高中化學(xué)晶體結(jié)構(gòu)

1、 晶體結(jié)構(gòu) 【知識(shí)動(dòng)脈】一、晶體與非晶體1. 晶體：是內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的物質(zhì)。非晶體：是內(nèi)部的原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態(tài)的物質(zhì)。思考晶體規(guī)則的幾何外型與組成晶體的微粒在空間的存在什么關(guān)系？表3-1晶體與非晶體的本質(zhì)差異自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外型）原子在三維空間里呈周期性的有序排列非晶體沒有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外型）原子排列相對(duì)無序2. 晶體的基本性質(zhì)(1)自范性：即晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)幾何多面體外形的性質(zhì) (2)均一性 (3)各向異性 (4)對(duì)稱性 (5)有確定的熔點(diǎn)3. 晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別：構(gòu)成固體的粒子在三維空間里是

2、否呈現(xiàn)周期性的有序排列4. 得到晶體三條途徑：(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固；冷卻速率恰當(dāng)，得到規(guī)則晶體。冷卻速率過快，會(huì)得到不規(guī)則塊狀物質(zhì)看不到幾何外形的粉末(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；分組實(shí)驗(yàn)1晶體碘的升華和凝華：在一個(gè)小燒杯里加入少量碘，用一個(gè)表面皿蓋在小燒杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小燒杯放在石棉網(wǎng)上加熱，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。投影實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：固體直接變成紫色蒸氣，蒸氣遇冷，又重新凝聚成固體。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：晶體碘可產(chǎn)生凝華現(xiàn)象 (3)溶質(zhì)從溶液中析出。二、常見的晶體 1. 離子晶體氯化鈉型氯化銫型 2. 分子晶體 干冰的晶體結(jié)構(gòu) 3. 金屬晶體 晶體的堆積方式： 4. 原子晶體 金剛石 石

3、英【例題1】分析化學(xué)中常用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)，有一種藍(lán)色晶體可表示為：MxFey(CN)z，研究表明它的結(jié)構(gòu)特性是：Fe2+和Fe3+分別占據(jù)立方體的頂點(diǎn)，自身互不相鄰，而CN位于立方體的棱上。晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法不正確的是（ ）A該晶體中含有共價(jià)鍵，是共價(jià)晶體 BM離子位于晶胞面心，呈+2價(jià)CM離子位于晶胞體心，呈+1價(jià)，且M+空缺率為50%（體心中沒 有M+占總體心的百分比）D晶體的化學(xué)式可表示為MFe2(CN)6，且M為+1價(jià)答案：B【變式訓(xùn)練1】右圖表示一個(gè)晶胞，該晶胞為正方體型，原子(或分子、離子)位于正方體的頂點(diǎn)和面心。試回答下列問題(只需回答一種代表物即可)：(1)若

4、這是一個(gè)分子晶體的晶胞，其代表物質(zhì)是 ；(2)若這是一個(gè)金屬晶體的晶胞，其代表物質(zhì)是 ；(3)若這是一個(gè)不完整的金剛石晶胞，則晶胞中其他碳原子的數(shù)目和位置是 ；(4)若這是一個(gè)不完整的NaCl晶胞，且頂點(diǎn)和面心的實(shí)心球表示Na，則晶胞中Cl位置是 ；(5)若這是一個(gè)不完整的CaF2晶胞，且已知CaF2中Ca2+的F配位數(shù)為8，則圖中實(shí)心球表示Ca2還是F？答： 。例2. 下面我們一起來認(rèn)識(shí)一些硼的化合物：(1)2008 年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)的外形好似“鳥巢” (The Bird Nest )。有一類硼烷也好似鳥巢，故稱為巢式硼烷。巢式硼烷除 B10H14不與水反應(yīng)外，其余均易與水反應(yīng)生成氫氣和

5、硼酸，硼烷易被氧化。下圖是三種最簡(jiǎn)單的巢式硼烷， 這類硼烷的通式可表示為_。(2)硼酸是一元酸，它在水中的電離方程式可表示為H3BO3H2OHB(OH)4-，H3BO3分子和B(OH)4-離子中硼原子的雜化類型分別是_、_。(3)一種硼鎂超導(dǎo)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)單元如右圖所示： 試寫出這種超導(dǎo)材料的化學(xué)式 。完成并配平下列化學(xué)反應(yīng)方程式。 HCl B4H10 B H2 寫出B4H10在空氣中燃燒的化學(xué)方程式 。答案：(1) CnHn + 4(n5) (2)sp2 sp3 (3) MgB2 6MgB212HClB4H108BH26MgCl2 2B4H1011O24B2O310H2O【變式訓(xùn)練2】由氧化

6、物經(jīng)氯化作用過生成氯化物是工業(yè)生產(chǎn)氯化物的常用方法，Cl2、CCl4是常用的氯化劑。如：CaO晶胞CaONa2OCl2=2NaClO2，CaOCl2=CaCl2O2，SiO22CCl4=SiCl42COCl2，Cr2O33CCl4=2CrCl33COCl2，請(qǐng)回答下列問題：(1)Cr2O3、CrCl3中Cr均為3價(jià)，寫出Cr3的基態(tài)電子排布式_ ；(2)CCl4分子的價(jià)層電子對(duì)互斥模型和立體結(jié)構(gòu)_(填“相同”、“不相同”），理由是_；(3)COCl2俗稱光氣，分子中C原子采取sp2雜化成鍵。光氣分子的結(jié)構(gòu)式是_，其中碳氧原子之間共價(jià)鍵是_(填序號(hào)）：a2個(gè)鍵 b2個(gè)鍵 c1個(gè)鍵、1個(gè)鍵(4)C

7、aO晶胞如右上圖所示，CaO晶體中Ca2的配位數(shù)為_。CaO晶體和NaCl晶體中離子排列方式相同，其晶格能分別為：CaO3 401kJ/mol、NaCl786kJ/mol。導(dǎo)致兩者晶格能差異的主要原因是_。【課后練習(xí)】1下列各組物質(zhì)氣化或熔化時(shí)，所克服的微粒間的作用(力)，屬同種類型的是 ( )A碘的升華和NH4Cl的“升華” B二氧化硅和生石灰的熔化C氯化鈉和鐵的熔化 D苯和己烷的蒸發(fā) 2下列物質(zhì)的分子中，既有“s-p 鍵”又有“p-p 鍵”的是AH2O2 BBr2 CHClO DPCl33下列化合物分子中不含鍵的是A乙醇 B二氧化碳 C甲酸 D葡萄糖4下面的排序不正確的是A晶體熔

8、點(diǎn)由低到高：CF4<CCl4<CBr4<CI4 B硬度由大到小：金剛石>碳化硅>晶體硅C熔點(diǎn)由高到低：Na>Mg>Al D晶格能由大到小：NaF> NaCl> NaBr>NaI5X、Y都是IIA(Be除外)的元素，已知它們的碳酸鹽的熱分解溫度：T(XCO3)>T(YCO3)，則下列判斷不正確的是A晶格能：XCO3>YCO3 B陽離子半徑：X2+>Y2+C金屬性： X>Y D氧化物的熔點(diǎn)： XO>YO6同一物質(zhì)在不同溫度壓強(qiáng)下，會(huì)呈現(xiàn)不同的狀態(tài)。碘的三種狀態(tài)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示。根據(jù)圖中信息得出的結(jié)

9、論不正確的是A對(duì)碘固體加熱，碘將從固態(tài)直接變成氣態(tài)B在P0 kPa、T0 K時(shí)，碘的三種狀態(tài)可以同時(shí)存在C在P1 kPa、T1 K時(shí)，碘以氣態(tài)形式存在D在P1 kPa時(shí)，將碘蒸氣降溫，可以看到碘蒸氣變成液態(tài)7下列說法正確的是（ ）A第二周期元素的第一電離能隨原子序數(shù)遞增依次增大B鹵族元素中氟的電負(fù)性最大CCO2、SO2都是直線型的非極性分子DCH2=CH2分子中共有四個(gè)鍵和一個(gè)鍵8下列敘述正確的是（ ）A原子晶體中可能存在極性共價(jià)鍵B干冰升華時(shí)分子內(nèi)共價(jià)鍵發(fā)生斷裂C原子晶體的熔點(diǎn)比分子晶體的熔點(diǎn)高D離子晶體中只含離子鍵，不含共價(jià)鍵9近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種由100個(gè)碳原子構(gòu)成的具有完美對(duì)稱性的C1

10、00原子團(tuán)，其最內(nèi)層是由20個(gè)碳原子構(gòu)成的正十二面體（每個(gè)碳原子與其它3個(gè)碳原子相連），外層由60個(gè)碳原子 形成12個(gè)獨(dú)立的正五邊形，處于中間層的20個(gè)碳原子將內(nèi)、外兩層碳原子連接在一起，有關(guān)C100的說法正確的是AC100跟石墨性質(zhì)相似，都是原子晶體B外層60個(gè)碳原子形成的正五邊形中含有鍵，可發(fā)生加成反應(yīng)C當(dāng)與足量氫氣完全反應(yīng)時(shí)，生成物分子式為C100H60D當(dāng)與足量氟氣完全反應(yīng)時(shí)，生成物分子式為C100F2010有A、B、C、D、E、F六種元素，已知：它們位于三個(gè)不同短周期，核電荷數(shù)依次增大。E元素的電離能數(shù)據(jù)見下表（kJ·mol-1）：I1I2I3I44964562691295

11、40B與F同主族。A、E分別都能與D按原子個(gè)數(shù)比11或2l形成化合物。B、C分別都能與D按原子個(gè)數(shù)比11或12形成化合物。(1)寫出只含有A、B、D、E四種元素的兩種無水鹽的化學(xué)式 、 。(2)B2A2分子中存在_個(gè)鍵，_個(gè)鍵。(3)下表列出了上述部分元素形成的化學(xué)鍵的鍵能：化學(xué)鍵FDFFBBFBCDDD能/kJ·mol1460176347.7347745497.3下列四種物質(zhì)形成的晶體，熔點(diǎn)由高到低的順序(用a、b、c、d表示)： 。aF與B形成的化合物 bB與D形成的穩(wěn)定化合物 cF的單質(zhì) dE與D形成的化合試計(jì)算1molF單質(zhì)晶體燃燒時(shí)的反應(yīng)熱：_。11(1)在元素周期表中，同

12、一主族元素化學(xué)性質(zhì)相似，目前也發(fā)現(xiàn)有些元素的化學(xué)性質(zhì)和它在元素周期表中左上方或右下方的另一主族元素性質(zhì)相似，這稱為對(duì)角線規(guī)則。(2)有些物質(zhì)如B(OH)3(硼酸)、Al(OH)3中心原子是缺電子的，即他們的中心原子最外層電子數(shù)都不滿8個(gè)電子。為了使其中心原子達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，中心原子可以接受來自具有孤對(duì)電子對(duì)原子的一對(duì)電子形成特殊的共價(jià)鍵即配位鍵，配位鍵可以用“”表示，如(供出電子對(duì))AB（接受電子對(duì)）。正因?yàn)槿绱薆(OH)3（硼酸）在水中也有一定的酸性，但不是本身電離出H+，而是靠奪取水中的OH使水電離出H+從而使溶液呈現(xiàn)酸性。即：B(OH)3+H2OB(OH)4+H+，根據(jù)上述信息，請(qǐng)回

13、答問題：(1)鋰在空氣中燃燒除生成 _外，也生成微量的 _(用化學(xué)式填寫)。(2)鈹?shù)淖罡邇r(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的化學(xué)式是 ；屬于_(填酸性、堿性或兩性)化合物，并能證明其性質(zhì)的離子方程式是 。(3)若已知反應(yīng)Be2C+4H2O=2Be(OH)2+CH4，則將Al4C3投入過量強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的離子方程式： 。 (4)科學(xué)家證實(shí)，氯化鋁屬于共價(jià)化合物，分子式為Al2Cl6，其結(jié)構(gòu)式為下列四種中的一種，你認(rèn)為正確的結(jié)構(gòu)是_。由原子間的成鍵特點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)中心原子Al的雜化類型可能為_；若這種雜化類型成立，則處在同一平面內(nèi)的原子最多有_個(gè)。12A、B、C、D、E、F、G七種元素，它們的原子序數(shù)依次增大，除

14、G外均為前20號(hào)元素。A原子基態(tài)時(shí)p能級(jí)原子軌道上電子數(shù)等于次外能層電子數(shù)，C元素的原子基態(tài)時(shí)s能級(jí)與p能級(jí)上的電子數(shù)相等，C、D處于相同的能級(jí)，且D是同期中電負(fù)性最大的元素，E原子的第一至第四電離能（kJ·mol1）分別為：578、1817、2745、11575，F(xiàn)元素原子中4s能級(jí)有2個(gè)電子。G元素的原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1。(1)B形成的單質(zhì)中有_個(gè)鍵，_個(gè)鍵，上述元素形成的化合物中和B是等電子的是_(填化學(xué)式)(2) E單質(zhì)投入到B的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的濃溶液中的現(xiàn)象是_。(3)D、F組成的晶體FD2結(jié)構(gòu)如圖所示，G形成晶體的結(jié)

15、構(gòu)如所示，為H3BO3晶體結(jié)構(gòu)圖(層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)的H3BO3分子通過氫鍵結(jié)合)。 圖 圖 圖圖I所示的FD2晶體中與F離子最近且等距離的F離子數(shù)為 ，圖III中未標(biāo)號(hào)的G原子形成晶體后周圍最緊鄰的G原子數(shù)為 ；圖II所示的物質(zhì)結(jié)構(gòu)中最外能層已達(dá)8電子結(jié)構(gòu)的原子是 ，H3BO3晶體中B原子個(gè)數(shù)與極性鍵個(gè)數(shù)比為 ；三種晶體中熔點(diǎn)高低的順序?yàn)?(填空化學(xué)式)，H3BO3晶體受熱熔化時(shí)，克服的微粒之間的相互作用為 。13右圖所示為PTC元件（熱敏電阻）的主要成分鋇鈦礦晶 體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單位。該晶體經(jīng)X射線分析鑒定，重復(fù)單位為正方體，邊長(zhǎng)a=403.1pm，頂點(diǎn)位置為Ti4+所占，

16、體心位置為Ba2+所占，所有棱心位置為O2所占。(1)寫出晶體的化學(xué)式 ，(2)若將Ti4+置于晶胞的體心，Ba2+置于晶胞的頂點(diǎn)，則O2處于立方體的什么位置？ ，(3)在該物質(zhì)的晶體中，每個(gè)Ti4+周圍與它最鄰近的且距離相等的Ti4+有幾個(gè)？它們?cè)诳臻g呈什么形狀分布？(4)已知O2半徑為140pm，計(jì)算Ti4+半徑和Ba2+半徑 。【參考答案】¤課前練習(xí)：1、答案：D2、答案：(1)1s22s22p6(2） (3）小 b(4）Cu 63、答案：4¤知識(shí)動(dòng)脈例題1、B變式訓(xùn)練1、答案：(1)干冰、碘等(2)銅 (3)其他4個(gè)碳原子位于4個(gè)互不相鄰小立方體的中心 (4)體心和

17、12條棱邊的中心(5)Ca2+例2. 答案：(1) CnHn + 4(n5) (2)sp2 sp3 (3) MgB2 6MgB212HClB4H108BH26MgCl2 2B4H1011O24B2O310H2O變式訓(xùn)練2、答案：(1)1s22s22p63s26p33d3(2)相同 中心原子C原子的最外層電子均參與成鍵(3) c(4)6 CaO晶體中離子的電荷數(shù)大于NaCl，離子間的平均距離小于NaCl¤課后練習(xí)答案、1D 2C 3A 4C 5AD 6AD 7B 8AC 9BC10(1)NaHCO3 CH3COONa (或其它有機(jī)酸的鹽) (2)3 2 (3)acdb -990.7kJ/mol 1