nbhkdz.com冰点文库

化学竞赛晶体(高中选修3部分)

时间:2015-04-17


第四节 离子晶体

第三章晶体结构与性质 第一节 晶体的常识

晶体什么样?

晶体什么样(2)

雪花晶体 食糖晶体 明矾晶体 单质硫 食盐晶体

胆 矾

冰 糖 晶 体

明 矾 晶 体

水 晶

/>
水晶石

自然界中美丽的雪花

明 矾

观察图片,下列固体在外形上有什么区别
?

玛瑙

一、晶体与非晶体
1.概念 晶体:具有规则几何外形的固体。 如食盐、水晶、碘等 非晶体:没有规则几何外形的固体。 2.分类
离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 混合型晶体

如玻璃、橡胶、石蜡、塑料

晶体

如NaCl、CsCl等 如金刚石、晶体硅等 如冰、干冰等 如铁、铝等 如石墨

NaCl晶体结构示意图:

Cl-

Na+

金刚石晶体 结构示意图

干 冰 晶 体 结 构

宏观晶体的形貌
立方

晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图

3.晶体与非晶体的本质差异
自范性
晶体 非晶体

微观结构 原子在三维空间里 呈周期性有序排列
原子排列相对无序

有 (能自发呈现多面体外形 ) 没有 (不能自发呈现多面体外 形)

? 说明: (1)晶体自范性的本质:是晶体中粒子在微观空 间里呈现周期性的有序排列的宏观表象. (2)晶体自范性的条件之一:生长速率适当.

天然水晶球里的玛瑙和水晶

探究实验
【实验1】 硫晶体的结晶 取少量硫粉置于蒸发皿中,加热至 熔融态,停止加热,观察硫晶体的析出

【实验2】 碘的凝华 在一小烧杯中加入少量碘,用一个表 面皿盖在小烧杯上,并在表面皿上加少量冷水。 把小烧杯放在石棉网上加热,观察实验现象
【实验3】 硫酸铜晶体的析出 取硫酸铜粉末配制高温饱和溶液,

冷却析晶

4.晶体形成的途径
⑴熔融态物质凝固. ⑵气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华). ⑶溶质从溶液中析出.

? 1.石墨(C)和蓝宝石(Al2O3· SiO2)是常见的晶 体,其中石墨的结构呈层状,在与层垂直方向 的导电率为与层平行方向上导电率的 1/10000;蓝宝石在不同方向上的硬度是不 同的. ? 2.石蜡和玻璃都是非晶体,如果将二者加热, 当温度升高到一定程度后,开始软化,流动性 增强,最后变成液体.整个过程温度不断上升 ,并且在这个过程中没有固定的熔解热效应.

5 晶体的特性
⑴自范性(规则的几何外形)
⑵各向异性(强度、导热性、光学性质等)

⑶有固定的熔点
⑷能使X-射线产生衍射 (最科学的区别晶体和非晶体的方法)

非晶态二氧化硅和晶态二氧化硅X-衍射粉末图谱的对 比

粉末状的固体是否都为非晶体呢?
一些晶体的显微照片:

那么怎样判断固体是晶体还是非晶体呢?

思考与交流:
1.如何鉴别晶体和非晶体? (1)性质差异——如外形、硬度、熔点、折 光率

(2)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固 体进行X-射线衍射实验。

[分组探讨]

2 、某同学在网站找到一张玻璃的结构示意图如 图所示,这张图说明玻璃是不是晶体?为什么? 3 、根据晶体物理性质的各向异性的特点,人们 很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一 些可能有效的方法鉴别假宝石吗?


学与问:
1. 晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在 微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察教科书 中的图3-5玻璃的结构示意图,构成玻璃的粒子无周 期性的排列,是无序的,所以玻璃是非晶体。 2. 利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。 宝石是晶体,具有固定的熔点和各向异性,可用硬度、 熔点、折光率等性质来鉴别宝石。 (1)可观察宝石的形状,具有多面体的外形;实验 它的硬度,可在玻璃上划出痕迹,初步确定它是晶体 。 (2)可利用宝石的折光率鉴别; (3)可利用X-射线衍射仪鉴别。

1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是C ( ) A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体有自范性但排列无序 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体
2.区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 ( ) A.熔沸点 B.硬度 C.颜色 D.x-射线衍射实验

D

3.下列不属于晶体的特点是( D A.有固定的几何外形 B.有各向异性 C.有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体



4. 晶体具有各向异性。如蓝晶石 (Al2O3· SiO2)在不同方向上的硬 度不同;又如石墨在与层垂直的方 向上的导电率与层平行的方向上的 导电率1∕104。晶体的各向异性主要 D 表现在是:( ) ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学 性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④

?

二、晶胞
(一)概念:描述晶体结构的基本单元 (晶体中无限重复的部分)

三种典型立方晶胞结构

简单立方

体心立方

面心立方

(-):晶胞:
1.晶胞:晶体中的最小重复单元
2 .晶胞的特征: 通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最 小单元(即晶胞)完全重合 3. 一般来说,晶胞都是平行六面体 4. 晶体和晶胞的关系:晶体可以看作是数量巨大的晶 胞“无隙并置”而成.

平行六 面体

金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图

晶体结构

晶胞示意图

NaCl晶体结构和晶胞

铜晶体 铜晶胞

CO2晶胞

NaCl晶体结构和晶胞

思考与交流: 1.上述铜晶体、金刚石、CO2晶体、NaCl晶 体的晶胞的空间构形呈什么形状? 2.在上述晶体中,晶胞是如何排列的?晶胞 之间是否存在空隙?

无隙并置

平行六 面体

思考: 铜晶胞含有4个铜原子,为什么不 是14个?

晶胞中原子个数的计算

体心:1

面心:1/2

为什么?
顶点:1/8 棱边:1/4

请看:
8 5
4 1

棱边:1/4

1 3
73

4

2

面心:1/2

6 2 2 1
体心:1

顶点:1/8

1

(二): 晶胞中粒子个数计算规律 晶胞
立方体 顶角 1/8 棱上 1/4 面上 1/2 中心 1

顶角

棱上

面上

(一)、由晶胞计算物质化学式的 方法
体心: 1
晶胞\体心.avi

棱边:1/4
晶胞\棱.avi

面心:1/2
晶胞\面.avi

顶点:1/8
晶胞\顶点.avi

小结:晶胞对质点(粒子)的占有率
顶点: 1/8 平行六面体 棱上: 1/4 晶胞 面上: 1/2 内部: 1

1、体心——全部 2、面心——1/2 3、棱上的点——1/4 4、顶点(具体问题具体分析) 立方体——1/8 三棱柱——1/12 注:上述贡献的计算仅适用于离子晶 体和原子晶体而不适用于分子晶体

练习: 1: 下面几种晶胞中分别含有几个原子?

各1/2个

各 4个 绿色:8× ? = 4 或8× 1/8+6×1/2 = 4 灰色:12× ?+1=4

练习1:根据离子晶体的晶胞结构,判断下列 离子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A

B

化学式: AB

练习2:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A B

化学式: A2B

BA2

练习3:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)
A

B

化学式: AB

练习4:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A B

C

化学式: ABC3

探究(即自学检测即课本P64学与问): 下图依次是金属钠 (Na) 、金属锌 (Zn) 、碘 (I 2 ) 、 金刚石 (C) 晶胞的示意图,数一数,它们分别平 均含几个原子?

钠、锌晶胞都是:8×1/8+1=2; 碘:(8×1/8+6×1/2)×2=8; 金刚石:8×1/8+6×1/2+4=8。


典例分析 例:2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了 金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是 该化合物的晶体结构单元:镁原子间形成正六棱 柱,且棱柱的上下底面还各有1个镁原子,6个硼 原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为

A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2

思考
1.NaCl晶体中,每个Na+周 围最近距离的Cl-有 6 个? 每个Cl-周围最近距离的 Na+有 6 个? 2.在NaCl晶体中,每个Na+周 12 个? 围最近距离的Na+有 3.氯化钠的化学式用“NaCl”来表示,原因何在?能 否 把“NaCl”称为分子式? 4 4 4.每个晶胞中平均有 个Na+? 个Cl-?(位于顶 点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献) -间的最近距离为 3 (g/cm3) 5.该晶胞中,若Na+和 0.5ax10-10m, 0Cl · 39/a 则晶体的密度?=

1 3

4

2

---Cs+

---Cl返回原处

4

3 7

8
2 6

Cl
1

1
5

思考
1.在CsCl晶体中,每个Cs+周围最近距离的Cs+ 有几个?每个Cl-周围最近距离的Cl-有几个? 2.分析“CsCl” 化学式的由来。

6个

1 3

4

2

[当堂训练 ] 1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是 A、晶体一定比非晶体的熔点高 B、晶体有自范性但排列无序 C C、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体SiO2一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 A、熔沸点 B、硬度 C、颜色 D、x-射线衍射实验 D

3、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶 胞)的结构.请回答: CaTiO3 该化合物的化学式为_______.

课后作业:1、课本P64 1、2、3、4、(做在书上) 2、(选做)登陆中国科普博览网站,输入关键词“什么是矿 物” 并阅读,生动有趣、受益匪浅哦。

3、如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B,均可被 另一种离子以四面体形式包围着,则该晶体对应的化 学式为

A.AB
C.AB3

B.A2B
D.A2B3



4、右面图形是石墨晶体的层面结构图, 试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的 共价键数和碳原子数是分别: A、6,6 B、2,4 C、2,3 D、3,2



5、某离子晶体晶胞结构如右图所示,X位于立方体 的顶点, Y位于立方体的中心,晶体中距离最近的 两个X与一个Y形成的夹角∠XYX的角度为: A. 90° B. 60° C. 120° D. 109°28′



6、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶 胞)的结构.请回答: CaTiO3 (1)该化合物的化学式为_______. (2)在该化合物晶体中,与某个钛离 子距离最近且相等的其他钛离子共 6 有__________ 个. (3)设该化合物的相对分子质量为M, 3 密度为 ag / cm 阿伏加德罗常数为 NA,则晶体中钙离子与钛离子之间 的最短距离为_______.

7、如图是CsCl晶体的晶胞(晶体中最小的重复单元) 已知晶体中 2 个最近的 Cs+ 核间距离为 acm ,氯化铯 的相对分子质量为M,NA为阿佛加德 罗常数,则CsCl晶体的密度为

(单位:克/cm3)
A、8M/a3NA B、a3M/8NA

C、M/a3NA

D、a3M/NA

课 堂 练 习 题
1.钛酸钡的热稳定性好, 介电常数高,在小型变 压器、话筒和扩音器 中都有应用。其晶体 的结构示意图如右图 所示。则它的化学式 为(D )[上海市2001年奥赛初赛试题]
Ba Ti O

A.BaTi8O12 C. BaTi2O4

B. BaTi4O6 D. BaTiO3

复习总结:

微粒间作用

微粒为分子: 分子间作用力(或范德华力)或氢键; 微粒为原子:极性共价键或非极性共价键; 微粒为离子:离子键。

思考与交流
石墨和金刚石同属于碳的单质,为什么在硬度上会相 差如此之大?

2 分子晶体和原子晶体

观察与思考: 下列两种晶体有什么共同点?

NaCl晶体结构

干冰晶体结构

碘晶体结构

一.分子晶体
1.概念
分子间以分子间作用力(范德华力, 氢键)相结合的晶体叫分子晶体。
构成分子晶体的粒子是分子, 粒子间的相互作用是分子间作用力 . 碘晶体结构

结合表格和已有知识,分析:分子晶 体有哪些物理特性?为什么?

2、物理特性:
(1)较低的熔点和沸点,易升华;
注:①分子间作用力越大,熔沸点越高(相对 分子质量,分子极性,氢键) ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间 作用力,不破坏化学键,也有例外,如S8

(2)较小的硬度; (3)一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。 有些在水溶液中可以导电.

?原因:分子间作用力较弱

(1)组成和结构相似的物质,相对分子质量越 大,范德华力越大,熔沸点越高。如:O2>N2, HI>HBr>HCl。 (2)分子量相等或相近,极性分子的范德华力 大,熔沸点高,如CO>N2 (3)含有氢键的,熔沸点较高。如 H2O>H2Te>H2Se>H2S,HF>HCl,NH3>PH3 (4)在烷烃的同分异构体中,一般来说,支链 数越多,熔沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷 >新戊烷;芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构 体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。

3、典型的分子晶体:
–非金属氢化物:H2O,H2S,NH3,CH4,HX –酸:H2SO4,HNO3,H3PO4 –部分非金属单质:X2,O2,H2, S8,P4, C60 –部分非金属氧化物: CO2, SO2, NO2, P4O6, P4O10 –大多数有机物:乙醇,冰醋酸,蔗糖

【问题探究3】

干冰晶体模型

【问题探究3】

①在干冰晶体 的一个晶胞中 有 4 个CO2 分子。

【问题探究3】

②在干冰晶体 中,与每个CO2 分子最近且距 离相等的CO2分 子有 12 个。

思考:

①在干冰晶体中存在哪些作用力? ②干冰晶体发生汽化或熔化时,需克 服的是哪一种作用力?
若发生化学变化时,需克服的又是哪 一种作用力?

③干冰晶体的熔沸点高低、硬度大小 等物理性质取决于哪一种作用力?

〖思考5〗为何干冰的熔沸点比冰低,密 度却比冰大? 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用, 破坏分子间作用力较难,所以熔沸点比 干冰高。 由于分子间作用力特别是氢键的方向 性,导致晶体中有相当大的空隙,所以 相同状况下体积较大 由于CO2分子的相对分子质量>H2O, 所以干冰的密度大。

分子的密堆积

氧(O2)的晶体结构

碳60的晶胞

(与每个分子距离最近的相同分子共有12个 )

分子的密堆积
(与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 )
干冰的晶体结构图

分子的非密堆积
氢键具有方向性

冰中1个水分子周围有4个水分子

冰的结构

4、分子晶体结构特征
(1)密堆积
只有范德华力,无分子间氢键——分子密 堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧 邻的分子,如:C60、干冰 、I2、O2。

(2)非密堆积
有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体中 的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不 具有分子密堆积特征。如:HF 、NH3、冰(每 个水分子周围只有4个紧邻的水分子)。

思考:1mol冰周围有?mol氢键

冰中1个水分子周围有4个水分子形成 什么空间构型?

科学视野:天然气水合物—一种潜在的能源 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发 现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家 戴维,他发现氯可形成化学式为Cl2· 8H20的水合 物晶体。20世纪末,科学家发现海底存在大量 天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分 是甲烷, 因而又称甲烷水合物。它的外形像 冰,而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃 的甲烷,因而又称“可燃冰”………

【小试牛刀】
2.下列物质在变化过程中,只需克服分子 间作用力的是 ( C )
A.食盐溶解 C.干冰升华 B.铁的熔化 D.氯化铵的“升华”

【小试牛刀】

B 3.下列化学式能真实表示物质分子组成的是 A.NaOH B.S03 C.CsCl D.NaCl

思考与交流
? CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示,通过 比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。

? 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族, 为什么CO2晶体的熔、沸点很低,而SiO2晶体 的熔沸点很高?

金刚石的晶体结构示意图
109? 28?

共价键

二.原子晶体(共价晶体)
1.概念:相邻原子间以共价键相结合而形成
空间立体网状结构的晶体. **构成原子晶体的粒子是原子,原 子间以较强的共价键相结合。

金 刚 石

观察· 思考
? 对比分子晶体和原子晶体的数据,原子 晶体有何物理特性?

2.原子晶体的物理特性
在原子晶体中,由于原子间以较强的 共价键相结合,而且形成空间立体网状结构, 所以原子晶体的 (1)熔点和沸点高 (2)硬度大 (3)一般不导电 (4)且难溶于一些常见的溶剂

3.常见的原子晶体
? 某些非金属单质: 金刚石(C)、晶体硅(Si)、 晶体硼(B)、晶体锗(Ge)等

? 某些非金属化合物: 碳化硅(SiC)晶体、氮化硼(BN)晶体 ? 某些氧化物: 二氧化硅( SiO2)晶体、Al2O3

109? 28?

共价键

思考:在金刚石晶体中,每个碳与 周围多少个碳原子成键?形成怎样的 空间结构?最小碳环由多少个碳原子 组成?它们是否在同一平面内? 在金刚石晶体中,碳原子个数与 C-C键数之比为多少?
12g金刚石C-C键数为多少NA?

①金刚石中每个C原子以sp3杂化,分别与4个 相邻的C 原子形成4个σ 键,故键角为 109°28′,每个C原子的配位数为4; ②每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正 四面体,向空间无限延伸得到立体网状的金刚 石晶体,在一个小正四面体中平均含有 1+4×1/4 =2个碳原子; ③在金刚石中最小的环是六元环,1个环中平 均含有6×1/12=1/2个C原子,含C-C键数为 6×1/6=1; ④金刚石的晶胞中含有C原子为8个,内含4个 小正四面体,含有C-C键数为16。

Si O

180?

109? 28?

共价键
1、在Si、O形成的四面体中,每个四面体拥有 几个Si、O原子 1个Si、两个O 2、SiO2晶体中,每个硅原子与它周围的4个硅原 子所形成的空间结构是什么?正四面体 SiO2晶体 中,最小的硅氧原子环上共有多少个原子?12

①二氧化硅中Si原子均以sp3杂化,分别 与4个O原子成键,每个O原子与2个Si原子 成键; ②晶体中的最小环为十二元环,其中有6 个Si原子和6个O原子,含有12个Si-O键; 每个Si原子被12个十二元环共有,每个O原 子被6个十二元环共有,每个Si-O键被6个 十二元环共有;每个十二元环所拥有的Si 原子数为6×1/12=1/2,拥有的O原子数为 6×1/6=1,拥有的Si-O键数为12×1/6=2, 则Si原子数与O原子数之比为1:2。

思考1 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式?
不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构,无 小分子存在。

思考2 以金刚石为例,说明原子晶体的微观结构与分 子晶体有哪些不同? (1)组成微粒不同,原子晶体中只存在原子,没有
分子。 (2)相互作用不同,原子晶体中存在的是共价键。

思考3 为何CO2熔沸点低?而破坏CO2分子却比 SiO2更难? 因为CO2是分子晶体,SiO2是原子晶体, 所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破 坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分 子与SiO2时,都是破坏共价键,而C—O键 能>Si-O键能,所以CO2分子更稳定。

一些原子晶体的物理性质
原子晶体
熔点/℃ 硬度

金刚石
3900 10

碳化硅
2700 9.5

石英
1710 7


1410 6.5

原子晶体熔沸点高低的判断 原子半径越短,共价键键长越短,键能越 大,键越强,熔沸点越高。

交流与研讨 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅 和锗的熔点和硬度依次下降?

解释:结构相似的原子晶体,原子半径越小, 键长越短,键能越大,晶体熔点越高 金刚石 > 碳化硅 > 晶体硅
2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这 种说法对吗?为什么?

分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较
晶体类型

结构、性质

分子晶体

原子晶体

结 构

构成晶体粒子
粒子间的作用力 硬度 溶、沸点

分子 分子间作用力 较小

原子 共价键 较大

较低
固态和熔融状 态都不导电 相似相溶

很高
不导电

性 质

导电

溶解性

难溶于常见溶剂

【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的 判断方法 (1)依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断: 原子晶体的粒子是原子,质点间的作用是共价键; 分子晶体的粒子是分子,质点间的作用是范德华力。 (2)记忆常见的、典型的原子晶体。 (3)依据晶体的熔点判断:原子晶体熔、沸点高, 常在1000℃以上;分子晶体熔、沸点低,常在数百 度以下至很低的温度。 (4)依据导电性判断:分子晶体为非导体,但部 分分子晶体溶于水后能导电;原子晶体多数为非导 体,但晶体硅、晶体锗是半导体。 (5)依据硬度和机械性能判断:原子晶体硬度大, 分子晶体硬度小且较脆。

知识拓展-石墨
一种结晶形碳,有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感,可沾污手指 成灰黑色。有金属光泽。六方晶系,成叶片状、 鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3,化学性质 不活泼。具有耐腐蚀性,在空气或氧气中强热 可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂, 并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。

知识拓展-石墨

石 墨 晶 体 结 构

(1)石墨中C原子以sp2杂化; (2)石墨晶体中最小环为六元环,含有C 2个,C-C键为 3; (3)石墨分层,层间为范德华力,硬度小, 可导电; (4)石墨中r(C-C)比金刚石中r(C-C) 短。

石墨
? 1、石墨为什么很软?

石墨为层状结构,各层之间是范德华力结合, 容易滑动,所以石墨很软。 ? 2、石墨的熔沸点为什么很高(高于金刚石)? 石墨各层均为平面网状结构,碳原子之间 存在很强的共价键(大π 键),故熔沸点 很高。 3、石墨属于哪类晶体?为什么?
石墨为混合键型晶体。

练习 1.下列物质中属于原子晶体的化合物是( A.水晶 C.金刚石 B.晶体硅 D.干冰
A )

2. 氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材 料,在工业上有广泛用途,它属于 A A.原子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体 D. 离子晶体

练习
3.下列各组物质中,按熔点由低到高排列正确的是 ( B ) (94年上海高考) (A)O2、H2、Hg (B)CO2、KCl、SiO2 熔点:-183℃ -252℃ -38.9℃ 分子晶体、离子晶体、原子晶体 降低

(C)Na、K、Rb

(D)SiC 、NaCl、SO2 原子晶体、离子晶体、分子 晶体

熔沸点比较:原子晶体 >离子晶体 > 分子晶体

4. 碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的 结构,其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列 三种晶体①金刚石 ②晶体硅 ③碳化硅中,它们的 熔点从高到低的顺序是 ( ) A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③

5、单质硼有无定形和晶体两种,参考下表数据

金刚石 熔点 >3823 沸点 5100 硬度 10

晶体硅 1683 2628 7.0

晶体硼 2573 2823 9.5

(1)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 个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算,此晶 体结构单元由_____个硼原子构成。其中B—B键的键 角为_______。

练习
化工行业已合成一种硬度比金刚石还大的晶体 氮化碳,若已知氮在此化合物中显-3价,推断: (1)它的化学式 。 C3N4 (2)其晶体类型是。原子晶体 (3)分析其硬度比金刚石大的原因。

7、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气 态团簇分子,如下图所示,顶角和面心的原子 是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子, 它的化学式是 。

解析:由于本题团簇分子指的 是一个分子的具体结构,并不 是晶体中的最小的一个重复单 位,不能采用均摊法分析,所 以只需数出该结构内两种原子 的数目就可以了。答案为: Ti14C13

石墨晶体的层状结构,层内为 平面正六边形结构,试回答下 列问题: (1)图中平均每个正六边形占 2 个、占有的碳 有C原子数为____ 3 个。 碳键数为____ (2)层内7个六元环完全占有 14 个,碳原子 的C原子数为_____ 数目与碳碳化学键数目之比为 2:3 _______.

3.3《金属晶体》

金属样品

Ti

一、金属的结构
1、金属键的定义:金属离子和自由电子 之间的强烈的相互作用,叫金属键。 (1)金属键的成键微粒是金属阳离子和 自由电子。 (2)金属键存在于金属单质和合金中。 (3)金属键没有方向性也没有饱和性。

2、金属晶体的定义:通过金属离子与 自由电子之间的较强的相互作用形成的 晶体。 (1)在晶体中,不存在单个分子 (2)金属阳离子被自由电子所包围。

金属晶体

金属原子

自由电子

3、电子气理论:经典的金属键理论叫做 “电子气理论”。它把金属键形象地描绘 成从金属原子上“脱落”下来的大量自由 电子形成可与气体相比拟的带负电的“电 子气”,金属原子则“浸泡”在“电子气” 的“海洋”之中。

二、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽 等。

三、金属晶体的结构与金属性质的内在联系

1、金属晶体结构与金属导电性的关系
【讨论1】 金属为什么易导电? 在金属晶体中,存在着许多自由电子,这些自由 电子的运动是没有一定方向的,但在外加电场的条件 下自由电子就会发生定向运动,因而形成电流,所以 金属容易导电。

比较离子晶体、金属晶体导电的区别:
晶体类型 导电时的状态 离子晶体 金属晶体

水溶液或 熔融状态下

晶体状态

导电粒子

自由移动的离子 自由电子

2、金属晶体结构与金属导热性的关系
【讨论2】金属为什么易导热?

自由电子在运动时经常与金属离子碰撞, 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时, 那个区域里的自由电子能量增加,运动速度加 快,通过碰撞,把能量传给金属离子。
金属容易导热,是由于自由电子运动时与 金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度 低的部分,从而使整块金属达到相同的温度。

3、金属晶体结构与金属延展性的关系
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性?
原子晶体受外力作用时,原子间的位移必 然导致共价键的断裂,因而难以锻压成型, 无延展性。而金属晶体中由于金属离子与自 由电子间的相互作用没有方向性,各原子层 之间发生相对滑动以后,仍可保持这种相互 作用,因而即使在外力作用下,发生形变也 不易断裂。

4、金属晶体结构具有金属光泽和颜色
? 由于自由电子可吸收所有频率的光,然后很 快释放出各种频率的光,因此绝大多数金属 具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属(如 铜、金、铯、铅等)由于较易吸收某些频率 的光而呈现较为特殊的颜色。 ? 当金属成粉末状时,金属晶体的晶面取向杂 乱、晶格排列不规则,吸收可见光后辐射不 出去,所以成黑色。

【总结】金属晶体的结构与性质的关系
导电性 金属离 自由电子在 子和自 外加电场的 由电子 作用下发生 定向移动 导热性 自由电子 与金属离 子碰撞传 递热量 延展性 晶体中各 原子层相 对滑动仍 保持相互 作用

5、影响金属键强弱的因素: 金属阳离子所带电荷越多、 离子半径越小,金属键越强。
一般情况下,金属晶体熔点由金属键强弱 决定 金属阳离子半径越小,所带电荷越多, 自由电子越多, 金属键越强,熔点就相应越高, 硬度也越大

【思考4】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增 大 而递减,试用金属键理论加以解释。

同主族元素价电子数相同(阳离子所带电荷数 相同),从上到下,原子(离子)半径依次增 大,则单质中所形成金属键依次减弱,故碱金 属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。
【思考5】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度 的 大小。

同周期元素,从左到右,价电子数依次增大, 原子(离子)半径依次减弱,则单质中所形成 金属键依次增强,故钠、镁、铝三种金属熔沸 点和硬度的大小顺序是:钠<镁<铝。

资料

金属之最

熔点最低的金属是-------- 汞 [-38.87℃] 熔点最高的金属是-------- 钨 [3410℃] 密度最小的金属是-------- 锂 [0.53g/cm3] 密度最大的金属是-------- 锇 [22.57g/cm3]

硬度最小的金属是-------- 铯 [0.2]
硬度最大的金属是-------- 铬 [9.0]
1 延性最好的金属是-------- 铂[铂丝直径: 5000 mm] 展性最好的金属是-------- 金[金箔厚: 1 mm] 10000

最活泼的金属是---------- 铯

最稳定的金属是---------- 金

练习 1.金属晶体的形成是因为晶体中存在( C) A.金属离子间的相互作用 B.金属原子间的相互作用 C.金属离子与自由电子间的相互作用 D.金属原子与自由电子间的相互作用 2.金属能导电的原因是( B) A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的 相互作用较弱 B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用 下可发生定向移动 C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作 用下可发生定向移动 D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子

练习
3.下列叙述正确的是( B ) A.任何晶体中,若含有阳离子也一定含有阴 离子 B.原子晶体中只含有共价键 C.离子晶体中只含有离子键,不含有共价键 D.分子晶体中只存在分子间作用力,不含 有其他化学键 4.为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐 降低,而卤素单质的熔沸点从上到下却升高?

知识回顾:三种晶体类型与性质的比较
晶体类型 概念 原子晶体 相邻原子之间以共价 键相结合而成具有空 间网状结构的晶体 分子晶体 金属晶体 分子间以范德 通过金属键形成的 华力相结合而 晶体 成的晶体

作用力
构成微粒 物 理 性 质 实例 熔沸点 硬度 导电性

共价键 原子 很高 很大 无(硅为半导体)
金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅

范德华力

金属键
金属阳离子 和自由电子

分子 很低
很小

差别较大
差别较大 导体
Au、Fe、Cu、钢 铁等


Ar、S等

配位数:

在晶体中,与每个微粒紧密相邻的微粒个数
空间利用率: 晶体的空间被微粒占满的体积百分数,它用来 表示紧密堆积的程度

二、金属晶体的原子堆积模型
金属原子在二维空间(平面)上有二种排列方式

配位数=4 (a)非密置层

配位数=6 (b)密置层

思考与交流 金属晶体可以看成金属原子在三维
空间中堆积而成.那么,非密置层在三维空间里堆积有 几种方式?请比较不同方式堆积时金属晶体的配位 数、原子的空间利用率、晶胞的区别。

晶胞的形状是什么? 含几个原子?

1、简单立方堆积

[ Po ]

配位数: 6 空间占有率: 52%
每个晶胞含原子数: 1

2、体心立方堆积-----钾型
( IA,VB,VIB)

非密置层的另一种堆积是将上层金属 原子填入下层的金属原子形成的凹穴中 金属晶体的堆积方式──体心立方堆积

配位数: 8 空间占有率: 68%
每个晶胞含原子数:

2

空间利用率计算
例1:计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率。

解:体心立方晶胞:中心有1个原子, 8个顶点各1个原子,每个 原子被8个 晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1 + 8 × 1/8 = 2

思考:密置层的堆积方式有哪些?
第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1,3,5 位。 ( 或对准 2,4,6 位,其情形是一样的 )

1
3 6 5

2
3 4

6 5 4

A



1

2

B

关键是第三层。对第一、二层来说,第三层可以有两种最紧 密的堆积方式。

第一种是将第三层的球对准第一

层的球。

下图是此种六方 紧密堆积的前视图

1 6 5

2
3 4

A

B
A

于是每两层形成一个周期, 即 AB AB 堆积方式,形成六 方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6 ,上下层各 3 。 )

B A

第二种是将第三层的 球对准第一层的 2,4, 6 5 4 C 层。 1

2
3

6

位,不同于 AB 两层

的位置,这是

1 6 5

2 3 4

1 6
5

2

3
4

第四层再排 A,于是形 成 ABC ABC 三层一个周

A

期。 得到面心立方堆积。

C
B

1 6
5

2

A

3
4

C B

A
配位数 ( 同层

6 , 上下层各 3 ) 此种立方紧密堆积的前视图

12



按密置层的堆积方式的第一种:六方密堆积 镁型 [六方密堆积] 3、

镁型[六方密堆积](Be Mg ⅢB ⅣB ⅦB )

配位数: 12 空间占有率: 74% 每个晶胞含原子数: 2

按密置层的堆积方式的第二种:面心立方堆积 4、铜型 [面心立方]

面心立方

C
B A

铜型 [面心立方] (ⅠB Pb Pd Pt )

C B A

配位数:12 空间占有率:74%
每个晶胞含原子数: 4

空间利用率计算
例2:求面心立方晶胞的空间利用率. 解:晶胞边长为a,原子半径为r. 由勾股定理: a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目: 8 ? 1/8 + 6 ? ? = 4 ? = (4 ? 4/3 ?r 3) / a 3 = (4 ? 4/3 ?r 3) / (2.83 r ) 3 ? 100 % = 74 %

三、金属晶体的结构特征:
在金属晶体里,金属阳离子有规则地紧密堆积,自由电 子几乎均匀分布在整个晶体中,不专属哪几个特定的金属 离子,而是被许多金属离子共有。

四、金属晶体的熔点变化规律:
(1)金属晶体熔点变化差别较大。如汞在常温下是液 体,熔点很低(-38.9。C)。而铁等金属熔点很高 (1535。C)。这是由于金属晶体紧密堆积方式、金属阳 离子与自由电子的静电作用力不同而造成的差别。 (2)一般情况下(同类型的金属晶体),金属晶体的 熔点由金属阳离子半径、所带的电荷数、自由电子的多少 而定。阳离子半径越小,所带的电荷越多, 自由电子越 多,相互作用就越大, 熔点就会越高。

阅读《资料卡片》并掌握 1、金属晶体的四种堆积模型对比

1.NaCl晶体是典型的离子化合物,其中存 在哪些微粒?试写出NaCl的电子式. 2.上述离子是通过怎样的相互作用结合成 晶体的呢? 3.离子晶体中微粒间的作用是什么?

一、离子晶体
1. 定义:由阳离子和阴离子通过离子键结 合而成的晶体。 2.组成微粒:阴、阳离子 3.相互作用:离子键 4.种类繁多 强碱、活泼金属氧化物、绝

大多数盐

5、影响离子键强弱的因素:
离子半径和 离子电荷

Q1Q2 F?K 2 r

同种类型的离子晶体,通常离子半 径越 小、离子带电荷越 多 ,离子键就 越 强。离子键越强,破坏它所需能量 就越 大 。熔点就越 高 。

结合氯化钠晶体的结构,你认 为离子晶体物理性质有何特点?

5. 离子晶体物理性质的特点:
(1) 熔沸点 较高 , 难挥发难压缩。 离子电荷越多,核间距离越小,熔沸点升高。 (2) 硬度 较大 。 (3) 水溶性 一般易溶于水,而难溶于非极性溶剂。 (4) 导电性 固态不导电,水溶液或者熔融状态下能导电。

重晶石

BaSO4

明矾 KAl(SO4)2· 12H2O

莹石

CaF2

胆矾 CuSO4· 5H2O

6.几种常见的离子晶体的晶胞结构:
(1)氯化钠型晶胞
Na+ Cl-

钠离子和氯离子在晶胞中的位置: 氯离子:体心和棱中点 钠离子:面心和顶点 或者反之;交错排列

(2)CsCl晶胞
ClCs+

铯离子和氯离子的位置? 体心 铯离子: 或者反之 顶点 氯离子:
每个晶胞含铯离子、氯离 子的个数?

铯离子:1个 氯离子:1个

图3-27 NaCl晶胞 CsCl晶胞

晶体中的配位数: 【在离子晶体中离子的配位数 ( 缩写为 C.N.) 是指一个离子周围最邻近的异电性 离子的数目】。

P78科学探究1

离子 阴离子的 阳离子的 阴阳离子的 晶体 配位数 配位数 配位数比

NaCl CsCl

NaCl晶体中阴、阳离子的配位数

6 Na+的配位数为:

6 Cl-的配位数为:

CsCl的晶体结构示意图

---Cs+

---Cl-

科学探究1:

? 找出NaCl、CsCl两种离子晶体中阳离子和阴 离子的配位数,它们是否相等?

离子 晶体

阴离子的 阳离子的 配位数 配位数

阴阳离子配 位数的比值

NaCl

6

6

1:1

CsCl

8

8

1:1

NaCl、CsCl都是同一主族的 氯化物,且都是AB型,为什么它 们的配位数却不相同呢(NaCl的 是6, CsCl的是8)?

? 根据表3-5、表3-6分析,你能得出影响 离子晶体中离子配位数的什么因素? 结论: 晶体中正负离子的的半径比(r+/r-)是 决定离子晶体结构的重要因素,简称几何 因素。 一般决定配位数的多少,正负离子的 半径比越大,配位数越多。

CaF2 (萤石)型晶胞

CaF2晶体中Ca2+ 胞中含Ca2+ 、F-个数是多少?

(1)立方晶系,面心 立方晶胞。 (2)Ca2+立方最密堆 积,F-填充在全部四面 体空隙中。 (3)配位数 ①Ca2+的配位数: 8 4 ②F-的配位数 和F-的位置关系如何 ?一个CaF2晶 :
4个Ca2+和8个F-

ZnS型离子晶体

配位数

4

6

8

半径比 空间构型

0.2~ 0.4 0.4~ 0.7 0.7~1.0 ZnS NaCl CsCl

半径比一般决定配位数的多少,正 负离子的半径比越大,配位数越多。

7.决定离子晶体结构的因素
(1)几何因素
晶体中正负离子的半径比 一般决定配位数的多少,正负离子的 半径比越大,配位数越多。 晶体中正负离子的电荷比,决定正 负离子配位数是否相等 正负离子电荷比=正负离子的配位数比 离子键的纯粹程度

(2)电荷因素

(3)键性因素

1、几何因素 配位数与 r +/ r- 之比相关: 0.225 —— 0.414 4 配位 0.414 —— 0.732 6 配位 0.732 —— 1.000 8 配位

NaCl:95/181=0.525

CsCl:169/181=0.933

熔点℃

沸点℃

NaCl
CsCl

801
645

1413
1290

为什么NaCl的熔沸点比CsCl高?

结论:
对于组成和结构相似的物质, 阴、阳离子半径越小,离子键越强, 熔沸点较高,晶体越稳定。 离子键的强弱在一定程度上可以 用离子晶体的晶格能来衡量。

四、离子晶体的晶格能
1.概念:气态离子形成1摩尔离子晶体释放 的能量,通常取正值。或指拆开1mol离子晶 体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收 的能量

2.表示:符号为U 单位是KJ/mol ,取正值
3、影响晶格能大小因素 离子晶体中阴阳离子半径越小,所带电荷越多, 离子键越强,晶格能越大

4 晶格能的作用:

(1)晶格能越大,离子晶体越稳定,离子晶 体的熔沸点越高,硬度越大。

(2)岩浆晶出规则与晶格能的关系
★晶格能高的晶体熔点较高,更容易在岩浆冷 却过程中冷却下来,从而先结晶

1. 下列各指定微粒的数目之比不是1:1的是 A. Na2O2晶体中的阴离子和阳离子 AD B. NaHCO3晶体中的钠离子和碳酸氢根离子 24 2? Mg C. 12 离子中的质子和中子 D. NH4Cl溶液中铵根离子和氯离子
2. CaF2 晶体中正离子的配位数8,负离子的 配位数为 4 。 TiO2晶体中正离子的配位数为6,负离子的配 3 。 位数为______ ZnS晶体中负离子的配位数是4,正离子的配位 4 。 数为多少______

3.如图所示,在氯化钠晶体中,与每个Na+ 等距离且最近的几个Cl-所围成的空间几何构 型为( B ) A. 十二面体 B. 正八面体 C. 正六面体 D. 正四面体

2. 如图直线交点处的
圆圈为NaCl晶体中Na+ 或Cl-所处位置,晶体 中,每个Na+周围与它 最接近的且距离相等 12 的Na+个数为:____

小结:四种晶体的比较
晶体类型 晶体粒子 粒子间作 用力 离子晶体 阴、阳离子 离子键 原子晶体 分子晶体 原子 共价键 分子 分子间作 用力 金属晶体 金属阳离子、 自由电子 金属键

熔沸点 硬度
溶解性

较高 较硬
易溶于水,难 溶于有机溶剂

很高 很硬
难溶解

一般较高,少部 较低 分低 ,一般较硬, 一般较软 少部分软
相似相溶 难溶 良导体

固体不导电, 不导电 一般不导 导电情况 熔化或溶于水 电 (除硅) 后导电

一.判断晶体类型的方法
1.依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断 ① 离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作 用力是离子键。 ② 原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是 共价键。 ③ 分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力是 分子间作用力。 ④ 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子, 微粒间的作用力是金属键。

2、依据物质的分类判断: 原子晶体:仅有几种,晶体硼、晶体硅、晶体锗、金 刚石、金刚砂(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼 (BN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3); 分子晶体:大部分有机物、几乎所有酸、大多数非金 属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物(除 SiO2外)。 金属晶体:金属单质、合金; 离子晶体:多数碱、大部分盐、多数金属氧化物; 3.利用晶体的性质差异来鉴别 可用硬度、熔沸点、溶解性,导电导热性等性质

依据晶体的熔点判断 ① 离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度。 ② 原子晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度。 ③ 分子晶体的熔点低,常在数百摄氏度以下至很低 温度。 ④ 金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。
依据导电性判断 ① 离子晶体的水溶液及熔化时能导电。 ② 原子晶体一般为非导体。 ③ 分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质溶于 水,使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。 ④ 金属晶体是电的良导体。

依据硬度和机械性能判断 ① 离子晶体硬度较大或较硬、脆。 ② 原子晶体硬度大。 ③ 分子晶体硬度小且较脆。 ④ 金属晶体多数硬度大,但也有较小的,具有延展性。

2.晶体熔沸点高低的判断? (1)不同类型晶体的熔沸点:原子晶体>离子晶 体>分子晶体;金属晶体(除少数外)>分子晶体; 金属晶体熔沸点有的很高,如钨,有的很低,如汞 (常温下是液体)。 (2)同类型晶体的熔沸点: ① 原子晶体:原子晶体的熔沸点主要由晶体中共 价键的强弱决定,且共价键越强,熔点越高。 结构相似,半径越小,键长越短,键能越大,熔沸 点越高。如金刚石>氮化硅>晶体硅。

② 分子晶体: 组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,分子间 作用力越强,晶体熔沸点越高。如CI4>CBr4>CCl4 >CF4。 若相对分子质量相同,如互为同分异构体,一般支链 数越多,熔沸点越低,特殊情况下分子越对称,则熔 沸点越高。 若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类 晶体强,故熔沸点特别高。

④ 离子晶体:离子所带电荷越多,半径越小,离子键 越强,熔沸点越高。如KF>KCl>KBr>KI。

③ 金属晶体:主要由离子半径和离子所带电荷数 (离子键强弱)决定, 所带电荷数越大,原子半径越小,则金属键越强, 熔沸点越高。如Al>Mg>Na>K。 合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。 判断:原子晶体的熔点一定都比金属晶体的高 分子晶体的熔点一定就比金属晶体的低

如金属钨的熔点

如汞

1.食盐晶体如右图所示。在晶体中, 表示Na+, 表示Cl。已知食盐的密度为 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

B

2.钡在氧气中燃烧时的得到一种钡的氧化物晶 体,起结构如下图所示,有关说法正确的是 A.该晶体属于离子晶体 B.晶体的化学式为Ba2O2 C.该晶体晶胞结构与CsCl相似 D.与每个Ba2+距离相等且最近的Ba2+共有12个

AD
Ba2+

3.据报道,某种合金材料有较大的储氢容量, 其晶体结构的最小单元如右图所示。则这种合 金的化学式为 A.LaNi6 B.LaNi3 C.LaNi4 D.LaNi5

D

Ni原子 La原子

4.某离子晶体中晶体结构最小的重复单元如 图:A为阴离子,在正方体内,B为阳离子, 分别在顶点和面心,则该晶体的化学式为 A.B2A B.BA2 C.B7A4 D.B4A7

A

5.高温下,超氧化钾(KO2)晶体结构与NaCl相似,其 晶体结构的一个基本重复单元如右图所示,已知晶体中 氧的化合价可看作部分为0价,部分为—2价。则下列说 法正确的是 A.晶体中,0价氧原子与-2价氧原子的数目比为1:1 B.晶体中每个K+周围有8个O2—,每个O2—周围有8个 K+ C.超氧化钾晶体中阳离子与阴离子的个数比为1:2 D.晶体中与每个K+距离最近的K+有12个

D

6.石墨是层状晶体,每一层内,碳原子排列成正六边 形,许多个正六边形排列成平面网状结构。如果每 两个相邻碳原子间可以形成一个碳碳单键,则石墨 晶体中每一层碳原子数与碳碳单键数的比是 ( D) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.2∶3
7.下列各组物质中,按熔沸点由高到低的顺序排列 正确的是( D) A.O2、I2、Hg B.Cl2、KCl、SiO2 C.Rb、K、Na D.SiC、NaCl、SO2

8.某离子化合物的晶体中,最小重复单元及其八分之 一结构单元如图所示,具有该晶体结构的化合物可能 是A ( ) A.CaF2 B.CO2 C.NaCl D.CsCl

二、晶体中距离最近的微粒数的计算: 例1:在氯化钠晶体(图1)中,与氯 离子距离最近的钠离子有 个;与 氯离子距离最近的氯离子有 个。
例2:二氧化碳晶体中,与二氧化碳 分子距离最近的二氧化碳分子有 个。

三.晶体中化学键数目的计算
例5:金刚石结构中,一个碳原子与 个碳原子成键, 则每个碳原子实际形成的化学键为 根;a mol金刚 石中,碳碳键数为 mol。 例7:C60分子是形如球状的多面体,该结构的建立是 基于如下考虑:①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3 个碳原子形成化学键②C60分子只含有五边形和六边 形。C70分子也可制得,它的分子模型可以与C60同样 考虑而推知。通过计算确定C60和C70分子中五边形和 六边形数。

四.综合计算 例8:中学教材图示了氯化钠的晶体结构,它向三维 空间伸得到完美的晶体。NiO(氧化镍)晶体的结构 与氯化钠相同,Ni2+与最近距离的O2-为a × 10-8cm, 计算晶体的密度。

例9:二氧化硅晶体的结构计算:书本上介绍了二氧 化硅晶体平面示意图(图1),图2表示空间网状示 意图,图3表示二氧化硅的晶胞。试回答: (1)30g二氧化硅中含有 molSi-O键。 (2)最小的环上共有 个原子,其中 个氧原子, 硅原子。 (3)已知二氧化硅晶体的密度为ρg/cm3,试求出二 氧化硅晶体中硅氧键的键长。

1.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,其化学式可写作 CxK,其平面图形见下图,则x值为 ) A ( A、8 B、12 C、24 D、60

2、德国和美国科学家首先制出由20个碳原子组成的 空心笼状分子C20,该笼状结构是由许多正五边形构成 12 个正五边形, (如右图)。请回答: C20分子共有____ 分子 共有 30 条棱边,C20晶体属于_________ (填晶体 类型)。

3.(1)BN是一种新型的无机材料,由于
属等电子体物质,其结构和性质具有极大的相似性, 则可推知,在BN的两种晶型中,一种是类似 金刚石 的空间网状结构晶体,可用作耐磨材料; _________ 石墨 的层状结构的混合型晶体, 另一种是类似于_________ 可作用润滑材料,在其结构的每一层上最小的封闭环 中有_________ 个B原子,B—N键键角为_________ 3 120° (2)单质硼有无定形体和晶体两种,参考下表数据。

①晶体硼的晶体类型属于 原子 晶体,理由是: ②已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十 面体(如图1—6所示),

其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点,每个 顶点上各有1个硼原子。通过观察图形及推算,此基 12 本结构单元由_________ 个硼原子构成。其中B—B键 的键角为_________ 。B-B键共有30 条。 60°

4.1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位 科学家。C60分子是形如球状的多面体(如右图),该结构 的建立基于以下考虑: ①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键; ②C60分子只含有五边形和六边形; ③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉 定理:顶点数 + 面数-棱边数 = 2。据上所述,可推 知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含 的双键数为30。 请回答下列问题:

请回答下列问题: (1)固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应是 金刚石 , (2)通过计算,确定C60分子所含单键数________ 。 60 (3)试估计C60跟F2在一定条件下,反应生成化合物 可能的化学式 C60F60 (4)C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60 同样考虑而推知。通过计算(要有计算过程)确定C70分 子中五边形和六边形的数目。
12 25

5.晶体具有规则的几何外形,晶体中最基本的重复单位 称为是晶胞。NaCl晶体结构如图所示,已知FexO晶体晶 胞结构为NaCl型,由于晶体缺陷,x值小于1,测知 FexO晶体密度为5.71g/cm3,晶胞边长为4.28×10-10m 。

(1) FexO中x值(精确到0.01)为



(2)晶体中的Fen+分别为Fe2+ 、Fe3+ ,在Fe2+和Fe3+总 数中, Fe2+所占分数(用小数表示,精确至0.001) 为 ? (3)此晶体的化学式为?

(4)与某个Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-围成 的空间几何形状是 ?
(5)在晶体中,铁元素的离子间的最短距离为 m ?

晶体结构

晶胞示意图

Si O

180?

109? 28?

共价键

[ Po ]

镁型[六方密堆积](Be Mg ⅢB ⅣB ⅦB )

配位数: 12 空间占有率: 74% 每个晶胞含原子数: 2

按密置层的堆积方式的第二种:面心立方堆积 4、铜型 [面心立方]

C B A

图3-27 NaCl晶胞 CsCl晶胞

CaF2 (萤石)型晶胞

ZnS型离子晶体


高中化学竞赛之晶体练习

高中化学竞赛晶体练习_学科竞赛_高中教育_教育专区。高中化学竞赛晶体练习一、选择题 1、氢气是重要而洁净的能源,要利用氢气作能源,必须安全有效地储 存氢气。...

化学竞赛晶体结构综合例题_图文

化学竞赛晶体结构综合例题_学科竞赛_高中教育_教育专区。化学竞赛晶体结构方面的...rCl-=181pm,试问此两种离于联合组 成了何种型式的密堆积; 3.Cu2+处在何种...

中学化学竞赛《晶体结构》测试题

中学化学竞赛晶体结构》测试题_学科竞赛_高中教育_教育专区。晶体结构测试题(...3、金属钋晶体是简单立方晶格结构,按紧密堆积原理,计算晶体中空隙体积的百分数。...

对化学竞赛中晶体结构题目的分析和处理

化学竞赛晶体结构题目的分析和处理_学科竞赛_高中教育_教育专区。对化学竞赛...z 三 轴对晶体进行切割(想象出未画出部分),得下图:可见,每个 钾离子周围有 ...

高中化学竞赛总训练5晶体结构

高中化学竞赛总训练五、晶体结构 1. (1)一种金属化合物中晶体结构为立方面心...13.将一定量的纯粹的 NiO 晶体在氧气中加热,部分 Ni2+被氧化为 Ni3+,得到...

1998-2008年高中化学竞赛(初赛)有关晶体结构的试题及答...

1998-2008年高中化学竞赛(初赛)有关晶体结构的试题及答案解析_高三理化生_理化生...(1.5 分) (共计 5 分 3-3 该晶胞的形状属于国际晶体学联合会在 1983 年...

高二化学竞赛晶体经典习题例题

高二化学竞赛晶体经典习题例题_高二理化生_理化生_高中教育_教育专区。高二化学竞赛...(A) A.C100F60 B.C100F20 C.C100F12 D.C100F40 3.氢气是重要而洁净的...

全国高中学生化学竞赛[省级赛区]试题—晶体结构专题

中学化学资料网:[www.e-huaxue.com] 设计制作:隽桂才 全国高中学生化学竞赛[省级赛区]试题— 全国高中学生化学竞赛[省级赛区]试题—晶体结构专题 2000 年: 4....

高中化学竞赛经典讲义

高中化学竞赛经典讲义_学科竞赛_高中教育_教育专区。...(3) 自发形成多面体外形 无论是天然矿物晶体还是...东北师大附中理科学霸高中化学选修5笔记 36份文档 ...

化学竞赛专题讲座三:晶体结构_图文

化学竞赛专题讲座:晶体结构_学科竞赛_高中教育_教育专区。化学竞赛专题讲座 ...使得熔化时原来需要打断的离子键部分变成了分子间作用力,所以晶体的熔点 会降低。...