2025人教版化学选择性必修2《物质结构与性质》学案第19课过渡晶体与混合晶体解析版

章节:选2-3-3金属晶体与离子晶体 日期: 类别:学案 教材:人教版

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混合型晶体——石墨

1.概念:晶体内同时存在若干种不同的作用力,具有若干种晶体的结构和性质。

2.石墨晶体结构

(1)晶体模型 

(2)结构特点

①同层内,碳原子采用sp2杂化,以共价键相结合形成正六边形平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠,p电子可在整个平面中运动。

②层内的碳原子的核间距为142pm,层间距离为335pm,说明层间没有化学键相连,是靠范德华力维系的。

③最小的环:六元环。石墨中每个碳原子采取sp2杂化,形成3个sp2杂化轨道,分别与相邻的3个碳原子的sp2杂化轨道重叠形成键,6个碳原子在同一平面上形成正六边形的环,伸展形成平面六元并环结构,由于每个碳原子为三个六元环所共用,即每个六元环拥有的碳原子数为6×=2,碳碳键为两个六元环所共用,每个六元环拥有的碳碳键数为6×=3,键角为120°。

④每个碳原子的配位数为3,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,这些2p轨道互相平行,并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面。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,而且,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的方向。

(3)晶体类型:既有共价键又有范德华力,同时还存在类似金属键的作用力,兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体,称为混合型晶体。

(4)性质:一种结晶形碳,灰黑色,成叶片状、鳞片状和致密块状,熔点很高(层内碳原子之间全部为共价键,共价键能大)、质软(具滑腻感)(原因:层与层之间依靠范德华力结合,范德华力小,层之间易于断开滑动)、易导电(原因:石墨层中每个碳原子未杂化的平行P轨道上的电子形成离域大π键,其电子可在层内运动,成为自由电子)。化学性质不活泼,耐腐蚀,在空气或氧气中强热可以燃烧生成CO2。

(5) 石墨用途:石墨可用作润滑剂,可用于制造坩埚、电极、铅笔芯等。

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