专题25几种类型晶体白塔编东方校

专题二十五几种类型晶体东海县白塔高级中学徐旨玲【考试说明要求】1.了解NaCl型和CsCl型离子晶体的结构特征。2.了解原子晶体的特征,能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。3．知道分子晶体的含义，了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。4．知道金属晶体的基本堆积方式，了解常见金属晶体的晶胞结构（晶体内部空隙的识别、与晶胞的边长等晶体结构参数相关的计算不作要求）。5.了解离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体四种基本晶体在熔点、沸点、硬度、导电性等方面的差异。【知识梳理】一、离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的比较原子晶体离子晶体分子晶体金属晶体构成微粒相互作用物理性质硬度熔沸点导热性导电性溶解性典型代表物二、几种常见的晶体结构（一）离子晶体１.氯化钠晶体NaCl晶体是一种简单立方结构——Na+和Cl_交替占据立方体的顶点而向空间延伸。在每个Na+周围最近的且距离相等的Cl_有个,Cl_周围最近的且距离相等Na+也有个在每个Na+周围最近的且距离相等的Na+有个，在每个Cl_周围最近的且距离相等的Cl_亦有个2.氯化铯晶体氯化铯晶体是一种体心立方结构——每8个Cs+和8个Cl-各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异种离子（Cs+或Cl-）。在每个Cs+周围最近的且距离相等的Cl_有个,在每个Cl_周围最近的且距离相等Cs+也有个,在每个Cs+周围最近的且距离相等的Cs+有个每个Cl_周围最近的且距离相等的Cl_亦有个。（二）原子晶体1.金刚石晶体金刚石晶体是一种立体的空间网状结构——每个C原子与另外4个相邻的C原子以共价键结合，构成一个正四面体结构单元，前者位于正四面体中心，后四者位于正四面体的四个顶点。晶体中所有C—C键长相等，键角相等(均为109°28′)；晶体中最小碳环由个碳原子组成，形成立体的环状结构。晶体中每个C原子参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故原子个数与C—C键数之比为。2.二氧化硅晶体:每个Si原子与相邻的4个O原子以共价键相结合，前者在正四面体的中心，后四者在正四面体的四个顶点。正四面体内Si—O键角为109°28′。每个正四面体占有一个完整的Si原子、四个“半O原子”，故晶体中Si原子与O原子个数比为相当于金刚石晶体中的C原子换成Si原子，同时在每两个Si原子中心连线上的中间加上一个O原子。二氧化硅晶体中最小的封闭环上有(三）混合型晶体——石墨晶体

石墨晶体是一种混合型晶体——层内存在共价键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的特征和特性。在层内，每个C原子与3个C原子形成C—C键，构成平面正六边形，键长相等，键角相等（均为1200）；在晶体中，每个C原子参与了3条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故每个正六边形平均只占有，C原子个数与C—C键数之比为（四）分子晶体1.二氧化碳晶体——干冰干冰晶体是一种立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且在6个面的中心又各有1个CO2分子，在每个CO2周围等距离且最近的CO2有个。2.C60C60是以60个碳原子作为顶点，组成的一个32面体。其中正五边形，个面是正六边形。是一个像足球一样的多边形体。在这样的分子中，每个碳原子与其它三个相邻的碳原子直接相连，等价地组成一个五元环和两个六元环。由于它具有这种特殊结构，因此现在更形象地称它为足球烯（footballene，soccerballene）。C60与金刚石、石墨互为。C60分子间通过范德华力形成分子晶体，熔、沸点较低，硬度较小，易溶于苯、酒精等有机溶剂。C60本身有着无数优异的性质，它本身就是半导体，掺杂后可变成临界温度很高的超导体，由它所衍生出来的碳微管比相同直径的金属强度高100万倍。现实世界中的足球以其无尽的魅力倾倒了无数人，而小小的“足球烯”也正以另一种形式影响和改变着这个世界。和C60分子有关的“碗烯”（corranulene）分子，C20H10，具有一个由五个正六边形环绕的正五边形结构。它的分子构型像一个碗，很稳定。而足球烯分子的表面，就存在着这样的12个正五角形单元。（五）金属晶体金属原子结构的共同特征是：①最外层电子数较少，一般在4个以下；②原子半径较大。这种结构特点使其原子易失去价电子而变成金属阳离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运动，被称为“自由电子”。它不再属于哪个或哪几个指定的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个晶体内自由运动，所以有人描述金属内部的实际情况是“金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，这种描述正是自由电子的特征决定的。金属阳离子与自由电子之间存在着较强的作用，因而使金属离子相互结合在一起，形成金属晶体。金属晶体的结构也可看作是等径的小球层状紧密堆积。三种密堆积模型： a)面心立方最密堆积（Cu型）由密置层以三层重复的周期性方式形成结构，常用ABCABC…来表示这种周期性。晶体的晶胞类型为面心立方，因此称为立方最密堆积，用记号ccp（cubicclosestpacking）或fcc（facecenteredcubicpacking）表示。Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Rh、Ir、Al、Ca等金属单质都采取这一结构形式。b)六方最密堆积（Mg型）由密置层以两层重复的周期性方式形成结构，常用ABAB…来表示这种周期性。晶体的晶胞类型为简单六方，因此称为六方最密堆积，用记号hcp（hexagonalclosestpacking）表示。属于这一结构类型的有Be、Mg、Co、Zn、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Ru、Os、Re等金属单质。上述两种堆积方式都是等经球堆积的最紧密方式，每个球与12个接触（配位数为12），其中球对整个空间的体积占有率是74.05%。这两种堆积在球之间形成的间隙有正四面体和正八面体两种，其中正八面体间隙的数目等于球数，正四面体间隙的数目是球数的两倍，即：球数:正八面体间隙数:正四面体间隙数=1:1:2c)体心立方堆积（钾型）这一类结构由等经球以体心立方的方式堆积而成，因此其晶胞类型为体心立方。用记号bcp（bodycenteredcubicpacking）表示。A2型堆积的紧密程度比A1型和A3型的略低，其空间占有率为68．02%。每个球与8个球接触，但有6个球处在稍远的等距离位置。球之间也形成八面体间隙和四面体间隙，但不再是正八面体和正四面体，而是变形的八面体和四面体。Li、Na、K等全部碱金属和ba、Fe、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta等金属单质都属于这一结构类型。【典型例题】例1.下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是()A、可溶于水B、具有较高的熔点C、水溶液能导电D、熔融状态能导电例2.参考下表中物质的熔点，回答下列问题。物质NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔点（℃）995801755651801776715646物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔点（℃）-90.4-70.25.2120-70.2-49.5-36.2-15(1)钠的卤化物及碱金属的氯化物的熔点与卤离子及碱金属离子的__有关,随着增大,熔点依次降低.(2)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与有关,随着增大,增强，熔点依次升高.(3)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与有关,因为一般比熔点高.[例3]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据金刚石晶体硅晶体硼熔点>382316832573沸点510026282823硬度107.09.5①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________________。②已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由____________________个硼原子构成。其中B—B键的键角为____________。【针对性练习】1．科学家最近又发现了一种新能源——“可燃冰”它的主要成分是甲烷与水分子的结晶水合物(CH4·nH20)。其形成：埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌氧性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气(石油气)，其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰”。又知甲烷同C02一样也是温室气体。这种可燃冰的晶体类型是()A．离子晶体B．分子晶体C．原子晶体D．金属晶体2.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谈原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写作CxK,其平面图形见下图，则x值为（）A．8B．12C．24D．603.．下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是（）A．1mol氯化钠中有NA个NaCl分子B．氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Na+共有6个C．氯化铯晶体中，每个CS+周围紧邻8个Cl-D．平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-4.．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是()A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀C．玻璃态是水的一种特殊状态D．玻璃态水是分子晶体5.下列说法中，正确的是（）A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂B．原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高C．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高D．分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定6.．组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间作有规则排列，具有一定几何形状的空间格子，称为晶格，晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单位称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中，AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中C1-占据的位置，则冰晶石晶胞中含有的原子数与食盐晶胞中含有的原子数之比为（）A．2:1B．3:2C．5:2D．5:17.．据报道，科研人员应用电子计算机模拟出类似C60的物质N60，试推测出该物质不可能具有的性质是（）A．N60易溶于水B．稳定性：N60<N2C．等物质的量时，分解吸收的热量：N60>N2D．熔点：N60<N28.20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子。(如图1-5)：下列说法错误的是()A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高

B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高

C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体

D．球碳分子是碳的同素异形体，而管状碳分子、洋葱状碳分子则不一定9.．科学家最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图1所示：图中顶角和面心的原子都是钛原子，棱的中心和体心的原子都是碳原子该分子的化学式是（）A．Til3C14B．Ti14C13C．Ti410.．下列说法正确的是(NA为阿伏加德罗常数)()A．124gP4含有P—P键的个数为4NAB．12g石墨中含有C—C键的个数为1．5NAC．12g金刚石中含有C—C键的个数为2NAD．60gSiO2中含Si—O键的个数为2NA11.．下列数据是对应物质的熔点Na2ONaClAlF3AlCl39208011291190BCl3Al2O3CO2SiO2-1072073-571723据此做出的下列判断中错误的是（）A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体12.某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：(1)晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每个x同时吸引着__________个Y，该晶体的化学式为__________。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__________个。(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX的度数为__________。13．有A、B、C、D四种元素，A元素的气态氢化物分子式为RH4，其中R的质量分数为75%，该元素核内有6个中子，能与B形成AB2型化合物，B在它的氢化物中含量为88.9％，核内质子数和中子数相等，C、D为同周期元素，D的最高价氧化物的水化物为酸性最强的酸，C的氧化物为两性氧化物。(1)A元素的一种无色透明的单质，名称叫______，其晶体类型是______。(2)B的氢化物的电子式为______，属______分子。(极性或非极性)(3)A和B形成化合物的分子空间构型为______，属______分子(极性或非极性)，其晶体类型是______。俗名______。(4)C元素位于周期表中第______周期______族，A、C、D三元素的最高价氧化物的水化物按酸性由强到弱的顺序排列(用分子式表示)_______________________。(5)C和D的化合物溶于水后滴入过量KOH，现象是_______________________________，离子方程式_______________________________。14．有一种蓝色晶体，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。其晶胞结构如右图所示。（1）根据晶体结构特点，推出其化学式（用最简单整数表示）。（2）此化学式带何种电荷？用什么样的离子（用Mn+表示）与其结合成电中性的化合物？写出此电中性化合物的化学式：（3）指出（2）中添加的离子在晶胞结构中的位置______。针对性练习参考答案1234567891011BAABCBDADBDBBCB12.、(1)48XY2(或Y2X)(2)12(3)109°28'13.(1)金刚石；原子晶体(3)直线型分子；非极性；分子晶体；干冰(4)3