- 化学与材料的发展
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美国Lawrece Liermore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，下列关于CO2的原子晶体说法，正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．二氧化碳原子晶体中不含分子，故A错误；
B．CO2原子晶体转化为CO2分子晶体，结构已发生改变，且二者的性质也有较大差异，故二者是不同的物质，所以二者的转变是化学变化，故B错误；
C．CO2原子晶体与CO2分子晶体，结构不同，二者是不同的物质，物理性质不同，如CO2原子晶体硬度很大，CO2分子晶体硬度不大，其化学性质也不同，故C错误；
D．CO2原子晶体与SiO2结构类似，每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接，每个氧原子与2个碳原子通过1对共用电子对连接，故D正确；
故选D．
（1）二氧化硅晶体中最小的环为______元环．
（2）每个硅原子为______个最小环共有．
（3）每个最小环平均拥有______个氧原子．
正确答案
12
12
1
解析
解：（1）金刚石晶体中，最小的环为六元环，也即由6个C原子构成，则晶体硅的六元环也是六个Si原子．当各Si-Si键上插入一个O原子，则共插入六个O原子，故最小的环上共有十二个原子即为十二元环；
故答案为：12；
（2）晶体硅的结构和金刚石相似，硅原子周围有四个共价键与其相连，其中任意两个共价键向外都可以连有两个最小的环，如果把Si-O-Si键作为一个整体的话，可作如图所示
故答案为：12；
（3）由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的
故答案为：1．
A，B，D，E，F为短周期元素，非金属元素A最外层电子数与其周期数相同，B的最外层电子数是其所在周期数的2倍．B在D中充分燃烧能生成其最高价化合物BD2，E+与D2-具有相同的电子数．A在F中燃烧，产物溶于水得到一种强酸，回答下列问题；
（1）A在周期表中的位置是______，写出一种工业制备单质F的离子方程式______
（2）B，D，E组成的一种盐中，E的质量分数为43%，其俗名为______，其水溶液与F单质反应的化学方程为______，在产物总加入少量KI，反应后加入CCl4并震荡，有机层显______色．
（3）由这些元素组成的物质，其组成和结构信息如表：
a的化学式______；b的化学式为______；c的电子式为______；d的晶体类型是______
（4）有A和B、D元素组成的两种二元化合物形成一类新能源物质．一种化合物分子通过______键构成具有空腔的固体；另一种化合物（沼气的主要成分）分子进入该空腔，其分子的空间结构为______．
正确答案
解：A，B，D，E，F为短周期元素，非金属元素A最外层电子数与其周期数相同，则A为H；B的最外层电子数是其所在周期数的2倍，则B为C或S，B在D中充分燃烧能生成其最高价化合物BD2，则D为O，B的最高正价为+4价，则B为C；E+与D2-具有相同的电子数，则E为Na；A在F中燃烧，产物溶于水得到种强酸，则F为Cl；
（1）已知A为H在周期表中位于第一周期ⅠA族；工业上常用电解饱和食盐水的方法来制备氯气，其电解离子方程式为：2Cl-+2H2O
故答案为：第一周期ⅠA族；2Cl-+2H2O
（2）C、O、Na组成的一种盐中，Na的质量分数为43%，则为碳酸钠，其俗名为纯碱（或苏打）；碳酸钠与氯气反应生成氯化钠、次氯酸钠、碳酸氢钠，反应的化学方程式为：2Na2CO3+Cl2+H2O═NaCl+NaClO+2NaHCO3；次氯酸钠能与KI反应生成碘单质，反应后加入CCl4并震荡，有机层显紫色；
故答案为：纯碱（或苏打）；2Na2CO3+Cl2+H2O═NaCl+NaClO+2NaHCO3；紫；
（3）这几种元素只有Na能与H形成离子化合物，则a的化学式为NaH；含有非极性共价键的二元离子化合物，且原子数之比为1：1，则为Na2O2和Na2C2；已知COCl2结构式为Cl-
故答案为：NaH；Na2O2和Na2C2；
（4）H、C、O能形成H2O和CH4，H2O分子间能形成氢键，甲烷是沼气的主要成分，甲烷分子的空间结构为正四面体，故答案为：氢；正四面体．
解析
解：A，B，D，E，F为短周期元素，非金属元素A最外层电子数与其周期数相同，则A为H；B的最外层电子数是其所在周期数的2倍，则B为C或S，B在D中充分燃烧能生成其最高价化合物BD2，则D为O，B的最高正价为+4价，则B为C；E+与D2-具有相同的电子数，则E为Na；A在F中燃烧，产物溶于水得到种强酸，则F为Cl；
（1）已知A为H在周期表中位于第一周期ⅠA族；工业上常用电解饱和食盐水的方法来制备氯气，其电解离子方程式为：2Cl-+2H2O
故答案为：第一周期ⅠA族；2Cl-+2H2O
（2）C、O、Na组成的一种盐中，Na的质量分数为43%，则为碳酸钠，其俗名为纯碱（或苏打）；碳酸钠与氯气反应生成氯化钠、次氯酸钠、碳酸氢钠，反应的化学方程式为：2Na2CO3+Cl2+H2O═NaCl+NaClO+2NaHCO3；次氯酸钠能与KI反应生成碘单质，反应后加入CCl4并震荡，有机层显紫色；
故答案为：纯碱（或苏打）；2Na2CO3+Cl2+H2O═NaCl+NaClO+2NaHCO3；紫；
（3）这几种元素只有Na能与H形成离子化合物，则a的化学式为NaH；含有非极性共价键的二元离子化合物，且原子数之比为1：1，则为Na2O2和Na2C2；已知COCl2结构式为Cl-
故答案为：NaH；Na2O2和Na2C2；
（4）H、C、O能形成H2O和CH4，H2O分子间能形成氢键，甲烷是沼气的主要成分，甲烷分子的空间结构为正四面体，故答案为：氢；正四面体．
（1）金刚石和石墨是碳元素的两种常见单质，下列叙述中正确的有______．
a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化；
b．晶体中共价键的键长：金刚石中C-C＜石墨中C-C；
c．晶体的熔点：金刚石＜石墨
d．晶体中共价键的键角：金刚石＞石墨
（2）某石蕊的分子结构如图1．
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______；
（3）铜及其合金是人类最早使用的金属材料．
①NF3可由NH3和F2在Cu催化剂存在下反应直接得到：4NH3+3F2
上述化学方程式中的5种物质所属的晶体类型有______（填序号）．
a．离子晶体 b．分子晶体 c．原子晶体 d．金属晶体
②金属铜采取如图2堆积方式，可称为______堆积，则Cu晶体中Cu原子的配位数为______．
正确答案
（1）a、金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，碳原子的杂化类型为sp3杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，故a正确；
b、sp2杂化中，s轨道的成分比sp3杂化更多，而且石墨的碳原子还有大π键所以形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，故b错误；
c、石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，作用力更大，破坏化学键需要更大能量，所以晶体的熔点金刚石＜石墨，故c正确；
d、金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，键角为120°，故d错误；
故选a c；
（2）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C、O元素；由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子中价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，该微粒为H3O+，故答案为：C、O；H3O+；
②石蕊分子中含有-OH和-NH2，均能与H2O形成氢键，氢键的存在导致物质的溶解性增大；由结构知，该分子为极性分子，根据相似相溶原理，石蕊易溶于水，
故答案为：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；
（3）①NH3、F2、NF3的构成微粒为分子，Cu的构成微粒是金属阳离子和自由电子，NH4F的构成微粒是阴阳离子，所以这几种物质中NH3、F2、NF3为分子晶体，Cu为金属晶体，NH4F为离子晶体，
故选abd；
②铜晶胞中面心和顶点上各有一个原子，属于面心立方堆积，Cu晶体中Cu原子的配位数=3×8×
故答案为：面心立方；12．
解析
（1）a、金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，碳原子的杂化类型为sp3杂化；石墨中的碳原子与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成平面正六边形结构，碳原子的杂化类型为sp2杂化，故a正确；
b、sp2杂化中，s轨道的成分比sp3杂化更多，而且石墨的碳原子还有大π键所以形成的共价键更短，更牢固，即石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，故b错误；
c、石墨的层内共价键键长比金刚石的键长短，作用力更大，破坏化学键需要更大能量，所以晶体的熔点金刚石＜石墨，故c正确；
d、金刚石中碳原子与四个碳原子形成4个共价单键，构成正四面体，键角为109°28′，石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形的平面层状结构，键角为120°，故d错误；
故选a c；
（2）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C、O元素；由其中两种元素形成的三角锥构型的一价阳离子中价层电子对个数是4且含有一个孤电子对，该微粒为H3O+，故答案为：C、O；H3O+；
②石蕊分子中含有-OH和-NH2，均能与H2O形成氢键，氢键的存在导致物质的溶解性增大；由结构知，该分子为极性分子，根据相似相溶原理，石蕊易溶于水，
故答案为：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；
（3）①NH3、F2、NF3的构成微粒为分子，Cu的构成微粒是金属阳离子和自由电子，NH4F的构成微粒是阴阳离子，所以这几种物质中NH3、F2、NF3为分子晶体，Cu为金属晶体，NH4F为离子晶体，
故选abd；
②铜晶胞中面心和顶点上各有一个原子，属于面心立方堆积，Cu晶体中Cu原子的配位数=3×8×
故答案为：面心立方；12．
下列有关晶体的说法错误的是（ ）
正确答案
解析
解：A．在氯化钠晶体中，钠离子个数=8×
B．金刚石晶体中，每个碳原子和4个碳原子形成4个共价键，所以平均每个碳原子含有4个共价键，则1 mol碳原子形成2 mol碳碳共价键，故B正确；
C．简单立方堆积中空间利用率最低，只有金属Po的晶体采取简单立方堆积，其空间利用率最低，故C错误；
D．二氧化碳晶胞是面心立方晶胞，每个二氧化碳分子周围二氧化碳分子个数=3×
故选C．
下列晶体中，其中任何一个原子都被相邻四个相同原子包围，以共价键形成正四面体，并向空间伸展成网状结构的是（ ）
正确答案
解析
解：A．四氯化碳是分子晶体，不存在空间伸展成的网状结构，故A错误；
B．石墨是混合晶体，其中任何一个原子都被相邻3个原子包围，故B错误；
C．金刚石是原子晶体，其中任何一个原子都被相邻四个原子包围，以共价键形成正四面体，故C正确；
D．水晶是原子晶体，但是一个氧原子连2个硅原子，故D错误；
故选C．
下列宝石中，被誉为“硬度之王”的是（ ）
正确答案
解析
解：A．珍珠的成分是碳酸钙，碳酸钙为离子晶体，其硬度不最大，故A错误；
B．钻石的成分是碳，为原子晶体，半径较小，键能较大，硬度最大，故B正确；
C．红宝石的成分是氧化铝，红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物，硬度次于金刚石，故C错误；
D．蓝宝石的成分是氧化铝，蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物，硬度次于金刚石，故D错误；
故选B．
正确答案
解：金刚石晶体中，每个碳原子和四个碳原子形成四个共价键，则每个碳原子含有的共价键个数=4×
石墨中每个碳原子含有共价键个数=3×
故答案为：2n；同素异形体；3：2．
解析
解：金刚石晶体中，每个碳原子和四个碳原子形成四个共价键，则每个碳原子含有的共价键个数=4×
石墨中每个碳原子含有共价键个数=3×
故答案为：2n；同素异形体；3：2．
下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A、二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能构成四个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，故A错误；
B、最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，故B错误；
C、最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，所以最小的环上硅氧原子数之比为1：1，故C错误；
D、最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，Si处于中心，O处于4个顶角，故D正确．
故选D．
光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，2009年诺贝尔物理学奖授予被誉为“光纤之父”的华人科学家高锟．组成光导纤维主要成分SiO2是（ ）
正确答案
解析
解：二氧化硅晶体是由Si、O原子构成的且为空间网状结构的原子晶体，
故选：B．
下列说法一定正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．最外层电子数等于最高正价，X的最外层电子数少于4，Y的最外层电子数大于4，则X元素的最高正价比Y的小，故A正确；
B．醋酸是弱电解质，醋酸溶液中存在醋酸电离平衡，加水稀释促进醋酸电离，氯化氢是强电解质，完全电离，PH=2盐酸和醋酸溶液各10ml，分别加水稀释到1L，醋酸继续电离导致醋酸溶液中氢离子浓度大于盐酸，所以所得溶液的pH较小的是醋酸，故B正确；
C．二氧化硅晶体中，每个硅原子连接4个氧原子，每个氧原子连接2个硅原子，所以每个硅原子与4个氧原子形成共价键，故C错误；
D．金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以有阳离子的晶体中不一定含有阴离子，故D错误；
故选AB．
正确答案
解析
解：根据图片知，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法知，每个六元环含有碳原子个数=
故选B．
下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，故A错误；
B．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，所以最小的环上硅氧原子数之比为1：1，故B错误；
C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子，故C正确；
D．二氧化硅晶体中存在四面体结构单元，每个硅原子能构成四个共价键，每个氧原子能形成2个共价键，Si处于中心，O处于4个顶角，故D错误．
故选C．
美国《科学》杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体．下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是（ ）
正确答案
解析
解：A．CO2原子晶体与SiO2结构类似，每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接，每个氧原子与2个碳原子通过1对共用电子对连接，故A正确；
B．二氧化碳晶体结构和二氧化硅晶体结构相似，都为原子晶体，原子晶体的熔沸点较高、硬度较大，所以二氧化碳晶体的熔沸点较高、硬度较大，故B正确；
C．二氧化碳晶体中每个碳原子和4个氧原子形成正四面体结构，其键角是109°28′，故C错误；
D．每个碳原子与4个氧原子通过1对共用电子对连接，每个氧原子与2个碳原子通过1对共用电子对连接，所以晶体中C、O原子最外层电子都满足8电子结构，故D正确；
故选C．
下列有关晶体的叙述中，错误的是（ ）
正确答案
解析
解：A．金刚石晶体中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，每个碳原子形成四个共价键，从而形成空间网状结构，故A正确；
B．白磷分子为正四面体结构，原子间通过共价键结合，键角为60°，分子间存在范德华力，故B错误；
C．氯化钠晶体中钠离子或氯离子的配位数都是6，所以在NaCl晶体中每个Na+（或C1-）周围都紧邻6个Cl-（或Na+），故C正确；
D．离子晶体的构成微粒是阴阳离子，分子晶体的构成微粒是分子，所以离子晶体在熔融状态下能电离出阴阳离子，而分子晶体在熔融状态下还是以分子存在，只破坏分子间作用力不破坏化学键，故D正确；
故选B．
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