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第二节 分子晶体与原子晶体
对应学生用书P37
一、选择题
1．下列晶体中，不是分子晶体的是( )
A．金刚石 B．硫酸 C．氦气 D．三氧化硫
答案 A
解析 金刚石是原子晶体。
2．下列晶体熔化时，必须破坏非极性共价键的是( )
A．冰 B．晶体硅 C．溴 D．二氧化硅
答案 B
解析 冰、溴为分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，A、C项错误；晶体硅、二氧化硅为原子晶体，二氧化硅熔化时，破坏的是Si—O极性键，晶体硅熔化时，破坏的是Si—Si非极性键，B项正确，D项错误。
3．HgCl2的稀溶液可用作手术刀的消毒剂，已知HgCl2的熔点是277 ℃，熔融状态的HgCl2不能导电，HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，则下列关于HgCl2的叙述中正确的是( )
①HgCl2属于共价化合物 ②HgCl2属于离子化合物 ③HgCl2属于非电解质 ④HgCl2属于弱电解质
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
答案 B
解析 HgCl2熔点低，熔融状态不导电，说明它属于共价化合物。HgCl2的稀溶液有弱的导电能力，说明在水分子作用下能够发生微弱电离，故HgCl2属于弱电解质。
4．下列分子晶体：①HCl、②HBr、③HI、④H2，熔点由高到低的顺序是( )
A．①②③④ B．③②④①
C．③②①④ D．④③②①
答案 C
解析 分子晶体的熔点主要取决于相对分子质量的大小，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔点就越高。
5．水分子间可通过氢键彼此结合而形成(H2O)n，在冰中n值为5，即每个水分子被其他4个水分子包围形成变形四面体，右图所示为(H2O)5单元，由无限个这样的四面体通过氢键构成一个庞大的分子晶体冰。下列有关叙述正确的是( )
A．1 mol冰中含有4 mol氢键
B．1 mol冰中含有4×5 mol氢键
C．平均每个水分子只含有2个氢键
D．平均每个水分子只含有个氢键
答案 C
解析 水分子中氧原子有两对孤电子对，与另外两个水分子的氢原子形成氢键，而两个氢原子与两个水分子中的氧原子分别形成氢键，共形成4个氢键，每个氢键由2个H2O分子共用，所以每个水分子形成的氢键数为4×＝2。
6．干冰晶体是一种面心立方结构，如图所示，即每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围距离为a(其中a为立方体棱长)的CO2有( )
A．4个 B．8个 C．12个 D．6个
答案 C
解析 在每个CO2周围距离为a的CO2即为每个面心上的CO2分子，共有4×3＝12个。
7．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( )
①SiO2和SO3 ②金刚石和白磷 ③CO2和SO2 ④晶体硅和金刚石 ⑤晶体氖和晶体氮 ⑥硫黄和单质碘
A．①②③ B．④⑤⑥
C．③④⑥ D．①③⑤
答案 C
解析 属于分子晶体的有SO3、CO2、SO2、白磷、晶体氖、晶体氮、硫黄和单质碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硅和金刚石。但晶体氖是单原子分子，晶体中不存在化学键。
8．碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是( )
A．①③② B．②③①
C．③①② D．②①③
答案 A
解析 C与Si同为第ⅣA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅、碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱，熔点决定于它们的键能，故熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。
9．据美国《科学》杂志报道，在40 GPa高压下，用激光器加热到1800 K，制得了具有高熔点、高硬度的二氧化碳晶体。下列关于该晶体的说法中正确的是( )
A．该晶体属于分子晶体
B．该晶体易汽化，可用作制冷材料
C．一定条件下，该晶体可跟氢氧化钠反应
D．每摩尔该晶体中含2 mol CO键
答案 C
解析 高熔点、高硬度是原子晶体的特点，故该二氧化碳晶体是原子晶体。若D正确，则该晶体必是由CO2分子构成，属于分子晶体，则其不可能具备高熔点、高硬度。
10．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒间只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是( )
A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石中的碳碳键更牢固
B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子
C．该晶体中碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构
D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构
答案 D
解析 C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，所以一定属于原子晶体，其化学键为C—N共价键，由于氮原子半径小于碳原子半径，C—N键比C—C键键长短，更加牢固，A项正确；根据碳原子与氮原子结构与元素化合价，碳原子形成4个共价键而氮原子形成3个共价键，每个碳原子连接4个氮原子、每个氮原子连接3个碳原子，二者均满足8电子稳定结构，B、C均正确；该晶体中C—N键属于极性共价键，D项错误。
二、非选择题
11．水分子间存在一种“氢键”的作用(作用力介于范德华力与化学键之间)，彼此结合而形成(H2O)n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体。
(1)1 mol冰中有________mol“氢键”。
(2)水蒸气中常含有部分(H2O)2，要确定(H2O)2的存在，可采用的方法是________。
A．标准状况下把1 L水蒸气冷凝后与足量金属钠反应，测产生氢气的体积
B．标准状况下把1 L水蒸气通过浓硫酸后，测浓硫酸增重的质量
C．该水蒸气冷凝后，测水的pH
D．该水蒸气冷凝后，测氢氧原子个数比
(3)水分子可电离生成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为________________________________________________________。
已知在相同条件下双氧水的沸点明显高于水的沸点，其可能原因是_____________________________________________________。
(4)在冰的结构中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接。在冰晶体中除氢键外，还存在范德华力(11 kJ/mol)。已知冰的升华热是51 kJ/mol，则冰晶体中氢键的能量是__________kJ/mol。
答案 (1)2'(2)AB'(3)H2O＋H2OH3O＋＋OH－'双氧水分子之间存在更强烈的氢键作用
(4)20
解析 (1)1 mol冰中含有氢键的物质的量为1×4 mol÷2＝2 mol。
(3)双氧水的相对分子质量比水的相对分子质量稍大，但题中强调双氧水的沸点明显高于水，因此可判断双氧水分子之间存在着更为强烈的氢键作用。
(4)1 mol冰吸收的总能量为51 kJ，克服范德华力吸收的能量为11 kJ，故克服氢键吸收的总能量为40 kJ，而1 mol 冰中含有2 mol氢键，故冰晶体中氢键的能量是20 kJ/mol。
12．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)①单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献________个原子。
②在硅酸盐中，SiO四面体[如下图a]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为________，Si与O的原子数之比为________，化学式为________。
答案 (1)3 2 (2)12 4 (3)①共价键 3
②sp3 1∶3 [SiO3]n(或SiO)
解析 (1)石墨烯晶体中，每个碳原子被3个六元环共有，每个六元环占有的碳原子数是6×＝2。
(2)每个碳原子形成4个共价键，每2个共价键即可形成1个六元环，则可形成6个六元环，每个共价键被2个六元环共用，所以一个碳原子可连接12个六元环；根据数学知识，3个碳原子可形成一个平面，而每个碳原子都可构成1个正四面体，所以六元环中最多有4个碳原子共面。
(3)①单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以硅硅共价键相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置的有6个原子，每个面心原子贡献二分之一，所以6个面心原子对该晶胞贡献3个原子。②题干图b为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中每个硅原子和4个氧原子形成四面体结构，Si的杂化形式为sp3；在每个三角锥结构中Si原子数为1，O原子个数为2＋2×＝3，所以N(Si)∶N(O)＝1∶3,3个氧原子带6个单位负电荷，每个硅带4个单位正电荷，所以形成的离子为[SiO3]n(或SiO)。
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