3.2.5晶体结构的复杂性 课件 2024-2025学年高二下学期化学鲁科版（2019）选择性必修2

同是碳单质的晶体，金刚石和石墨的性质存在哪些异同？ 你认为是什么造成了这种差异？ 金刚石部分物理性质 熔点 莫氏 硬度 电导率 （s·m-1) 3550 ℃ 10 2.11*10-13 石墨部分物理性质 熔点 莫氏硬度 电导率 （s·m-1) 3850℃ 1 2.5*103 新课导入 第2节 几种简单的晶体结构模型 第5课时 晶体结构的复杂性 第3章不同凝聚状态的物质与性质 制作教师：李亚泉 2 2 1 本节重、难点 认识石墨晶体的特殊结构 知道典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的 知识导航 熔点：3550℃；硬；不导电 共价晶体 熔点：3550℃ 软；能导电 共价晶体 非共价晶体 石墨究竞属于哪种类型的晶体呢? 新课讲授 meiyangyang8602 meiyangyang8602 石墨性质 熔点高、 质软、 能导电 共价晶体特征 金属晶体特征 石墨结构 混合型晶体 层状结构 分子晶体特征 石墨晶体既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，我们将这类晶体称为混合型晶体 新课讲授 meiyangyang8602 meiyangyang8602 1、层状结构 2、层内的碳原子的核间距为142 pm 3、层间距离为335 pm 层内：C以共价键结合 层间：靠范德华力维系 新课讲授 meiyangyang8602 meiyangyang8602 石墨晶体中的二维平面结构 120° 碳原子杂化方式： 347KJ·mol-1 键角： 键长： 键能： 0.142nm SP2 新课讲授 meiyangyang8602 meiyangyang8602 石墨的层状结构 同一层中的每个碳原子与邻近的3个碳原子以共价键相结合,形成无限的六边形平面网状结构。每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道,并含有1个未成对电子,能形成遍及整个平面的大π键。 新课讲授 meiyangyang8602 meiyangyang8602 结构 作用力 相似晶体类型 性质 二维平面结构 共价键 共价晶体 熔点很高 层状结构 范德华力 分子晶体 质软 存在未参与杂化的p轨道 离域π键 金属晶体 层面导电 由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 决定 结构 性质 新课讲授 石墨 金刚石 杂化方式 结构 碳原子与碳碳键比值 两者碳碳键比值（同质量） 三维骨架结构 二维平面结构 sp2杂化 sp3杂化 2︰3 1︰2 4︰3 石墨的熔点为什么高于金刚石？ 金刚石中碳原子形成共价键，石墨中碳原子除形成共价键外，还形成大π键，且石墨中C—C的键长更短、键能更大，故石墨的熔点高于金刚石。 新课讲授 meiyangyang8602 黑磷有正交、简单立方和菱方等三种晶型。其中，正交晶型的黑磷具有半导体性质， 可用作电学和光学材料。 在晶体中，与石墨相似，黑磷具有层状结构，层间依靠范德华力结合在一起。而在层内，每个磷原子与其他三个磷原子相连，形成二维皱褶蜂巢型结构。二维的单层黑磷又称磷烯，磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。 新课讲授 meiyangyang8602 事实上，纯粹的典型晶体是不多的，大多数离子晶体中的化学键具有一定的共价键成分。金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多。 O2- Ba2+ Ti4+ 例如：BaTiO3含有一种阴离子O2-和多种阳离子Ti4+、Ba2+ 新课讲授 meiyangyang8602 金属键、离子键、共价键、配位键等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。即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡晶体。 又如，在Na2SiO3固体中并不存在单个的简单SiO32－，Si通过共价键与4个O原子相连，形成硅氧四面体。硅氧四面体通过共用顶角O原子而连成较大的链状硅酸盐{SiO32－}∞单元(如图所示)，带负电的链状硅酸盐{SiO32－}∞单元与金属阳离子以离子键相互作用。 新课讲授 【典例1】碳元素的单质有多种形式，下图依次是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形式，它们互为____________。 同素异形体 (2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为_____、_______。 sp2 sp3 (3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。 分子 混合型 典例精讲 (4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142pm，而金刚石中C—C键的键长为154pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的_____共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在_____共价键，还有____键。 σ σ π (5)C60的晶体结构类似于干冰，则每个C60晶胞的质量为________g(用含NA的式子表示，NA为阿伏加德罗常数的值)。 典例精讲 (6)金刚石晶胞含有____个碳原子。若碳原子半径为r，金刚石晶胞的边长为a，根据硬球接触模型，则r＝__________a，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率__________(列出计算式即可)。 8 C—C键的键长2r＝ r＝ (7)硅晶体的结构跟金刚石相似，1mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是____NA个(NA为阿伏加德罗常数的值) 2 典例精讲 类型项目 金属晶体 共价晶体 分子晶体 离子晶体 构成晶体的微粒 金属阳离子和“自由电子” 原子 分子 阴、阳 离子微粒间作用 金属键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 离子键 作用力强弱(一般地) 一般较强，有的较弱 很强 弱 较强 确定作用力强弱的一般判断方法 离子半径、价电子数 键长(原子半径) 组成结构相似时比较相对分子质量 离子所带电荷数 离子半径 电荷、半径熔、沸点 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃) 高 低 较高 硬度 差别较大 大 较小 略硬而脆 导热和导电性 良导体 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 不良导体(熔化后或溶于水导电) 溶解性(水) 一般不溶于水，少数与水反应 一般不溶 相似相溶 多数易溶 组成微粒堆积方式 等径圆球紧密堆积 不服从紧密堆积原理 紧密堆积(与分子形状有关且分子间不存在氢键) 非等径圆球紧密堆积 拓展延伸 拓展延伸 谢谢！ 典例精讲 $$