【知识拓展】石墨

石墨的层状结构

（1）石墨中C原子以sp2杂化；

（2）石墨晶体中最小环为（6）元环，含有C（2）个，C-C键为（3）；

（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；

（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。

【思考8】石墨为什么很软？

石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。

【思考9】石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？

石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。

【思考10】石墨属于哪类晶体？

石墨为混合键型晶体。

【典型例题】

例1. 氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于

A. 原子晶体  B. 分子晶体   C. 金属晶体          D. 离子晶体

分析：耐高温、耐磨是原子晶体的特点，故氮化硅（Si3N4）是原子晶体。

答案：A

例2. 共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是    （    ）

A. 干冰       B. 氯化钠     C. 氢氧化钠    D. 碘

分析：干冰是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl是离子晶体只存在离子键。 NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。故只有B符合题意。

答案：B

例3. 碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三种晶体①金刚石  ②晶体硅  ③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是    （    ）

A.①③②     B.②③①    C.③①②    D.②①③

分析：C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。

答案：A

例4. 如图所示，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl－所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。

（1）请将其中代表Na+的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl晶体结构示意图。

（2）晶体中，在每个Na+的周围与它最接近的且距离相等的Na+共有     个。

（3）在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na+或Cl－为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞中Cl－的个数等于        ，即（填计算式）          ；Na+的个数等于        ，即（填计算式）              。

分析：（1）氯化钠晶体的结构特点是钠离子和氯离子在三个互相垂直的方向上都是等距离的交错排列。选择立方体的一个顶点开始代表钠离子涂黑，交替排列涂黑。见下图

（2）每个钠离子距离它最近的钠离子分别位于三个互相垂直的平面内，每个平面内有4个，总共12个。

（3）根据立方晶胞中粒子的分摊规律，每个晶胞内钠离子数：8×＋6×＝4；氯离子数：12×＋1＝4。

答案：（1）见分析

（2）12

（3）钠离子数：8×＋6×＝4；氯离子数：12×＋1＝4

例5. 在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的 CO2分子有___________个  在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点都落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个CO2分子。

分析：解答此题要求对干冰的晶体模型十分熟悉。以右下角CO2分子为研究对象：与其紧邻的为面心上的3个CO2分子，而CO2分子被8个这样的立方体所共有，故有3×8=24。又考虑到面心上的CO2被2个这样的立方体共有，故24/2=12个。由CO2晶体模型分析得出，符合题意的最小正方形即模型的角对角面的一半，不难看出有4个CO2分子。

答案：12；4

例6. 单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

（1）晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是___________________。

（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_____个硼原子构成。其中B—B键的键角为_______。

分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。晶体硼每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点xx属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有3/5×20=12个。又因晶体硼中的三角形面为正三角形，所以键角为60°。

答案：原子，晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度；12，60°

例7. 某离子晶体部分结构如图：

（1）晶体中每个Y同时吸引着最近的________个X，每个X同时吸引着最近的________个Y，该晶体的化学式为________。

（2）晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X共有________个。

（3）晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为________。

（4）设该晶体的摩尔质量为Mg，晶体密度为，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间距离为_____cm。

分析：（1）从图中可知，Y位于立方体中心，X位于立方体相向的四个顶点，故一个Y同时吸引着最近的X有4个，每个X同时吸引着最近的8个Y，由此确定其化学式为。（2）由于顶点X是8个立方体共有，每个面是两个立方体共享，故晶体中每个X周围与它最近且距离相等的X应有8×3×=12个。（3）可将图中4个X分别与Y连线，形成的构型类同于CH4分子，∠XYX=109°28ˊ

（4）由于每个小方体中XY2的物质的量为mol，设晶体中两个距离最近的X中心间距离为x，则小方体的边长为x，由此得小方体的体积根据质量V =（x ）3，由m=V =nM得：×（x ）3=×M，所以x=。

答案：（1）4，8，XY2（2）12（3）109°28ˊ（4）