高二化学物质结构与性质课时作业18332 分子晶体.docx
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高二化学物质结构与性质课时作业18332分子晶体
第2课时 分子晶体
[基础过关]
1.下列说法正确的是( )
A.分子晶体都具有分子密堆积的特征
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
[答案] B
[解析] 含有氢键的分子晶体不具有分子密堆积的特征,如冰,A错误;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,B正确,C错误;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,D错误。
2.根据下列性质判断所描述的物质可能属于分子晶体的是( )
A.熔点1070℃,易溶于水,水溶液能导电
B.熔点1128℃,沸点4446℃,硬度很大
C.熔点10.31℃,液态不导电,水溶液能导电
D.熔点97.81℃,质软,导电,密度0.97g·cm-3
[答案] C
[解析] A项,熔点1070℃,熔点高,不符合分子晶体的特点,故A错误;B项,熔点1128℃,沸点4446℃,硬度很大,属于离子晶体或原子晶体或金属晶体的特点,分子晶体分子间只存在分子间作用力,熔、沸点低,故B错误;C项,熔点10.31℃,熔点低,符合分子晶体的熔点特点,液态不导电,只存在分子,水溶液能导电,溶于水后,分子被水分子离解成自由移动的离子,如CH3COOHCH3COO-+H+,有自由移动的离子,就能导电,故C正确;D项,熔点97.81℃,质软、导电、密度0.97g·cm-3,是金属钠的物理性质,金属钠属于金属晶体,故D错误。
3.下列物质呈固态时,一定属于分子晶体的是( )
A.非金属单质B.非金属氧化物
C.含氧酸D.金属氧化物
[答案] C
[解析] 非金属单质中的金刚石、非金属氧化物中的SiO2均为原子晶体;而金属氧化物通常为离子化合物,属离子晶体。
故C正确。
4.BeCl2熔点较低,易升华,溶于醇和醚,其化学性质与AlCl3相似。
由此可推测BeCl2( )
A.熔融态不导电B.水溶液呈中性
C.熔点比BeBr2高D.不与NaOH溶液反应
[答案] A
[解析] 由题知BeCl2熔点较低,易升华,溶于醇和醚,应属于分子晶体,所以熔融态不导电;对于组成相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,其熔、沸点越高,因此BeCl2的熔点比BeBr2的低;BeCl2化学性质与AlCl3相似,根据AlCl3能和NaOH溶液反应,则BeCl2也可与NaOH溶液反应;AlCl3水溶液中由于铝离子水解而呈酸性,推知BeCl2也具有此性质。
5.下列有关分子晶体熔点的高低叙述中,正确的是( )
A.Cl2>I2
B.SiCl4>CCl4
C.PH3>NH3
D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3
[答案] B
[解析] NH3分子间存在氢键,分子间作用力大,PH3分子间不存在氢键,分子间作用力弱,NH3的熔点高于PH3,C不正确;A、B、D选项中均无氢键,且固态时都为分子晶体,物质结构相似,相对分子质量大的熔点高,故A不正确,B正确;相对分子质量相同的烷烃同分异构体,支链越多,熔点越低,故D不正确。
6.下列说法中,正确的是( )
A.冰融化时,分子中H—O键发生断裂
B.原子晶体中,共价键越强,熔点越高
C.分子晶体中,共价键键能越大,该分子晶体的熔、沸点一定越高
D.分子晶体中,分子间作用力越大,该物质越稳定
[答案] B
[解析] A项,冰为分子晶体,融化时破坏的是分子间作用力,故A项错误;B项,原子晶体熔点的高低取决于共价键的强弱,共价键越强,熔点越高,故B项正确;分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的大小,而共价键的强弱决定了分子的稳定性,共价键越强物质越稳定,故C、D两项错误。
7.根据下表中给出的有关数据,判断下列说法中错误的是( )
AlCl3
SiCl4
晶体硼
金刚石
晶体硅
熔点/℃
190
-60
2300
3550
1410
沸点/℃
183
57
2550
4827
2355
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
[答案] 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汽化,故AlCl3加热能升华,A、C项正确;晶体硼的熔、沸点高,所以晶体硼是原子晶体,B项正确;碳原子的半径比硅的原子半径小,金刚石中的C—C键键长比晶体硅中的Si—Si键键长短,金刚石中的C—C键键能比晶体硅中的Si—Si键键能大,金刚石中的C—C键比晶体硅中的Si—Si键强,D项错误。
8.中学教材上介绍的干冰晶体是立方面心结构,如图所示,即每8个CO2构成立方体,且在6个面的中心又各占据1个CO2分子,在每个CO2周围距离
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] 如图在每个CO2周围距离
a的CO2即为每个面心上的CO2分子,共有8×(3×
)=12个。
9.在硼酸[B(OH)3]分子中,B原子与3个羟基相连,其晶体具有与石墨相似的层状结构。
则分子中B原子杂化轨道的类型及同层分子间的主要作用力分别是( )
A.sp,范德华力B.sp2,范德华力
C.sp2,氢键D.sp3,氢键
[答案] C
[解析] 石墨晶体中C原子为sp2杂化,层与层之间以范德华力结合,硼酸[B(OH)3]分子中,B原子也为sp2杂化,但由于B(OH)3中B原子与3个羟基相连,羟基间能形成氢键,故同层分子间的主要作用力为氢键。
[能力提升]
10.下表数据是对应物质的熔点:
物质
熔点/℃
AlF3
1291
AlCl3
190
BCl3
-107
NCl3
-40
(1)BCl3分子构型为平面三角形,则BCl3分子为______(填“极性”或“非极性”,下同)分子,其分子中的共价键类型为________键。
(2)BF3的熔点比BCl3________(填“高”、“低”或“无法确定”);下列化学用语中,能正确表示BF3分子的是________(填字母)。
(3)氯化铝是________(填“离子”或“共价”)化合物,AlCl3属于________(填“强”或“弱”)电解质,它的晶体类型为________,AlCl3________(填“难”或“易”)溶于苯。
(4)设计一个可靠的实验,判断氯化铝是离子化合物还是共价化合物。
你设计的实验是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)AlCl3在177.8℃时升华,气态或熔融态以Al2Cl6形式存在,则可推知Al2Cl6在固态属于________晶体,Al2Cl6中Al原子的杂化方式为________,Al2Cl6中不存在的化学键是________(填序号)。
a.共价键b.配位键
c.σ键d.π键
[答案]
(1)非极性 极性
(2)低 bd (3)共价 强 分子晶体 难 (4)在熔融状态下,验证其是否导电,若不导电是共价化合物 (5)分子 sp3 d
11.请回答下列问题:
(1)下列物质变化,只与范德华力有关的是________。
a.干冰熔化b.乙酸汽化
c.石英熔融d.
溶于水
e.碘溶于四氯化碳
(2)FeCl3常温下为固体,熔点282℃,沸点315℃,在300℃以上升华,易溶于水,也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂。
据此判断FeCl3的晶体类型为__________。
(3)某石蕊分子结构如下图所示:
①石蕊分子所含元素中,基态原子2p轨道有两个成单电子的是________(填元素符号);由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子是________(填化学式);
②该石蕊易溶解于水,分析可能的原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知:
①Cu2+的核外电子排布式为__________;
②X难溶于水、易溶于有机溶剂,其晶体类型为______;
③M中所含元素的电负性由大到小顺序为__________,N原子以________轨道与O原子形成σ键。
④上述反应中断裂和生成的化学键有________(填序号)。
a.离子键 b.配位键 c.金属键
d.范德华力 e.共价键
(5)白磷(P4)是磷的一种单质,它属于分子晶体,其晶胞结构如下图。
已知该晶体的密度为ρg·cm-3,晶胞的边长为acm,则阿伏加德罗常数为________mol-1(用含ρ、a的式子表示)。
[答案]
(1)ae
(2)分子晶体 (3)①C、O CH
、H3O+
②该石蕊分子中含有—OH和—NH2,均能与H2O形成氢键;由结构知,该分子为极性分子,根据相似相溶原理,易溶于水 (4)①1s22s22p63s23p63d9或[Ar]3d9 ②分子晶体 ③O>N>C>H sp2杂化 ④be
(5)
[解析]
(1)干冰熔化只破坏分子间作用力;乙酸汽化破坏分子间作用力和分子间氢键;石英熔融破坏共价键;
分子间不存在氢键,溶于水破坏范德华力,与水分子间形成氢键;碘溶于四氯化碳只破坏范德华力,故只有a、e符合要求。
(2)FeCl3熔、沸点不高,且易升华,易溶于水,故知FeCl3为分子晶体。
(3)①2p轨道有两个成单电子的原子价电子排布式为2s22p2、2s22p4,故为C和O元素。
C和H形成CH
,H和O形成H3O+,N和H形成NH
,其中CH
和H3O+为三角锥形,NH
为正四面体形。
②从与H2O能否形成氢键及“相似相溶”两个角度解答。
(4)②由X难溶于水易溶于有机溶剂可知其为分子晶体。
③分子中N原子形成3个σ键和1个π键,故N原子杂化类型为sp2杂化;同周期由左→右元素电负性增大,电负性O>N>C,H与非金属元素C化合物中表现出正价可推知电负性C>H。
④该反应中断苯环上—OH的O—H键,形成Cu←O配位键。
故选b、e。
(5)每个白磷晶胞中含有P4个数为8×
+6×
=4,每个晶胞质量为4×
,体积为a3cm3,故
=ρg·cm-3,NA=
mol-1。
12.在我国南海300~500m海底深处沉积物中存在着大量的“可燃冰”,其主要成分为甲烷水合物。
请回答下列问题:
(1)甲烷晶体的晶胞结构如图所示,下列说法正确的是__________(填字母序号)。
A.甲烷晶胞中的球只代表一个C原子
B.晶体中1个CH4分子中有12个紧邻的CH4分子
C.CH4熔化时需克服共价键
D.1个CH4晶胞中含有8个CH4分子
E.CH4是非极性分子
(2)水在不同的温度和压强条件下可以形成多种不同结构的晶体,冰晶体结构有多种。
其中冰Ⅶ的晶体结构如下图所示。
①水分子的空间构型是________形,水分子能与H+形成配位键,其原因是在氧原子上有______,应用价电子对互斥理论推测H3O+的形状为________。
②上述冰晶体中每个水分子与周围________个水分子以氢键结合,该晶体中1mol水形成_____mol氢键。
③实验测得冰中氢键的作用能为18.5kJ·mol-1,而冰的熔化热为5.0kJ·mol-1,这说明________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图,其中空心球所示原子位于立方体的顶点或面心,实心球所示原子位于立方体内)类似。
每个冰晶胞平均占有________个水分子,冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)氨气极易溶于水的原因之一是与氢键有关。
请判断:
NH3溶于水后,形成的NH3·H2O的合理结构是________(填字母)。
a b
[答案]
(1)BE
(2)①V 孤对电子 三角锥形 ②4 2
③冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,液态水中仍存在氢键 ④8 水中的O原子和金刚石中的C原子都为sp3杂化,每个水分子可与相邻的4个水分子形成氢键,且氢键和共价键都具有方向性和饱和性 (3)b
[解析]
(1)CH4是分子晶体,熔化时克服范德华力。
晶胞中的球体代表的是一个甲烷分子,并不是一个C原子。
以该甲烷晶胞分析,位于顶点的某一个甲烷分子与其距离最近的甲烷分子有3个而这3个甲烷分子在面上,因此每个都被共用2次,故与1个甲烷分子紧邻的甲烷分子有3×8×
=12(个)。
甲烷晶胞属于面心立方晶胞,该晶胞中甲烷分子的个数为8×
+6×
=4(个)。
CH4分子为正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,结构对称,CH4是非极性分子。
(2)①水分子中O原子的价电子对数=
=4,孤对电子数为2,所以水分子为V形分子,H2O分子能与H+形成配位键,其原因是在O原子上有孤对电子,H+有空轨道。
H3O+价电子对数
=4,含有1对孤对电子,故H3O+为三角锥形。
②观察图示晶体结构可知,该水分子与周围4个水分子以氢键结合,每2个水分子间形成1个氢键,故1mol水可形成4mol×0.5=2mol氢键。
③冰中氢键的作用能为18.5kJ·mol-1,而冰熔化热为5.0kJ·mol-1,说明冰熔化为液态水时只是破坏了一部分氢键,并且液态水中仍存在氢键。
④每个冰晶胞平均含有水分子数为4+6×
+8×
=8。
H2O分子中的O原子中形成2个σ键,并含有2个孤对电子,金刚石中每个C原子含有4个σ键且没有孤对电子,所以水中的O和金刚石中的C都是sp3杂化,且水分子间的氢键具有方向性,每个水分子只可以与相邻的4个水分子形成氢键,导致冰晶胞与金刚石晶胞微粒排列方式相似。
(3)由电离方程式NH3·H2ONH
+OH-,可知b图符合NH3·H2O的结构。
[拓展探究]
13.决定物质性质的重要因素是物质结构。
请回答下列问题:
(1)下图是石墨的结构,其晶体中存在的作用力有________(填序号)。
A.σ键 B.π键 C.氢键 D.配位键 E.范德华力 F.金属键 G.离子键
(2)碳纳米管由单层或多层石墨层卷曲而成,其结构类似于石墨晶体,每个碳原子通过________杂化与周围碳原子成键,多层碳纳米管的层与层之间靠________结合在一起。
(3)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。
六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂。
立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。
它们的晶体结构如图所示。
①基态硼原子的电子排布式为_________________________________________________。
②关于这两种晶体的说法,正确的是________(填序号)。
a.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
b.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软
c.两种晶体中的B—N键均为共价键
d.两种晶体均为分子晶体
③六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为______________,其结构与石墨相似却不导电,原因是___________________________________________________。
④立方相氮化硼晶体中,硼原子的杂化轨道类型为____________。
该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km的古地壳中被发现。
根据这一矿物形成事实,推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是______________________________________________。
⑤NH4BF4(氟硼酸铵)是合成氮化硼钠米管的原料之一。
1molNH4BF4含有____________mol配位键。
[答案]
(1)ABEF
(2)sp2 范德华力
(3)①1s22s22p1 ②bc ③平面三角形 层状结构中没有自由移动的电子 ④sp3 高温、高压 ⑤2
[解析]
(1)石墨晶体是介于原子晶体、金属晶体、分子晶体之间的一种特殊晶体,含有金属键,层与层之间存在范德华力,层内存在共价键。
在石墨晶体中同层的每一个碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合;每个碳原子有一个未参与杂化的2p电子,它的原子轨道垂直于碳原子平面,形成了大π键,因此石墨晶体中既存在σ键又存在π键。
(2)根据碳纳米管结构与石墨类似,可得[答案]。
(3)①B的原子序数为5,故其基态原子的电子排布式为1s22s22p1。
②立方相氮化硼晶体的硬度大小与是否含有σ键和π键无关,与晶体的结构有关,即立方相氮化硼晶体为原子晶体,硬度较大,a错误;六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似,根据石墨晶体可知其层和层之间是靠范德华力结合的,故其作用力小,质地较软,b正确;B和N都是非金属元素,两种晶体中的B—N键都是共价键,c正确;六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似,属于混合键型晶体,立方相氮化硼晶体为原子晶体,d错误。
③六方相氮化硼晶体与石墨晶体相似,同一层上的原子在同一平面内,根据六方相氮化硼晶体的晶胞结构可知,1个B原子与3个N原子相连,故为平面三角形结构;由于B最外层有3个电子都参与了成键,层与层之间没有自由移动的电子,故不导电。
④立方相氮化硼晶体的结构与金刚石相似,故B原子为sp3杂化;该晶体存在地下约300km的古地壳中,因此制备需要的条件是高温、高压。
⑤NH
中有1个配位键,BF
中有1个配位键,故1molNH4BF4含有2mol配位键。
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