下载文档原格式
第三章《晶体结构与性质》单元测试卷一、单选题(共15小题)1.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，其化学式可写成C x K，其平面图形如图所示。
x的值为()A． 8B． 12C． 24D． 602.下列有关离子晶体的数据大小比较不正确的是（）A．熔点：NaF＞MgF2＞AlF3B．晶格能：NaF＞NaCl＞NaBrC．阴离子的配位数：CsCl＞NaCl＞CaF2D．硬度：MgO＞CaO＞BaO3.下列说法不正确的是( )A．离子晶体不一定都含有金属元素B．离子晶体中除含离子键外，还可能含有其他化学键C．金属元素与非金属元素构成的晶体不一定是离子晶体D．熔化后能导电的晶体一定是离子晶体4.现有如下各种说法：①在水中氢、氧原子间均以化学键相结合①金属和非金属化合形成离子键①离子键是阳离子、阴离子的相互吸引①根据电离方程式HCl===H＋＋Cl－，判断HCl分子里存在离子键①H2和Cl2的反应过程是H2、Cl2里共价键发生断裂生成H、Cl，而后H、Cl形成离子键的过程则对各种说法的判断正确的是()A． ①①①正确B．都不正确C． ①正确，其他不正确D．仅①不正确5.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，下图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是()A． 10个B． 18个C． 24个D． 14个6.下列不属于晶体的特点的是（）A．一定有固定的几何外形B．一定有各向异性C．一定有固定的熔点D．一定是无色透明的固体7.有一种蓝色晶体[可表示为：MFe y(CN)6]，经研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。
其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。
下列说法错误的是()A．该晶体的化学式为MFe2(CN)6B．该晶体熔融可导电，且属于化学变化C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－有6个8.下列途径不能得到晶体的是()A．熔融态SiO2快速冷却B．熔融态SiO2热液缓慢冷却C． FeCl3蒸气冷凝D． CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却9.已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A． 14、6B． 14、8C． 4、8D． 4、1210.下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是()A．金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式B．金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配位数都是6C．六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成的两种堆积方式D．金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利用率相同11.如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是( )A．此堆积方式属于非最密堆积B．此堆积方式为A1型C．配位数(一个金属离子周围紧邻的金属离子的数目)为8D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同12.短周期非金属元素X和Y能形成XY2型化合物，下列有关XY2的判断不正确的是() A． XY2一定是分子晶体B． XY2的电子式可能是:: :X: ::C． XY2水溶液不可能呈碱性D． X可能是①A，①A或①A族元素。
石墨中文名称：石墨英文名称：graphite定义：碳的一种同素异构体——六方晶系的晶体。
它是铸铁内常出现的以及石墨化钢内含有的一种组织组分。
石墨环石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合，构成共价分子。
由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。
石墨是其中一种最软的矿物。
它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。
碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。
拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。
汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成，从“炭”字音。
简介性质常温下单质碳的化学性质比较稳定，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂；不同高温下与氧反应燃烧，生成二氧化碳或一氧化碳；在卤素中只有氟能与单质碳直接反应；在加热下，单质碳较易被酸氧化；在高温下，碳还能与许多金属反应，生成金属碳化物。
碳具有还原性，在高温下可以冶炼金属。
[1]石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。
每一网层间的距离为3.40Å，同一网层中碳原子的间距为1．42Å。
属六方晶系，具完整的层状解理。
解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。
石墨与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。
石墨是混合晶体在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。
六个碳原子在同一个平面上形成了正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。
在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。
电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。
因此也归类于金属晶体。
石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间属于分子晶体。
探讨氟化石墨的物理化学性质氟化石墨是通过氟与碳直接反应生成的石墨插层化合物，有聚单氟碳。
和聚单氟二碳两种结构，是一种白色固体粉末状物质。
氟化石墨层间能非常小，故作为一种特殊的石墨层间化合物。
其具有优良的物理化学性质，主要体现在表面能性质，润滑性能，电化学性能，化学性质和绝缘性等方面。
氟化石墨的表面能极低，水一聚四氟乙烯接触角约为100度。
而水一氟化石墨的接触角为103度。
对于酸，碱水溶液。
具有长时间的憎水性。
即使处理100小时之后，接触角对于水为103度，对于0.1NHCI及0.1NaOH为110度，极难润滑。
从下表中可看出，氟化石墨的表面能较低为聚四氟乙烯的1/3一下，说明氟化石墨比石墨和聚四氟乙烯等防水疏油性更强。
大家都知道石墨和二硫化铝(MoS2)是二种比较常见、性能较优越的重要的固体润滑剂，但它们均存在一定的不足之处。
氟化石墨作为一种新型固体润滑剂，其润滑性优于石墨和二硫化铝，特别是在苛刻气氛、高速、高压、高温条件下，效果更佳，且不对金属和其它材料产生腐蚀作用，国内外相关专家称之为划时代的新型固体润滑剂。
氟化石墨之所以具有如此优异的润滑性能主要是因为氟原子进入石墨层间并与兀电子形成了共价键，致使石墨层间的键能显著减小，仅2Kcal/mol，远比原料石墨的层间能9Kcal/mol低，这是它具有优良润滑性能的根本原因；另外，由于石墨六角网状平面层上、下表面密布结合着氟原子，其层与层之间的氟原子相互之间又有斥力，它们可以抵消来自外部的压力，故氟化石墨能充分表现出优良的润滑性能。
下表列出了不同温度条件下几种润滑材料的摩擦系数，我们可以看出同一温度下，氟化石墨摩擦系数最小，尤其在高温下表现的更为明显，如在温度为320℃的条件下，石墨的摩擦系数为0.53.而氟化石墨的摩擦系数则只有0.10.从下表中的数据可以看出，氟化石墨的综合指标最好。
氟化石墨在大气中于650℃以上润滑失效。
原因是分解成了无润滑的无形碳黑，但这和二硫化铝，石墨的氧化失效有本质的区别。
氟化石墨（Fluorographite polymer，缩写GF）氟化石墨，中文别名聚氟化碳，是现今国际上高科技、高性能、高效益的新型炭/石墨材料研究热点之一，其性能卓越，品质独特，是功能材料家族中的一朵奇葩。
氟化石墨的分子式是CH4F2，分子量54.0393，呈白色粉末状。
从结构上看是氟进入到石墨六碳环平面层之间，与石墨相似，故称氟化石墨。
其化学组成和晶体结构随反应温度及原料的晶型结构不同而不同。
氟化石墨出现之前，固体润滑剂主要是石墨和二硫化钼，石墨在有空气或水蒸气存在时，具有良好的润滑性能，而在真空或还原性气氛下，润滑性能大为降低，二硫化钼在空气等氧化性气氛下，与氧坟茔生成三氧化钼，使原来的二维层状结构转化为三维结构，因而润滑性急剧下降。
氟化石墨的摩擦系数比石墨和二硫化钼低，且不受环境气氛影响，作为固体润滑剂，氟化石墨优于二硫化钼。
从石墨、石墨层间化合物、氟化石墨等的结构来论述氟化石墨优良的物理化学性能。
（1）石墨的晶体结构石墨的化学式为碳，晶体结构为六方晶系，如下图所示，每个碳原子与三个相邻的碳原子之间的距离相等，都为1.42Å，单层与层之间的距离却为3.35 Å。
石墨的这种结构，表现为在碳原子平面上，SP2杂化轨道电子形成的共价键与P轨道电子形成的金属键相连接，形成牢固的六角网状平面，碳原子间具有极强的键合能；而在碳原子平面之间，其结合的则是极弱的范德华力。
这种层状的结构特点决定了石墨一系列独特的物理化学性质，同时可提供了其他物质插入碳原子平面间形成石墨层间化合物的可能性。
石墨的晶体结构（2）石墨层间化合物1）石墨层间化合物的定义是指石墨的碳原子平面间插有金属原子、氟、溴等异类物质的化合物。
石墨层间化合物由于层间插入了异类物质，因而使原来的层间距3.35 Å增大到几十埃。
凡是石墨层间和插入反应物一层间隔一层地有秩序插入的就叫一阶层间化合物，凡是每二层石墨才插入一层反应物的就叫二阶层间化合物，并由此类推。
石墨层间化合物在插层过程中阶的转变模式石墨层间化合物是一类特殊的材料，由石墨层与其它原子层之间存在的相互作用所构成。
这种相互作用极其特殊，因为它可以通过插层过程来改变石墨层的阶。
石墨层间化合物的阶转变模式可以分为三种类型：均匀插入、分级插入和不均匀插入。
在均匀插入过程中，外来原子或分子以一种均勻的方式排列在石墨层之间。
这种插层过程通常是由外部条件引发的，例如温度、压力或浓度的改变。
当外来原子或分子插入到石墨层之间时，它们会与石墨层的碳原子形成一种新的结构。
这种插入过程使石墨层的阶发生了改变，从而导致了新的物理和化学性质的产生。
在分级插入过程中，外来原子或分子在石墨层之间以不同的方式排列。
这种排列可以是有序的，也可以是无序的。
分级插入过程通常是通过控制插层条件来实现的，例如物质的浓度或插层速率的变化。
在这种插入过程中，外界条件的改变会导致石墨层的阶发生不连续的变化。
这种不连续性可以通过精确控制插层条件来实现，从而产生特定的物理和化学性质。
不均匀插入是一种特殊的插层过程，外来原子或分子以一种不均匀的方式插入石墨层之间。
这种插入过程通常是由外界条件的局部变化所引起的。
在不均匀插入过程中，外来原子或分子只能插入到特定的位置，而无法均匀地插入到整个石墨层中。
与均匀插入和分级插入不同，不均匀插入会导致石墨层的阶局部发生改变，而不是整体性的改变。
这种不均匀性可以通过结构上的不连续性和局部性来解释，并且常常会导致新的物理和化学性质的出现。
总之，石墨层间化合物的阶转变模式是一个复杂而有趣的研究领域。
研究人员通过插层过程来改变石墨层的阶，从而创造出新的物质和性质。
了解和掌握这些阶转变模式对于开发新材料和研究其性质有着重要的指导意义。
未来随着科学技术的不断进步，我们相信石墨层间化合物的研究将会有更多的突破和创新。
1、性质：氟化石墨是碳和氟直接反应而制得的一种石墨层间化合物。
其化学结构式可用（Cfx）n来表示。
其中X为不定值，大小为0＜X＜1.25。
氟化石墨的性质随分子式中碳和氟的比值不同而不同。
CF（1-1.25）称为高氟化度石墨CF（0.5-0.99）被称之为低氟化度石墨颜色随着氟含量的增加，由灰黑色变为雪白色，高氟化度石墨具有优良的热稳定性，是电和热的绝缘体，不受强酸和强碱的腐蚀，润滑性能超过MoS2和鳞片石墨，试验证明，在任意温度下，其磨损寿命优于MoS2作为润滑腊的添加剂，能显著提高部件的支承负荷和降低润滑部件的表面温度。
低氟化度氟化石墨外观为灰黑色热稳定性较差，一般不作润滑剂使用氟化石墨具有较大的润湿接触角和、及较低的表面能，其接触角如表5-64所示。
表5-64 氟化石墨在30℃以下的接触角表（度）试样名称 NaOH30% NaO17% 水甘油甲醇胺 14烷醇121 116。
117 100 96 ---- -- 102 102 95 --146 139 143 151 126 103-- -- 141 145 129 --108 96 96 77 75 52氟化石墨仍保持层状构造，但和原来晶体比较，其层间分子间力弱得多。
由于氟原子的插入和层间相对滑动而使基面叠层发生变化，出现AAA构造，它可以看作是共价键的氟插入石墨层间而形成的石墨层间化合物。
故具有一般氟化物所不同的物理化学性质。
从表5-6所可知，氟化石墨具有亲水亲油性，其独特之处是低面能和高润滑性，是一种新型的功能材料。
2、用途：关于氟化石墨的研究历时已久，早在1914年RUH等通过控制爆炸和燃烧反应合成了灰色的氟化石墨-CF0.29，到了四十年代Ruidorff通过严密控制反应温度合成CF0.67~0.985氟化石墨，1948年美国人potim等在420~4500C条件下合成了（CF1.04）n高氟化度石墨。
但早期的研究停留在合成产物的射线分析上，至于其他物化性质及开发利用研究还是近期的事，特别是近年美国NASA报导了氟化石墨优异的润滑性能的研究成果以及氟化石墨作为高能电池活性能的研究结果以及氟化石墨作为高能电池活性物质重要材料引起了国内外研究工作者的注意，使得以其为中心的研究十分活跃，氟化石墨成为一研究热点，被认为是一种很有希望石墨间化合物。
