三章1金刚石

《金刚石工具手册》第1篇概论（第一次送审稿）第1章人造金刚石综述(方啸虎)1.1 材料在国民经济中的作用1.1.1材料在国民经济中的作用众所周知，当今世界能源、材料、信息（含交通）是现代社会的、文明社会的三大支柱产业。

我们还可以这样认为：所谓的能源，依托着煤炭、石油、核能，这些都可称之为能源材料；还有一部分能源，如水力发电，风能发电，地热利用等他也离不开一个一个载体，这些载体也是由材料所组成。

更不用说信息（交通），没有那一项可以离开材料，所以说材料是万物之本！实际上在人类进步的每个阶段，始终没有离开过材料。

据有的科学家考证，100万年前就用石头做工具（旧石器时代），1万年前就开始用粘土烧结为陶器（新石器时代），4000-5000年前就有了青铜器（青铜器时代），3000年前就有了铁器（进入铁器时代），2000多年前中国就开始有了钢，特别是到了18-19世纪，各种钢、有色金属得到广泛的应用，19世纪末开始有了有机材料。

凡此等等都在不断地推动着世界科学技术的进步，决定了国民经济的发展。

特别是上世纪七十年代开始，人们就把材料、信息、能源誉为当代文明的支柱。

到了八十年代，一场新的技术革命来临，所谓信息时代来临，技术爆炸时代来临，人们更是把新材料、信息技术、生物生命科学合称为新的技术革命。

所以说，经过历史长时间的积累，人们对材料学科在国民经济的发展作用，对人们生活的改善所起的作用，体会越来越深刻。

1.1.2金刚石在材料工业中重要地位超硬材料起步较晚，但几十年来进步很快。

已经成为材料学科不可忽视的重要组成部分。

特别要指出的是这些年的发展，已经使超硬材料涉及到产业部门的方方面面。

总的评价是，工程性应用已经得到广泛的认可和推广，功能性应用正在积极进展。

1）工程性金刚石的主要应用领域所谓工程性应用，是因为金刚石是世界上至今来说还是世界上最坚硬的物质（几十年来也报导制得比金刚石更硬的物质，但始终未有产业化的商品），我们就是应用它这种特殊性能于工业领域。

第三章 晶体结构与性质 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识本节从实验室常见的固体引入，介绍了自然界中绝大多数固体都是晶体，晶体与非晶体的本质区别和性质上的差异。

晶体呈现多面体的外形是由于晶体中的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的结果。

通过以铜晶体和铜晶胞为例，介绍了晶胞的概念和晶胞与晶体的关系。

教学时要注意运用多种教学媒体帮助学生理解教学内容，并让学生主动参与学习活动。

重点：晶体与非晶体的区别；晶体的自范性、各向异性，结晶的方法、对晶胞的认识 难点：晶体与非晶体的区别、对晶胞的认识多媒体调试、讲义分发【新课导入】20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化，分子在固态只能振动，在气态能自由移动，在液态则介乎二者之间。

【讲解】物质不同聚集状态的特点20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。

例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。

气态和液态物质也同样不一定都由分子构成。

例如，等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子（分子或原子）组成的整体上呈电中性的气态物质；又如，离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。

此外，还有更多的物质聚集状态，如晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。

这些事实表明，描述的物质三态间的相互转化模型显然过于简单了。

【学生活动】除了三态，还有更多的物质聚集状态，如等离子体、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。

【设疑】阅读［科学▪技术▪社会］中的等离子体、液晶。

总结等离子体、液晶态的概念、特征及应用。

【总结】1.等离子体(1)概念：气态物质在高温或者在外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子等。

这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体称为等离子体。

(2)特点：等离子体具有良好的导电性和流动性。

(3)应用运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等高子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的等。

2019-2020年人教版高中化学选修一教学案：第三章第一节合金(含答案)1．合金的概念合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。

2．合金的性能合金与其各成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械的性能。

(1)合金的硬度较大。

(2)多数合金的熔点比其各成分金属的低。

(3)合金的性能可以通过所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件来调节。

[跟随名师·解疑难](1)加入其他合金元素后，合金元素的原子或大或小，改变了原有金属原子的规则排列，使原子层之间的滑动变得困难，增大了合金的硬度。

(2)加入合金元素后，由于合金元素的原子半径与原金属原子不同，使金属原子的排列变得不规整了，原子间的相互作用力变小，使合金的熔点变低。

(3)合金是混合物，但其组成是均匀的，而且有些合金具有固定的熔点。

(4)使用最早的合金是铜合金。

[剖析典例·探技法][例1]工业生产中，常将两种或多种金属(或金属与非金属)在同一容器中加热使其熔合，冷凝后得到具有金属特性的熔合物——合金。

这是制取合金的常用方法之一。

仅根据下表数据判断，不宜用上述方法制取的合金是()A．Fe-Cu合金B．Cu-Al合金C．Al-Na合金D．Cu-Na合金[名师解析]根据合金的概念可知：铜的熔点为1 083℃，而钠的沸点为883℃，即当铜熔化时，钠已气化。

二者形不成合金。

[答案] D[名师点睛]合金是由不同金属熔合而成的，即熔合时温度要达到两种金属中最高的熔点，但一种金属的熔点不能高于另一种金属的沸点。

如本题中Na-Al能形成合金，但Cu-Na 不能形成合金。

1．铁合金生铁和钢的比较：2．铝合金和铜合金(1)硬铝：合金元素为Cu、Mg、Mn和Si等。

硬铝密度小，强度高、抗腐蚀性强。

适用于制造飞机和航天器。

(2)铜合金：黄铜是Cu-Zn合金，青铜是Cu-Sn合金。

3．新型合金(1)储氢合金：Ti-Fe合金和La-Ni合金等。

课题 1·金刚石、石墨和C·知识要点60【要点1】碳的单质1．金刚石和石墨我们可以通过列表对比，更明确地看出金刚石和石墨的物理性质和用途的差异．(表6－1)思考：金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质会有很大的差异呢？一种元素可以组成多种单质，金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但是组成单质时原子的排列不同(见课本图6－1、图6－2)，所以物理性质会有很大的差异．2．C60分子C60也是由碳元素组成的单质．C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球(见课本图6－4)，有人因此称它为“足球烯”．说明：C是美国休斯顿大学的克罗脱(Kroto, H. W.)和史沫莱60(Smalley, R. E.)等人在1985年发现的．我国北京大学化学系和物理系分子．研究小组也研制出了C601991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子(如图6－1)，它的直径只有几个纳米．讨论：同种元素组成的物质是否一定为单质？不是，一种元素可以组成几种单质，只有一种元素组成的纯净物才是单质，如果金刚石和石墨混合在一起，经检测，虽然只有碳元素，但金刚石和石墨不属于同种物质，所以应该是混合物．我们应该说同种元素组成的物质可能是单质，也可能是混合物．【要点2】木炭木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，具有疏松多孔的结构，与木炭类似的，还有焦炭、活性炭和炭黑．说明：木炭和活性炭因为具有疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附能力，活性炭的吸附能力比木炭的还要强．在吸附的过程中，只是把物质的微小粒子吸附到疏松多孔的表面上，并没有生成新的物质，是物理变化．【要点3】碳的化学性质1．常温下：碳的化学性质不活泼(稳定性)说明：碳受日光照射或跟空气、水分接触，都不容易起变化．例如我国古代用墨汁书写、绘制的字画，可以保存多年而不褪色(如图6－2)；我们填写的档案资料均要求用碳素墨水书写，碳素墨水写字不易褪色．讨论：木桩做电线杆埋入地下之前，通常将其表面部分微烤焦，为什么？烤焦的表面形成一层木炭，减慢电线杆的腐烂速度，使其经久耐用．2．碳跟氧气的反应(可燃性)(1)充分燃烧生成二氧化碳说明：这个反应过程中，放出大量的热，所以碳可以用作燃料．(2)不充分燃烧生成一氧化碳说明：这个反应过程中也放热．注意：反应的生成物一氧化碳有剧毒，对人体有害，室内用煤取暖时要注意安全．3．碳跟某些氧化物的反应(还原性)现象：黑色粉末逐渐变成红色，能生成使澄清石灰水变浑浊的气体．．分析：红色物质应该是铜，使澄清石灰变浑浊的气体应该是CO2讨论：在上面的反应中，哪种物质具有还原性？在上述反应中，碳是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性．说明：碳能够夺取金属氧化物中的氧，碳的还原性可以用在冶金工业上．。

第六单元碳和碳的氧化物课题1 金刚石、石墨和C60第1课时碳的单质测试时间：15分钟一、选择题1.(2022河北唐山路北期末)代表“中国智造”的高铁动车用电作动力。

高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到的石墨性质是( )A.稳定性B.滑腻感C.还原性D.导电性答案C使用石墨制作电刷利用了石墨能耐高温、化学性质稳定、具有滑腻感等性质，还利用了石墨的导电性。

2.(2022广东广州增城期末)关于金刚石和石墨的说法正确的是( )A.构成：构成金刚石与石墨的碳原子大小不同B.性质：金刚石不能在氧气中燃烧C.用途：金刚石的硬度大，可用于切割大理石D.生产：常温下，石墨可以转化为金刚石答案C金刚石与石墨均是由碳原子构成的，碳原子的大小相同；碳单质具有可燃性，金刚石能在氧气中燃烧；金刚石的硬度大，可用于切割大理石；常温下石墨不能转化为金刚石。

3.(2022广东广州荔湾期末)如下依次是C60、石墨、金刚石、碳纳米管的结构示意图，下列说法不正确的是( )A.C60的分子结构和足球类似，分子很稳定B.金刚石是天然存在的最硬的物质C.这四种物质都能与氧气反应生成CO2D.这四种物质碳原子的排列方式相同答案D题给四种物质中碳原子的排列方式不同。

4.(2022河南许昌月考)性质决定用途。

下列关于物质用途的叙述中正确的是( )①炭黑可制成油墨②干电池里的电极是由石墨制成的③活性炭可在防毒面具中吸附毒气④制糖工业中用C60脱色制白糖⑤金刚石可用来切割大理石⑥用炭粉和铅可制成铅笔芯A.②③④B.①⑤⑥C.④⑥D.①②③⑤答案D④活性炭具有吸附性，制糖工业中用活性炭脱色制白糖；⑥石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，可制成铅笔芯，而不是用炭粉和铅制铅笔芯。

5.(2022重庆沙坪坝月考)钻石在天然矿物中的硬度最大，但科学家制成的碳单质——“Q-碳”，比钻石更坚硬。

下列关于“Q-碳”的说法不正确的是( )A.化学性质与普通碳单质相同B.“Q-碳”中原子间没有间隔C.“Q-碳”可用来切割玻璃D.“Q-碳”中原子仍然在不断地运动答案B“Q-碳”是碳单质，化学性质与普通碳单质相同；“Q-碳”中原子间有间隔；“Q-碳”比钻石更坚硬，可用来切割玻璃；“Q-碳”中原子仍然在不断地运动。

加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒(1)铜晶胞①位于顶角上的铜原子为 8个晶胞共有。

①位于面心上的铜原子为 2个晶胞共有。

因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是8×18＋6×12＝4。

(2)NaCl 晶胞①Cl －位于顶点和面心，共有4个。

①Na ＋位于棱上和体心，共有4个。

【归纳总结】1.晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。

2．均摊法确定晶胞中粒子的个数若晶胞中某个粒子为n 个晶胞所共用，则该粒子有1n 属于这个晶胞。

长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献四、晶体结构的测定1．常用仪器：X 射线衍射仪。

2．测定过程：当单一波长的X 射线通过晶体时，X 射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。

3．作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。

6．肉桂醛是一种食用香精，它广泛用于牙膏、洗涤剂、糖果以及调味品中，肉桂醛中含有碳碳双键与醛基两种官能团，现要检验它们，做如下实验：步骤1：向试管中加入10%的氢氧化钠溶液2mL，边振荡边滴入2%的硫酸铜溶液4-6滴；步骤2：向试管中再加入少量肉桂醛，加热充分反应，出现砖红色沉淀；步骤3：取实验后试管中的清液少许，加入硫酸酸化，再滴加到溴水中，溶液褪色。

下列说法不正确．．．的是A．步骤1中一定要确保氢氧化钠溶液过量B．步骤2中出现砖红色是因为醛基具有还原性C．步骤3中溶液褪色是因为碳碳双键发生了氧化反应D．一个Cu2O晶胞(见图)中，Cu原子的数目为47．氮化硼(BN)有立方氮化硼和六方氮化硼(如图)等不同结构，是一种重要的功能陶瓷材料，下列相关说法不正确．．．的是A．立方氮化硼的硬度大于六方氮化硼B．在六方氮化硼中，实线、虚线均代表共价键C．立方氮化硼晶胞中，B原子配位数是4D．在一定条件下，六方氮化硼可转化为立方氮化硼8．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。

第三章晶体结构与性质第一节物质的聚集状态与晶体的常识一．选择题1.晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。

我国现已能够制出直径为300毫米的硅单晶，可用于电子产业。

下列对晶体硅的叙述中正确的是A. 形成晶体硅的速率越大越好B. 晶体硅没有固定的熔、沸点C. 可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃D. 晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关【答案】C【解析】略2.下列叙述不正确的是A. 金刚石、SiC、NaF、NaCl、、晶体的熔点依次降低B. CaO 晶体结构与NaCl晶体结构相似，CaO 晶体中的配位数为6，且这些最邻近的围成正八面体C. 设NaCl 的摩尔质量为，NaCl的密度为，阿伏加德罗常数为，在NaCl 晶体中，两个距离最近的中心间的距离为D. X、Y 可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y 位于顶角位置，则该晶体的化学式为【答案】D【解析】A.金刚石、SiC属于原子晶体，键长，故金刚石中化学键更稳定，其熔点更高，NaF、NaCl都属于离子晶体，氟离子半径小于氯离子半径，故NaF的晶格能大于NaCl，则NaF的熔点更高，、都属于分子晶体，水分子之间存在氢键，熔点较高，熔点原子晶体离子晶体分子晶体，故金刚石、SiC、NaF、NaCl、、晶体的熔点依次降低，故A正确；B.CaO晶体结构与NaCl晶体结构相似，氯化钠的晶胞图为，若处于体心、棱中间，位于面心、顶点，晶体中体心与面心的6个距离最近，配位数为6，且这些最邻近的围成正八面体，故B正确；C.氯化钠的晶胞图为，假设面心和顶点为，处于面对角线上的之间距离最近，设二者距离为，则晶胞棱长，晶胞体积，晶胞中数目，晶胞中数目也是4，晶胞质量，解得，故C正确；D.处于棱的中心的原子为4个晶胞共用，位于顶角的原子为8个晶胞共用，晶胞中X数目，Y数目，则该晶体的组成式为，故D错误；故选：D。

3.现有四种晶体，其构成粒子排列方式如图所示，其中化学式不属于AB型的是A. B.C. D.【答案】B【解析】略4.如图是氯化铯晶体的晶胞结构示意图晶胞是指晶体中最小的重复单元，其中黑球表示氯离子、白球表示铯离子。

第三节玻璃、陶瓷和水泥玻璃[自读教材·夯基础] 1．生产原料纯碱、石灰石、石英。

2．生产设备 玻璃窑。

3．生产原理原料熔融后发生简单的物理变化和化学变化，其主要反应为： Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑， CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

4．化学成分一般玻璃是Na 2SiO 3、CaSiO 3和SiO 2熔化在一起形成的，主要成分是SiO 2。

5．主要性能硬度大、质脆、耐腐蚀、没有固定熔点，属于玻璃态物质。

6．特种玻璃种类 制作方法性能和用途石英玻璃或 硼酸盐玻璃提高SiO 2的含量，或加入B 2O 3提高化学稳定性，降低热膨胀系数，使其更耐高温存抗化学腐蚀，可用于制造高级的化学反应容器。

光学玻璃 加入PbO折光率高，可用来制造眼镜片、照相机、望远镜和显微镜中的透镜等。

彩色玻璃 加入某些金属氧化物加入Co 2O 3的玻璃呈蓝色，加入Cu 2O 的玻璃呈红色，含有Fe 2＋的一般玻璃呈淡绿色。

钢化玻璃把一般玻璃加热软化，然后用冷风急吹机械强度大，抗震裂，不易裂开，一旦裂开，碎块没有尖锐的棱角，常用于制造汽车或火车的车窗等。

[跟随名师·解疑难](1)在生产玻璃的原料中，SiO 2的用量比较大，故玻璃的主要成分是SiO 2。

(2)玻璃属于混合物，没有固定的熔点，只是在某一温度范围内渐渐软化，在软化状态时，可以被吹制成各种外形的玻璃制品。

(3)调整玻璃的化学组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃制品，例如，加入AgBr(或AgCl)和微量CuO ，制成变色玻璃，可用于制作太阳镜片等。

[剖析典例·探技法][例1] 下列关于玻璃的叙述不．正确的是( ) A ．制一般玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英 B ．一般玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 C ．玻璃是12种成分熔化在一起形成的晶体 D ．玻璃是硅酸盐，没有固定的熔点[名师解析] 玻璃不是晶体，而是一种特殊的玻璃态物质，没有固定的熔点。

金刚石的结构类型
金刚石是一种结构独特的晶体，具有非常坚硬和优良的导热
性能。

它的结构是由碳原子通过共价键连接而成的。

具体来说，金刚石结构是一种由碳原子组成的立方体晶格结构。

每个碳原子与周围四个碳原子形成四个共价键，构成了一
个稳定的三维晶体网络。

这种结构形成了一种非常牢固的键合，使得金刚石具有非常高的硬度。

在金刚石的结构中，每个碳原子都被包围在一个正四面体的
顶点位置上，这四个顶点分别连接到四个邻近的碳原子。

这种
排列方式使得金刚石的结构非常紧密，没有任何空隙或孔洞，
导致了金刚石的高密度和硬度。

此外，金刚石的结构还具有优良的导热性能。

由于金刚石晶
体结构的稳定性和碳原子之间的紧密排列，热量可以通过格点
振动的方式快速传导，使金刚石具有良好的散热性能。

《共价键原子晶体》学历案一、学习目标1、理解共价键的本质和特征，能够区分极性共价键和非极性共价键。

2、掌握共价键的类型，如σ 键和π 键，并了解它们的形成过程和特点。

3、认识原子晶体的结构和性质，理解原子晶体熔点、硬度等物理性质高的原因。

4、能够运用共价键和原子晶体的知识解释一些常见的化学现象和物质性质。

二、学习重难点1、重点（1）共价键的本质、特征和类型。

（2）原子晶体的结构和性质。

2、难点（1）σ 键和π 键的形成和特点。

（2）用共价键的知识解释原子晶体的性质。

三、知识回顾在学习共价键和原子晶体之前，我们先来回顾一下有关原子结构和化学键的一些基础知识。

1、原子的结构原子由原子核和核外电子组成，原子核内有质子和中子，质子带正电，中子不带电。

核外电子绕原子核做高速运动，电子分层排布，离核越近的电子能量越低。

2、化学键化学键是指相邻原子之间强烈的相互作用，包括离子键、共价键和金属键。

离子键是阴阳离子之间通过静电作用形成的；金属键存在于金属单质或合金中，是金属阳离子和自由电子之间的相互作用。

四、新课导入在我们的日常生活中，有很多物质是由原子通过共价键结合而成的，比如金刚石、晶体硅等。

那么，共价键到底是怎样形成的？原子晶体又有哪些独特的性质呢？让我们一起来探索吧！五、共价键1、共价键的定义原子间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。

2、共价键的形成以氢分子的形成为例，当两个氢原子相互接近时，它们的核外电子会发生相互作用。

每个氢原子的 1s 轨道上都有一个电子，当它们接近到一定程度时，两个电子会配对形成共用电子对，从而使两个氢原子结合在一起形成稳定的氢分子。

在这个过程中，原子之间通过共用电子对实现了电子云的重叠，从而降低了体系的能量，使分子处于稳定状态。

3、共价键的本质共价键的本质是原子之间形成共用电子对，使原子达到稳定的电子构型。

4、共价键的特征（1）饱和性一个原子有几个未成对电子，就只能和几个自旋方向相反的电子配对形成共价键。