IVA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点差别很大的原因是

A．二氧化硅的相对分子质量大于二氧化碳的相对分子质量

B．C—O的键能比Si—O的键能小

C．干冰为分子晶体，二氧化硅为共价晶体

D．干冰易升华，二氧化硅不易升华

【答案】C

【解析】

干冰和二氧化硅晶体尽管同属于第VA族元素的最高价氧化物，但干冰是分子晶体，二氧化硅为共价晶体，干冰的熔、沸点高低取决于其分子间作用力的强弱，而不是共价键键能的大小，而二氧化硅的熔、沸点则由键能决定，故C正确；

故选：C。

5．下列晶体性质的比较中不正确的是(　　)

A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅      B．沸点：NH3>PH3

C．硬度：白磷>冰>二氧化硅          D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4

【答案】C

【解析】

A项中三种物质都是共价晶体，因原子半径r(C)<r(Si)，所以键长：C—C<C—Si<Si—Si，故键能：C—C>C—Si>Si—Si。键能越大，共价晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。

6．我们可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　)

A．石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用

B．每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用

C．石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成

D．在晶体中存在石英分子，故能叫分子式

【答案】D

【解析】

晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构，其中有一个位于正四面体的中心，另外四个位于四面体的顶点，故SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子，而每个氧原子周围有两个硅原子，在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，“SiO2”仅表示石英的组成，故没有单个的SiO2分子。

7．下列说法不正确的是(　　)

A．晶体熔点由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4

B．熔、沸点由高到低：金刚石>碳化硅>晶体硅

C．沸点由高到低：HI>HBr>HCl>HF

D．硼镁超导物质的晶体结构单元如图所示，则这种超导材料的化学式为MgB2

【答案】C

【解析】

组成和结构相似的分子晶体的熔点与相对分子质量成正比，故熔点：CF4<CCl4<CBr4<CI4，A正确；共价晶体的熔、沸点高低与共价键的强弱成正比，原子半径越小，共价键越强，熔、沸点越高，熔、沸点由高到低：金刚石>碳化硅>晶体硅，B正确；HF分子间能够形成氢键，在4种氢化物中沸点最高，C错误；由题图知，晶胞结构中硼原子数为6，镁原子数为12×＋2×＝3，则超导材料的化学式为MgB2，D正确。

8．国外有人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N2，此时碳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、氮原子构成网状结构的晶体 

B．碳氮键比金刚石中的碳碳键更长

C．氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多 

D．碳、氮的单质化学性质均不活

【答案】A

【解析】

A、由晶体的性质可知该晶体是原子晶体，C—N键的键长比金刚石中的C—C键的键长要短，且形成网状结构，所以这种化合物比金刚石坚硬，选项A正确；

B、碳、氮原子构成网状结构的晶体，碳氮键比金刚石中碳碳键更短，选项B错误；

C、氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多，不是熔点高的原因，选项C错误；

D、碳、氮单质的化学性质均不活泼，与最外层电子数有关，不是熔点高的原因，选项D错误；

答案选A。

9．下列说法正确的有(　　)

①共价晶体中共价键越强，熔点越高；②干冰是CO2分子通过氢键和范德华力有规则排列成的分子晶体；③正四面体结构的分子，键角都是109°28′，其晶体类型可能是共价晶体或分子晶体；④分子晶体中都含有化学键；⑤含4.8 g碳原子的金刚石晶体中共价键的物质的量为0.8 mol

A．①②③       B．①⑤       C．③④⑤       D．①②⑤

【答案】B

【解析】

①共价晶体熔化的过程中破坏的是原子间的共价键，故共价晶体中共价键越强，熔点越高；②干冰是CO2分子之间通过范德华力结合形成的，没有氢键；③白磷(P4)为正四面体结构的分子晶体，但键角是60°；④稀有气体属于分子晶体，但不含化学键；⑤根据金刚石的结构()可知，在金刚石晶体中每个碳原子以4个共价键与其他4个碳原子结合形成三维骨架结构，根据“均摊法”可知每个碳原子分得的共价键数目为2，含4.8 g(0.4 mol)碳原子的金刚石晶体中共价键的物质的量为0.8 mol，故①⑤正确。

10．韩国首尔大学科学家将水置于一个足够强的电场中，在20℃时，水分子瞬间凝固形成了“暖冰”。下列关于“暖冰”的说法错误的是

A．“暖冰”也是水分子间通过氢键结合而成的固体

B．水凝固形成20℃时的“暖冰”所发生的变化是化学变化

C．若“暖冰”为晶体，则其类型最可能为分子晶体

D．在电场作用下，水分子间更易形成氢键，因而可以制得“暖冰”

【答案】B

【解析】

A．“暖冰”即是固态水，分子内通过共价键形成水分子，分子间通过分子间作用力主要是氢键结合而成的固体，A正确；

B．水凝固形成20℃时的“暖冰”，只是水的存在状态发生了变化，没有生产新的物质，所发生的是物理变化，B错误；

C．水为共价化合物，故若“暖冰”为由分子通过分子间作用力构成的晶体，则其类型最可能为分子晶体，C正确；

D．在电场作用下，水分子间更易形成氢键，因而可以制得“暖冰”，否则20℃时，水分子不能瞬间凝固形成冰，D正确；故答案为：B。

11．Al2O3在一定条件下可转化为硬度、熔点都很高的氮化铝晶体，氮化铝的晶胞如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．氮化铝属于分子晶体

B．氮化铝可用于制造切割金属的刀具

C．1个氮化铝晶胞中含有9个Al原子

D．氮化铝晶体中Al的配位数为2

【答案】B

【解析】

根据氮化铝晶体的性质，可知它属于共价晶体，故A错误；氮化铝晶体属于共价晶体，硬度很高，能用于制造切割金属的刀具，故B正确；根据晶胞结构可知，一个氮化铝晶胞中含有的Al原子的数目为8×＋1＝2，故C错误；观察晶胞结构，可得氮化铝晶体中Al的配位数为4，故D错误。

12．根据量子力学计算，氮化碳结构有五种，其中一种氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为首届一指的超硬新材料，已知该氮化碳的二维晶体结构如图所示。下列有关氮化碳的说法不正确的是

A．氮化碳属于共价晶体

B．氮化碳的分子式为C3N4

C．该晶体中的碳、氮原子核外都满足8电子稳定结构

D．每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连

【答案】B

【解析】

A．由题给信息，氮化硅是超硬新材料，符合共价晶体的典型物理性质，故A正确；

B．因为氮化碳是原子晶体，不存在分子，故没有分子式，故B错误；

C．根据图中结构可知，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，形成四个共价健，属于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，也属于8电子稳定结构，故C正确；

D．根据图知，每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连，故D正确；

故答案：B。

13．科研人员发现在-50℃环境中，用水可制得直径在的光纤，其性能与石英光纤相似。下列说法正确的是

A．石英光纤的主要成分是硅 

B．1mol冰比1mol液态水含有更多的氢键

C．冰光纤是一种胶体，具有丁达尔现象 

D．冰光纤和石英光纤都是分子晶体

【答案】B

【解析】

A． 石英光纤的主要成分是二氧化硅，故A错误；

B． 冰中水分子有序排列，分子间更容易形成氢键，1mol冰比1mol液态水含有更多的氢键，故B正确；

C． 冰光纤是纯净物，不是胶体，故C错误；

D． 冰光纤是分子晶体，石英光纤是共价晶体，故D错误；

故选B。

14．已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合，下列关于晶体说法正确的是

A．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子连接3个C原子

B．C3N4晶体中，C—N键的键长比金刚石中C—C键的键长要长

C．C3N4晶体是分子晶体

D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合

【答案】A

【解析】

A．该晶体中原子间均以单键结合，且每个原子都达到8电子稳定结构，所以每个C原子能形成4个共价键连接4个N原子，每个N原子能形成3个共价键连接3个C原子，故A正确；

B．原子半径越大，原子间的键长越长，原子半径C＞N，所以C3N4晶体中C-N键长比金刚石中C-C要短，故B错误；

C．C3N4晶体具有比原子晶体的金刚石更大的硬度，且原子间均以单键结合，说明该物质是原子晶体；分子晶体熔沸点较低、硬度较小，原子晶体硬度较大，故C错误；

D．离子晶体微粒之间通过离子键结合，原子晶体微粒间通过共价键结合，该晶体是原子晶体，所以微粒间通过共价键结合，故D错误；

故选A。

15．水在不同的温度和压强下可以形成多种不同结构的晶体，故冰晶体结构有多种。其中冰-Ⅶ的晶体结构如图所示。

(1)水分子的空间结构是___________形，在酸性溶液中，水分子容易得到一个，形成水合氢离子，应用价层电子对互斥模型推测的空间结构为___________。

(2)如图冰晶体中每个水分子与周围___________个水分子以氢键结合，该晶体中水形成___________氢键。

(3)实验测得冰中氢键的键能为，而冰的熔化热为，这说明___________。

【答案】V     三角锥形     4     2     冰融化为液态水时只破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键

【解析】

(1)水分子中O原子的价层电子对数为，孤电子对数为2，所以水分子的空间结构为V形。中O原子的价层电子对数为，含有1个孤电子对，故的空间结构为三角锥形。

(2)观察题图中晶体结构可知，每个水分子与周围4个水分子以氢键结合，每2个水分子共用1个氢键，故水可形成氢键。

(3)冰中氢键的键能为，而冰的熔化热为，说明冰融化为液态水时只是破坏了一部分氢键，液态水中水分子间仍存在氢键。

16．非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我国科学家利用Cs2CO3、XO2(X＝Si、Ge)和H3BO3首次合成了组成为CsXB3O7的非线性光学晶体。回答下列问题：

(1)C、O、Si三种元素的电负性由大到小的顺序为__________；第一电离能I1(Si)__________I1(Ge)(填“>”或“<”)。

(2)基态Ge原子核外电子排布式为__________；SiO2、GeO2具有类似的晶体结构，其中熔点较高的是____________________，原因是_________________________________________。

(3)下图为硼酸晶体的片层结构，其中硼原子的杂化方式为__________。H3BO3在热水中的溶解度比在冷水中的溶解度显著增大的主要原因是____________________________。

(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。CsSiB3O7属于正交晶系(长方体形)。晶胞参数为a pm、b pm、c pm。下图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为__________________________________。

CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol－1，设NA为阿伏加德罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为__________g·cm－3(用代数式表示)。

【答案】(1)O>C>Si　>　(2)1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2　SiO2　二者均为共价晶体，Ge的原子半径大于Si，Si—O的键长小于Ge—O的键长，Si—O的键能更大，SiO2的熔点更高　(3)sp2　热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水分子形成分子间氢键，使溶解度显著增大　(4)4　×1030

【解析】

(1)同周期元素从左向右电负性逐渐增大(稀有气体元素除外)，同主族元素由上至下电负性逐渐减小，所以电负性O>C>Si；同主族元素由上至下第一电离能逐渐减小，因此I1(Si)>I1(Ge)。(2)Ge原子位于第四周期第ⅣA族，因此，基态Ge原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p2或[Ar]3d104s24p2；SiO2、GeO2均为共价晶体，Ge的原子半径大于Si，Si—O的键长小于Ge—O的键长，Si—O的键能更大，SiO2的熔点更高。(3)B原子最外层有3个电子，与3个—OH形成3个共价键，因此为sp2杂化。热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水分子形成分子间氢键，使溶解度显著增大。(4)原子分数坐标为(0.5,0.2,0.5)的Cs原子位于晶胞内部，原子分数坐标为(0,0.3,0.5)及(1.0,0.3,0.5)的Cs原子位于晶胞的yz面上，原子分数坐标为(0.5,0.8,1.0)及(0.5,0.8,0)的Cs原子位于晶胞的xy面上，原子分数坐标为(0,0.7,1.0)、(1.0,0.7,1.0)、(0,0.7,0)及(1.0,0.7,0)的Cs原子位于平行于y轴的棱上，利用均摊法可计算出该晶胞中共含有4个Cs原子，代入晶胞密度公式可得ρ＝＝×1030 g·cm－3。