3.3.2过渡晶体与混合型晶体纳米晶体 学案（含答案）

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1、第第 2 2 课时课时 过渡晶体与混合型晶体过渡晶体与混合型晶体 纳米晶体纳米晶体 学业要求 核心素养建构 1.利用化学键的纯粹性认识过渡晶体。 2.借助石墨晶体模型认识混合型晶体的结构和性质。 3.了解纳米晶体。 知识梳理 一、过渡晶体 1.过渡晶体 四类典型晶体有分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体，纯粹的典型晶体不 多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 2.过渡晶体的处理 离子键的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键的百分数越 大。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；偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理。 微自测 1.

2、下列说法不正确的是( ) A.离子键和共价键没有明显界限 B.离子晶体和共价晶体也没有明显界限 C.离子晶体中只含有离子键 D.大多数晶体是四种典型晶体的过渡晶体 答案 C 二、混合型晶体石墨晶体 1.晶体模型 2.结构特点层状结构 (1)同层内碳原子采取 sp2杂化，以共价键( 键)结合，形成平面六元并环结构。由 于所有的p轨道平行且相互重叠， 使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 (2)层与层之间靠范德华力维系。 (3)由于所有的 p 轨道相互平行而且相互重叠，使 p 轨道中的电子可在整个碳原子 平面中运动，因此，石墨有类似金属晶体的导电性。 3.晶体类型 石墨晶体中，既有共价键，又

3、有金属键和范德华力，属于混合型晶体。 4.性质 熔点很高、质软、易导电等。 微自测 2.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( ) 石墨中存在两种作用力； 石墨是混合晶体； 石墨中的 C 为 sp2 杂化；石墨熔点、沸点都比金刚石低；石墨中碳原子数和 CC 键数之比为 12；石墨和金刚石的硬度相同；石墨层内导电性和层间导电性不同；每 个六元环完全占有的碳原子数是 2 A.全对 B.除外 C.除外 D.除外 解析 不正确，石墨中存在三种作用力，一种是范德华力，一种是共价键，还 有一种是金属键；正确；正确，石墨中的 C 为 sp2杂化；不正确，石墨熔 点比金刚石高；

4、不正确， 石墨中碳原子数和 CC 键数之比为 23； 不正确， 石墨质软，金刚石的硬度大；正确；正确，每个六元环完全占有的碳原子数 是 61/32。 答案 C 三、纳米晶体 1.纳米晶体：纳米晶体是晶体颗粒尺寸在纳米(10 9 m)量级的晶体。 2.纳米晶体特性：纳米晶体在声、光、电、磁、热等性能上常会呈现新的特性； 通常， 纯物质有固定的熔点， 但当物质晶体颗粒小至纳米量级(小于 200 nm 或 250 nm)时，熔点会发生变化，熔点会下降。 微自测 3.纳米材料具有一些与传统材料不同的特征，下列关于纳米材料的叙述中，错误 的是( ) A.三维空间尺寸必须都处于纳米尺度 B.具有既不同于微

5、观粒子也不同于宏观物体的独特性质 C.是原子排列成的纳米数量级原子团 D.具有与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态 解析 A.纳米颗粒的三维空间尺寸只要有一维处于纳米尺度即可，故 A 错误；B. 由于纳米粒子存在巨大的比表面积，由纳米粒子构成的材料，往往产生既不同于 微观原子、分子，也不同于宏观物质的超常规特性，故 B 正确；C.纳米材料是原 子排列成的纳米数量级原子团，故 C 正确；D.纳米材料具有与晶态、非晶态均不 同的一种新的结构状态，故 D 正确；故选 A。 答案 A 探究一、石墨晶体 从石墨的微观结构认知石墨建构晶体模型 探究素材 石墨的微观结构 探究题目 1.金刚石、石墨、C60

6、和石墨烯的结构示意图分别如图所示，下列说法不正确的是 ( ) A.金刚石和石墨烯中碳原子的杂化方式不同 B.金刚石、石墨、C60和石墨烯的关系：互为同素异形体 C.这四种物质完全燃烧后的产物都是 CO2 D.石墨与 C60的晶体类型相同 解析 金刚石中碳原子为 sp3杂化，石墨烯中碳原子为 sp2杂化，A 项正确；金刚 石、石墨、C60和石墨烯都是碳元素形成的不同单质，它们互为同素异形体，B 项 正确； 碳元素的同素异形体完全燃烧的产物都是 CO2， C 项正确； C60是分子晶体， 石墨是混合型晶体，D 项错误。 答案 D 从微观和宏观结合推理解析石墨的性质 探究素材 1.石墨晶体中 CC

7、键键长短，键能大，熔点高； 2.石墨晶体层与层之间的作用为范德华力，作用力弱，石墨有滑腻感； 3.石墨晶体片层内碳原子采用 sp2杂化，未杂化的 p 轨道形成 键，电子在片层中 自由移动，在电场作用下定向移动，石墨能导电。 探究题目 2.2018 年 3 月 5 日， Nature连刊两文报道了 21 岁的中国留美博士曹原等研究 人员制得了具有超导特性的双层石墨烯新材料。以下对石墨烯的推测不正确的是 ( ) A.石墨烯性质稳定，不能在氧气中燃烧 B.石墨烯与石墨都具有导电性 C.石墨烯与金刚石互为同素异形体 D.石墨烯与石墨都具有较高的熔点 解析 A.石墨烯是只由碳原子构成的单质，能在氧气中燃

8、烧，A 项错误；B.石墨 烯具有超导特性可以导电，石墨中含有自由电子，所以石墨也可以导电，B 项正 确；C.石墨烯只由碳原子构成，是 C 元素形成的单质，所以石墨烯与金刚石是同 素异形体，C 项正确；D.石墨属于混合型晶体，石墨烯属于二维晶体，二者都具 有较高的熔点，D 项正确；答案选 A。 答案 A 探究二、四种典型晶体的比较 从组成、作用、性质比较四种典型晶体 探究素材 类型 项目 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成晶体的 粒子 分子 原子 金属阳离子 和自由电子 阴、阳离子 粒子间的作 用 分子间作用力(范 德华力或氢键) 共价键 金属键 离子键 熔、沸点 较低 很高 差别较大

9、 较高 硬度 较小 很大 差别较大 略硬而脆 导电性 不良导体(部分溶 于水发生电离后 导电) 一般不导电 (个别为半 导体) 良导体 固体不导电 (熔化或溶 于水导电) 溶解性 相似相溶 一般不溶 一般不溶于水， 少数与水反应 多数易溶 探究题目 3.有 A、B、C 三种晶体，分别由 H、C、Na、Cl 四种元素中的一种或几种形成， 对这三种晶体进行实验，结果见下表： 熔点/ 硬度 水溶性 导电性 水溶液与 Ag 反应 A 801 较大 易溶 水溶液(或熔融)导电 白色沉淀 B 3 550 很大 不溶 不导电 不反应 C 114.2 很小 易溶 液态不导电 白色沉淀 (1)晶体的化学式分别为

10、：A_，B_，C_。 (2)晶体中粒子间的作用分别为：A_，B_，C_。 答案 (1)NaCl C HCl (2)离子键 共价键 分子间作用力 从异常角度认知四种典型晶体 探究素材 1.离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键，一定不存在分子间作用力。 2.只有分子晶体中存在单个分子。 3.某些离子晶体的熔点高于某些共价晶体的熔点。如 MgO(2 852 )SiO2(1 710 )。 4.某些分子晶体的熔点高于某些金属晶体的熔点。 如 I2的熔点比金属汞的熔点高。 5.个别金属的熔点高于某些共价晶体的熔点。如钨(3 410 )SiO2(1 710 )。 6.合金的熔点一般低于成分金属的熔点。

11、探究题目 4.关于晶体的叙述正确的是( ) A.共价晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高 B.分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高 C.存在自由电子的晶体一定是金属晶体，存在阳离子的晶体一定是离子晶体 D.离子晶体中可能存在共价键，分子晶体中可能存在离子键 解析 A.共价晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高，A 正确；B.分子晶体 中，分子间作用力越大，熔、沸点越高，分子间作用力影响物质的熔沸点，共价 键影响物质的热稳定性，B 错误；C.存在自由电子的晶体不一定是金属晶体，如 石墨中也含有自由电子，它是一种混合型晶体。存在阳离子的晶体不一定是离子 晶体，如金属晶体中存在阳离子和自由电

12、子，C 错误；D.离子晶体中可能存在共 价键，如 NaOH 属于离子晶体，其中含有 HO 共价键，分子晶体中一定不存在 离子键，全部是共价键，D 错误。正确答案为 A。 答案 A 1.下列有关石墨晶体的说法正确的是( ) A.由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体 B.由于石墨的熔点很高，所以它是共价晶体 C.由于石墨质软，所以它是分子晶体 D.石墨晶体是一种混合型晶体 解析 石墨能导电、熔沸点高、质软，是因为其晶体结构中既有金属键，又有共 价键，还有范德华力，因此它是一种混合型晶体。答案选 D。 答案 D 2.石墨烯是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶 体。下列关于石墨

13、与石墨烯的说法中正确的是( ) A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键 B.石墨中的碳原子采取 sp2杂化，每个 sp2杂化轨道含2 3 s 轨道与 1 3 p 轨道 C.石墨属于混合型晶体，层与层之间存在分子间作用力；层内碳原子间存在共价 键；石墨能导电，存在金属键 D.石墨烯中平均每个六元碳环含有 3 个碳原子 解析 A.石墨晶体中，层与层之间的作用力为分子间作用力，从石墨中剥离石墨 烯需要破坏分子间作用力，故 A 错误；B.石墨中的碳原子采取 sp2杂化，每个 sp2 杂化轨道含1 3s 轨道与 2 3 p 轨道，故 B 错误；C.石墨属于混合型晶体，层与层之间 存在分子间作用力；层内碳原

14、子间存在共价键；石墨能导电，存在金属键，故 C 正确；D.每个 C 原子为 3 个环共有，则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数 为 61 32，故 D 错误；故答案选 C。 答案 C 3.下列各组物质的性质比较中，正确的是( ) A.稳定性：HClH2SH2O B.熔、沸点 HFHClHBr C.熔、沸点 KClMgOMgCl2 D.熔、沸点 CH4SiH4GeH4 解析 A.非金属性越强，氢化物越稳定，非金属性是 OClS，则稳定性是 H2O HClH2S，A 错误；B.氢化物中分子间存在氢键的熔沸点较高，没有氢键时， 分子结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，则熔沸点

15、 为 HFHBrHCl，B 错误；C.组成离子晶体的微粒中微粒半径越小，电荷数越 多，离子键越强，熔沸点越高，则熔沸点 MgOMgCl2KCl，C 错误；D.氢化 物中分子间存在氢键的熔沸点较高，没有氢键时，相对分子质量越大，分子间作 用力越强，熔沸点越高，则熔沸点为 CH4SiH4GeH4，D 正确，答案选 D。 答案 D 4.下列晶体分类中正确的一组是( ) 选项 A B C D 离子晶体 NaOH H2SO4 CH3COONa Ba(OH)2 原子晶体 Ar 石墨 水晶 金刚石 分子晶体 SO2 S 玻璃 解析 NaOH、 CH3COONa、 Ba(OH)2都是通过离子键相互结合的离子晶

16、体； H2SO4 分子间以范德华力和氢键相互结合为分子晶体；Ar、SO2分子间以 范德华力相互结合为分子晶体；石墨是混合型晶体；水晶与金刚石是典型的原子 晶体；硫的化学式以一个硫原子表示，实际上是由多个硫原子构成的分子，分子 间以范德华力结合成分子晶体；玻璃是非晶体。 答案 C 5.非线性光学晶体在信息、激光技术、医疗、国防等领域具有重要应用价值。我 国科学家利用 Cs2CO3、XO2(XSi、Ge)和 H3BO3首次合成了组成为 CsXB3O7的 非线性光学晶体。回答下列问题： (1)C、O、Si 三种元素电负性由大到小的顺序为_；第一电离能 I1(Si)_I1(Ge)(填“”或“CSi；

17、第一电离能的变化规律为同族元素由上至下逐渐减小， 因此 I1(Si)I1(Ge)。 (2)Ge原 子 位 于 第 四 周 期 A族 ， 因 此 原 子 核 外 电 子 排 布 式 为 1s22s22p63s23p63d104s24p2(或Ar3d104s24p2)；SiO2、GeO2均为共价晶体，Ge 原子 半径大于 Si，SiO 键长小于 GeO 键长，SiO2键能更大，熔点更高。 (3)B 原子最外层有 3 个电子，与 3 个OH 形成 3 个共价键，因此为 sp2杂化。热 水破坏了硼酸晶体中的氢键， 并且硼酸分子与水形成分子间氢键， 使溶解度增大。 (4)原子分数坐标为(0.5，0.2，

18、0.5)的 Cs 原子位于晶胞体内，原子分数坐标为(0， 0.3，0.5)及(1.0，0.3，0.5)的 Cs 原子位于晶胞的 yz 面上，原子分数坐标为(0.5， 0.8，1.0)及(0.5，0.8，0)的 Cs 原子位于晶胞 xy 面上，原子分数坐标为(0，0.7， 1.0)及(1.0，0.7，1.0)(0，0.7，0)及(1.0，0.7，0)的 Cs 原子位于晶胞平行于 y 轴的 棱上，利用均摊法可计算该晶胞中共含 Cs 原子 4 个；代入晶胞密度求算公式可 得： ZM NAV 4M NAabc10 30 4M abcNA10 30 g cm3。 答案 (1)OCSi (2)1s22s22p63s23p63d104s24p2(或Ar3d104s24p2) SiO2 二者均为共价晶体，Ge 原 子半径大于 Si，SiO 键长小于 GeO 键长，SiO2键能更大，熔点更高 (3)sp2 热水破坏了硼酸晶体中的氢键，并且硼酸分子与水形成分子间氢键，使溶 解度增大 (4)4 4M abcNA10 30