2024年高中化学新教材同步选择性必修第二册 第3章　第3节　第2课时　过渡晶体与混合型晶体、晶体类型的比较

第2课时过渡晶体与混合型晶体、晶体类型的比较[核心素养发展目标]1.从化学键变化上认识过渡晶体，理解纯粹的典型晶体在自然界中是不多的。2.从结构和性质上认识典型的混合型晶体——石墨。3.了解晶体类型的比较与判断方法。一、过渡晶体与混合型晶体1．过渡晶体纯粹的典型晶体并不多，大多数晶体是四类典型晶体之间的过渡晶体。第三周期前几种元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表所示：氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%62504133由表可知，这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，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。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，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理，如Al2O3、SiO2等。2．混合型晶体——以石墨为例石墨晶体的层状结构结构特点(1)层内，碳原子采取sp2杂化，以共价键相结合形成平面六元并环结构。所有碳原子的p轨道相互平行且相互重叠，使p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动(2)层与层之间以范德华力相结合晶体类型石墨中既存在共价键，又存在分子间作用力，同时具有类似金属晶体的导电性。同时具有共价晶体、分子晶体和金属晶体的特征的晶体叫混合型晶体物理性质熔点高、易导电、质软易滑动1．石墨晶体中，层内C—C的键长为142pm，而金刚石中C—C的键长为154pm，回答下列问题。(1)熔点：石墨________(填“＞”“＜”或“＝”)金刚石。答案＞(2)石墨中C—C的键长小于金刚石中C—C的键长的原因：___________________________。答案金刚石中只存在C—C间的σ键，而石墨中层内的C—C间不仅存在σ键，还存在大π键，电子层重叠程度大，所以C—C间的键长短2．石墨晶体中，每个C原子参与________个C—C和______个六元环的形成，而每个键被________个C原子共用，故每一个六元环平均占有______个C原子，C原子数与C—C数之比为______。答案33222∶31．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没有明显界限C．离子晶体中含有离子键，不含共价键D．大多数晶体是四类典型晶体的过渡晶体答案C2.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石墨层与层间靠范德华力维系②石墨中的C为sp2杂化③石墨的熔点、沸点都比金刚石低④石墨和金刚石的硬度相同⑤石墨层内导电性和层间导电性不同A．全对B．①②③C．①②⑤D．②③④答案C解析③不正确，石墨的熔点比金刚石高；④不正确，石墨质软，金刚石的硬度大。3．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。下列关于石墨与石墨烯的说法正确的是()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sp3杂化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，石墨有类似金属晶体的导电性D．石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子答案C解析石墨晶体中，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；石墨中的碳原子采取sp2杂化，故B错误；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，石墨有类似金属晶体的导电性，故C正确；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的碳原子数为6×eq\f(1,3)＝2，故D错误。4．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答案D二、晶体类型的比较四种晶体的比较晶体类型分子晶体离子晶体金属晶体共价晶体构成微粒分子阴、阳离子金属阳离子、自由电子原子微粒间作用力范德华力(少数有氢键)离子键金属键共价键性质熔、沸点较低较高一般较高很高硬度小略硬而脆一般较大很大溶解性相似相溶多数溶于水不溶，有些与水反应不溶机械加工性能不良不良良好不良导电性固态、液态均不导电，部分溶于水时导电固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电固态、熔融态时导电大部分固态、熔融时都不导电作用力大小规律组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大离子所带电荷数多、半径小的离子键强金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定晶体类型的判断方法(1)依据组成晶体的微观粒子和粒子间的作用判断分子间通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体；由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。(2)依据物质的分类判断①活泼金属的氧化物(如Na2O、MgO等)、强碱[如KOH、Ba(OH)2等]和绝大多数的盐类是离子晶体。②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硼、晶体硅等外)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。③常见的共价晶体单质有金刚石、晶体硼、晶体硅等；常见的共价晶体化合物有碳化硅、SiO2等。④金属单质(常温下除汞外)与合金均属于金属晶体。(3)依据晶体的熔点判断离子晶体的熔点较高，常在数百至几千摄氏度；共价晶体的熔点高，常在一千至几千摄氏度；分子晶体的熔点较低，常在数百摄氏度以下或很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有熔点相当低的。(4)依据导电性判断离子晶体在水溶液中和熔融状态下都导电；共价晶体一般为非导体，但晶体硅能导电；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断离子晶体硬度较大或略硬而脆；共价晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有硬度较小的，且具有延展性。1．下列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答案A解析共价晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高，A正确；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；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，C错误；离子晶体中可能存在共价键，如NaOH属于离子晶体，其中含有H—O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。2．下列各组物质中，按熔、沸点由低到高顺序排列正确的是________(填字母)。A．KCl、NaCl、MgOB．金刚石、SiC、SiO2、硅C．H2O、H2S、H2Se、H2TeD．Na、K、Rb、AlE．CO2、Na、KCl、SiO2F．O2、I2、Hg、MgCl2G．钠、钾、钠钾合金H．CH4、H2O、HF、NH3I．CH4、C2H6、C4H10、C3H8J．CH3CH2CH2CH2CH3、(CH3)2CHCH2CH3、C(CH3)4答案AE解析A中离子半径：K＋＞Na＋＞Mg2＋，O2－＜Cl－，离子所带电荷数：K＋＝Na＋＜Mg2＋，O2－＞Cl－，离子所带电荷数越少，离子半径越大，熔、沸点越低，正确；B中键长：C—C＜Si—O＜Si—C＜Si—Si，键长越长，熔、沸点越低，错误；C中相对分子质量逐渐增大，熔、沸点应该逐渐升高，但水分子间形成氢键，导致其熔、沸点较高，错误；D中原子半径：Al＜Na＜K＜Rb，半径越大，熔、沸点越低，错误；E中常温下，CO2为气体，Na为金属晶体，KCl为离子晶体，SiO2为共价晶体，正确；F中常温下，O2为气态，I2为固态，Hg为液态，MgCl2为离子晶体，错误；G中合金的熔、沸点低于任何一种组分金属，错误；H中H2O、HF、NH3分子间分别会形成氢键，它们的沸点均高于CH4的沸点，常温下H2O为液态，沸点最高，错误；I中的几种物质互为同系物，它们都是分子晶体，其熔、沸点随着碳原子数增多(即相对分子质量增大)而逐渐升高，错误；J中的几种物质互为同分异构体，支链越多，分子对称性越高，范德华力越弱，熔、沸点越低，错误。3．四种物质的一些性质如下表：物质熔点/℃沸点/℃其他性质单质硫120.5271.5—单质硼23002550硬度大氯化铝190180.0177.8℃升华苛性钾3001320晶体不导电，熔融态导电晶体类型：单质硫是__________________晶体；单质硼是__________晶体；氯化铝是______________晶体；苛性钾是____________晶体。答案分子共价分子离子解析单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，为共价晶体；氯化铝为化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，为离子晶体。比较不同晶体熔、沸点的基本思路首先看物质的状态，一般情况下是固体>液体>气体；再看物质所属类型，一般是共价晶体>离子晶体>分子晶体(注意：不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅)，结构类型相同时再根据相应规律进行判断。同类晶体熔、沸点比较思路：共价晶体→共价键键能→键长→原子半径；分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；金属晶体→金属键强弱→金属阳离子所带电荷数、金属阳离子半径。题组一过渡晶体与混合型晶体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。2．下列说法不正确的是()A．MgO中离子键的百分数为50%，则MgO不是纯粹的离子晶体，是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体B．Na2O通常当作离子晶体来处理，因为Na2O是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C．Al2O3是偏向离子晶体的过渡晶体，当作离子晶体来处理；SiO2是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理D．分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体都有过渡型答案C解析Al2O3、SiO2均是偏向共价晶体的过渡晶体，当作共价晶体来处理，C项不正确。3．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1.0～1.5nm时，呈离子键；当两核靠近约距0.28nm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．离子晶体可能含有共价键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线答案A解析NaI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，共价键和离子键没有明显的界线。4．石墨炔是由1,3-二炔键与苯环形成的平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性和半导体性能。下列关于石墨炔的说法不正确的是()A．石墨炔属于碳氢化合物B．石墨炔与金刚石互为同素异形体C．石墨炔有望代替半导体材料硅在电子产品中得到广泛应用D．实验测得石墨炔孔径略大于H2分子的直径，因此可以用石墨炔做H2提纯薄膜答案A解析石墨炔是全碳分子，不属于碳氢化合物，A不正确；石墨炔与金刚石都是由碳元素组成的单质，二者互为同素异形体，B正确；石墨炔具有优良的化学稳定性和半导体性能，有望代替半导体材料硅，C正确；石墨炔孔径略大于H2分子直径，可用石墨炔去除杂质，做H2提纯薄膜，D正确。5.石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为()A．8B．12C．24D．60答案A解析可选取题图中6个钾原子围成的正六边形为结构单元，每个钾原子被3个正六边形共用，则该结构单元中实际含有的钾原子数为6×eq\f(1,3)＋1＝3，该六边形内的碳原子数为24，故钾原子数与碳原子数之比为1∶8。题组二晶体类型的比较6．碳元素和硅元素为同一主族元素但他们的氧化物性质差异很大，冰晶胞中水分子的排列方式和金刚石的晶胞类似，下列关于这四种晶胞的说法正确的是()A．一个干冰晶胞中有4个CO2分子，一个SiO2晶胞中有8个SiO2分子B．干冰中一个CO2分子周围有6个CO2分子紧邻C．冰和金刚石熔、沸点都很高，熔化时均破坏共价键D．冰中水分子之间由于氢键的存在，使其结构与金刚石相似答案D解析CO2分子位于晶胞的面心和顶角，所以1个干冰晶胞中有8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个CO2分子，SiO2是共价晶体，不存在分子，A错误；干冰属于面心立方晶胞，所以1个CO2分子周围有12个CO2分子紧邻，B错误；冰是分子晶体，熔化时破坏分子间作用力和氢键，金刚石是共价晶体，熔化时破坏共价键，C错误。7．下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是()A．NH3、CH4、NaCl、NaB．H2O、H2S、MgSO4、SO2C．CH4、H2O、NaCl、SiO2D．Li、Na、K、Rb、Cs答案C解析C项中SiO2是共价晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。8．下列数据是对应物质的熔点(℃)：BCl3Al2O3Na2ONaClAlF3AlCl3干冰SiO2－17020739208011291190－511723据此做出的下列判断错误的是()A．铝的化合物的晶体中有的不是分子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体答案B解析由表中数据分析，氧化铝和氟化铝的熔点很高，两者不是分子晶体，故A正确；表中氯化铝、氯化硼和干冰的熔点都较低，是分子晶体，故B错误；碳和硅同主族，但氧化物的晶体类型不同，分别属于分子晶体和共价晶体，故C正确；硅和铝不同主族，但对应的氧化物都为共价晶体，说明不同族元素的氧化物可能形成相同类型的晶体，故D正确。9．新型材料B4C可用于制作切削工具和高温热交换器。下列关于B4C的推断正确的是()A．B4C是一种分子晶体B．B4C是该物质的分子式C．B4C是一种共价晶体D．B4C易溶于有机溶剂答案C解析新型材料B4C可用于制作切削工具和高温热交换器，说明B4C具有硬度大、熔点高的特性，故其属于共价晶体，A错误，C正确；B4C组成微粒是C、B原子，不含分子，B错误。10．下列说法不正确的是()A．石英是由硅原子和氧原子构成的共价晶体，每个原子的最外层都达到8电子稳定结构B．Na2O是离子晶体，其溶于水生成NaOH的过程中既有离子键的断裂又有共价键的形成C．现代科技已经能够拍到氢键的“照片”，直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键D．NH5所有原子的最外层都符合相应的稀有气体原子的最外层电子结构，是既具有离子键又具有共价键的离子化合物答案C解析石英的主要成分是SiO2，SiO2晶体中一个硅原子与四个氧原子形成4个共价键，一个氧原子与两个硅原子形成2个共价键，故每个原子的最外层都达到8电子稳定结构，A正确；Na2O是离子化合物，溶于水生成NaOH的过程中，Na2O中离子键断裂，生成NaOH时有共价键的形成，B正确；氢键不属于化学键，C错误；NH5可写作NH4H，其所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外层电子结构，铵盐中既有离子键又有共价键，属于离子化合物，D正确。11．磷及其化合物在电池、催化剂等领域有重要应用。黑磷与石墨类似，也具有层状结构(如图1)。为大幅度提高锂电池的充电速率，科学家最近研发了黑磷-石墨复合负极材料，其单层结构俯视图如图2所示。根据图1和图2的信息，下列说法不正确的是()A．黑磷区中P—P的键能不完全相同B．黑磷与石墨都属于混合型晶体C．图2黑磷区中P原子的杂化方式为sp3，石墨区中C原子的杂化方式为sp2D．石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子不共平面答案D解析据图可知黑磷区中P—P的键长不完全相等，所以键能不完全相同，故A正确；黑磷与石墨类似，每一层原子之间由共价键组成六元环结构，层与层之间由范德华力互相吸引，所以为混合型晶体，故B正确；黑磷晶体中六元环不是平面结构，P原子形成3个P—P，有1个孤电子对，价层电子对数为4，P原子采取sp3杂化；石墨中C原子的杂化方式为sp2杂化，故C正确；石墨中C原子为sp2杂化，所以与六元环中C原子相连的原子与六元环共面，所以石墨与黑磷的结合区中，P原子与C原子共平面，故D错误。12．物质的结构决定性质，正确认识物质的结构，能充分理解掌握其性质。下列说法正确的是()A．键能：N—N>P—P、N—H>P—H，因此N2H4的沸点大于P2H4的沸点B．熔点：SiCl4<SiF4<SiO2C．1mol氨硼烷(NH3BH3)中σ键数是6NAD．PCl5和PBr5在熔融时的阴离子分别为[PCl6]－和Br－，存在差异的原因是Br－半径大答案D解析N2H4与P2H4均为分子晶体，沸点与共价键强弱无关，N2H4的沸点大于P2H4的沸点是因为N2H4分子间存在氢键，故A错误；SiO2为共价晶体，沸点最高，SiCl4和SiF4均为分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，故沸点：SiCl4>SiF4，故B错误；1个氨硼烷(NH3BH3)中含有7个σ键，故C错误；Br－核外有4个电子层，半径比Cl－大，故P原子周围没有足够的空间容纳6个Br－，则无法形成[PBr6]－，故D正确。13．(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________；二氧化硅熔化，粒子间克服了________；碘升华，粒子间克服了________________。三种晶体的熔点由高到低的顺序是_____________________________________________________________________________(用化学式表示)。(2)下列六种晶体：①CO2、②NaCl、③Na、④Si、⑤CS2、⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为______________(用序号表示)。(3)A、B、C、D为四种不同类型的晶体，性质如下：A固态时能导电，能溶于盐酸；B能溶于CS2，不溶于水；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水；D固态、液态时均不导电，熔点为3500℃。试推断它们的晶体类型：A.________；B.________；C.________；D.________。答案(1)离子键共价键分子间作用力SiO2>KClO3>I2(2)①⑤③②④⑥(3)金属晶体分子晶体离子晶体共价晶体解析(1)氯酸钾是离子晶体，熔化时需要克服离子键；二氧化硅是共价晶体，熔化时需要克服共价键；碘为分子晶体，碘升华时需克服的是分子间作用力。共价晶体的熔点最高，其次是离子晶体；由于分子间作用力与化学键相比要弱得多，所以碘的熔点最低。(2)先把六种晶体分类。共价晶体：④⑥；离子晶体：②；金属晶体：③；分子晶体：①⑤。由于C原子半径小于Si原子半径，所以金刚石的熔点高于晶体硅；CO2和CS2同属于分子晶体，二者组成与结构相似，熔点高低取决于相对分子质量大小，故CS2的熔点高于CO2；Na在通常状况下是固态，而CS2是液态，CO2是气态，所以Na的熔点高于CS2和CO2。综上所述，熔点从低到高的顺序为①⑤③②④⑥。(3)A固态时能导电，能溶于盐酸，属于金属晶体；B能溶于CS2，不溶于水，属于分子晶体；C固态时不导电，液态时能导电，可溶于水，属于离子晶体；D固态、液态时均不导电，熔点为3500℃，属于共价晶体。14．(2023·福州高二检测)碳元素的单质有多种形式，如图所示依次是C60、石墨和金刚石的结构图：回答下列问题：(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为________。(2)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。(3)石墨晶体中，层内C—C的键长为142pm，而金刚石中C—C的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________键(填“σ”或“π”，下同)，而石墨层内的C—C间不仅存在________键，还有________键。(4)金刚石晶胞含有______________个碳原子。答案(1)同素异形体(2)分子混合型(3)σσπ(或大