1、晶体结构与性质石墨烯(Graphene)自十几年前诞生以来就一直让科学家们着迷。这种仅仅一个原子厚度的碳元素材料拥有出色的电子特性、强度、超轻重量,用途也不断拓宽,但是如何为其植入能隙(半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距),从而制造晶体管和其他电子设备,却始终让科研人员束手无策。 现在,麻省理工学院(MIT)的研究人员在这方面取得了重大突破,甚至有望改变石墨烯物理学的一些理论预测。他们引入了另一种单原子厚度、属性和石墨烯类似的材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride),并将一层石墨烯置于其上,最终得到的混合材料既有石墨烯的导电特性,还具备了建造晶体管所必需的
2、能隙。问题1.请阅读材料分析,石墨烯中为何可以加入六方氮化硼?(素养角度宏观辨识与微观探析)提示:石墨烯的结构与六方氮化硼的空间结构很相似,两者可以通过原子框架对齐排列而成。问题2.六方相氮化硼晶体结构与石墨相似,但它却不导电,原因是什么?(素养角度证据推理与模型认知)提示:六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻3个氮原子形成3个键,无孤电子对,其结构与石墨相似,但六方相氮化硼晶体的层状结构中没有自动移动的电子,故不导电。问题3.将石墨烯中引入六方氮化硼的好处是什么?(素养角度科学态度与社会责任)提示:可以得到高质量的半导体。问题4:六方氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为多少?(素养角度宏观
3、辨识与微观探析)提示:31。每个六元环上有3个B原子、3个N原子,有6个BN键,而每个BN键为一个六元环贡献率为,每个B原子为一个六元环贡献率为,六元环单独占有BN数目为6=3,单独占有B原子数为3=1,所以BN键数与硼原子数之比为31。问题5:已知六方氮化硼同层中B与N原子核之间的距离为a cm,相邻层与层之间的距离为b cm,列出该晶体的密度的表达式。(素养角度证据推理与模型认知)提示:gcm-3。以一个六棱柱为研究单位,则一个六棱柱中含有的B和N原子均为6=1,因此一个六棱柱的体积是a2b cm3,一个六棱柱的质量为 g,根据=gcm-3。1.钻石的魅力在于它经过大自然千百万年的孕育,再
4、经打磨,能放射出闪烁的光芒。钻石就是经过打磨的金刚石,已知金刚石的网状结构如图所示,由此可看出在含有共价键形成的碳原子环中,其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个CC键间的夹角是()A.6个120B.5个108C.4个10928D.6个10928【解析】选D。根据金刚石的晶体结构特点可知,最小环上碳原子数为6个,每个碳原子与相连的4个碳原子形成小的正四面体,因而任意两个CC键夹角为10928。2.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白球代表Mg)。则下列说法不正确的是()A.铁镁合金的化学式为Mg2FeB.晶体中存在的化学键类型为金属键
5、C.晶格能:氧化钙氧化镁D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)【解析】选C。依据均摊规则,晶胞中共有81/8+61/2=4个铁原子,8个镁原子,故铁镁合金的化学式为Mg2Fe,故A正确;构成该晶体的元素均为金属元素,所以存在的化学键类型为金属键,故B正确;在元素周期表中,镁元素在钙元素的上一周期,故Mg2+半径比Ca2+半径小,氧化镁的晶格能较氧化钙大,故C错误;一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,该晶胞的质量为(104) g= g,故D正确。【加固训练】1.美国lawrence livermore国家实验室的VLotaCSYoo和HCynn成功地在高压下将CO2转化为具有类似Si
6、O2结构的晶体,下列关于CO2的原子晶体的说法正确的是()A.CO2的原子晶体和分子晶体互为同分异构体B.在一定的条件下,CO2的原子晶体转化为分子晶体是物理变化C.CO2的原子晶体和分子晶体具有相同的物理性质和化学性质D.在CO2的原子晶体中,每一个碳原子周围结合4个氧原子,每一个氧原子跟两个碳原子结合【解析】选D。二氧化碳的原子晶体的化学式是原子个数比,不是分子组成,分子晶体是分子式表示分子组成,二者不具有相同的分子式,不属于同分异构体,选项A错误;二氧化碳分子晶体和二氧化碳原子晶体的构成微粒不同,空间构型不同,所以其物理性质不同。二氧化碳原子晶体和二氧化碳分子晶体属于不同物质,所以在一定
7、条件下,CO2原子晶体转化为分子晶体是化学变化不是物理变化,即二者之间的转化是化学变化,选项B、C错误;利用知识迁移的方法分析,把二氧化硅结构中的硅原子替换成碳原子,所以在二氧化碳的原子晶体中,每个碳原子周围结合4个氧原子,每个氧原子跟两个碳原子相结合,选项D正确。2.现代无机化学对硫-氮化合物的研究是最为活跃的领域之一。如图是已经合成的最著名的硫-氮化合物的分子结构。下列说法正确的是()A.该物质的分子式为S4N4B.该物质的分子中只有极性键C.该物质具有很高的熔、沸点D.该物质与化合物S2N2互为同素异形体【解析】选A。根据分子结构可知,分子式为S4N4,选项A正确;根据结构可判断,硫和硫
8、之间形成非极性键,S和N之间形成极性键,选项B错误;该物质形成的晶体是分子晶体,分子晶体的熔沸点不高,选项C错误;由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体,该物质是化合物,不是单质,选项D错误。3.水晶是常见的一种宝石,属于稀有矿物,主要化学成分是二氧化硅,是一种无色透明的晶体,当含少量元素Al、Fe等时呈紫色、黄色、茶色等。我们可以将SiO2的晶体结构想象为在晶体硅的SiSi键之间插入O原子。根据SiO2晶体结构图,下列说法不正确的是()A.石英晶体中每个Si原子通过SiO极性键与4个O原子作用B.每个O原子通过SiO极性键与2个Si原子作用C.石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12,
9、可用“SiO2”来表示石英的组成D.在晶体中存在石英分子,故SiO2叫分子式【解析】选D。晶体硅的结构是五个硅原子形成正四面体结构,其中有一个位于正四面体的中心,另外四个位于四面体的顶点;SiO2的结构为每个硅原子周围有四个氧原子,而每个氧原子周围有两个硅原子,在晶体中Si原子与O原子的原子个数比为12,“SiO2”仅表示石英的组成,没有单个的SiO2分子。4.钢铁是生产生活、工程技术中最重要、用量最大的金属材料。其中铁有、三种同素异形体,其晶胞结构如图所示:(1)、两种晶体的晶胞中铁原子的配位数之比为_。(2)晶体晶胞中所含有的铁原子数为_。(3)若Fe原子半径为r pm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则-Fe单质的密度为_gcm-3(列出算式即可)。【解析】(1)、两种晶体的晶胞中铁原子的配位数分别为8、6,则二者中铁原子的配位数之比为86=43。(2)晶体晶胞中所含有的铁原子数为8+6=4。(3)-Fe单质的晶体为体心立方堆积,一个晶胞中含有的铁原子数为1+8=2,体对角线的长度为4r pm,晶胞边长为r pm=r pm,晶胞体积为(r)3 pm3,因此密度是 gcm-3。答案:(1)43(2)4(3)关闭Word文档返回原板块- 5 -
