2019_2020学年高中化学第3章晶体结构与性质第2节分子晶体与原子晶体第2课时原子晶体课后限时作业含解析新人教版选修3.doc

第2课时 原子晶体
(建议用时：35分钟)
知识点
基础训练
能力提升
1.原子晶体构成微粒及其作用力
1,2,6,8,9,10
11,12,13，14,15,16
2.原子晶体结构特征及其性质
3,4,5,7
[基础训练]
1．下列各组基态原子的电子排布式对应的元素中，能构成原子晶体的是(　　)
A．1s1和1s22s22p3
B．1s22s22p2和1s22s22p63s23p2
C．1s22s22p4和1s22s22p3
D．1s22s22p4和1s22s22p63s23p3
B　解析 A项，NH3是分子晶体；B项，SiC是原子晶体；C项，NO2等氮的氧化物都是分子晶体；D项，P4O10等磷的氧化物都是分子晶体。
2．固体熔化时，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
B　解析 冰在融化时克服的是氢键、分子间作用力；晶体硅克服的是非极性共价键；溴克服的是分子间作用力；二氧化硅克服的是极性共价键。
3．根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是(　　)
A．熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B．无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D．熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电

B　解析 B项符合原子晶体的特征：原子晶体难溶于水，熔点很高。
4．碳化硅(SiC)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．三种晶体中的结构单元都是四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为电的良导体
C　解析 由题可知碳化硅也为原子晶体，不导电，且应有类似金刚石的正四面体结构单元。影响共价键强弱的是原子半径，碳原子半径小于硅原子半径，所以键长长短顺序为C—C碳化硅>晶体硅。

5．下列说法正确的是(　　)
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
B．熔点很高的晶体一定属于原子晶体
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，与任何物质都不反应
A　解析 金刚石中的最小碳环为六元环，在高温下可断开C—C键与O2反应，A项正确，D项错误；钨的熔点很高，但属于金属晶体，B项错误；1 mol SiO2晶体中含4 mol Si—O键，C项错误。
6．氮化碳部分结构如图所示，其中β－氮化碳硬度超过金刚石晶体，成为超硬新材料。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C为－4价，N为＋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
B　解析 由题给信息，氮化碳是超硬新材料，符合原子晶体的物理性质，A项正确；氮元素的电负性大于碳元素的，所以在氮化碳中氮元素显－3价，碳元素显＋4价，B项错误；晶体结构模型中虚线部分是晶体的最小结构单元，正方形顶点的原子有被占有，边上的原子有被占有，可得晶体的化学式为C3N4，C项正确；根据题图可知，D项正确。
7．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(如图)。根据SiO2晶体结构图，下列说法不正确的是(　　)

A．在x mol石英晶体中含有4x mol Si—O极性键
B．每个O原子通过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
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”仅表示石英的组成并没有单个的SiO2分子，故不存在分子式。
8．下列各组物质，按熔点由高到低排列的是(　　)
A．H2O、H2S、H2Se
B．GeH4、SiH4、CH4
C．CH4、CH3CH3、CH3CH2CH3
D．晶体硅、碳化硅、金刚石
B　解析 A项中的H2O分子之间能形成氢键，H2O的熔点比另外两种物质高；H2S、H2Se中H2Se的相对分子质量更大，分子间作用力大，故H2Se的熔点比H2S的高，错误；C项是组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，因此熔点依次升高，错误；D项是结构相似的原子晶体，键长：Si－Si>Si－C>C－C，键能：Si－Si冰。
(1)属于分子晶体的是________，直接由原子构成的分子晶体是________。(填字母序号，下同)
(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________。
解析 分子晶体与原子晶体相比，构成晶体的微粒不同，分子晶体由分子构成；原子晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，注意晶体氩是单原子分子；原子晶体和单原子分子晶体都由原子直接构成，原子晶体有A、D，但属于原子晶体的化合物只有A。分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏化学键。
答案 (1)BCEF　E　(2)A　(3)ADE　(4)BCF　AD
10．金刚石与金刚砂(SiC)具有相似的晶体结构，在金刚砂的空间网状结构中，碳原子、硅原子交替以共价单键相结合。
试回答：
(1)金刚砂属于________晶体。
(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合________个碳原子，其键角是________。
(3)金刚砂的结构中含有共价键形成的原子环，其中最小的环上有________个硅原子。
解析 由于金刚砂的晶体是空间网状结构，碳原子、硅原子交替以共价键相结合，故金刚砂是原子晶体；硅原子和碳原子电子结构相似、成键方式相同，硅原子周围有4个碳原子，键角为109°28′；组成的六元环中，有3个碳原子和3个硅原子。
答案 (1)原子　(2)4　109°28′　(3)3
[能力提升]
11．氮化硼是一种新合成的结构材料，它是超硬、耐磨、耐高温的物质，下列各组物质熔化时所克服的作用力与氮化硼熔化时所克服的作用力相同的是(　　)
A．氯化钠和金刚石　　 B．晶体硅和水晶
C．冰和干冰　　 D．碘和金刚砂
B　解析 氮化硼为原子晶体，微粒间作用力为共价键。氯化钠和金刚石熔化时分别克服的是离子键和共价键，A项错误；冰和干冰熔化时均克服的是分子间作用力，C项错误；碘和金刚砂熔化时分别克服的是分子间作用力和共价键，D项错误。
12．最近，美国LawreceLiremore国家实验室成功地在高压下将CO2转化为具有类似SiO2结构的原子晶体，该化合物晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，形成一种无限伸展的空间网状结构，下列对该晶体的叙述错误的是(　　)
A．该晶体是原子晶体
B．该晶体中碳原子和氧原子的个数比为1∶2
C．该晶体中碳原子数与C—O键数之比为1∶2
D．该晶体中最小的环由12个原子构成
C　解析 由题给信息可知该化合物晶体中不存在分子，属于原子晶体，A项正确；晶体中每个碳原子均以4个共价单键与氧原子结合，每个氧原子和2个碳原子以共价单键相结合，所以碳、氧原子个数比为1∶2，B项正确；该晶体中每个碳原子形成4个C—O共价键，所以C原子与C—O键数目之比为1∶4，C项错误；该晶体中最小的环由6个碳原子和6个氧原子构成的十二元环，D项正确。
13．根据表中给出的有关数据，判断下列说法错误的是(　　)

AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
－68
2 300
>3 550
1 410
沸点/℃
178
57
2 550
4 827
2 355
A．SiCl4是分子晶体
B．晶体硼是原子晶体
C．AlCl3是分子晶体，加热能升华
D．金刚石中的C－C键比晶体硅中的Si－Si键弱
D　解析 SiCl4、AlCl3的熔、沸点低，都是分子晶体，AlCl3的沸点低于其熔点，即在未熔化的温度下它就能气化，故AlCl3加热能升华，A、C项正确；晶体硼的熔、沸点高，是原子晶体，B项正确；C原子的半径比Si原子的小，则有键长：Si—Si>C—C，键能：C—C>Si—Si。
14．金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的原子晶体。在立方体中，若一个碳原子位于立方体体心，则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图中的小立方体)。请问，图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子数为多少，它们分别位于大立方体的什么位置(　　)

A．12，大立方体的12条棱的中点
B．8大立方体的8个顶角
C．6，大立方体的6个面的中心
D．14，大立方体的8个顶角和6个面的中心
A　解析 与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子分别位于大立方体的12条棱的中点，共12个，如图所示。

15．X、Y、Z、Q为短周期非金属元素，R是长周期元素。X原子的电子占据2个能层且原子中成对电子数是未成对电子数的2倍；Y的基态原子有7种不同运动状态的电子；Z元素在地壳中含量最多；Q是电负性最大的元素；R＋只有三个能层且完全充满电子。请回答下列问题：(答题时，X、Y、Z、Q、R用所对应的元素符号表示)
(1)R的基态原子的电子排布式为_____________________
(2)X、Y、Z三种元素的第一电离能从大到小顺序为____________。　
(3)已知Y2Q2分子存在如图所示的两种结构(球棍模型，短线不一定代表单键)：

①该分子中两个Y原子之间的键型组合正确的是________。(填字母序号)
A．仅1个σ键　　 B．1个σ键和2个π键
C．1个σ键和1个π键　　 D．仅2个σ键
②该分子中Y原子的杂化方式是_____________________________。
(4)X与Y元素可以形成一种超硬新材料，其晶体部分结构如图所示，有关该晶体的说法正确的是________。

A．该晶体属于分子晶体
B．此晶体的硬度比金刚石的大
C．晶体的化学式是X3Y4
D．晶体熔化时共价键被破坏，没有克服范德华力和氢键
解析 由题意可知X为碳元素，Y为氮元素，Z为氧元素，Q为氟元素，R为铜元素。
(3)由N2F2的两种结构可知 ，其结构式为

两个N原子以双键形式成键，1个分子中存在1个σ键和1个π键，C项正确；N原子采取sp2杂化。(4)观察图形可发现与C原子相连的有4个N原子，与N原子相连的有3个C原子，形成了空间立体网状结构。可知该晶体为原子晶体，化学式为C3N4，晶体熔化时，化学键被破坏，A项错误，C、D项正确。对原子晶体而言，键长越短，其硬度越大，由于C－C键的键长大于C－N键的键长，故该晶体的硬度比金刚石的大，B项正确。
答案 (1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)
(2)N>O>C 　(3)①C　②sp2　 (4)BCD
16．我国独立研制的具有自主知识产权的“龙芯2D”的面世，意味着中国在半导体产业上已取得了很大进步，同时有着良好的发展前景。试回答下列问题：
(1)“龙芯”(芯片)的主要成分是单晶硅，硅位于元素周期表中第________周期第________族。
(2)硅在一定条件下可以与氯气反应生成SiCl4、与氧气反应生成SiO2。四氯化硅结构中，所有原子最外层________(填“是”或“否”)都满足8电子稳定结构。
(3)试判断SiCl4的沸点比CCl4的________(填“高”或“低”)，理由是_____________________________________________________________________。
若已知CCl4比SiCl4稳定，则C—Cl键的键能比Si—Cl键的键能________(填“大”或“小”)。
(4)现在新开发出一种具有和“龙芯”主要成分一样的六角形笼状结构单质分子Si12，它可能在未来的量子计算机中是一种理想的贮存信息的材料。根据图示推断：它与单晶硅(如图)互称为____________，硅原子之间是通过____________结合的它与单晶硅的晶体类型________(填“相同”或“不同”)。

解析 (2)硅原子最外层有4个电子，氯原子最外层有7个电子，在四氯化硅分子中，一个硅原子与4个氯原子形成4个单键，故所有原子最外层都满足8电子稳定结构。(3)原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定，既然CCl4比SiCl4稳定，则C—Cl键的键能比Si—Cl键的键能大。(4)同种元素形成的不同单质，互称同素异形体。由图示可知，Si12与单晶硅结构不同，两者互称同素异形体；Si12与单晶硅分别属于分子晶体、原子晶体，两者晶体类型不同。
答案 (1)三　ⅣA　(2)是
(3)高　SiCl4和CCl4均属于分子晶体，而SiCl4的相对分子质量比CCl4的大，范德华力大，因此沸点高　大
(4)同素异形体　共价键　不同

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