高中化学人教版选修三（学业分层测评）第三章 晶体结构与性质 学业分层测评11含解析
学业分层测评(十一) 分子晶体与原子晶体
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列各组物质，均属于化合物且均形成分子晶体的是( )
A．PH3、H2、C10H8
B．PCl3、CO2、HNO3
C．SO2、SiO2、P2O5
D．CCl4、NaCl、H2O
【解析】 H2为单质，SiO2晶体由硅原子、氧原子构成，不存在SiO2分子，NaCl晶体由Na＋和Cl－构成，也不存在NaCl分子。
【答案】 B
2．下列说法正确的是( ) 【导学号：90990078】
A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B．分子晶体中，分子间作用力越大，通常熔点越高
C．分子晶体中，共价键键能越大，分子的熔、沸点越高
D．分子晶体中，分子间作用力越大，分子越稳定
【解析】 冰融化时，破坏的是氢键和范德华力，水分子中的共价键不被破坏，分子晶体的熔、沸点高低与分子间作用力的大小有关，与化学键的强弱无关，而分子的稳定性与化学键的强弱有关，与分子间作用力的大小无关。
【答案】 B
3．水是生命之源，下图为冰晶体的结构模型，大球代表O原子，小球代表H原子，下列有关说法正确的是( )
A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体
B．冰晶体和干冰晶体之间的作用力一样
C．水分子间通过H—O键形成冰晶体
D．冰晶体熔化时，水分子之间的空隙增大
【解析】 水分子间通过范德华力和氢键形成冰晶体，而干冰晶体中只存在范德华力，冰融化后，体积变小。
【答案】 A
4．德、俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到一种低熔点物质——高聚氮，这种高聚氮的氮氮键比N2分子中的氮氮三键要弱得多。下列有关高聚氮的说法不正确的是( )
A．高聚氮晶体属于分子晶体
B．高聚氮是一种单质
C．高聚氮的沸点高于氮气
D．高聚氮转变成氮气是氧化还原反应
【解析】 由题中信息，N—N键要比N≡N键弱得多，且高聚氮的熔点较低，说明高聚氮是分子晶体，A正确；高聚氮只含氮元素，属于单质，转变为N2的过程中化合价不变，故不属于氧化还原反应，B正确、D错误；高聚氮是氮气发生聚合得到的，相对分子质量高于氮气，因而沸点高于氮气，C正确。
【答案】 D
5．我国的激光技术在世界上处于领先地位，科学家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氮气，碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。所得化合物可能比金刚石更坚硬，其原因可能是( )
A．碳、氮原子构成平面结构的晶体
B．碳氮键长比金刚石中的碳碳键长更短
C．氮原子电子数比碳原子电子数多
D．碳、氮的单质的化学性质均不活泼
【解析】 由“这种化合物可能比金刚石更坚硬”可知该晶体应该是一种原子晶体，原子晶体是一种空间网状结构而不是平面结构，A选项错误。氮原子的半径比碳原子的半径小，两者所形成的共价键的键长要比碳碳键的键长短，所以该晶体的熔、沸点和硬度应该比金刚石更高，B选项正确。原子的电子数和单质的活泼性一般不会影响到所形成的晶体的硬度等，所以C、D选项错误。
【答案】 B
6．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．三种晶体中的单元都是四面体结构
D．三种晶体都是原子晶体且均为绝缘体
【解析】 由已知碳化硅的晶体有类似金刚石的结构，可知碳化硅也为原子晶体，且应有类似金刚石的正四面体结构单元。又因为影响共价键强弱的因素是原子半径，碳原子半径小于硅原子半径，所以键长长短顺序为C—C＜C—Si＜Si—Si，故熔点顺序是金刚石>碳化硅>晶体硅；晶体硅是半导体。
【答案】 C
7．干冰和二氧化硅晶体同是第ⅣA族元素的最高价氧化物，它们的熔、沸点却差别很大。其原因是( )
A．二氧化硅相对分子质量大于二氧化碳相对分子质量
B．C、O键键能比Si、O键键能小
C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体
D．干冰易升华，二氧化硅不能
【解析】 干冰和SiO2所属晶体类型不同，干冰为分子晶体，熔化时破坏分子间作用力；SiO2为原子晶体，熔化时破坏共价键，所以二氧化硅熔点很高。
【答案】 C
8．下列晶体性质的比较中，正确的是( )
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>H2O>HF
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4
C—Si>Si—Si，键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确；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，但又因为这三种物质之间都存在氢键，且HF之间氢键最强，NH3之间氢键最弱，但每个水分子可形成2个氢键，故水的沸点最高，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项不正确。
【答案】 A
9．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C3N4晶体的说法正确的是( ) 【导学号：90990079】
A．C3N4晶体是分子晶体
B．C3N4晶体中，C—N的键长比金刚石中的C—C的键长要长
C．C3N4晶体中每个C原子连接4个N原子，而每个N原子又连接3个C原子
D．C3N4晶体中微粒间通过离子键结合
【解析】 分子晶体的硬度小，原子晶体的硬度大，C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，故C3N4不可能是分子晶体，又因为C3N4晶体中原子间均以单键结合，则C3N4是原子晶体，A、D不正确；C、N元素都位于第二周期，N在C的右边，在同一周期中，从左到右，元素的原子半径逐渐减小，故C3N4晶体中，C—N的键长比金刚石中C—C的键长要短，B不正确；C原子最外电子层有4个电子，可形成4个单键达到8电子稳定结构，N原子最外电子层有5个电子，可形成3个单键达到8电子稳定结构，故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，C正确。
【答案】 C
10．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________(填字母，下同)，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________。
【解析】 根据构成晶体的粒子不同，分子晶体仅由分子构成，原子晶体中无分子。分子晶体有B、C、E、F，其中晶体氩是单原子分子构成的晶体；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
11．硅是一种重要的非金属单质，硅及其化合物的用途非常广泛。根据所学知识回答硅及其化合物的相关问题。 【导学号：90990080】
(1)基态硅原子的核外电子排布式为________。
(2)晶体硅的微观结构与金刚石相似，晶体硅中Si—Si键之间的夹角大小约为_____。
(3)请在下框图中补充完成SiO2晶体的结构示意图(部分原子已画出)，并进行必要的标注。
(4)下表列有三种物质(晶体)的熔点：
物质
SiO2
SiCl4
SiF4
熔点/℃
1 710
－70.5
－90.2
简要解释熔点产生差异的原因：
①SiO2和SiCl4____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②SiCl4和SiF4：__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【解析】 (2)晶体硅以一个硅原子为中心，与另外4个硅原子形成正四面体结构，所以Si—Si键之间的夹角大小约为109°28′。(3)图中给出的是硅晶体的结构，SiO2晶体相当于在硅晶体结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，所以只要在上述每两个硅原子之间“画”一个半径比硅原子小的原子，再用实线连起来即可。(4)晶体类型不同，其熔点具有很大的差别，一般原子晶体的熔点高，而分子晶体的熔点低。
【答案】 (1)1s22s22p63s23p2
(2)109°28′
(3)如图所示
(4)①SiO2为原子晶体，SiCl4为分子晶体，原子晶体熔点比分子晶体的高 ②组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔点越高
12．(1)如图为CO2分子晶体结构的一部分，观察图形。试说明每个CO2分子周围有____个与之紧邻且等距的CO2分子；该结构单元平均占有________个CO2分子。
(2)在40 GPa高压下，用激光器加热到1 800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是________。
A．原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂
B．原子晶体干冰有很高的熔点和沸点
C．原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料
D．原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应
E．每摩尔原子晶体干冰中含有4 mol C—O
【解析】 (1)题给出CO2分子晶体的一部分。取任一顶角的CO2分子，则与之距离最近且等距的是共用该顶角的三个面面心上的CO2分子，共3个；而该顶角被8个同样晶胞共用，而面心上的分子被2个晶胞共用，这样符合题意的CO2分子有：3×8/2＝12个；在此结构中，8个CO2分子处于顶角，为8个同样结构共用，6个CO2分子处于面心，为2个同样结构共用。所以，该结构单元平均占有的CO2分子数为：8×＋6×＝4(个)；(2)该题应从SiO2的结构和性质来判断。
【答案】 (1)12 4 (2)BDE
[能力提升]
13．在20世纪90年代末期，科学家发现并证明碳有新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C90、C94等另外一些球碳分子。21世纪初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的家族。下列有关说法错误的是( )
A．熔点比较：C60＜C70＜C90
B．C60、C70、管状碳和洋葱状碳之间的转化属于化学变化
C．C60晶体结构如图所示，每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子有12个
D．C60、C70、管状碳和洋葱状碳都不能与O2发生反应
【解析】 C60、C70、C90都属于分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，A正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于不同物质，它们之间的转化属于化学变化，B正确；在每个C60分子周围与它最近且等距离的C60分子与之相距a(其中a为立方体棱长)，就是每个面心上的C60分子，在X、Y、Z三个方向各有4个，所以为12个，C正确；C60、C70、管状碳和洋葱状碳属于碳单质，在点燃条件下都能在O2中燃烧，D错误。
【答案】 D
14．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
【解析】 本题的突破口在Y上，短周期元素形成的单质中，熔点高、硬度大的半导体材料是硅，由此可推知X、Z、W、M分别是Na、S、Cl和O元素。A项钠元素和氧元素可形成Na2O和Na2O2两种化合物，不正确；B项因H2O分子间存在氢键，其相对分子质量最小，沸点却最高，不正确；C项，硅单质是原子晶体，硫单质和氯气是分子晶体，不正确；D项，氯气和臭氧都可以用作水处理中的消毒剂，正确。
【答案】 D
15．下表是某些原子晶体的熔点和硬度，分析表中的数据，判断下列叙述正确的是( )
原子晶体
金刚石
氮化硼
碳化硅
石英
硅
锗
熔点/℃
3 900
3 000
2 700
1 710
1 410
1 211
硬度
10
9.5
9.5
7
6.5
6.0
①构成原子晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高 ②构成原子晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高 ③构成原子晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大 ④构成原子晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
【解析】 原子晶体的熔沸点、硬度等物理性质取决于晶体内的共价键，构成晶体的原子半径越小，键长越短，键能越大，熔沸点越高，硬度越大。
【答案】 D
16．已知A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次增大，其中A元素的原子半径在短周期元素中最小，B原子核外电子有6种不同的运动状态；D原子L层上有2对成对电子。E元素在地壳中含量居第二位，F与E位于同一周期，且是该周期元素中电负性最大的元素。 【导学号：90990081】
根据以上信息回答下列问题：
(1)E元素可分别与D元素、F元素形成两种常见化合物，这两种化合物的熔沸点高低顺序为________(用化学式表示)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)C的氢化物比下周期同族元素的氢化物沸点还要高，其原因是___________________
_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)1 mol B2A2分子中含σ键的数目是________。
(4)图(Ⅰ)是B元素的单质晶体的一个晶胞，该晶胞中含有__个原子，该晶体类型为____。
(5)E单质存在与金刚石结构类似的晶体，晶体中原子之间以________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。
(6)BD2在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图(Ⅱ)所示。该晶体的类型属于_____(填“分子”、“原子”、“离子”或“金属”)晶体，该晶体中B原子轨道的杂化类型为_______。
【答案】 (1)SiO2＞SiCl4 二氧化硅为原子晶体，而SiCl4为分子晶体 (2)NH3分子间形成氢键，同族其他元素氢化物分子间不能形成氢键
(3)3NA(或1.806×1024) (4)8 原子晶体 (5)共价键 3 (6)原子 sp3杂化
