晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)復(fù)習(xí)

1、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)復(fù)習(xí)一、分子晶體(1)分子緊密堆積：分子間作用力只是范德華力，以一個(gè)分子為中心，其周圍通?？梢杂?2個(gè)緊鄰的分子。如O2、CO2、C60；(2)分子非緊密堆積：分子間除范德華力外還有其它作用力（如氫鍵），分子晶體堆積要少于12個(gè)。如在冰的晶體中，每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)緊鄰的水分子相互吸引構(gòu)成冰的晶體，其空間利用率不高，使得冰的密度減小。干冰晶體干冰晶體中每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體且再在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2。在每個(gè)CO2周圍等距離（a/2，a為立方體棱長(zhǎng)）最近的CO2有12個(gè)（同層4個(gè)、上層4個(gè)、下層4）。CO2分子晶體的晶胞中，其中平均含有 4 個(gè)分子；在晶體中截

2、取一個(gè)最小的正方形；使正方形的四個(gè)頂點(diǎn)都落到CO2分子的中心，則在這個(gè)正方形的平面上有_ 4 個(gè)CO2分子；干冰晶體每個(gè)CO2分子周圍距離相等且最近的CO2分子數(shù)目為 12 ；干冰是CO2晶體，分之間存在范德華力；性質(zhì)特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，易升華，工業(yè)上用作制冷劑。冰晶體冰晶體中每個(gè)水分子周圍只有 4 個(gè)緊鄰的水分子，呈正四面體形；構(gòu)成冰晶體的主要作用力是氫鍵(也存在范德華力)，是分子晶體；特點(diǎn)：40C密度最大，水的分解溫度遠(yuǎn)高于其沸點(diǎn)；1molH2O分子中含有的共價(jià)鍵數(shù)目為_2 NA _；1molH2O分子中含有的氫鍵數(shù)目為_2 NA _；冰晶體中，一個(gè)H2O分子周圍有的4個(gè)氫鍵；從結(jié)構(gòu)的角度分析“

3、固態(tài)水(冰)水水蒸氣氫氣和氧氣”的變化，在變化的各階段被破壞的粒子間的主要相互作用依次是氫鍵、氫鍵、極性共價(jià)鍵。為什么水在40C時(shí)的密度最大？當(dāng)冰剛剛?cè)诨梢簯B(tài)水時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子的空隙減小，密度增大。超過40C時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距離加大，密度逐漸減小，所以40C時(shí)水的密度最大。為什么冰的密度小于干冰？干冰晶體內(nèi)只存在范德華力,一個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰分子,形成分子密堆積。在冰晶體中分子間作用力主要是氫鍵,一個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子,形成分子非密堆積。所以干冰的密度大于冰的密度。白磷分子的結(jié)構(gòu)白磷（P4）分子的結(jié)構(gòu)是一個(gè)正四面體，其中每個(gè)P原子均以三個(gè)共價(jià)鍵與

4、另外三個(gè)P原子相結(jié)合，P-P鍵之間的夾角為600。白磷緩慢氧化或在不充分的空氣中燃燒時(shí)，P-P鍵斷開而嵌入一個(gè)氧原子，就生成了分子式為P4O6的磷的低價(jià)氧化物。在這種氧化物分子中每個(gè)磷原子還有一對(duì)孤對(duì)電子，可以在繼續(xù)氧化中結(jié)合4個(gè)氧原子而生成分子式為P4O10的磷的高價(jià)氧化物。Cn的結(jié)構(gòu)(1)中有五邊形和六邊形，每個(gè)五邊形占有的碳原子數(shù)應(yīng)為5/3個(gè),而每個(gè)六邊形占有的碳原子數(shù)為2個(gè)。(2)關(guān)于棱數(shù)，由于每個(gè)孤立的碳原子周圍有三個(gè)鍵（一個(gè)雙鍵，兩個(gè)單鍵）。而每個(gè)鍵卻又是兩個(gè)碳原子所共有，因此棱數(shù)n×3×(1/2)(3)單、雙鍵數(shù)的求法： 單鍵數(shù)+雙鍵數(shù)總棱邊數(shù) 單鍵數(shù)2

5、15;雙鍵數(shù)（即單鍵數(shù)為雙鍵數(shù)的2倍）(4)五邊形及六邊形數(shù)目的求法：設(shè)五邊形為a個(gè)，六邊形為b個(gè)，則有：5a/3+2×bn，n+ (a + b)3n/22(歐拉定理：頂點(diǎn)數(shù)+面數(shù)棱邊數(shù)2)a、 b由兩式聯(lián)立方程組求解可得。注意：分子晶體與化學(xué)鍵：分子晶體中一定存在范德華力，不一定存在化學(xué)鍵；除稀有氣體構(gòu)成的晶體外，一般分子晶體中分子間存在的作用力是范德華力，部分有氫鍵。二、原子晶體常見的原子晶體：某些非金屬單質(zhì)：金剛石（C）、晶體硅(Si)、晶體硼（B）、晶體鍺(Ge)等；某些非金屬化合物：碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體；某些氧化物：二氧化硅（SiO2）晶體。金剛石金剛石

6、晶體是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)每個(gè)C與另4個(gè)C以共價(jià)鍵結(jié)合，前者位于正四面體頂點(diǎn)。晶體中所有C-C鍵長(zhǎng)相等、鍵角相等（均為109028）；晶體中最小碳環(huán)由6個(gè)C組成且六者不在同一平面內(nèi)；晶體中每個(gè)C參與了4個(gè)C-C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有一半，故C原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為(4×1/2)412。在金剛石晶體中，每個(gè)碳與 4 個(gè)碳成鍵，形成空間結(jié)構(gòu)是正四面體形；晶體中最小碳環(huán)由 6 個(gè)C原子組成，它們不在同一平面內(nèi)上；在金剛石晶體中，碳原子個(gè)數(shù)與CC鍵數(shù)之比為 12 ；晶體中每個(gè)碳原子參與了 4 條CC鍵的形成；12g金剛石中CC鍵數(shù)為_2 NA _；每個(gè)碳原子上任意兩個(gè)CC鍵間的夾角

7、是 109028；12g金剛石含最小六元環(huán)的數(shù)目為_0.5 NA _；二氧化硅SiO2中每個(gè)Si與4個(gè)O結(jié)合，前者在正四面體的中心，后者在正四面體的頂點(diǎn)；同時(shí)每個(gè)O被兩個(gè)正四面體所共用。每個(gè)正四面體占有一個(gè)完整的Si、四個(gè)“半O原子”，故晶體中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為1(4×1/2)12。在SiO2晶體中，1個(gè)Si原子和4個(gè)O原子形成4個(gè)共價(jià)鍵，每個(gè)Si原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子；同時(shí)，每個(gè)O原子跟2個(gè)Si原子相結(jié)合。實(shí)際上，SiO2晶體是由Si原子和O原子按12的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。附：混合型-石墨的片層結(jié)構(gòu)石墨晶體是一種混合晶體層內(nèi)存在共價(jià)鍵，層間以范德華力結(jié)合，兼具有原子晶

8、體、分子晶體和金屬晶體的特征和特性。在層內(nèi)，每個(gè)C與3個(gè)C形成C-C鍵，構(gòu)成正六邊形，鍵長(zhǎng)相等，鍵角相等（均為1200）；在晶體中，每個(gè)C參與3條C-C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有一半，故每個(gè)正六邊形平均只占有6×1/32個(gè)C，C原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為23×(2/2)2：3。片層中平均每個(gè)六元環(huán)含碳原子數(shù)為6×1/32個(gè)；12g石墨中正六邊形的數(shù)目為0.5 NA ；在片層結(jié)構(gòu)中，碳原子數(shù)、CC鍵數(shù)、六元環(huán)數(shù)之比為231。三、離子晶體NaCl晶體NaCl晶體中Na+和Cl交替占據(jù)立方體的頂點(diǎn)而向空間延伸。(1)在每個(gè)Na+周圍最近的等距離（設(shè)為a）的Cl有6

9、個(gè)（上、下、左、右、前、后），在每個(gè)Cl周圍最近的等距離的Na+ 亦有6個(gè)；在每個(gè)Na+周圍最近的等距離（必為a）的Na+有12個(gè)（同層4個(gè)、上層4個(gè)、下層4個(gè)），在每個(gè)Cl周圍最近的等距離的Cl亦有12個(gè)。(2)在晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)晶胞由 8 個(gè)小立方體構(gòu)成，每個(gè)小立方體的8個(gè)頂點(diǎn)分別由 4 個(gè)Na+、 4 個(gè)Cl相鄰占據(jù)，每個(gè)小立方體含Na+ 0.5 個(gè)、含Cl0.5 個(gè)。故每個(gè)晶胞有NaCl微粒 4 個(gè)；(3)在晶體中，經(jīng)過立方體的中心Na+的平面有三個(gè)，每個(gè)平面的四個(gè)頂點(diǎn)上的Na+都同晶體中與中心Na+最接近且距離相等。所以，在晶體中，每個(gè)Na+周圍與它最接近的距離相等的Na+的個(gè)數(shù)共有

10、 12 個(gè)。同理，每個(gè)Cl周圍與它最接近且距離相等的Cl的個(gè)數(shù)也有 12 個(gè)。CsCl晶體CsCl晶體是一種立方體結(jié)構(gòu)每8個(gè)Cs+、8個(gè)Cl各自構(gòu)成立方體，在每個(gè)立方體的中心有一個(gè)異種離子（Cl或Cs+）。在每個(gè)Cs+周圍最近的等距離（設(shè)為a/2）的Cl有8個(gè)，在每個(gè)Cl周圍最近的等距離的Cs+亦有8個(gè)；在每個(gè)Cs+周圍最近的等距離（必為a）的Cs+有6個(gè)（上、下、左、右、前、后），在每個(gè)Cl周圍最近的等距離的Cl亦有6個(gè)。(1)在晶體中，每個(gè)Cl吸引 8 個(gè)Cs+，每個(gè)Cs+吸引 8 個(gè)Cl，Cs+與Cl的個(gè)數(shù)比為 11；(2)每個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元中（小立方體）含Cl 1 個(gè)，含Cs+ 1 個(gè)；

11、(3)在晶體中，每Cs+周圍與它最接近且距離相等的Cs+的個(gè)數(shù)共有 6 個(gè)。同理，每個(gè)Cl周圍與它最接近的且距離相等的Cl共有 6 個(gè)。CaF2晶體(1)距離Ca2+最近且距離相等的F離子有 8 個(gè)； (2)距離F最近且距離相等的Ca2+離子有 4 個(gè)；(3)距離Ca2+最近且相等的Ca2+離子有 12 個(gè)； (4)每個(gè)晶胞含有離子數(shù)為Ca2+： 4 F： 8 ；(5)配位數(shù)為Ca2+： 8 F： 4 簡(jiǎn)單立方體心立方六方堆積面心立方四、金屬晶體類 型 晶 胞代表金屬PoNa、K、FeCu、Ag、AuMg、Zn、Ti配位數(shù)681212晶胞占有的原子數(shù)1242原子半徑(r)與立方體邊長(zhǎng)為(a)的

12、關(guān)系相鄰的球彼此接觸r(原子)a/2體心對(duì)角線上的球彼此接觸立方體面上對(duì)角線上的球彼接觸不做計(jì)算要求?？臻g利用率52687474五、離子鍵與共價(jià)鍵、金屬鍵的比較化學(xué)鍵比較離子鍵共價(jià)鍵金屬鍵非極性鍵 極性鍵 配位鍵本 質(zhì)陰、陽離子通過靜電作用相鄰原子間通過共用電子對(duì)與原子核間的靜電作用金屬陽離子與自由電子間的作用成鍵條件成鍵原子的得、失電子能力差別很大成鍵原子的得、失電子能力相同成鍵原子的得、失電子能力差別很小成鍵原子一方有孤電子對(duì)，另一方有空軌道同種金屬或不同種金屬(合金)特 征無方向性、無飽和性有方向性、有飽和性無方向性存 在離子化合物（離子晶體）離子化合物、共價(jià)化合物、單質(zhì)離子化合物、共價(jià)

13、化合物離子化合物、配位化合物金屬單質(zhì)(金屬晶體、合金)六、晶體熔、沸點(diǎn)比較規(guī)律1不同晶體類型的物質(zhì)：原子晶體>離子晶體>分子晶體；金屬晶體的熔、沸點(diǎn)有的很高，如鎢、鉑等，有的則很低，如汞、銫等。2同一晶體類型的物質(zhì)，需比較晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)粒子間作用力，作用力越大，熔沸點(diǎn)越高。思路為：(1)原子晶體共價(jià)鍵鍵能鍵長(zhǎng)原子半徑；(2)分子晶體分子間作用力相對(duì)分子質(zhì)量；(3)離子晶體離子鍵強(qiáng)弱離子電荷、離子半徑。3常溫常壓下狀態(tài)：(1)熔點(diǎn)：固體物質(zhì)>液態(tài)物質(zhì)；(2)沸點(diǎn)：液態(tài)物質(zhì)>氣態(tài)物質(zhì)CaF2晶體金剛石晶體 石墨晶體 NaCl晶體 干冰晶體冰晶體 CsCl晶體 例1 C60是碳

14、單質(zhì)家族中的新成員，已知每個(gè)碳原子與其它三個(gè)碳原子相連。請(qǐng)根據(jù)碳的成鍵方式計(jì)算C60分子中存在_條CC單鍵；_條C=C雙鍵？例2 某離子晶體晶胞如圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)，Y位于立方體的中心，試分析：（1）晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著多少個(gè)X？每個(gè)X同時(shí)吸引著多少個(gè)Y？該晶體的化學(xué)式為_？（2）晶體中在每個(gè)X周圍與它最接近且距離相等的X共有多少個(gè)？（3）晶體中距離最近的2個(gè)X與1個(gè)Y形成的夾角XYX角度為多少？（4）該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1，晶體密度為g·cm-3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個(gè)距離最近的X中心間的距離為多少？例3 （1）將NaCl的晶胞向三維空間

15、延伸就可得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體的結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2-的核間距離為a×10-8cm，計(jì)算NiO晶體的密度（已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g·mol-1）。（2）天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某種NiO晶體中就存在如右圖所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。【練習(xí)】1根據(jù)下表給出的幾種物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)判斷說法中錯(cuò)誤的是 ASiCl4是分子晶體BMgCl2

16、中鍵的強(qiáng)度比NaCl中鍵的強(qiáng)度小C單質(zhì)R是原子晶體DAlCl3為離子晶體2經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有一種磷分子具有鏈狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是 A它是一種高分子化合物B它是一種極性分子，易溶于水C分子量是白磷的8倍D與白磷互為同素異形體二、非選擇題3現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四種晶胞（如圖2-8所示），可推知：甲晶體中A與B的離子個(gè)數(shù)比為；乙晶體的化學(xué)式為；丙晶體的化學(xué)式為_；丁晶體的化學(xué)式為_。4鈣-鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。觀察鈣-鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)，求該晶體中，鈣、鈦、氧的微粒個(gè)數(shù)比為多少？5晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體，其中含有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有

17、一個(gè)硼原子，如圖2-10所示，回答：（1）鍵角_；（2）晶體硼中的硼原子數(shù)_個(gè)；BB鍵_條？6在碳單質(zhì)的成員中還有一種混合型晶體石墨，如圖2-11所示。它是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間依靠作用力相結(jié)合。每層內(nèi)部碳原子與碳原子之間靠作用力相結(jié)合，其鍵角。分析圖中每個(gè)六邊形含有個(gè)碳原子。7C70分子是形如橢球狀的多面體，該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮：（1）C70分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵；（2）C70分子中只含有五邊形和六邊形；（3）多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系遵循歐拉定理：頂點(diǎn)數(shù)+面數(shù)-棱邊數(shù)=2。根據(jù)以上所述確定：（1）C70分子中所含的單鍵數(shù)和雙鍵數(shù)；（2）C70分子中的五邊形

18、和六邊形各有多少？8晶體具有規(guī)則的幾何外形，晶體中最基本的重復(fù)單位稱為晶胞。NaCl晶胞結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。已知FexO晶體的晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl型，由于晶體缺陷，x的值小于1。測(cè)知FexO晶體密度為5.719·cm-3，晶胞邊長(zhǎng)為4.28×10-10m（鐵原子量為55.9，氧原子量為16）。求：（1）FexO中x的值（精確至 0.01）。（2）晶體中的 Fe分別為Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的總數(shù)中，F(xiàn)e2+所占分?jǐn)?shù)為多少？（精確至0.001）。（3）寫出此晶體的化學(xué)式。（4）描述Fe在此晶體中占據(jù)空隙的幾何形狀（即與O2-距離最近且等距離的鐵離子圍成的空間形狀）。（5）在晶體中，鐵元素的離子間最短距離為多少？ 答 案 一、選擇題1D提示：一般來說晶體的熔沸點(diǎn)有如下規(guī)律：原子晶體離子晶體分子晶體，金屬晶體有的高有的低。對(duì)于同種類型晶體的熔沸點(diǎn)則取決于微粒間的作用力。2D、E二、非選擇題311 C2