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第2课时　过渡晶体与混合型晶体
课前 基础认知
一、过渡晶体
1.四类典型的晶体是指　分子　晶体、　共价　晶体、　金属　晶体和　离子　晶体。
2.过渡晶体:介于典型晶体之间的晶体。
(1)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数:
从上表可知,表中4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键,所以这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体,只是离子晶体与共价晶体之间的　过渡晶体　。
(2)偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近, 通常当作离子晶体来处理,如　Na2O　等。偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理,如　Al2O3　、　SiO2　等。
微解读 离子键的百分数是依据电负性的差值计算的结果,差值越大,离子键的百分数越大,晶体越接近离子晶体;离子键的百分数越小,晶体越接近共价晶体。
微训练1下列关于第三周期主族元素的氧化物形成的晶体的说法正确的是(　　)。
A.氧元素与钠元素电负性相差很大,所以Na2O是纯粹的离子晶体
B.MgO不具有共价晶体的性质
C.SiO2是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,但常被看作共价晶体
D.P2O5、SO3是纯粹的分子晶体,晶体中没有离子键成分
答案:C
二、混合型晶体
1.结构特点——层状结构。
(1)同层内碳原子采取　sp2　杂化,以共价键(σ键)结合,形成　平面六元并环结构　。
(2)层与层之间靠　范德华力　维系。
(3)石墨的二维结构内,每个碳原子的配位数为3,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。
2.晶体类型:属于　混合型晶体　。
3.性质:熔点　很高　、质软、　能　导电等。
微思考石 墨晶体能导电,其导电原理类似金属晶体,是碳原子未参与杂化的2p电子在外电场作用下定向移动的结果。试说明石墨的导电性与金属晶体的导电性有何不同。
提示:石墨晶体中由于相邻碳原子平面之间距离较大,2p电子不能从一个平面跃到另一个平面,使得石墨的导电性只能沿石墨平面的方向,而金属晶体的导电性无此限制。
微判断1
(1)自然界中的晶体主要属于四类典型晶体。(　　)
(2)分子晶体可看作由共价晶体过渡而来。(　　)
(3)Al2O3含有金属元素,属于离子晶体。(　　)
(4)石墨为混合型晶体,因层间存在分子间作用力,故石墨的熔点低于金刚石的熔点。(　　)
×
√
×
×
微训练2
1.下列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是(　　)。
A.晶体能导电 B.熔点很高
C.硬度小 D.燃烧产物是CO2
答案:C
2.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合,如图是其晶体结构的俯视图,则图中7个六元环完全占有的碳原子数是(　　)。
A.10 B.18 C.24 D.14
答案:D
三、纳米晶体
1.含义。
晶体颗粒尺寸在　纳米　(10-9 m)量级的晶体。
2.特性。
(1)纳米晶体在声、　光　、　电　、磁、热等性能上常会呈现新的特性,有广阔的应用前景。
(2)当晶体颗粒小至纳米量级时,熔点会　下降　。
微判断2(1)纳米材料可提高材料的磁性。 ( 　　)
(2)同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质。(　　)
√
×
微训练3 在纳米级的空间中,水的结冰温度是怎样的呢 为此,科学家对不同直径碳纳米管中水的结冰温度进行分析。下图是四种不同直径碳纳米管中的冰柱结构及结冰温度,冰柱的大小取决于碳纳米管的直径。水在碳纳米管中结冰的规律是
。
答案:纳米管直径越小,结冰温度越高
课堂 重难突破
问题探究
金属键、离子键和共价键都是化学键的典型模型,但是原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。基于此,你对晶体类型有何新的认识
提示:由于微粒间的作用存在键型过渡,晶体类型也必然存在居于金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体之间的过渡状态,形成过渡晶体。
归纳总结
1.典型晶体与过渡晶体的关系。
纯粹的典型晶体是不多的,大多数晶体是它们之间的过渡晶体。如离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体,当离子键占主要地位时,其性质偏向离子晶体,我们通常将其当作离子晶体来处理;当离子键成分的百分数很小,共价键占主要地位时,其性质偏向共价晶体(或分子晶体),我们通常将其当作共价晶体(或分子晶体)来处理。
2.从电负性差值判断共价键与离子键成分的百分数。
(1)当电负性差值较大时,原子之间形成的化学键中离子键成分的百分数较大,共价键成分的百分数较小,形成的晶体通常被当作离子晶体来处理。
(2)当电负性差值较小时,原子之间形成的化学键中离子键成分的百分数较小,共价键成分的百分数较大,形成的晶体通常被当作共价晶体(或分子晶体)来处理。
典型例题
【例1】 下列关于过渡晶体的说法正确的是(　　)。
A.石墨属于过渡晶体
B.SiO2属于过渡晶体,但当作共价晶体来处理
C.绝大多数含有离子键的晶体都是典型的离子晶体
D.Na2O晶体中离子键的百分数为100%
答案:B
解析:石墨属于混合型晶体,A项错误。SiO2属于过渡晶体,但一般按共价晶体来处理,B项正确。大多数含有离子键的晶体不是典型的离子晶体,而是过渡晶体,C项错误。Na2O晶体中离子键的百分数为62%,D项错误。
【例2】 泽维尔研究发现,当用激光脉冲照射NaI,使Na+和I-两核间距为1.0~1.5 nm时,呈离子键;当两核靠近约距0.28 nm时,呈共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(　　)。
A.NaI晶体是过渡晶体
B.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物
C.NaI晶体中既有离子键又有共价键
D.共价键和离子键有明显的界限
答案:A
解析:化学键既不是纯粹的离子键也不是纯粹的共价键,共价键和离子键没有明显的界限。如改变离子的核间距,可使NaI晶体由离子化合物变为共价化合物,但仍为纯净物,不是混合物。
问题探究
X射线衍射实验表明,石墨晶体具有平面层状结构。在同一层中,碳原子之间以共价键结合形成平面六元并环结构,每个碳原子未参与杂化的2p轨道中的单电子形成遍及整个平面的大π键而具有金属键的性质。层与层之间距离较大,以范德华力结合。
(1)石墨是不是过渡晶体 为什么
提示:石墨晶体中层内碳原子间以共价键形成平面六元并环结构,类似共价晶体;同一层面的大π键具有金属键的性质,类似金属晶体;层间以分子间作用力结合,类似分子晶体;所以石墨不是单一的过渡晶体,而是混合型晶体。
(2)为什么石墨具有导电性
提示:石墨晶体的同一层中存在遍及整个平面的大π键,具有金属键的性质,因此石墨具有导电性。
(3)石墨为什么很软
提示:石墨为平面层状结构,各层之间以范德华力结合,容易滑动,所以石墨很软。
(4)石墨的熔点、沸点为什么很高
提示:石墨各层均为平面六元并环结构,碳原子之间以共价键结合,键长小,键能大,并且每层还有大π键,故石墨的熔点、沸点很高。
2.石墨晶体的特性。
(1)导电性、导热性:石墨晶体中,未参与杂化的2p轨道相互平行且相互重叠,使2p轨道中的电子可以在整个碳原子平面上运动,比较自由,相当于金属中的自由电子,具有类似金属键的性质,所以石墨能导电、导热,但石墨的导电性只能沿层的平行方向,这也是晶体各向异性的表现。
(2)润滑性:石墨层间的作用力为范德华力,结合力弱,层与层间可以相对滑动,使之具有润滑性,因而石墨可以用于制造润滑剂、铅笔芯等。
典型例题
【例3】 石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是(　　)。
①石墨中只存在共价键;②石墨是混合型晶体;
③石墨中的C为sp2杂化;④石墨熔、沸点都比金刚石低;⑤石墨中碳原子个数和C—C个数之比为1∶2;⑥石墨和金刚石的硬度相同;⑦石墨层内导电性和层间导电性不同;⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2
A.全对 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
答案:C
解析:①错误,石墨中还存在范德华力;④错误,石墨键长小于金刚石,键能高于金刚石,故石墨熔、沸点比金刚石的高;⑤错误,石墨中碳原子个数和C—C个数之比为2∶3;⑥错误,石墨质软,金刚石为共价晶体,其硬度大。
【例4】石墨烯是从石墨材料中剥离出来的由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图:
下列有关说法正确的是(　　)。
A.石墨烯中碳原子的杂化方式为sp3杂化
B.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子
C.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键
D.石墨烯具有导电性
答案:D
解析:石墨烯是平面结构,碳原子的杂化方式为sp2杂化,A项错误。石墨烯中平均每个六元碳环含有2个碳原子,B项错误。从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,不破坏化学键, C项错误。石墨烯具有导电性,D项正确。
随 堂 训 练
1.下列氧化物中所含离子键成分的百分数最小的是(　　)。
A.N2O3 B.P2O3 C.As2O3 D.Bi2O3
答案:A
2.下列晶体最能体现过渡晶体结构与性质的是(　　)。
A.金刚石 B.CsCl C.Al2O3 D.KF
答案:C
3.下列物质形成晶体时可以看作纯粹的分子晶体的是(　　)。
A.冰 B.三氧化硫
C.稀有气体 D.氧气
答案:C
4.下列有关过渡晶体的说法错误的是(　　)。
A.过渡晶体的存在说明晶体并没有严格的划分界限
B.没有纯粹的离子键,也没有纯粹的共价键
C.Na2O的晶体性质与离子晶体类似,通常可当作离子晶体处理
D.SiO2是典型的共价晶体,不是过渡晶体
答案:D
5.据报道,厦门大学科研人员合成了C70Cl10富勒烯足球状分子,如下图所示。它是由C70分子与Cl2发生加成反应得到的。在C70分子中,每个碳原子均与周围相邻的其他3个碳原子相连,70个碳原子组成若干个正六边形和正五边形,碳均为4价结构。下列有关说法中不正确的是(　　)。
A.C70Cl10富勒烯属于过渡晶体
B.C70Cl10富勒烯的熔点比石墨的熔点低
C.C70Cl10富勒烯性质更接近于共价晶体
D.C70Cl10富勒烯性质更接近于分子晶体
答案:C
C70Cl10分子结构示意图
6.我国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是(　　)。
A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C.三种物质的晶体类型相同
D.三种物质均能导电
答案:A
7.金刚石和石墨的物理性质存在着较大差异,原因是(　　)。
A.它们各自的原子排列方式不同
B.它们是由不同种元素组成的
C.它们具有不同的几何外形
D.石墨能导电而金刚石不能
答案:A
8.已知下列晶体的部分性质,其晶体类型判断正确的是(　　)。
选项 性质 晶体类型
A 碳化铝,黄色晶体,熔点约2 100 ℃,熔融状态下不导电,晶体不导电 离子晶体
B 溴化铝,无色晶体,易溶于水,熔融状态下不导电 共价晶体
C 硼,熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大,难溶于常见溶剂 金属晶体
D 三氯化铁,沸点316 ℃,易溶于水,易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂 分子晶体
答案:D
9.(1)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料,如图所示。1 mol石墨烯中含有的六元环个数为　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
石墨烯
0.5NA
(2)碳元素形成的单质所属晶体类型可能是　　　(填序号)。
①分子晶体　②共价晶体　③金属晶体
④离子晶体　⑤混合型晶体
①②⑤
10.黑磷晶体的结构特点有:(1)正交晶型黑磷晶体是层状结构,在每一层内,每个P原子与其他3个P原子相连,形成二维褶皱蜂巢形结构;(2)层间依靠范德华力结合,二维的单层黑磷又称磷烯。请回答下列问题。
黑磷晶体的结构示意图
(1)黑磷属于　　　　　　　(填晶体类型),判断的理由是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)比较黑磷晶体与白磷晶体(P4)的熔点和导电性:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)混合型晶体　黑磷中既含有共价键,又含有范德华力,同时还有金属晶体的特性
(2)黑磷熔点较高、能导电(半导体);白磷熔点低,不导电

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