化学课堂导练选修三人教通用版教师必备用书第3章 晶体结构与性质 第二节分子晶体与原子晶体 Word版含答案.docx

1、化学课堂导练选修三人教通用版教师必备用书第3章 晶体结构与性质 第二节分子晶体与原子晶体 Word版含答案第二节分子晶体与原子晶体你已经知道，冰容易融化，干冰容易气化，碘晶体容易升华。那么，你知道这些晶体为什么具有上述的特殊性质吗？它们的结构是怎样的呢？科学研究揭示，30亿年前，在地壳下200km左右的地幔中处在高温、高压岩浆中的碳元素，逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质：熔点高(3350)，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢？水晶是

2、一种古老的宝石，晶体完好时呈六棱柱钻头形。在水晶中，原子是怎样排列的呢？一、分子晶体1特点：(1)构成微粒及微粒间的作用力。(2)微粒堆积方式。若分子间作用力只有_范德华力_，则分子晶体有_分子密堆积_特征，即每个分子周围有_12_个紧邻的分子。分子间还含有其他作用力，如_氢键_，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有_4_个紧邻的水分子。2分子晶体与物质的类别：物质种类实例所有_氢化物_H2O、NH3、CH4等部分_非金属单质_卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)等部分_非金属氧化物_CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的_酸_HNO3、H2SO

3、4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数_有机物_苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3两种典型的分子晶体的组成和结构：(1)干冰。每个晶胞中有_4_个CO2分子，_12_个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为_12_个。(2)冰。水分子之间的作用力有_范德华力_，但主要是_氢键_。由于_氢键_的方向性，使四面体中心的每个水分子与四面体顶点的_4_个相邻的水分子相互吸引。二、原子晶体1结构特点：(1)构成微粒及作用力。(2)空间构型：整块晶体是一个三维的共价键_网状_结构，不存在_单个_的小分子，是一个“巨分子”，又称_共价_晶体。(3)常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)，硼(

4、B)、_晶体硅_(Si)等；某些非金属化合物，如_碳化硅_(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。2典型原子晶体的结构：(1)金刚石晶体的结构特点：在晶体中每个碳原子以4个_共价单键_对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成_正四面体_结构。晶体中碳碳键之间的夹角为_10928_，碳原子采取了_sp3_杂化。最小环上有_6_个碳原子。(2)SiO2的结构特点：把金刚石晶体中的_碳_原子换为_硅_原子，每两个硅原子之间增加一个_氧_原子，即形成SiO2的晶体结构。1思考辨析：(1)分子晶体中一定存在共价键。 ()(2)干冰升华的过程中破坏了共价键。()(3)二氧化硅和干冰虽然是同一主族的

5、氧化物，但属于不同的晶体类型。 ()(4)分子晶体的熔、沸点比较低，原子晶体的熔、沸点比较高。()(5)含有共价键的晶体都是原子晶体。()(6)SiO2是二氧化硅的分子式。 ()2(双选)下列式子中，能真实表示分子组成的是(AB)AH2SO4 BNH3CSiO2 DC解析：H2SO4是分子晶体，所以H2SO4可表示硫酸分子的组成；NH3为分子晶体，故NH3可表示氨气分子的组成；SiO2是原子晶体，SiO2只能表示晶体中Si原子与O原子的个数比为12；C既可表示金刚石，又可表示石墨等碳单质。3下列有关分子晶体的说法中正确的是(B)A分子内均存在共价键B分子间一定存在范德华力C分子间一定存在氢键D

6、其结构一定为分子密堆积解析：稀有气体元素组成的晶体中，不存在由多个原子组成的分子，而是原子间通过范德华力结合成晶体，所以不存在任何化学键，故A项错误。分子间作用力包括范德华力和氢键，范德华力存在于所有的分子晶体中，而氢键只存在于含有与电负性较强的N、O、F原子结合的氢原子的分子间或者分子内，所以B项正确，C项错误。只有只存在范德华力的分子晶体才采取分子密堆积的方式，所以D选项也是错误的。4下列说法中正确的是(C)A原子晶体中只存在非极性共价键B因为HCl的相对分子质量大于HF，所以HCl的熔点高于HFC干冰升华时，分子内共价键不会发生断裂D金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物解析：

7、原子晶体中可能存在极性共价键，如SiO2、SiC等，A项不正确；HF晶体中存在氢键，熔点高于HCl晶体，B项不正确；干冰升华是物理变化，分子间作用力被破坏，但分子内共价键不断裂，C项正确；金属元素和非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物，也可能是共价化合物，如AlCl3等，D项不正确。5氮化铝(AlN)是一种熔点很高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂的晶体，将下列各组物质加热熔化或气化，所克服微粒间作用力与AlN相同的是(A)A水晶、金刚石 B食盐、硫酸钾C碘、硫 D硅、干冰解析：根据AlN熔点高、硬度大、不导电、难溶于水和其他溶剂可知AlN晶体是原子晶体，熔化时共价键被破坏，A、B、C、

8、D四个选项中属于原子晶体的有水晶(SiO2)、金刚石、晶体硅，故A项正确。6金刚石和金刚砂(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、硅原子交替以单键相结合。试回答下列问题。(1)金刚砂属于_原子_晶体。金刚砂熔点比金刚石熔点_低_。(2)在金刚砂的结构中，一个硅原子周围结合_4_个碳原子，键角是_10928_。(3)金刚砂的结构中含有由共价键形成的原子环，其中最小的环上有_3_个硅原子。解析：根据题意可知金刚砂属于原子晶体，由于SiC键的键长大于CC键的键长，故SiC键的键能小，金刚砂的熔点比金刚石的熔点低。硅原子与碳原子交替以共价单键相结合，且Si、C原子都形成四个单键

9、，故一个碳原子周围结合4个硅原子，同时一个硅原子周围结合4个碳原子。由于硅原子周围的四个碳原子在空间呈正四面体形排列，故键角为10928。类比金刚石中最小的原子环中有6个碳，则在金刚砂中，最小的环上应有3个硅原子和3个碳原子。知识点一原子晶体与分子晶体比较与判断1原子晶体和分子晶体的比较晶体类型原子晶体分子晶体概念相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体分子间以分子间作用力相结合的晶体组成粒子原子分子粒子间作用力共价键分子间作用力熔、沸点很高较低硬度很大较小溶解性不溶于任何溶剂部分溶于水导电性不导电，个别为半导体不导电，部分溶于水导电熔化时破坏的作用力共价键分子间作用力实例金刚石干冰2

10、判断分子晶体和原子晶体的方法(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。构成原子晶体的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键；构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。(2)依据晶体的熔点判断。原子晶体的熔点高，常在1000以上，而分子晶体熔点低，常在数XX以下甚至温度更低。(3)还可以依据晶体的硬度与机械性能判断。原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。(4)依据导电性判断。分子晶体为非导体，但部分溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、锗是半导体。(5)记忆常见的、典型的原子晶体。常见的原子晶体有：单质：金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等；化合物：SiO2、SiC、BN、A

11、lN、Si3N4等。除原子晶体外的绝大多数非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸、绝大多数有机物(有机盐除外)都属于分子晶体。典例1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(C)SiO2和SO3晶体硼和HClCO2和SO2晶体硅和金刚石晶体氖和晶体氮硫黄和碘A BC D解析：属于分子晶体的有SO3、HCl、CO2、SO2、晶体氖、晶体氮、硫黄和碘。属于原子晶体的有SiO2、晶体硼、晶体硅和金刚石。但晶体氖是由稀有气体分子组成，稀有气体为单原子分子，分子间不存在化学键。变式训练1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_B、

12、C、E、F_，直接由原子构成的分子晶体是_E_。(2)属于原子晶体的化合物是_A_。(3)直接由原子构成的晶体是_A、D、E_。(4)受热熔化时，需克服共价键的是_A、D_。解析：根据构成晶体的微粒不同，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，注意晶体氩是单原子分子晶体；原子晶体和单原子分子晶体都是由原子直接构成的，原子晶体有A、D，但属于化合物的只有A；分子晶体熔化时，一般不破坏化学键；原子晶体熔化时，破坏共价键。知识点二分子晶体和原子晶体熔沸点高低的比较1对于不同类型的晶体来说，熔沸点的高低顺序为原子晶体分子晶体。2对于同属于分子晶体的不同晶体：(1)分子间作用力

13、越大，物质的熔沸点越高；非金属氢化物分子间含有氢键的分子晶体，熔沸点比同族元素的氢化物反常得高。如H2OH2TeH2SeH2S。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高。如SnH4GeH4SiH4CH4。(3)组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔沸点越高。如CON2，CH3OHCH3CH3。(4)同分异构体的支链越多，熔沸点越低。如CH3CH2CH2CH2CH3(5)烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随分子里碳原子的增加，熔沸点升高。如C2H6CH4，C2H5ClCH3Cl，CH3COOHHCOOH。3对于同属于原子晶体的不同晶体：(1)晶体的

14、熔沸点高低取决于共价键的键长和键能。键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高。(2)若没有告知键长或键能数据时，可比较原子半径的大小。一般原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。原子半径越小，则化学键的键长越短，化学键就越强，键就越牢固，破坏化学键需要的能量就越大，故晶体的熔点就越高。如比较金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点高低。原子半径：CSi，则键长：CCCSiCSiSiSi，熔点：金刚石碳化硅晶体硅。典例2下列物质的沸点变化顺序正确的是(A)ACH4SiH4GeH4SnH4 BNH3PH3AsH3H2SH2SeH2Te DHFHClHBrHI解析：A这几种氢化物结构和性质

15、相似，且相对分子质量随着原子序数增大而增大，所以其沸点顺序为CH4SiH4GeH4SnH4，故A正确。B这几种氢化物结构和性质相似，且相对分子质量随着原子序数增大而增大，但氨中含有氢键，所以其沸点最高，则沸点顺序为PH3AsH3SbH3NH3，故B错误。C这几种氢化物结构和性质相似，且相对分子质量随着原子序数增大而增大，但水中含有氢键，所以其沸点最高，则沸点顺序为H2SH2SeH2TeH2O，故C错误。D这几种氢化物结构和性质相似，且相对分子质量随着原子序数增大而增大，但HF中含有氢键，所以其沸点最高，则沸点顺序为HClHBrHI35501410沸点/17857255048272355ASiC

16、l4是分子晶体B晶体硼是原子晶体CAlCl3是分子晶体，加热能升华D金刚石中的CC键比晶体硅中的SiSi键弱解析：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汽化，故AlCl3加热能升华，A、C正确；单质硼的熔沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；C原子的半径比Si原子的半径小，金刚石中的CC键键长比晶体硅中的SiSi键键长短，金刚石中的CC键比晶体硅中的SiSi键强，D错误。混合键型晶体石墨实验测定，石墨的熔点高达3850，高于金刚石的熔点，这说明石墨晶体具有原子晶体的特点；但是，石墨很软并且能导电，它是非常好的润滑剂，这又不同于原子晶

17、体。那么，石墨究竟属于哪种类型的晶体呢？研究发现，石墨的晶体具有层状结构，每个碳原子用sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子以共价键相结合，形成无限的六边形平面网状结构；共价键的键长为0.142nm，键角为120。每个碳原子还有一个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大键。正是由于电子可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大键具有金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向导电性强的原因。这些网络状的平面结构再以范德华力结合形成层状结构，层与层之间的距离为0.335nm。这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，同时还有金属键的特性。我们将这种晶体称为

18、混合键型晶体。这种特殊的结构决定了石墨具有某些独特的性质，并用于制造电极、润滑剂、铅笔芯、原子反应堆中的中子减速剂等。1AB型的化学式形成的晶体结构情况多种多样。下列图示的几种结构中最有可能是分子晶体的是(B)A BC D解析：分子晶体中不存在共用，从各图中可以看出不存在共用现象，所以最有可能是分子晶体。2下列属于分子晶体性质的是(B)A组成晶体的微粒是离子B能溶于CS2，熔点为112.8，沸点为444.6C熔点为1400，可作半导体材料，难溶于水D熔点高，硬度大解析：分子晶体的主要性质有熔沸点低，硬度小，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂，晶体固态和熔化时均不导电。3在xmo

19、l石英晶体中，含有SiO键数是(D)Axmol B2xmolC3xmol D4xmol解析：由石英的晶体结构可以看出一个硅原子周围有四个氧原子，即一个硅原子形成4个SiO键，所以在xmol石英晶体中含有SiO键数是4xmol。4下列说法不正确的是(C)A在干冰晶体中，与一个CO2分子相邻且等距离的CO2分子共有12个B在SiO2晶体中，若含有1molSi原子，则SiO键数为4NAC在金刚石晶体中，一个碳原子被12个六元碳环所共用，一个CC键最多可形成6个六元环、一个六元环实际拥有一个碳原子Dmg石墨中，正六边形数目为mNA/24，每个环拥有碳原子数与CC键数之比为2：3解析：在干冰晶体中，CO

20、2分子位于顶点和面心，如图所示。以立方体上面面心的CO2分子为研究对象，向上延伸，与该CO2分子等距离的CO2为12个，A项正确；在SiO2晶体中，1个Si与周围4个O形成4个SiO键，B项正确；在金刚石中每两条棱可形成两个六边形，一个碳可形成12个六边形，一个CC键可形成6个六元环，一个六元环实际拥有6个C，C项错；在石墨中，一个六元环实际拥有6个C，实际拥有6个CC，mg石墨含有六边形数目为NA，因此D项正确。5C60、金刚石和石墨的结构模型如下图所示(石墨仅表示出其中的一层结构)：(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为_B_；A同分异构体 B同素异形体C同系物 D同位素(2)固态时，C

21、60属于_分子_(填“离子”“原子”或“分子”)晶体；(3)石墨层状结构中，平均每个正六边形占有的碳原子数是_2_。解析：C60、金刚石和石墨均是由碳原子形成的单质，三者互为同素异形体；C60有固定的分子组成，属于分子晶体；在石墨层状结构中最小的正六边形里，每一个碳原子都被周围相同的3个正六边形共用，一个正六边形只占有每个碳原子的，所以每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为2。基础巩固一、选择题1下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是(C)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12C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

22、于中心，Si处于4个顶角解析：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SiSi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11，故A、B两项错误，C项正确。2(双选)下列晶体性质的比较中，正确的是(AD)A熔点：金刚石碳化硅晶体硅B沸点：NH3H2OHFC硬度：白磷冰二氧化硅D熔点：

23、SiI4SiBr4SiCl4解析：由CC、CSi、SiSi键的键能和键长可判断A项正确；由SiI4、SiBr4、SiCl4的相对分子质量可判断D项正确；沸点H2OHFNH3，二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度小，B、C项错误。3根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是(B)A熔点2700，导电性好，延展性强B无色晶体，熔点3550，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解析：本题考查的是各类晶体的物理性质特征。A项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间

24、以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合原子晶体的特征，C项应该是离子晶体，D项符合分子晶体的特征，所以应该选择B项。4碘的熔、沸点低，其原因是(C)A碘的非金属性较弱BII键的键能较小C碘晶体属于分子晶体DII共价键的键长较长解析：分子晶体的熔、沸点低，是因为分子晶体内部的分子间作用力小。5我国的激光技术在世界上处于领先地位，据报道，有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，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(B)A碳、氮原子构成平面结构的晶体B碳氮键比金刚石中的碳碳

25、键更短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，所以A选项是错误的。由于氮原子的半径比碳原子的半径要小，所以二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，因此B选项是正确的。而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选项也是错误的。6(2018浙江考前特训学考)下列说法正确的是(B)A二氧化硅与二氧化碳都是共价化合物，且晶体类型相同B氧气生成臭氧的过程中有化学键的断裂和生成C因为氮气的键能比

26、氧气的键能大，所以氮气的沸点比氧气的高D硫与氖晶体均是由单原子构成的分子晶体解析：A、SiO2中Si与O形成共价键，CO2中C与O形成共价键，所以二者都是共价化合物，但是SiO2形成的是原子晶体，CO2形成分子晶体，A错误。B、所有化学反应过程都是反应物中化学键断裂后，重新组合生成产物，B正确。C、N2与O2的晶体都是分子晶体，二者沸点的高低取决于分子间作用力的相对大小，与分子中共价键的键能无关，C错误。D、硫原子最外层没有达到稳定结构，所以晶体中必然是通过某种形式构成稳定的分子，再通过分子间作用力形成晶体，D错误。正确答案B。7下列性质适合于分子晶体的是(C)熔点1070，易溶于水，水溶液导

27、电熔点10.31，液态不导电，水溶液导电能溶于CS2，熔点112.8，沸点444.6熔点97.81，质软、导电，密度为0.97gcm3A BC D解析：分子晶体熔点较低，中物质熔点高，不是分子晶体，是金属钠的性质。8美国科学杂志曾报道：在40GPa的高压下，用激光加热到1800K，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(B)A该原子晶体中含有极性键B该原子晶体易气化，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，可用作耐磨材料解析：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，但化学键依然为极性共价键，故A正确。CO2原子晶体具有高硬度、

28、高熔点等特点，故C、D选项正确，B项错误。9下列各组物质发生状态变化时，所克服的微粒间的相互作用，属于同种类型的是(C)A金刚石和硫的熔化 B食盐和石蜡的熔化C碘和干冰的升华 D二氧化硅和氧化钠的熔化解析：金刚石是原子晶体，熔化时克服共价键，硫是分子晶体，熔化时克服范德华力；食盐是离子化合物，熔化时克服离子键，石蜡是非晶体，没有固定的熔沸点，熔化时克服范德华力；碘和干冰均为分子晶体，升华时克服的都是范德华力；二氧化硅是原子晶体，熔化时克服共价键，氧化钠是离子化合物，熔化时克服离子键。二、非选择题10(1)如图为干冰的晶胞结构，观察图形，确定在干冰中每个CO2分子周围有_12_个与之紧邻且等距离的CO2分子。在干冰中撒入镁粉，用红热的铁棒引燃后，再盖上另一块干冰，出现的现象为_镁粉在干冰中继续燃烧，发出耀眼的白光，并有黑色物质生成_，反应的化学方程式是_2MgCO22MgOC_。(2)下列三种晶体CO2，CS2，SiO2的熔点由高到低的顺序是_(用序号填空)，其原因是_SiO2是原子晶体，CO2、CS2是分子晶体，所以SiO2熔点最高；CO2和CS2组成和结构相似，且CS2的相对分子质量大于CO2的相对分子质量，所以CS2的熔点高于CO2_。解析：(1)以晶胞中的任意一个顶点为坐标原点，以通过该顶点的三条棱边为坐标轴建立起一个三维直角坐标系，在坐标原点的周