较石墨和金刚石的晶体结构
石墨转化为金刚石是什么变化
石墨转化为金刚石是什么变化
石墨转化为金刚石属于化学变化。
石墨和金刚石是结构不同的两类物质,化学键的结合情况是不一样的。
相互之间转变一定涉及化学键的断裂和形成。
石墨和金刚石的性质
石墨是一种“层状结构”的“过渡型晶体”:层内碳原子以共价键结合形成正六边形网状结构,层与层之间距离较大,相当于分子间力的作用;金刚石是硬度最大的物质、不能导电,而石墨的硬度较小、层之间可以相对滑动、导电性好,化学性质较金刚石活泼。
一克金刚石和一克石墨所含原子数
一克金刚石和一克石墨所含原子数在自然界中，金刚石和石墨是两种极具对比的物质。
它们的差异不仅体现在物理性质上，更体现在其原子结构上。
而要深入了解这一差异，首先需要了解一克金刚石和一克石墨所含原子数的差异。
1. 金刚石的原子结构金刚石是一种由碳原子组成的晶体结构，每个碳原子通过共价键与其他四个碳原子相连，形成了由无数碳原子组成的立方晶系结构。
据统计，一克金刚石所含原子数约为1.2 x 10^24。
这一巨大的原子数使金刚石具有极高的硬度和优异的导热性，成为珠宝和工业材料的首要选择。
2. 石墨的原子结构与金刚石不同，石墨同样由碳原子构成，但其原子结构却迥然不同。
石墨中的碳原子呈现层状排列，每个碳原子通过共价键与其他三个碳原子相连，形成了类似于石墨烯的结构，使其呈现出了优异的导电性和润滑性。
据统计，一克石墨所含原子数约为6.022 x 10^23。
3. 对比分析从上述的原子数数据可以看出，一克金刚石所含原子数约为1.2 x10^24，而一克石墨所含原子数约为6.022 x 10^23。
可以清晰地看出，金刚石的原子数要远远多于石墨的原子数。
这一差异不仅反映了两者在物理性质上的差异，更体现了两者在化学成分和原子结构上的差异。
4. 个人观点对于这一差异，我个人认为，金刚石和石墨之间的原子数差异凸显了它们之间的绝对性和相对性。
金刚石因其巨大的原子数而呈现出极高的硬度和热导性，成为了珠宝和工业领域中不可或缺的材料，而石墨则因其相对较少的原子数而表现出优异的导电性和润滑性。
这种绝对性与相对性的差异在化学与物理学的研究中屡见不鲜，正是这种对比与差异让我们更加全面、深刻地理解了物质的本质和特性。
总结回顾通过以上的分析，我们不仅了解了一克金刚石和一克石墨所含原子数的差异，更深入地理解了金刚石和石墨在原子结构上的差异带来的物理性质差异。
这种深入的了解不仅能帮助我们更好地认识物质，更能拓展我们对化学与物理学的认识，使我们能够更全面、深刻、灵活地理解相关的知识和现象。
高中化学选修二第三章《晶体结构与性质》测试(含答案解析)(23)
一、选择题1．(0分)[ID ：139814]下列各组物质中 ，化学键相同、晶体类型也相同的化合物是（ ） A ．Si 和SiO 2B ．H 2O 和CO 2C ．NaOH 和NaClD ．KCl 和HCl2．(0分)[ID ：139806]下列有关性质的比较中，正确的是 A ．键的极性：N －H<O －H<F －H B ．第一电离能：Na<Mg<Al C ．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D ．熔点：＞3．(0分)[ID ：139800]氟在自然界中常以2CaF 的形式存在，下列关于2CaF 的表述正确的是A ．2Ca +与-F 间仅存在静电吸引作用B ．-F 的离子半径大于Cl -，则2CaF 的熔点高于2CaClC ．阴阳离子比为2:1的物质均与2CaF 晶体构型相同D ．2CaF 中的化学键为离子键，因此2CaF 在熔融状态下能导电4．(0分)[ID ：139891]氧化亚铜(Cu 2O)主要用于制造杀虫剂、分析试剂和红色玻璃等。
在潮湿的空气中会逐渐氧化为黑色的氧化铜。
以肼(N 2H 4)为原料与醋酸铜反应制取Cu 2O 的反应为： 4 Cu (CH 3COO)2＋N 2H 4＋2H 2O=2Cu 2O ↓＋N 2＋8CH 3COOH 。
生成的沉淀需用水洗涤后，用乙醇洗涤。
下列说法不正确．．．的是A ．N 2H 4能与水分子形成分子间氢键B ．如图所示Cu 2O 的晶胞中，Cu ＋的配位数是4C ．每生成标准状况下2.24 L N 2，反应转移电子数为0.4×6.02×1023D ．沉淀用水洗后，再用乙醇洗可以除去Cu 2O 表面的水，防止被氧气氧化 5．(0分)[ID ：139890]下列有关比较，正确的是A ．在水中的溶解度：2533C H OH>CH OCHB ．沸点：44CH >SiHC ．熔点：晶体硅＞金刚石D ．键角：32NH <H O 6．(0分)[ID ：139877]下列晶体属于离子晶体且阴、阳离子的立体构型相同的是 A ．43NH NOB ．34Si NC ．44NH ClOD ．34H PO7．(0分)[ID ：139876]下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成的是 A ．Cl 2+H 2O=HClO+HCl B ．2Na 2O 2+2H 2O=4NaOH+O 2↑C ．NH 4Cl+NaOH Δ−−→NaCl+NH 3↑+H 2OD ．2FeCl 2+H 2O 2+2HCl=2FeCl 3+2H 2O8．(0分)[ID ：139875]下列化合物中，含有极性共价键的离子化合物是 A ．Na 2O 2B ．N 2H 4C ．CO 2D ．NH 4NO 39．(0分)[ID ：139874]利用Cl －取代 [Co(NH 3)5H 2O]3+离子中的H 2O 的方法制备配合物X ：[Co(NH 3)5Cl]Cl 2。
2021年高中化学选修二第三章《晶体结构与性质》经典习题(答案解析)(3)
一、选择题1．现有如下说法：①在水分子内氢、氧原子间均以化学键相结合；②金属和非金属化合一定形成离子键；③离子键是阳离子和阴离子化合而形成的；④根据电离方程式HCl=H＋＋Cl－，可知HCl分子里存在离子键；⑤H2分子和Cl2分子的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl原子，而后H、Cl原子形成离子键的过程。
上述各种说法正确的是A．①②⑤正确B．都不正确C．④正确，其他不正确D．仅①正确答案：D解析：①水分子内氢、氧原子间均以共价键结合，共价键属于化学键，①正确；②金属与非金属化合不一定形成离子键，如Al和Cl2化合形成的AlCl3中是共价键，②错误；③离子键是阴、阳离子间通过静电作用而形成的，③错误；④HCl分子中存在的是共价键，④错误；⑤H2分子和Cl2分子的反应过程是H2、Cl2分子里共价键发生断裂生成H、Cl原子，而后H、Cl原子形成共价键的过程，⑤错误；综上所述，仅①正确，答案选D。
2．下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是A．键能 C-C＞Si-Si、C-H＞Si-H ，因此C2H6稳定性大于Si2H6B．立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度和熔点C．常温下C、Si的最高价氧化物晶体类型相同，性质相同。
—键D．Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p pπ答案：C解析：A．原子半径越小、共价键键能越大，物质越稳定，原子半径Si＞C，所以键能C-C ＞Si-Si、C-H＞Si-H，C2H6稳定性大于Si2H6，故A正确；B．由于立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，由于SiC是共价晶体，所以立方型SiC具有很高的硬度和熔点，故B正确；C．C、Si所形成的最高价氧化物分别为CO2和SiO2，CO2空间构型是直线型，属于分子晶体，SiO2空间构型是空间网状结构，属于共价晶体，二者晶体类型不同，故C错误；D．Si的原子半径较大，原子间形成的σ键较长，p-p轨道重叠程度很小，难以形成π键，所以Si原子间难形成双键而C原子间可以，故D正确；答案为C。
清华大学材基习题第二章总结
第二章习题及答案2-11.比较石墨和金刚石的晶体结构、结合键和性能。
答：金刚石晶体结构为带四面体间隙的FCC，碳原子位于FCC点阵的结合点和四个不相邻的四面体间隙位置，碳原子之间都由共价键结合，因此金刚石硬度高，结构致密。
石墨晶体结构为简单六方点阵，碳原子位于点阵结点上，同层之间由共价键结合。
邻层之间由范德华力结合，故层与层之间容易滑动，因此石墨组织稀松。
每个碳原子只有3个最近邻，剩下的一个电子就可以在层内自由运动，因而石墨就具有有一定的导电性。
2-12.为什么元素的性质随原子序数周期性的变化？短周期元素和周期元素的变化有何不同？原因何在？答：因为元素的性质主要由外层价电子数目决定，而价电子数目是随原子序数周期性变化的，所以反映出元素性质的周期性变化。
长周期元素性质的变化较为连续、逐渐过渡，而短周期元素性质差别较大，这是因为长周期过渡族元素的亚层电子数对元素性质也有影响造成的。
2-13.讨论各类固体中原子半径的意义及其影响因素。
答：对于金属和共价晶体，原子半径定义为同种元素的晶体中最近邻原子核之间距离之半。
共价晶体中原子间结合键是单键、双键或三键将会影响原子半径，所以一般使用数值最大的单键原子半径；金属晶体中，配位数会影响原子半径，一般采用CN=12的原子半径。
对于非金属的分子晶体，同时存在两个原子半径：一是共价半径，另一是范德华原子半径(相邻分子间距离之半)。
对于离子晶体，用离子半径r+、r－表示正、负离子尺寸。
在假设同一离子在不同离子晶体中有相同半径的情况下，可以大致确定离子半径。
但离子半径只是一个近似的概念。
2-14.解释下列术语合金——由金属和其它一种或多种元素通过化学键结合而成的材料。
组元——组成合金的每种元素(金属、非金属)。
相——合金内部具有相同的(或连续变化的)成分、结构和性能的部分或区域。
组织——一定外界条件下，组成一定成分的合金的若干种不同的相的总体。
固溶体——溶质和溶剂的原子占据了一个共同的布拉维点阵，且此点阵类型与溶剂点阵类型相同；组元的含量可在一定范围内改变而不会导致点阵类型的改变。
金刚石和石墨的晶体结构
金刚石和石墨的晶体结构金刚石和石墨的晶体结构之一1．金刚石的晶体结构金刚石是典型的原子晶体，在这种晶体中的基本结构微粒是碳原子。
每个碳原子都以sp3 杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，键长为15.5nm，键角为109°28′，构成正四面体。
每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。
因此，可以把整个晶体看成为一个巨大的分子。
由于C—C 键的键能大（为347kJ/mol），价电子都参与了共价键的形成，使晶体中没有自由电子，所以金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3550 ℃，并且不导电。
2．石墨的晶体结构石墨晶体是属于混合键型的晶体。
石墨中的碳原子用sp2 杂化轨道与相邻的三个碳原子以σ键结合，形成正六角形蜂巢状的平面层状结构,而每个碳原子还有一个2p 轨道，其中有一个2p 电子。
这些p 轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2 杂化轨道构成的平面，形成了大π键。
因而这些π电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质。
而平面结构的层与层之间则依靠分子间力（范德华力）结合起来；形成石墨晶体。
石墨有金属光泽，在层平面方向有很好的导电性质。
由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。
金刚石和石墨的晶体结构之二世界上金刚石的主要产地在非洲，近年来我国也发现了有工业开采价值的金刚石矿。
金刚石也可以人工合成，它是以石墨为原料，用FeS 作溶剂，在高温高压的条件下制成的。
人造金刚石在某些性能方面还胜过天然金刚石（如耐用性），在石油和地质钻探工作中已广泛采用以金刚石制成的钻具。
金刚石是物质中硬度最大的，比重平均为3.5，室温下对所有化学试剂都显惰性，在空气和氧中加热到800℃左右能燃烧生成二氧化碳，它的熔点（3570℃）是所有元素中最高的。
金刚石是典型的原子晶体，每个碳原子都以sp3 杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，组成正四面体排布。
初中化学教学中“金刚石、石墨、C60”的关系探讨
初中化学教学中“金刚石、石墨、C60”的关系探讨作者：祁鹏来源：《教育界·中旬》2014年第09期金刚石、石墨、C60的教学中，对有些问题的本质原因是什么，有必要进一步弄清。
问1：金刚石非常坚硬是因为它的结构非常稳定吗？答：这种说法是错误的。
它将金刚石的一种物理性质（硬度）与热力学稳定性搞混淆了，实际上金刚石与石墨相比，石墨更为稳定，因为金刚石中含有碳碳单键，键长为154.45pm；石墨中因为存在大π键，碳原子的键长为141.8pm，介于碳碳单键与碳碳双键之间。
由于金刚石转化为石墨为放热反应，也证明了石墨更为稳定，可见，稳定性与物质硬度并不是一致的。
同时也要注意不要将密度与稳定性混淆，也不意味着固态单质密度越大则愈稳定，事实上金刚石的密度3.51g/cm3远大于石墨的密度2.27 g/cm3。
问2：在石墨物理性质后面标上“质脆”二字，而在金刚石的后面标上“坚硬”二字用来对比分析，这种做法对吗？答：这种做法也不对。
金刚石坚硬，但同时也质脆，用锤子是可以击碎的，网上流传用锤子敲击金刚石而不破碎动画是不真实的。
石墨质地柔软，是指刻画时易磨损，不能用质脆两字来形容，坚硬的反义词是质地柔软而不是质脆。
矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，并且能裂出光滑平面性质称为解理，这些在解理中出现平面称为解理面。
金刚石也有这种解理面，所以钻石遭受捶击时，是比较容易敲碎的。
必须明确，硬度与脆性是不同的概念。
硬度指抵抗外来机械作用力（如刻画、压入、研磨等）侵入能力，通常多是指摩氏硬度，是一种用刻画效果来比较相对硬度。
脆性则指材料在外力作用下（如拉伸冲击等）仅产生很小的变形即会断裂破坏的性质。
问3：金刚石坚硬而石墨柔软具有润滑性的原因是什么？答：初中教材解释是碳原子排列方式不同，那么为什么排列方式不同会造成硬度不同呢？大学无机化学给的答案是：金刚石的晶体结构中碳原子形成呈椅式构象的六元环，每个碳碳键的中性点为对称中心，这使得和碳碳键两端相连的六个碳原子形成交错式排列，是一种最稳定构象。
金刚石硬石墨软的微观解释
金刚石硬石墨软的微观解释金刚石和石墨是两种常见的碳质材料，它们在物理性质上却截然不同，金刚石硬度极高，而石墨则非常柔软，这是为什么呢？本文将从微观角度解释这个问题。
首先，我们需要了解两种材料的结构。
金刚石是由碳原子通过共价键连接而成的晶体，每个碳原子都与四个相邻的碳原子形成四面体结构，形成了一个非常稳定的晶体结构。
而石墨则是由层状的碳原子通过范德华力连接而成的，每个碳原子与三个相邻的碳原子形成一个平面六角形，形成了一个层状的结构。
金刚石的硬度高是因为其晶体结构非常稳定，每个碳原子都与四个相邻的碳原子形成了非常坚固的共价键，这使得金刚石的结构非常紧密，硬度也就非常高。
同时，金刚石的晶体结构也决定了它非常脆弱，因为如果晶体结构中有一个键被破坏，整个晶体就会崩溃。
石墨的柔软则是因为其层状结构中的碳原子之间只是通过范德华力相互连接，这种力量非常弱，因此石墨的层状结构可以相对容易地滑动和变形。
此外，石墨的层状结构中的碳原子之间的距离也比金刚石要大，这使得石墨的结构相对松散，更容易变形。
除了晶体结构的差异外，金刚石和石墨的物理性质还与其电子结构有关。
金刚石的共价键非常紧密，每个碳原子都与四个相邻的碳原子形成了共价键，这使得金刚石的电子结构非常稳定。
而石墨的层状结构中的碳原子之间只是通过范德华力相互连接，这使得石墨的电子结构比金刚石要松散一些。
总之，金刚石和石墨的微观结构和电子结构的差异导致了它们在物理性质上的差异。
金刚石的晶体结构非常稳定，硬度非常高，但脆弱性也很高；石墨的层状结构非常松散，柔软性非常好，但硬度相对较低。
这些性质使得金刚石和石墨在不同的领域有着不同的应用，例如金刚石用于磨料、切割和钻孔等领域，而石墨则用于涂料、电极和润滑剂等领域。
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较石墨和金刚石的晶体
结构
Revised as of 23 November 2020
较石墨和金刚石的晶体结构、结合键和性能。
答：金刚石晶体结构为带四面体间隙的FCC，碳原子位于FCC点阵的结合点和四个不
相邻的四面体间隙位置，碳原子之间都由共价键结合，因此金刚石硬度高，结构致密。
石墨晶体结构为简单六方点阵，碳原子位于点阵结点上，同层之间由共价键结合，邻层之间由范德华力结合，因此石墨组织稀松，有一定的导电性，常用作润滑剂。
1. 单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体~单晶体．
水晶、雪花、食盐小颗粒、单晶硅、晶须
2 多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体~多晶体，其中的小晶体叫做晶粒，其边界称为晶界，多晶体有一定的熔点。
各向同性
金属及合金等.
3 非晶体：没有规则的几何形状，原子在三维空间内不规则排列。
长程无序，各向同性。
常见的非晶体有：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等．
扩散定理
单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的物质量（扩散通量）与该物质在该面积处的浓度梯度成正比。
为扩散通量，表示扩散物质通过单位截面的流量，dC/dx为沿x方向的浓度梯度；D为原子的扩散系数。
负号表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。
层错能
金属结构在堆垛时，没有严格的按照堆垛顺序，形成堆垛层错。
层错是一种晶格缺陷，它破坏了晶体的周期完整性，引起能量升高，通常把单位面积层错所增加的能量称为层错能。
层错能出现时仅表现在改变了原子的次近邻关系，几乎不产生点阵畸变。
所以，层错能相对于晶界能而言是比较小的。
层错能越小的金属，则层错出现的几率越大。
在层错能较高的金属如铝及铝合金、纯铁、铁素体钢（bcc）等热加工时，易发生动态回复，因为这些金属中易发生位错的交滑移及攀移。
而奥氏体钢(fcc)、镁及其合金等由于层错能低，不发生位错的交滑移，所以动态再结晶成为动态软化的主要方式。
面心立方的密排面
晶体中原子的堆垛方面心立方晶格的金属: 铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁(
γ-Fe, 912℃～1394℃)
式n面心立方：密排面为{111} A BCABCABC……
点阵常数与原子半径R的关系
晶胞棱边的长度称为点阵常数或晶格常数。
对立方晶系，a=b=c,点阵常数用a表示即可；对六方晶系，a1=a2=a3c,需要用a和c两个点阵常数来表示晶胞的大小。
1．面心立方：
–最密排方向<110> –即面对角线方向原子半径为
面心立方晶格
（1）晶胞中的原子数
面心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞,六个面中心的原子只有1/2属于这个晶胞,所以面心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1/2x6=4.
（2）原子半径
在面心立方晶胞中,只有沿着晶胞六个面的对角线方向,原子是互相接触的,面对角线的长度为.它与4个原子半径的长度相等,所以面心立方晶胞的原子半径.
（3）配位数
所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子得数目.面心立方晶格的配位数位12.
（4）致密度
面心立方晶格的致密度为:
（5）原子密排面和密排排方向：密排面 {111}；密排方向: <110>
（6）原子堆垛方式
原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆垛方式为abcabc.
半导体
材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。
这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降半（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。
半导体在收音机、以及测温上有着广泛的应用。
半导体材料的制造
为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。
常见的问题包括晶格的错位（dislocation）、双晶面（twins），或是堆栈错误（stacking fault）都会影响半导体材料的特性。
对于一个半导体元件而言，材料晶格的缺陷通常是影响元件性能的主因。
目前用来成长高纯度半导体材料最常见的方法称为裘可制程（Czochralski process）。
这种制程将一个单晶的晶种（seed）放入溶解的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。
在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。
密排面和密排方向
不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一样。
在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为{110}, 称为密排面; 原子密度最大的晶向为<111>, 称为密排方向。
在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密排方向为<110>。
密排六方，原子密排面和密排排方向：密排面:{0001}；密排方向:[1120]。