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人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第三章 晶体结构与性质第二节 分子晶体与原子晶体课后测评
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原子晶体
1．结构特点
、
2．性质特点
由于原子晶体中原子间以较____的共价键相结合，故原子晶体的：(1)熔、沸点________，(2)硬度______，(3)一般____导电，(4)____溶于溶剂。
3．物质种类
(1)某些________________，如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。
(2)某些________________，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。
(3)某些____________，如二氧化硅(SiO2)等。
4．典型的原子晶体(如图)
(1)金刚石
①在晶体中每个碳原子以________________对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成____________结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体________结构。
②晶体中C—C—C夹角为__________，碳原子采取了________杂化。
③最小环上有____个碳原子。
④晶体中C原子个数与C—C键数之比为________。故1 ml 金刚石中有________个C—C键。
(2)晶体硅
以硅原子代替金刚石中的碳原子，便可得到晶体硅的结构。
(3)二氧化硅(SiO2)
若在晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅的结构(如图)。
①在晶体中每个硅原子和____个氧原子形成____个共价键；每个氧原子与2个硅原子相结合。故SiO2晶体中硅原子与氧原子按________的比例构成立体网状结构。
②最小环上有____个原子。
③1 ml SiO2晶体中含________个Si—O键。
5．分子晶体和原子晶体的比较
1．有关晶体的下列说法中，正确的是( )
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键
2．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是( )
A．晶体中不存在独立的“分子”
B．碳原子间以共价键相结合
C．是自然界中硬度最大的物质
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
3．X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最多的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的原子晶体。下列叙述错误的是( )
A．WX4是沼气的主要成分
B．固态X2Y是分子晶体
C．ZW是原子晶体
D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
4．有下列几种晶体：A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。
(1)属于分子晶体的是________，直接由原子构成的分子晶体是________。
(2)属于原子晶体的化合物是________。
(3)直接由原子构成的晶体是________。
(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
练基础落实
知识点1 原子晶体及其结构特点
1．有关原子晶体的叙述，错误的是( )
A．原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
B．原子晶体中不存在独立的分子
C．原子晶体的熔点和硬度较高
D．原子晶体熔化时不破坏化学键
2．氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是( )
A．硝酸钠和金刚石 B．晶体硅和水晶
C．冰和干冰 D．苯和萘
知识点2 原子晶体的性质特点
3．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A．该原子晶体中含有极性键
B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料
C．该原子晶体有很高的熔点
D．该原子晶体硬度大，可用作耐磨材料
4．氮化碳结构如图，其中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。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳属于原子晶体
B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
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
练方法技巧
原子晶体性质的判断与比较技巧
5．碳化硅(SiC)的晶体有类似金刚石的结构。其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是( )
A．熔点从高到低的顺序是：碳化硅>金刚石>晶体硅
B．熔点从高到低的顺序是：金刚石>晶体硅>碳化硅
C．三种晶体中的单元都是正四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为电的绝缘体
原子晶体、分子晶体性质变化规律的比较方法
6．下列晶体性质的比较中正确的是( )
A．熔点：晶体硅>碳化硅>金刚石
B．沸点：HF>H2O>NH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
练高考真题
7．(2010·全国理综Ⅰ，13)下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( )
A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
B．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
8．(2009·海南，19－3)下列说法中错误的是( )
A．SO2、SO3都是极性分子
B．在NHeq \\al(＋,4)和[Cu(NH3)4]2＋中都存在配位键
C．元素电负性越大的原子，吸引电子的能力越强
D．原子晶体中原子以共价键结合，具有键能大、熔点高、硬度大的特性
练综合拓展
9．下列物质：①白磷 ②金刚石 ③石墨 ④二氧化硅
⑤甲烷 ⑥四氯化碳 ⑦铵根离子，其分子结构或晶体结构单元中存在正四面体的是( )
A．①②④⑤⑥⑦ B．①②⑤⑥
C．②⑦ D．③④⑦
10.Al和Si、Ge和As在元素周期表的金属和非金属过渡位置上，其单质和化合物在建筑业、电子工业和石油化工等方面应用广泛。请回答下列问题：
(1)As的价层电子构型为__________。
(2)AlCl3是化工生产中的常用催化剂，熔点为192.6 ℃，熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在，其中铝原子与氯原子的成键类型是____________。
(3)超高导热绝缘耐高温纳米材料氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛，AlN晶体与金刚石类似。在四大晶体类型中，AlN属于____________晶体。
(4)SiCl4常用作烟雾剂，因为Si存在3d空轨道，能同H2O发生反应而剧烈水解，在潮湿的空气中发烟，试用化学方程式表示其反应原理_______________________________
________________________________________________________________________。
第2课时 原子晶体
基础落实
1．原子 共价键 共价键网状 共价晶体
2．强 (1)很高 (2)大 (3)不 (4)难
3．(1)非金属单质 (2)非金属化合物 (3)氧化物
4．(1)①4个共价单键 正四面体 网状 ②109°28′ sp3③6 ④1∶2 2NA (3)①4 4 1∶2
②12 ③4NA
5．分子 分子间作用力 较低 较小 可 原子 共价键 很高 很大 不
课堂练习
1．B
2．D [在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的。但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。]
3．D [Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”。]
4．(1)B、C、E、F E (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D
课时作业
1．D [原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则。]
2．B [因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用是共价键。A中硝酸钠为离子晶体；C、D中物质均为分子晶体，只有B中物质均为原子晶体。]
3．B [CO2由固态时形成的分子晶体变为原子晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的C===O双键变为C—O单键，但化学键依然为极性共价键，故A正确。由于晶体类型及分子结构发生变化，物质的熔、沸点等性质也发生了变化。CO2原子晶体具有高硬度、高熔点等特点，故C、D选项正确，B项错误。]
4．B [根据β氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B项错误；氮化碳的化学式为C3N4，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，C项和D项正确。故答案为B项。]
5．C [晶体硅为半导体。]
6．D [A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(C)C—Si>Si—Si，键能越大，原子晶体的熔点越高，A项错误；氟化氢、水、氨都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种物质分子之间都存在氢键，且H2O分子之间氢键最强，NH3分子之间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的最低，B项错误；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；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。]
7．C [联想教材中SiO2的晶体空间结构模型，每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角，故D项错误；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，故A、B两项错误，C项正确。]
8．A [A选项中，SO3分子是平面三角形结构，为非极性分子，明显错误。]
9．A
10．(1)4s24p3 (2)共价键(或σ键) (3)原子
(4)SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
解析 砷在第四周期第ⅤA族，价层电子构型为4s24p3；氯化铝熔点低，是分子晶体；氮化铝与金刚石类似，是原子晶体；四氯化硅在潮湿的空气中发烟是由于生成了固态小颗粒的硅酸。
构成粒子
粒子间作用力
熔、沸点
硬度
溶解性
分子晶体
一般 溶于水或有机溶剂
原子晶体
一般 溶
原子晶体
1．结构特点
、
2．性质特点
由于原子晶体中原子间以较____的共价键相结合，故原子晶体的：(1)熔、沸点________，(2)硬度______，(3)一般____导电，(4)____溶于溶剂。
3．物质种类
(1)某些________________，如晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等。
(2)某些________________，如碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)等。
(3)某些____________，如二氧化硅(SiO2)等。
4．典型的原子晶体(如图)
(1)金刚石
①在晶体中每个碳原子以________________对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成____________结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体________结构。
②晶体中C—C—C夹角为__________，碳原子采取了________杂化。
③最小环上有____个碳原子。
④晶体中C原子个数与C—C键数之比为________。故1 ml 金刚石中有________个C—C键。
(2)晶体硅
以硅原子代替金刚石中的碳原子，便可得到晶体硅的结构。
(3)二氧化硅(SiO2)
若在晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅的结构(如图)。
①在晶体中每个硅原子和____个氧原子形成____个共价键；每个氧原子与2个硅原子相结合。故SiO2晶体中硅原子与氧原子按________的比例构成立体网状结构。
②最小环上有____个原子。
③1 ml SiO2晶体中含________个Si—O键。
5．分子晶体和原子晶体的比较
1．有关晶体的下列说法中，正确的是( )
A．分子晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键
2．金刚石是典型的原子晶体，下列关于金刚石的说法中错误的是( )
A．晶体中不存在独立的“分子”
B．碳原子间以共价键相结合
C．是自然界中硬度最大的物质
D．化学性质稳定，即使在高温下也不会与氧气发生反应
3．X是核外电子数最少的元素，Y是地壳中含量最多的元素，Z在地壳中的含量仅次于Y，W可以形成自然界中最硬的原子晶体。下列叙述错误的是( )
A．WX4是沼气的主要成分
B．固态X2Y是分子晶体
C．ZW是原子晶体
D．ZY2的水溶液俗称“水玻璃”
4．有下列几种晶体：A.水晶；B.冰醋酸；C.白磷；D.金刚石；E.晶体氩；F.干冰。
(1)属于分子晶体的是________，直接由原子构成的分子晶体是________。
(2)属于原子晶体的化合物是________。
(3)直接由原子构成的晶体是________。
(4)受热熔化时，化学键不发生变化的是________，需克服共价键的是________。
练基础落实
知识点1 原子晶体及其结构特点
1．有关原子晶体的叙述，错误的是( )
A．原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则
B．原子晶体中不存在独立的分子
C．原子晶体的熔点和硬度较高
D．原子晶体熔化时不破坏化学键
2．氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是( )
A．硝酸钠和金刚石 B．晶体硅和水晶
C．冰和干冰 D．苯和萘
知识点2 原子晶体的性质特点
3．美国《科学》杂志曾报道：在40 GPa的高压下，用激光加热到1 800 K，人们成功制得了原子晶体CO2，下列对该物质的推断一定不正确的是( )
A．该原子晶体中含有极性键
B．该原子晶体易汽化，可用作制冷材料
C．该原子晶体有很高的熔点
D．该原子晶体硬度大，可用作耐磨材料
4．氮化碳结构如图，其中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。下列有关氮化碳的说法不正确的是( )
A．氮化碳属于原子晶体
B．氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价
C．氮化碳的化学式为C3N4
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
练方法技巧
原子晶体性质的判断与比较技巧
5．碳化硅(SiC)的晶体有类似金刚石的结构。其中碳原子和硅原子的位置是交替的。它与晶体硅和金刚石相比较，正确的是( )
A．熔点从高到低的顺序是：碳化硅>金刚石>晶体硅
B．熔点从高到低的顺序是：金刚石>晶体硅>碳化硅
C．三种晶体中的单元都是正四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为电的绝缘体
原子晶体、分子晶体性质变化规律的比较方法
6．下列晶体性质的比较中正确的是( )
A．熔点：晶体硅>碳化硅>金刚石
B．沸点：HF>H2O>NH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
练高考真题
7．(2010·全国理综Ⅰ，13)下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是( )
A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子
B．最小的环上，Si和O原子数之比为1∶2
C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
8．(2009·海南，19－3)下列说法中错误的是( )
A．SO2、SO3都是极性分子
B．在NHeq \\al(＋,4)和[Cu(NH3)4]2＋中都存在配位键
C．元素电负性越大的原子，吸引电子的能力越强
D．原子晶体中原子以共价键结合，具有键能大、熔点高、硬度大的特性
练综合拓展
9．下列物质：①白磷 ②金刚石 ③石墨 ④二氧化硅
⑤甲烷 ⑥四氯化碳 ⑦铵根离子，其分子结构或晶体结构单元中存在正四面体的是( )
A．①②④⑤⑥⑦ B．①②⑤⑥
C．②⑦ D．③④⑦
10.Al和Si、Ge和As在元素周期表的金属和非金属过渡位置上，其单质和化合物在建筑业、电子工业和石油化工等方面应用广泛。请回答下列问题：
(1)As的价层电子构型为__________。
(2)AlCl3是化工生产中的常用催化剂，熔点为192.6 ℃，熔融状态以二聚体Al2Cl6形式存在，其中铝原子与氯原子的成键类型是____________。
(3)超高导热绝缘耐高温纳米材料氮化铝(AlN)在绝缘材料中的应用广泛，AlN晶体与金刚石类似。在四大晶体类型中，AlN属于____________晶体。
(4)SiCl4常用作烟雾剂，因为Si存在3d空轨道，能同H2O发生反应而剧烈水解，在潮湿的空气中发烟，试用化学方程式表示其反应原理_______________________________
________________________________________________________________________。
第2课时 原子晶体
基础落实
1．原子 共价键 共价键网状 共价晶体
2．强 (1)很高 (2)大 (3)不 (4)难
3．(1)非金属单质 (2)非金属化合物 (3)氧化物
4．(1)①4个共价单键 正四面体 网状 ②109°28′ sp3③6 ④1∶2 2NA (3)①4 4 1∶2
②12 ③4NA
5．分子 分子间作用力 较低 较小 可 原子 共价键 很高 很大 不
课堂练习
1．B
2．D [在金刚石中，碳原子之间以共价键结合形成空间网状结构，不存在具有有限固定组成的分子。由于碳的原子半径比较小，碳与碳之间的共价键键能高，所以金刚石的硬度很高，因此A、B、C选项是正确的。但是由于金刚石是碳的单质，在高温下可以在空气或氧气中燃烧生成CO2，故D选项的说法是错误的。]
3．D [Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”。]
4．(1)B、C、E、F E (2)A (3)A、D、E (4)B、C、F A、D
课时作业
1．D [原子晶体中原子之间通过共价键相连，而共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中，原子不遵循紧密堆积原则。]
2．B [因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用是共价键。A中硝酸钠为离子晶体；C、D中物质均为分子晶体，只有B中物质均为原子晶体。]
3．B [CO2由固态时形成的分子晶体变为原子晶体，其成键情况也发生了变化，由原来的C===O双键变为C—O单键，但化学键依然为极性共价键，故A正确。由于晶体类型及分子结构发生变化，物质的熔、沸点等性质也发生了变化。CO2原子晶体具有高硬度、高熔点等特点，故C、D选项正确，B项错误。]
4．B [根据β氮化碳硬度超过金刚石晶体判断，氮化碳属于原子晶体，A项正确；氮的非金属性大于碳的非金属性，氮化碳中碳显＋4价，氮显－3价，B项错误；氮化碳的化学式为C3N4，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，C项和D项正确。故答案为B项。]
5．C [晶体硅为半导体。]
6．D [A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(C)
7．C [联想教材中SiO2的晶体空间结构模型，每个硅原子与4个氧原子结合形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子结合形成2个共价键，其空间网状结构中存在四面体结构单元，硅原子位于四面体的中心，氧原子位于四面体的4个顶角，故D项错误；金刚石的最小环上有6个碳原子，SiO2的晶体结构可将金刚石晶体结构中的碳原子用硅原子代替，每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以其最小环上有6个硅原子和6个氧原子，Si、O原子个数比为1∶1，故A、B两项错误，C项正确。]
8．A [A选项中，SO3分子是平面三角形结构，为非极性分子，明显错误。]
9．A
10．(1)4s24p3 (2)共价键(或σ键) (3)原子
(4)SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
解析 砷在第四周期第ⅤA族，价层电子构型为4s24p3；氯化铝熔点低，是分子晶体；氮化铝与金刚石类似，是原子晶体；四氯化硅在潮湿的空气中发烟是由于生成了固态小颗粒的硅酸。
构成粒子
粒子间作用力
熔、沸点
硬度
溶解性
分子晶体
一般 溶于水或有机溶剂
原子晶体
一般 溶
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