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2019-2020年高三化學(xué) 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教案(三)教學(xué)素材 【知識拓展】石墨 石墨的層狀結(jié)構(gòu) （1）石墨中C原子以sp2雜化； （2）石墨晶體中最小環(huán)為（6）元環(huán)，含有C（2）個，C-C鍵為（3）； （3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電； （4）石墨中r（C-C）比金剛石中r（C-C）短。 【思考8】石墨為什么很軟？ 石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動，所以石墨很軟。 【思考9】石墨的熔沸點(diǎn)為什么很高（高于金剛石）？ 石墨各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強(qiáng)的共價鍵（大π鍵），故熔沸點(diǎn)很高。 【思考10】石墨屬于哪類晶體？ 石墨為混合鍵型晶體。 【典型例題】 例1. 氮化硅（Si3N4）是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于 A. 原子晶體 B. 分子晶體 C. 金屬晶體 D. 離子晶體 分析：耐高溫、耐磨是原子晶體的特點(diǎn)，故氮化硅（Si3N4）是原子晶體。 答案：A 例2. 共價鍵、離子鍵和范德華力是構(gòu)成物質(zhì)粒子間的不同作用方式，下列物質(zhì)中，只含有上述一種作用的是 （ ） A. 干冰 B. 氯化鈉 C. 氫氧化鈉 D. 碘 分析：干冰是分子晶體，分子內(nèi)存在共價鍵，分子間存在范德華力。NaCl是離子晶體只存在離子鍵。 NaOH是離子晶體，不僅存在離子鍵，還存在H—O間共價鍵。碘也是分子晶體，分子內(nèi)存在共價鍵，分子間存在分子間作用力。故只有B符合題意。 答案：B 例3. 碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體①金剛石 ②晶體硅 ③碳化硅中，它們的熔點(diǎn)從高到低的順序是 （ ） A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③ 分析：C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，晶體硅，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的鍵能逐漸減弱?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點(diǎn)決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點(diǎn)從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。 答案：A 例4. 如圖所示，直線交點(diǎn)處的圓圈為NaCl晶體中Na+或Cl－所處的位置。這兩種離子在空間三個互相垂直的方向上都是等距離排列的。 （1）請將其中代表Na+的圓圈涂黑（不必考慮體積大?。?，以完成NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。 （2）晶體中，在每個Na+的周圍與它最接近的且距離相等的Na+共有 個。 （3）在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na+或Cl－為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有，一個晶胞中Cl－的個數(shù)等于 ，即（填計算式） ；Na+的個數(shù)等于 ，即（填計算式） 。 分析：（1）氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是鈉離子和氯離子在三個互相垂直的方向上都是等距離的交錯排列。選擇立方體的一個頂點(diǎn)開始代表鈉離子涂黑，交替排列涂黑。見下圖 （2）每個鈉離子距離它最近的鈉離子分別位于三個互相垂直的平面內(nèi)，每個平面內(nèi)有4個，總共12個。 （3）根據(jù)立方晶胞中粒子的分?jǐn)傄?guī)律，每個晶胞內(nèi)鈉離子數(shù)：8＋6＝4；氯離子數(shù)：12＋1＝4。 答案：（1）見分析 （2）12 （3）鈉離子數(shù)：8＋6＝4；氯離子數(shù)：12＋1＝4 例5. 在干冰晶體中每個CO2分子周圍緊鄰的 CO2分子有___________個 在晶體中截取一個最小的正方形；使正方形的四個頂點(diǎn)都落到CO2分子的中心，則在這個正方形的平面上有___________個CO2分子。 分析：解答此題要求對干冰的晶體模型十分熟悉。以右下角CO2分子為研究對象：與其緊鄰的為面心上的3個CO2分子，而CO2分子被8個這樣的立方體所共有，故有38=24。又考慮到面心上的CO2被2個這樣的立方體共有，故24/2=12個。由CO2晶體模型分析得出，符合題意的最小正方形即模型的角對角面的一半，不難看出有4個CO2分子。 答案：12；4 例6. 單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù) 金剛石 晶體硅 晶體硼 熔點(diǎn) >3823 1683 2573 沸點(diǎn) 5100 2628 2823 硬度 10 7.0 9.5 （1）晶體硼的晶體類型屬于________晶體，理由是___________________。 （2）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個頂點(diǎn)上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由_____個硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_______。 分析：晶體硼的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，則晶體硼也為原子晶體。晶體硼每個三角形的頂點(diǎn)被5個三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)（B原子）有3/520=12個。又因晶體硼中的三角形面為正三角形，所以鍵角為60。 答案：原子，晶體硼具有很高的熔沸點(diǎn)和很大的硬度；12，60 例7. 某離子晶體部分結(jié)構(gòu)如圖： （1）晶體中每個Y同時吸引著最近的________個X，每個X同時吸引著最近的________個Y，該晶體的化學(xué)式為________。 （2）晶體中每個X周圍與它最近且距離相等的X共有________個。 （3）晶體中距離最近的2個X與一個Y形成的夾角∠XYX的角度為________。 （4）設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg，晶體密度為，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個距離最近的X中心間距離為_____cm。 分析：（1）從圖中可知，Y位于立方體中心，X位于立方體相向的四個頂點(diǎn)，故一個Y同時吸引著最近的X有4個，每個X同時吸引著最近的8個Y，由此確定其化學(xué)式為。（2）由于頂點(diǎn)X是8個立方體共有，每個面是兩個立方體共享，故晶體中每個X周圍與它最近且距離相等的X應(yīng)有83=12個。（3）可將圖中4個X分別與Y連線，形成的構(gòu)型類同于CH4分子，∠XYX=10928ˊ （4）由于每個小方體中XY2的物質(zhì)的量為mol，設(shè)晶體中兩個距離最近的X中心間距離為x，則小方體的邊長為x，由此得小方體的體積根據(jù)質(zhì)量V =（x ）3，由m=V =nM得：（x ）3=M，所以x=。 答案：（1）4，8，XY2（2）12（3）10928ˊ（4）