原子晶體與分子晶體

【典例1】觀察下面金剛石結(jié)構(gòu)圖：回答下列問題：（1）最小碳環(huán)中的碳原子數(shù)是___個。（2）金剛石中碳原子與C—C鍵的數(shù)目之比為____。（3）金剛石中碳原子的雜化方式是______，C—C鍵之間的夾角是____?！咀灾鹘獯稹拷饎偸w中最小碳環(huán)由6個碳原子組成且6個碳原子不在同一平面上。晶體中每個C參與了4條C—C鍵的形成，但每條鍵屬于兩個碳原子，故一個碳原子實際占有4×條=2條C—C鍵，所以碳原子與C—C鍵數(shù)目之比為1∶2。金剛石中碳均采用sp3雜化，因此鍵角為109.5°。答案：(1)6(2)1∶2(3)sp3109.5°【典例2】下列分子晶體，關(guān)于熔、沸點高低的敘述中，正確的是A.Cl2>I2B.SiCl4>CCl4C.NH3<PH3D.C(CH3)4>CH3CH2CH2CH2CH3【自主解答】選B。A、B項屬于無氫鍵存在的分子結(jié)構(gòu)相似的情況，相對分子質(zhì)量大的熔、沸點高；C項屬于分子結(jié)構(gòu)相似的情況，但存在氫鍵的物質(zhì)熔、沸點高，故C錯誤，應該NH3>PH3，由此可見：在判斷分子晶體熔、沸點高低時可先看有無氫鍵再判斷其他因素，就不會漏掉氫鍵這一影響因素了；D項屬于相對分子質(zhì)量相同，但分子結(jié)構(gòu)不同的情況，支鏈多的熔、沸點低。一、選擇題（本題包括6小題，每小題6分，共36分）1.支持固態(tài)氨是分子晶體的事實是（）A.氮原子不能形成陽離子B.銨離子不能單獨存在C.常溫下，氨是氣態(tài)物質(zhì)D.氨極易溶于水【解析】選C。利用分子晶體的性質(zhì)進行判斷，如導電性、熔沸點高低等。C項，氨在常溫下是氣態(tài)物質(zhì)，說明氨的熔沸點較低，是分子晶體。因離子晶體有很多易溶于水，故溶解性不能作為判斷依據(jù)。2.（2010·洛陽高二檢測）有關(guān)晶體的下列說法中正確的是（）A.分子晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B.原子晶體中共價鍵越強，熔點越高C.冰融化時水分子中共價鍵發(fā)生斷裂D.氯化鈉熔化時離子鍵未被破壞【解析】選B。A項，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔沸點越高；C項，冰融化時破壞的是分子間作用力；D項，氯化鈉熔化時變成了Na+和Cl-，離子鍵被破壞。3.干冰和二氧化硅晶體同屬ⅣA族元素的最高價氧化物，它們的熔、沸點差別很大的原因是（）A.二氧化硅的相對分子質(zhì)量大于二氧化碳的相對分子質(zhì)量B.C＝O鍵鍵能比Si—O鍵鍵能小C.干冰為分子晶體，二氧化硅為原子晶體D.干冰易升華，二氧化硅不能【解析】選C。干冰和二氧化硅晶體盡管同屬ⅣA族元素的最高價氧化物，但干冰是分子晶體，二氧化硅為原子晶體，干冰的熔、沸點取決于其分子間作用力的大小，而不是共價鍵的強弱，而二氧化硅的熔、沸點則由Si—O共價鍵的強弱所決定。4.美國科學家成功地在高壓下將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2結(jié)構(gòu)的原子晶體，下列關(guān)于CO2原子晶體的說法正確的是（）A.CO2的原子晶體和分子晶體互為同素異形體B.在一定條件下，CO2原子晶體轉(zhuǎn)化為分子晶體是物理變化C.CO2的原子晶體和CO2的分子晶體具有相同的物理性質(zhì)D.在CO2的原子晶體中，每個C原子周圍結(jié)合4個O原子，每個O原子與2個C原子相結(jié)合【解析】選D。同素異形體的研究對象是單質(zhì)；CO2的晶體類型的轉(zhuǎn)變已生成了新物質(zhì)，故為化學變化；CO2的不同類型的晶體具有不同的物理性質(zhì)；新制成的CO2晶體類似于SiO2晶體，屬于原子晶體，每個C原子結(jié)合4個O原子，每個氧原子結(jié)合2個C原子。5.（2010·長沙高二檢測）下列敘述中，結(jié)論和對應的解釋均不正確的是（）A.金剛石的熔沸點高于晶體硅；因為C—C鍵能大于Si—Si鍵能B.H2O2是非極性分子，因為H2O2分子的空間構(gòu)型是直線形C.二氧化硅晶體中不存在簡單的SiO2分子，是因為SiO2晶體中Si—O鍵鍵能很大D.H2O比H2S穩(wěn)定，因為H2O分子之間有氫鍵，H2S分子之間無氫鍵【解析】選B。A項，結(jié)論和對應的解釋均正確；B項，H2O2是極性分子，其空間構(gòu)型非直線形；C項和D項，結(jié)論正確，但對應解釋不正確。6.30gSiO2晶體中，Si—O鍵的物質(zhì)的量是（）A.1molB.2molC.3molD.4mol【解析】選B。SiO2晶體中，一個Si與周圍的4個O構(gòu)成了正四面體結(jié)構(gòu)，即1個Si含有4個Si—O鍵，30gSiO2晶體中含有0.5molSi，含有的Si—O鍵就應是0.5mol×4=2mol。7.（10分）下列六種晶體：①CO2;②NaCl;③Na;④Si;⑤CS2;⑥金剛石。它們的熔點從低到高的順序為__________________________________________。【解析】本題考查不同類型晶體的熔點高低的判斷方法。先把六種晶體分類：原子晶體④⑥，離子晶體②，金屬晶體③，分子晶體①⑤。在兩種原子晶體中，由于原子半徑C<Si，所以金剛石的熔點高于晶體硅。在兩種分子晶體中，熔點與相對分子質(zhì)量成正比，故CS2的熔點高于CO2。Na通常情況下是固態(tài)，而CS2是液態(tài)，CO2是氣態(tài)，故Na的熔點高于CS2和CO2。Na在水中即熔化成小球，說明它的熔點較NaCl低。答案：①⑤③②④⑥8.（14分）如圖表示一些晶體中的某些結(jié)構(gòu)，它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨結(jié)構(gòu)中的某一種的某一部分：（1）代表金剛石的是（填編號字母，下同）______，其中每個碳原子與___個碳原子最接近且距離相等。金剛石屬于____晶體。（2）代表石墨的是____，每個正六邊形占有的碳原子數(shù)平均為____個。（3）代表NaCl的是____，每個Na+周圍與它最接近且距離相等的Na+有____個。（4）代表CsCl的是___，它屬于___晶體，每個Cs+與____個Cl-緊鄰。（5）代表干冰的是___，它屬于___晶體，每個CO2分子與____個CO2分子緊鄰。【解析】根據(jù)不同物質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)特點來辨別圖形所代表的物質(zhì)。NaCl晶體是簡單的立方單元，每個Na+與6個Cl-緊鄰，每個Cl-又與6個Na+緊鄰，但觀察與Na+距離最近且等距離的Na+數(shù)時要拋開Cl-，從空間結(jié)構(gòu)上看是12個Na+，即x軸面上、y軸面上、z軸面上各4個。CsCl晶體由Cs+、Cl-分別構(gòu)成立方結(jié)構(gòu)，且由Cs+組成立方體中心有1個Cl-，由Cl-組成的立方體中心又鑲?cè)胍粋€Cs+，可稱為“體心立方”結(jié)構(gòu)，Cl-緊鄰8個Cs+，Cs+緊鄰8個Cl-。干冰也是立方結(jié)構(gòu)，但在立方體每個正方形面的中央都有一個CO2分子，稱為“面心立方”。實際上各面中央的CO2分子也組成立方體結(jié)構(gòu)，彼此相互套入面的中心。所以每個CO2分子三維空間里x、y、z三個面各緊鄰4個CO2分子，共12個CO2分子。金剛石的基本單元是正四面體，每個碳原子緊鄰4個其他碳原子。石墨的片層由正六邊形結(jié)構(gòu)組成，每個碳原子緊鄰另外3個碳原子，即每個六邊形占有1個碳原子的1/3，所以大的結(jié)構(gòu)中每個六邊形占有的碳原子數(shù)是6×1/3=2個。答案：（1）D4原子（2）E2（3）A12（4）C離子8（5）B分子12一、選擇題（本題包括4小題，每小題5分，共20分）1.（2010·寧德高二檢測）下列敘述中正確的是（）A.在冰（固態(tài)水）中，既有極性鍵、非極性鍵，又有氫鍵B.二氧化碳分子是由極性鍵形成的非極性分子C.含有金屬陽離子的晶體一定是離子晶體D.金屬晶體的熔、沸點一定比分子晶體的高【解析】選B。冰中含有氫鍵和極性鍵，沒有非極性鍵；含金屬陽離子的晶體可能是離子晶體，也可能是金屬晶體；金屬晶體熔、沸點高低不確定，如常溫下，Hg是液體，其熔、沸點很低。2.下表中所列數(shù)據(jù)是對應物質(zhì)的熔點（℃），據(jù)此做出的下列判斷中錯誤的是（）A.鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B.表中只有BCl3和CO2是分子晶體C.同族元素的氧化物可以形成不同類型的晶體D.不同族元素的氧化物可以形成相同類型的晶體【解析】選B。由表中數(shù)據(jù)可知除BCl3,CO2為分子晶體外，還有AlCl3也為分子晶體，因此B錯誤。3.據(jù)報道，國外有科學家用激光將置于鐵室中的石墨靶上的碳原子炸松，與此同時，再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳氮原子構(gòu)成碳氮化合物薄膜。據(jù)稱這種化合物可能比金剛石堅硬。下列說法錯誤的是（）A.碳氮原子構(gòu)成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體B.碳氮鍵比金剛石中碳碳鍵更強C.氮原子最外層電子數(shù)比碳原子最外層電子數(shù)少D.碳氮原子之間均以單鍵相連【解析】選C。根據(jù)信息“碳氮化合物薄膜可能比金剛石堅硬”可推斷此碳氮化合物為原子晶體，具備原子晶體的性質(zhì)，故A正確；氮原子半徑小于碳，故C—N鍵鍵長比C—C鍵鍵長短，故B正確；N原子最外層5個電子，C原子最外層4個電子，故C錯；在原子晶體中一般只有單鍵，故D正確。4.下列物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律，與化學鍵的強弱無關(guān)的是（）A.F2、Cl2、Br2、I2的熔點、沸點逐漸升高B.HF、HCl、HBr、HI的熱穩(wěn)定性依次減弱C.金剛石的硬度、熔點、沸點都高于晶體硅D.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔點依次降低【解析】選A。A項中分子晶體熔、沸點高低與分子間的作用力大小有關(guān)，與分子內(nèi)共價鍵強弱無關(guān)；B項中各物質(zhì)的熱穩(wěn)定性與分子中的共價鍵有關(guān)；C項中原子晶體，硬度、熔、沸點都與共價鍵有關(guān)；D項中離子晶體，熔點與離子鍵有關(guān)。答案為A。二、非選擇題（本題包括2小題，共20分）5.（8分）單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù):(1)晶體硼的晶體類型屬于____，理由是__________。(2)已知晶體硼的結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體如圖所示，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點各有一個硼原子。通過觀察圖形及推算，得出此基本結(jié)構(gòu)單元由___個硼原子構(gòu)成，其中B—B鍵的鍵角為___，共含有___個B—B鍵?！窘馕觥浚?）晶體硼的熔沸點和硬度都介于晶體硅和金剛石之間，而金剛石和晶體硅均為原子晶體，且從周期表中位置看硼與碳相鄰，與硅處于對角線處（相似），也能推知晶體硼屬于原子晶體。（2）切割法：B原子個數(shù)為20××3=12（個），正三角形鍵角為60°，B—B鍵鍵數(shù)為20××3=30。答案：（1）原子晶體晶體硼的熔沸點和硬度均介于金剛石和晶體硅之間，而金剛石和晶體硅都是原子晶體（2）1260°306.（12分）1985年，科學家發(fā)現(xiàn)的C60分子是由60個碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球（圖C），因此又叫足球烯。1991年科學家又發(fā)現(xiàn)一種碳的單質(zhì)——碳納米管，它是由六邊環(huán)形的碳原子構(gòu)成的管狀大分子（圖D），圖A、圖B分別是金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中小黑點或小黑圈均代表碳原子。試回答下列問題：(1)金剛石、石墨、足球烯和碳納米管物理性質(zhì)存在較大差異的原因是：____________________________。(2)常溫下足球烯和碳納米管的化學性質(zhì)是否比金剛石和石墨活潑？____（填“活潑”或“一樣”），理由是：________________________________________。(3)由圖B可推算在石墨晶體