2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第三章第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课时目标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.过渡晶体常见的四类典型晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等,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。四类晶体都有过渡型。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。P2O5、SO3、Cl2O7都是分子晶体,表明离子键成分的百分数更小了,而且共价键不再贯穿整个晶体,而是局限于晶体微观空间的一个个分子中了。小题对点过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,下列说法正确的是。

①化学键中离子键成分的百分数:NaCl>Na2S>Na3P②第ⅢA-ⅦA族元素的单质,从上到下,随原子序数增加,共价键向金属键过渡③第三周期元素的氯化物从左到右离子键向共价键过渡,其中AlCl3是共价化合物④分子晶体中,成键元素的电负性差越大,分子的极性越大答案①②③解析①电负性:Cl>S>P,因此Na与Cl、S、P电负性差值逐渐减小,离子键成分的百分数逐渐减小,故①正确;②第ⅢA-ⅦA族元素,从上到下,随原子序数增加,金属性增强,非金属性减弱,其单质中的化学键由共价键向金属键过渡,故②正确;③第三周期元素,从左往右电负性逐渐增大,与Cl的电负性差值逐渐减小,形成的化学键由离子键向共价键过渡,其中AlCl3是共价化合物,故③正确;④分子晶体中,成键元素的电负性差越大,分子的极性不一定越大,如CO2是极性键构成的非极性分子,故④错误。2.混合型晶体——以石墨为例(1)石墨晶体的层状结构(2)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。(3)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。像石墨这样的晶体,是一种混合型晶体。(4)物理性质:熔点高、易导电、质软易滑动。小题对点过(1)石墨具有质软的性质,可以制作铅笔芯,如何解释?

。

(2)同样是由碳原子构成的石墨的熔点为什么比金刚石的还高?

。

(3)石墨表现出类似金属的导电性质,请结合其结构作出解释。

。

(4)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(1)石墨是层状结构,层与层之间相隔较远,只存在范德华力,作用相对较弱,所以表现为质软、易滑动(2)石墨中,同一层内碳原子之间以共价键结合,每一个碳原子与周围三个碳原子形成3个共价键,并且在层内形成大π键,使原子之间离得更近,键长变短,键能增大,所以熔点较高(3)石墨中,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,所以表现出良好的导电性(4)33222∶31.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.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()A.石墨层与层间靠范德华力维系B.石墨的熔点、沸点都比金刚石低C.石墨和金刚石的硬度相同D.石墨层内导电性和层间导电性相同答案A解析B不正确,石墨的熔点比金刚石高;C不正确,石墨质软,金刚石的硬度大。3.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形式,它们互为。

(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为、。

(3)C60属于晶体,石墨属于晶体。

(4)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间的共价键,而石墨层内的C—C间不仅存在

共价键,还有键。

答案(1)同素异形体(2)sp3sp2(3)分子混合(4)σσπ(或大π或p-pπ)解析(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质,故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中,每个碳原子都形成四个共价单键,故碳原子的杂化方式为sp3;石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子,故C60属于分子晶体;石墨层与层之间是范德华力,而同一层中碳原子之间是共价键,故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中,碳原子之间只形成共价单键,全部为σ键;在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。二、晶体类型的比较1.四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差差良好差导电性固态、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、熔融时都不导电小题对点过现有A、B、C、D四种晶体,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.。

答案金属晶体分子晶体离子晶体共价晶体2.分类比较晶体的熔、沸点高低的方法(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律共价晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,如钨、铂等熔点很高,如镓、铯等熔点很低,金属晶体一般不参与比较。(2)共价晶体由共价键形成的共价晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高。(3)离子晶体一般地说,阴、阳离子所带电荷数越多,离子半径越小,则离子键就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高。(4)分子晶体①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高。③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高。小题对点过下列各组物质中,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、硅C.H2O、H2S、H2Se、H2TeD.Na、K、Rb、AlE.CO2、Na、KCl、SiO2F.钠、钾、钠钾合金答案AE解析A项中离子半径: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项中键长:C—C<Si—C<Si—Si,键长越长,熔、沸点越低,错误;C项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项中原子半径:Al<Na<K<Rb,半径越大,熔、沸点越低,错误;E项中常温下,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项中合金的熔、沸点低于其任何一种组分金属,错误。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晶体属于离子晶体,其中含有H—O共价键,分子晶体中一定不存在离子键,D错误。2.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C3.四种物质的一些性质如下表:物质熔点/℃沸点/℃其他性质单质硫113445—单质硼23003658硬度大氯化铝190180.0177.8℃升华苛性钾3611320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。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)、稀有气体、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更低温度;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。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组一过渡晶体与混合晶体1.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石墨中存在两种作用力;②石墨是混合晶体;③石墨中的C为sp2杂化;④石墨熔点、沸点都比金刚石低;⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为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2A.全对 B.除⑤外C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外答案C解析①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,还有一种是类似金属键;②正确;③正确,石墨中的C为sp2杂化;④不正确,石墨熔点比金刚石高;⑤不正确,石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3;⑥不正确,石墨质软,金刚石的硬度大;⑦正确;⑧正确,每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3=2。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.用高压釜施加高温高压并加入金属镍等催化剂,可实现如图所示的石墨转化为物质B的过程,下列有关说法错误的是()A.石墨比物质B更稳定B.在该条件下,石墨转化为物质B的变化是化学变化C.物质B的硬度比石墨的大,属于共价晶体D.石墨和物质B中的C均采取sp2杂化,键角均为120°答案D解析由题给信息可知,高温高压并有催化剂存在时,石墨转化得到的物质B为金刚石。键长:金刚石>石墨,则键能:金刚石<石墨,键能越大,键越牢固,物质越稳定,则石墨更稳定,A项正确;石墨转化为金刚石的过程涉及旧化学键的断裂和新化学键的形成,是化学变化,B项正确;金刚石属于共价晶体,其硬度比石墨的大,C项正确;石墨中的C采取sp2杂化,键角是120°,金刚石中的C采取sp3杂化,键角是109°28',D项错误。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.8 B.12 C.24 D.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6×13+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题组二晶体类型的判断与比较6.某化学兴趣小组,在学习分子晶体后,查阅了几种氯化物的熔、沸点,记录如下:NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/℃801712190-68782沸点/℃14651418230571600根据这些数据分析,属于分子晶体的是()A.NaCl、MgCl2、CaCl2B.AlCl3、SiCl4C.NaCl、CaCl2D.全部答案B解析由分子构成的晶体,分子与分子之间以分子间作用力相互作用,而分子间作用力较小,克服分子间作用力所需能量较低,故分子晶体的熔、沸点较低,表中的MgCl2、NaCl、CaCl2的熔、沸点很高,很明显不属于分子晶体,AlCl3、SiCl4熔、沸点较低,应为分子晶体,B项正确。7.下列物质的熔、沸点高低顺序中,正确的是()A.晶体锗>晶体硅>金刚石B.I2>Br2>Cl2>F2C.H2O>NH3>HF>CH4D.金刚石>CsCl>NaCl>钠答案B解析卤素单质中,相对分子质量越大对应单质的熔、沸点越高,则熔、沸点为I2>Br2>Cl2>F2,故B正确;离子晶体中,离子所带电荷数越多、离子半径越小,熔、沸点越高,钠离子、铯离子和氯离子都带一个单位电荷,且铯离子半径大于钠离子,则熔、沸点:NaCl>CsCl,故D错误。8.(2025·大同高二月考)碳元素和硅元素为同一主族元素,但它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8×18+6×12=4个CO2分子,SiO2是共价晶体,不存在分子,A错误;干冰中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,金刚石是共价晶体,熔化时破坏共价键9.C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示其中的一层结构):(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为(填字母)。

A.同分异构体 B.同素异形体C.同系物 D.同位素(2)C60分子中含有双键和单键,推测C60跟F2(填“能”或“否”)发生加成反应。C60固体与金刚石熔点更高的是,原因是

。

(3)硅晶体的结构跟金刚石相似,但其最高价氧化物的物理性质差别较大,是因为SiO2是晶体,CO2是晶体。

(4)石墨层状结构中,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是。层与层以相结合,所以石墨是非常好的润滑剂。

答案(1)B(2)能金刚石C60是分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,金刚石是共价晶体,熔化时需克服共价键(3)共价分子(4)2范德华力解析(1)C60、金刚石和石墨三者都是碳元素形成的不同单质,所以它们互为同素异形体。(2)C60晶体中存在不饱和的碳碳双键,在一定条件下能与F2发生加成反应。(4)因为每个碳原子被3个正六边形共用,所以平均每个正六边形拥有的碳原子个数是6×13=2B级素养培优练10.如图表示一个晶胞,该晶胞为正方体结构,图中粒子(原子、分子或离子)位于正方体的顶角和面心。下列有关说法不正确的是()A.该晶胞若为分子晶体或者金属晶体的一个晶胞时,与每个粒子距离最近且距离相等的粒子数均为12B.若这是一个不完整的金刚石晶胞,则晶胞中其他碳原子的数目为4个,假设C原子半径为r,则晶胞边长为8r/3C.若这是一个不完整的CaF2晶胞,则图中所示实心球表示Ca2+,而F-离子填充在顶角和最近的三个面心组成的8个正四面体空隙中,且F-离子配位数为8D.若这是一个不完整的氯化钠晶胞,则图中粒子可均为钠离子,也可均为氯离子答案C解析由晶胞结构可知该粒子位于顶角和面心,以面心粒子为观察对象,每个粒子距离最近且距离相等的粒子数均为12,故A正确;金刚石晶胞中体对角线长为8r,则晶胞边长为8r/3,故B正确;F-离子填充在顶角和最近的三个面心组成的8个正四面体空隙中,则F-离子配位数为4,故C错误;氯化钠晶胞中,钠离子周围有6个氯离子,氯离子周围有6个钠离子,则图中粒子可能为钠离子,也可能为氯离子,故D正确。