晶體結(jié)構(gòu)分類(lèi)題型解析ppt課件

1、晶體構(gòu)造標(biāo)題分類(lèi)解析晶體構(gòu)造標(biāo)題分類(lèi)解析一、劃分晶胞一、劃分晶胞1、一維晶胞解答2、二維晶胞答案簡(jiǎn)單六方晶胞Graphite consists of staggered layers of hexagonal rings of sp2 hybirdized carbon atoms.(Soft and slippery)石石墨墨例題4 (2019年省賽)解答 長(zhǎng)期以來(lái)人們不斷以為金剛石是最硬的物質(zhì)，但這種神話如今正在被突破。1990年美國(guó)伯克利大學(xué)的A. Y. Liu和M. L. Cohen在國(guó)際著名期刊上發(fā)表論文，在實(shí)際上預(yù)言了一種自然界并不存在的物質(zhì)C3N4，實(shí)際計(jì)算闡明，這種C3N4物質(zhì)

2、比金剛石的硬度還大，不僅如此，這種物質(zhì)還可用作藍(lán)紫激光資料，并有能夠是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)資料。這篇論文發(fā)表以后，在世界科學(xué)領(lǐng)域引起了很大的驚動(dòng)，并引發(fā)了資料界爭(zhēng)相合成C3N4的熱潮，雖然大塊的C3N4晶體至今尚未合成出來(lái)，但含有C3N4晶粒的薄膜資料曾經(jīng)制備勝利并驗(yàn)證了實(shí)際預(yù)測(cè)的正確性，這比資料本身更具艱苦意義。其晶體構(gòu)造見(jiàn)圖1和圖2。例題例題5圖1 C3N4在a-b平面上的晶體構(gòu)造圖2 C3N4的晶胞構(gòu)造 1請(qǐng)分析C3N4晶體中，C原子和N原子的雜化類(lèi)型以及它們?cè)诰w中的成鍵情況； 2請(qǐng)?jiān)趫D1中畫(huà)出C3N4的一個(gè)構(gòu)造基元，并指出該構(gòu)造基元包括 個(gè)碳原子和 個(gè)氮原子； 3實(shí)驗(yàn)測(cè)試闡明，C

3、3N4晶體屬于六方晶系，晶胞構(gòu)造見(jiàn)圖2圖示原子都包含在晶胞內(nèi)，晶胞參數(shù)a=0.64nm, c=0.24nm, 請(qǐng)計(jì)算其晶體密度， 4試簡(jiǎn)要分析C3N4比金剛石硬度大的緣由知金剛石的密度為3.51g-3。答案 1 解： 1C3N4晶體中，C原子采取sp3雜化，N原子采取sp2雜化；1個(gè)C原子與4個(gè)處于四面體頂點(diǎn)的N原子構(gòu)成共價(jià)鍵，1個(gè)N原子與3個(gè)C原子在一個(gè)近似的平面上以共價(jià)鍵銜接。2一個(gè)構(gòu)造基元包括6個(gè)C和8個(gè)N原子。3從圖2可以看出，一個(gè)C3N4晶胞包括6個(gè)C原子和8個(gè)N原子，其晶體密度為：計(jì)算結(jié)果闡明，C3N4的密度比金剛石還要大，闡明C3N4的原子堆積比金剛石還要嚴(yán)密，這是它比金剛石硬度

4、大的緣由之一。372723.59. 31024. 060sin)1064. 0(1002. 6814612cmg4C3N4比金剛石硬度大，主要是由于：1在C3N4晶體中，C原子采取sp3雜化，N原子采取sp2雜化，C原子和N原子間構(gòu)成很強(qiáng)的共價(jià)鍵；2C原子和N原子間經(jīng)過(guò)共價(jià)鍵構(gòu)成網(wǎng)狀構(gòu)造；3密度計(jì)算結(jié)果顯示，C3N4晶體中原子采取最嚴(yán)密的堆積方式，闡明原子間的共價(jià)鍵長(zhǎng)很短而有很強(qiáng)的鍵合力。解答解答3 3、三維晶胞、三維晶胞 例題例題1 標(biāo)題：今年標(biāo)題：今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導(dǎo)性，呈超導(dǎo)性， 能能夠是人類(lèi)對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑。在硼化鎂晶夠是人類(lèi)對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑。在硼化鎂

5、晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，圖的，像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，圖5l是該晶體微觀空間中取出的部分原于沿是該晶體微觀空間中取出的部分原于沿C軸方向軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。硼化鎂的晶體構(gòu)造投影圖 由圖由圖5l可確定硼化鎂的化學(xué)式為：可確定硼化鎂的化學(xué)式為： 畫(huà)出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖，標(biāo)出該畫(huà)出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖，標(biāo)出該晶胞內(nèi)面、棱、頂角上能夠存在的一切

6、硼晶胞內(nèi)面、棱、頂角上能夠存在的一切硼原子和鎂原子鎂原子用大白球，硼原子原子和鎂原子鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示。用小黑球表示。解答 1 MgB2 2例題2 第6題6分最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見(jiàn)元素，從而引起廣泛關(guān)注。該晶體的構(gòu)造可看作由鎂原子和鎳原子在一同進(jìn)展(面心)立方最密堆積(ccp)，它們的陳列有序，沒(méi)有相互代換的景象即沒(méi)有平均原子或統(tǒng)計(jì)原子，它們構(gòu)成兩種八面體空隙，一種由鎳原子構(gòu)成，另一種由鎳原子和鎂原子一同構(gòu)成，兩種八面體的數(shù)量比是1 : 3，碳原子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中。 61 畫(huà)出該新型超導(dǎo)資料的一個(gè)晶胞碳原子

7、用小球，鎳原子用大球，鎂原子用大球。 62 寫(xiě)出該新型超導(dǎo)資料的化學(xué)式。 答案答案答案：答案： 6 61 15 5分分在面心立方最密堆積填隙模型中，八面體在面心立方最密堆積填隙模型中，八面體空隙與堆積球的比例為空隙與堆積球的比例為1 : 1, 1 : 1, 在如圖晶胞中，八在如圖晶胞中，八面體空隙位于體心位置和一切棱的中心位置，它面體空隙位于體心位置和一切棱的中心位置，它們的比例是們的比例是1 : 31 : 3，體心位置的八面體由鎳原子構(gòu)，體心位置的八面體由鎳原子構(gòu)成，可填入碳原子，而棱心位置的八面體由成，可填入碳原子，而棱心位置的八面體由2 2個(gè)鎂個(gè)鎂原子和原子和4 4個(gè)鎳原子一同構(gòu)成，不填

8、碳原子。個(gè)鎳原子一同構(gòu)成，不填碳原子。 62 1分 MgCNi3化學(xué)式中元素的順序可不同，但原子數(shù)目不能錯(cuò)。二、與堆積方式有關(guān)的計(jì)算1、空間占有率的計(jì)算 例題1 標(biāo)題：研討離子晶體，常調(diào)查以一個(gè)離子為中心時(shí)，其周?chē)煌g隔的離子對(duì)它的吸引或排斥的靜電作用力。設(shè)氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的間隔為d，以鈉離子為中心，那么： 1第二層離子有 12 個(gè)，離中心離子的間隔為 ，它們是 鈉 離子。d2 2知在晶體中Na+離子的半徑為116pm，CI-離子的半徑為167pm，它們?cè)诰w中是嚴(yán)密接觸的。求離子占據(jù)整個(gè)晶體空間的百分?jǐn)?shù)。 3納米資料的外表原子占總原于數(shù)的比例極大，這是它的許多特殊性

9、質(zhì)的緣由，假設(shè)某氯化鈉納米顆粒的大小和外形恰等于氯化鈉晶胞的大小和外形，求這種納米顆粒的外表原子占總原子數(shù)的百分比。 4假設(shè)某氯化鈉顆粒外形為立方體，邊長(zhǎng)為氯化鈉晶胞邊長(zhǎng)的10倍，試估算外表原子占總原子數(shù)的百分比。解答1 12， ，鈉離子2 V晶胞=2(116pm+167pm)3=181 106pm3 V離子=4 (4/3)(116pm)3+ 4 (4/3)(167pm)3 =104106 pm3 V離子/ V晶胞=57.5%3 26/27=96%d2解答4 10倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):213=9261 9倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù):193=6859 10倍晶胞的納米顆粒的外表離子數(shù): 6

10、959-9261=2402 外表原子數(shù)所占比例：2402/9261=26%2、推斷化學(xué)式、空隙、晶胞類(lèi)型例1有一種藍(lán)色晶體，它的構(gòu)造特征是有一種藍(lán)色晶體，它的構(gòu)造特征是Fe2+ Fe2+ 和和Fe3+ Fe3+ 分別占據(jù)立方體互不相分別占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn)，而鄰的頂點(diǎn)，而CN-CN-位于立方體棱上。位于立方體棱上。1 1此藍(lán)色晶體的化學(xué)式。此藍(lán)色晶體的化學(xué)式。2 2此化學(xué)式帶何種電荷？用什么樣的離子此化學(xué)式帶何種電荷？用什么樣的離子M+M+ 或或M-M-與其結(jié)合成電中性的化學(xué)式？并寫(xiě)出與其結(jié)合成電中性的化學(xué)式？并寫(xiě)出 其電中性的化學(xué)式。其電中性的化學(xué)式。3 3指出需添加的離子在晶體中的立方

11、體構(gòu)造占據(jù)指出需添加的離子在晶體中的立方體構(gòu)造占據(jù) 什么位置。什么位置。解答1 1n nFe2+ Fe2+ ：n nFe3+Fe3+：n nCN-CN-= = 4 4* *1/81/8：4 4* *1/81/8：1212* *1/41/4 化學(xué)式為化學(xué)式為Fe2Fe2CNCN6-6-， 2 2負(fù)，負(fù)，M+M+，MFe2MFe2CNCN6 6解答3 3間隔的立方體中心間隔的立方體中心3 3、粒子間間隔的計(jì)算以及晶胞參、粒子間間隔的計(jì)算以及晶胞參數(shù)的計(jì)算數(shù)的計(jì)算例例1 1一個(gè)一個(gè)CaCa和和C C的二元化合物具有四方晶胞：的二元化合物具有四方晶胞：a=b=3.87a=b=3.87，c=6.37 c

12、=6.37 ，=90=90，晶胞，晶胞圖如圖，圖中鈣原子用較大的黑圓圈表示圖如圖，圖中鈣原子用較大的黑圓圈表示，碳原子用空心圓圈表示碳原子用空心圓圈表示。在位于原點(diǎn)的鈣原。在位于原點(diǎn)的鈣原子上面的碳原子的坐標(biāo)為子上面的碳原子的坐標(biāo)為x=0,y=0,z=0.406x=0,y=0,z=0.406。1 1 =10-8cm=10-8cm 導(dǎo)出這個(gè)化合物的化學(xué)式為；一個(gè)晶胞中所含的化學(xué)式單位的數(shù)目為；C2基團(tuán)中CC鍵長(zhǎng)為；最短的CaC間隔為；最短的兩個(gè)非鍵CC間間隔為、；這一構(gòu)造與型離子化合物的構(gòu)造親密相關(guān)。解答1 1晶胞中晶胞中CaCa的個(gè)數(shù)個(gè)，的個(gè)數(shù)個(gè)，C2C2基團(tuán)數(shù)?；鶊F(tuán)數(shù)。 此化合物的化學(xué)式為此

13、化合物的化學(xué)式為CaC2CaC22 24 4個(gè)個(gè) (3)z (3)z0.406,0.406,即為即為0.4066.370.4066.37 C-C C-C鍵鍵長(zhǎng)鍵鍵長(zhǎng)6.376.37 1.20 1.20 120pm120pm解答4 4最短的最短的CaCaC C間隔可經(jīng)過(guò)角頂點(diǎn)沿或的間隔可經(jīng)過(guò)角頂點(diǎn)沿或的Ca Ca 與與C2 C2 組成的等腰三角形的一半直角三角形求得：組成的等腰三角形的一半直角三角形求得： 最短最短CaCaC C間隔間隔2.03 2.03 203pm203pm5 5最短的兩個(gè)非鍵最短的兩個(gè)非鍵CCCC間的間隔，實(shí)踐就是間的間隔，實(shí)踐就是C2 C2 和和C2C2之間的最短間隔，那么

14、之間的最短間隔，那么d=d=2.74 2.74 274pm274pm (6) (6)與與NaClNaCl晶體構(gòu)造親密相關(guān)晶體構(gòu)造親密相關(guān)三、原子坐標(biāo)例例1 1一石墨晶體由層狀石墨一石墨晶體由層狀石墨“分子按分子按ABABABAB方式方式堆積而成，如圖一所示，圖中用虛線標(biāo)出了石堆積而成，如圖一所示，圖中用虛線標(biāo)出了石墨的一個(gè)六方晶胞。墨的一個(gè)六方晶胞。1 1試確定該晶胞的碳原子個(gè)數(shù)。試確定該晶胞的碳原子個(gè)數(shù)。2 2知石墨的層間距為知石墨的層間距為 334 3348 pm8 pm，C CC C鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)為為 142 pm 142 pm，計(jì)算石墨晶體的密度。，計(jì)算石墨晶體的密度。解答14個(gè)2 2.27gcm-3 二石墨可用作鋰離子電池的負(fù)極資料，二石墨可用作鋰離子電池的負(fù)極資料，充電時(shí)發(fā)生下述反響：充電時(shí)發(fā)生下述反響： Li1-xC6 + xLi+ + xe- Li C6 Li1-xC6 + xLi+ + xe- Li C6其結(jié)果是，其結(jié)果是，Li+Li+嵌入石墨的嵌入石墨的A A、B B層間，導(dǎo)致石層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改動(dòng)，構(gòu)成