晶体结构与性质讲义

1、一.晶体常识1.晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特性结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特性有自范性、固定熔点、对称性、各向异性没有自范性、固定熔点、对称性、各向异性2.获得晶体的三条途径熔融态物质凝固气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)溶质从溶液中析出3.晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。4.晶胞中微粒数的计算方法均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞立方晶胞中微粒数的计算方法如下：注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状二. 常见晶体类型的结构和性质1.四种晶体的比较类型比较分子晶体

2、原子晶体金属晶体离子晶体概念分子间靠分子间作用力结合而形成的晶体原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体结构构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子粒子间的相互作用力分子间的作用力共价键金属键离子键性质密度较小较大不一定较大硬度较小很大不一定较大熔、沸点较低很高不一定较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电延展性无无良好无物质类别及举例大多数非金属单质(如P4,Cl2,

3、C60等)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2，CO2)、绝大多数有机物(如CH4，有机盐除外)一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，一部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)2.几种典型的晶体模型晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解CsCl晶体每个正离子被8个负离子包围着，同时每个负离子也被8个正离子所包围。二氧化碳晶体每8个CO2构成立方体且再在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(a，a为立方体棱长)最近的CO2有

4、12个(同层4个、上层4个、下层4个)金刚石晶体每个C与另4个C以共价键结合，采取sp3杂化，前者位于正四面体中心，后者位于正四面体顶点。NaCl晶体每个Na+离子周围被6个C1离子所包围，同样每个C1也被6个Na+所包围。SiO2晶体每个Si与4个O结合，每个O和2个Si结合，前者在正四面体的中心，后四者在正四面体的顶点；晶体中Si原子与O原子个数比12。三，金属晶体的密堆积结构1.平面堆积方式（a）非密置层（配位数为 ）     （b）密置层（配位数为 ）2.空间堆积方式(1)简单立方堆积。如钋等这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子

5、，被称为简单立方堆积。这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋采取这种堆积方式。(2)体心立方堆积(钾型)。如碱金属、铁、铬、钨等这种堆积方式的空间利用率显然比简单立方堆积的高多了，许多金属是这种堆积方式。(3)六方堆积. 如镁、锌、钛等(4)面心立方堆积。如金、银、铜、铝等密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式，镁型和铜型。镁型如上图左侧，按ABABABAB的方式堆积;铜型如图右侧,按ABCABCABC的方式堆积.这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积,配位数均为12,空间利用率均为74,但所得的晶胞的形式不同。堆积方式及性质小结：堆积模型代表物质空间利用率配位数简单立方Po5

6、2%6钾型Na，K，Fe68%8镁型Mg，Zn，Ti74%12铜型Cu，Ag，Au74%12四，晶体熔、沸点高低的比较方法 1.不同类型晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。 (2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 2.同种晶体类型熔、沸点的比较(1)原子晶体 如熔点：金刚石碳化硅硅。 (2)离子晶体 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的离子晶体越稳

7、定，熔点越高，硬度越大。(3)分子晶体 分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。如H2OH2TeH2SeH2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。(4)金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。五，晶体结构及相关计算: 其中主要涉及以下一些公式:边长a=,晶胞体积V=m/ 晶胞质量m=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有微粒数×M

8、/NA,空间利用率=晶胞占有的微粒的体积/晶胞的体积例题：该晶胞由 个CO2分子， 个原子构成该晶胞中平均占有 个CO2分子每个CO2 分子周围等距离且最近的CO2有 个设晶胞边长为a cm，密度为g/cm3，计算其摩尔质量M = 巩固练习1，下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是A存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角B最小的环上，有3个Si原子和3个O原子C最小的环上，Si和O原子数之比为1：2D最小的环上，有6个Si原子和6个O原子2，31 g白磷分子中存在的共价键数目为（）A4NA BNA C1.5NA D0.25NA,3，已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其

9、晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为（ ）ACa4TiO3 BCa4TiO6 CCaTiO3 DCa8TiO124，根据下列结构示意图，判断下列说法中不正确的是（ ） A在NaCl晶体中，距Na+最近的多个Cl-构成正八面体B在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2C在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键数之比为1:2D该气态团簇分子的分子式为EF或FE5，石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，K原子填充在石墨各层碳原子中。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CxK，其平面图形如图，则x值为()A8 B12C24 D606，下列性质符合分子晶体的是（ ）A.熔点1070，

10、易熔于水，水溶液能导电 B.熔点是10.31，液体不导电，水溶液能导电C.熔点97.81，质软，能导电，密度是0.97g/cm3 D.熔点较高，熔化时能导电，水溶液也能导电7，下列说法正确的是（ ）A.离子化合物中不含共价键 B.分子晶体中的分子内不含有共价键C.分子晶体中一定有非极性共价键 D.分子晶体中分子一定紧密堆积8，下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是（ ）（A）O2、I2、Hg （B）CO2、K、SiO2 （C）Na、K、Rb （D）SiC、NaCl、SO29，下列离子晶体中,熔点最低的是（ ） A.NaCl B.KCl C.CaO D.MgO10，X、Y都是IIA（Be除外）

11、的元素,已知它们的碳酸盐的热分解温度:T（XCO3）>T（YCO3）,则下列判断正确的是（ ） A.晶格能: XCO3>YCO3 B.阳离子半径: X2+>Y2+ C.金属性: X>Y D.氧化物的熔点: XO>YO11，食盐晶体如右图所示。在晶体中，· 表示Na+，o 表示Cl-。已知食盐的密度为r g / cm3，NaCl摩尔质量M g / mol，阿伏加德罗常数为N，则在食盐晶体里Na+和Cl-的间距大约是A. cm B. cm C. cm D. cm 12，镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯化镁，然后将其

12、熔融电解，得到金属镁。（1）以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，其主要作用除了降低熔点之外还有 。（2）用镁粉、碱金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因： 。（3）Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见下表：氟化物NaFMgF2SiF4熔点/K12661534183解释表中氟化物熔点差异的原因： 。13，如图，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

13、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)(4)设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol1，食盐晶体的密度为 g·cm3，阿伏加德罗常数的值为NA.食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为_ cm.14，C和Si元素在化学中占有极其重要的地位。(1)写出Si的基态原子核外电子排布式_。从电负性角度分析，C、Si和O元素的非金属活泼性由强至弱的顺序为_。(2)SiC的晶体结

14、构与晶体硅的相似，其中C原子的杂化方式为_，微粒间存在的作用力是_，SiC和晶体Si的熔沸点高低顺序是_。(3)氧化物MO的电子总数与SiC的相等，则M为_(填元素符号)。MO是优良的耐高温材料，其晶体结构与NaCl晶体相似。MO的熔点比CaO的高，其原因是_。Na、M、Ca三种晶体共同的物理性质是_(填序号)。有金属光泽导电性导热性延展性(4)C、Si为同一主族的元素，CO2和SiO2的化学式相似，但结构和性质有很大的不同。CO2中C与O原子间形成键和键，SiO2中Si与O原子间不形成上述键。从原子半径大小的角度分析，为何C、O原子间能形成上述键，而Si、O原子间不能形成上述键：_，SiO2

15、属于_晶体，CO2属于_晶体，所以熔点CO2_SiO2(填“<”、“”或“>”)。15，键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于估算化学反应的反应热（H），化学反应的H等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。参考以下表格的键能数据，回答下列问题：化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能/kJ·mol-1460360436431176347（1）比较下列两组物质的熔点高低（填“>”或“<”） SiC_Si； SiCl4_SiO2（2）能不能根据键能的数据判断单质Si 和化合物SiCl4的熔点高低？_（填“能”或“不能”），原因是_。（3）如图立方体中心的“· ”表示金刚石晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“· ”表示出与之紧邻的碳原子（4）工业上高纯硅可通过下列反应制取： SiCl4(g) + 2H2（g） 高温 Si（s）+4HCl（g) 计算该反应的反应热H为_。16，有A、B、C、D、E五种原子序数依次增大的元素(原子序数均小于30)。A的基态原子2p能级有3个单电子；C的基态原子2p能级有1个单电子；E的内