幾種晶體的空間結(jié)構(gòu)

1、施楊（沈陽(yáng)市第四中學(xué)）20190625晶體結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)課高中化學(xué)人教版(選修3)2一典型晶體的結(jié)構(gòu)特征及代表物質(zhì)二常見考點(diǎn)晶體中粒子的空間堆積方式，晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用三晶胞中粒子個(gè)數(shù)、粒子間距及晶胞邊長(zhǎng)、密度等的計(jì)算四晶胞空間利用率的計(jì)算典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)3學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握典型晶 體晶胞 結(jié)構(gòu)掌握晶體中粒子的空間堆積方式并能應(yīng)用學(xué)會(huì)有關(guān)晶胞中粒子個(gè)數(shù)、粒子間距及晶胞邊長(zhǎng)、密度、空間利用率的簡(jiǎn)單計(jì)算目標(biāo) A目標(biāo) B目標(biāo) C典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)401分子晶體02原子晶體03金屬晶體04離子晶體晶體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)（1）分子的密堆積干冰（2）分子的非密堆積冰一、典型的分子晶體：分子的密堆

2、積（與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個(gè) ）干冰的晶體結(jié)構(gòu)圖原因：分子間作用力較弱干冰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）晶胞中CO2分子位于晶胞頂點(diǎn)及面心（2）每個(gè)晶胞中含有4個(gè)CO2分子（3）與CO2分子緊鄰且距離最近的CO2分子共有12個(gè)，兩個(gè)最近的CO2分子的間距為面對(duì)角線的一半分子的密堆積（分子間只存在范德華力）（與每個(gè)分子距離最近的相同分子共有12個(gè) ）氧（O2）的晶體結(jié)構(gòu)碳60的晶胞冰中個(gè)水分子周圍有個(gè)水分子冰的結(jié)構(gòu)氫鍵具有方向性分子的非密堆積（分子間存在氫鍵） 只有范德華力，無(wú)分子間氫鍵分子密堆積。這類晶體每個(gè)分子周圍一般有12個(gè)緊鄰的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。 有分子間氫鍵氫鍵

3、具有方向性,使晶體中的空間利率不高,留有相當(dāng)大的空隙.這種晶體不具有分子密堆積特征。如：HF 、NH3、冰（每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子）。分子晶體結(jié)構(gòu)小結(jié)（1）密堆積（2）非密堆積 要數(shù)出一個(gè)CO2周圍緊鄰多少個(gè)CO2，可以以晶胞圖中的任一頂點(diǎn)為體心在其周圍“無(wú)隙并置”8個(gè)CO2晶胞，周圍緊鄰的CO2分子數(shù)為12個(gè)。 或利用晶胞進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算：與任意頂點(diǎn)CO2緊鄰的CO2是該頂點(diǎn)所處面的面心，共有三個(gè)分子。若以該頂點(diǎn)形成立方體，則需要八個(gè)與此相同的晶胞，則由38=24個(gè)緊鄰CO2，但每一個(gè)CO2都屬于兩個(gè)晶胞，所以總數(shù)應(yīng)為: 242=12個(gè)。方法與技巧二原子晶體（共價(jià)晶體） 構(gòu)成晶體的粒

4、子是原子，所有的相鄰原子間都以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。金剛石1、概念：10928共價(jià)鍵金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖典型的原子晶體：（1）每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成4條共價(jià)鍵，鍵角10928，。金剛石中1 mol C原子平均形成2 mol共價(jià)鍵。（2）最小碳環(huán)為六元立體碳環(huán)（3）每個(gè)碳原子被12個(gè)碳環(huán)所共有原子間作用力只有共價(jià)鍵 金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2022/7/20（1）碳原子位于頂點(diǎn)、面心、體內(nèi)（2）每個(gè)晶胞中含有8個(gè)碳原子；（3）兩個(gè)碳原子的最近距離為體對(duì)角線的四分之一原子間作用力只有共價(jià)鍵 金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：18010928SiO共價(jià)鍵二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖原子間作

5、用力只有共價(jià)鍵 二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）每個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成4條硅氧共價(jià)鍵，鍵角10928，1 mol 二氧化硅晶體中硅氧原子個(gè)數(shù)比為1:2（2）最小環(huán)為十二元立體環(huán)，6個(gè)硅原子，6個(gè)氧原子（3）平均每個(gè)硅原子被12個(gè)環(huán)所共有，氧原子被6個(gè)環(huán)所共有（4）每個(gè)晶胞中含有8個(gè)硅原子，16個(gè)氧原子（5）兩個(gè)硅、氧原子的最近距離為體對(duì)角線的八分之一1.5510-10m石墨金剛石拓展一下石墨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動(dòng)， 所以石墨很軟。（2）（3）在石墨中各層均為平面正六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵（大鍵）， C-C鍵長(zhǎng)比金剛石的短，鍵的

6、強(qiáng)度大，故其熔點(diǎn)比金剛石高。石墨為混合鍵型晶體。 熔點(diǎn)（） 沸點(diǎn)（）石墨36524827金剛石35504827（4）石墨晶體中平均每個(gè)碳原子被3個(gè)六元環(huán)所共有，每條碳碳鍵被2個(gè)六元環(huán)所共有。平均每個(gè)六元環(huán)擁有2個(gè)碳原子，3條共價(jià)鍵。金屬晶體的原子二維空間堆積模型 （a）非密置層（b）密置層 三、 金屬晶體的密堆積結(jié)構(gòu)三維堆積四種方式 簡(jiǎn)單立方堆積鉀型體心立方由非密置層一層一層堆積而成2022/7/20簡(jiǎn)單立方堆積2022/7/20體心立方堆積配位數(shù)：82022/7/20鎂型銅型金屬晶體的兩種最密堆積方式金屬晶體的原子堆積模型123456 第二層 對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，

7、5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。 下圖是此種六方緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積。 配位數(shù) 12 。 ( 同層 6，上下層各 3 )六方最密堆積 第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周

8、期。 得到面心立方堆積。 配位數(shù) 12 。( 同層 6， 上下層各 3 ) 2022/7/20面心立方最密堆積:銅型 BCA 解題思路：找準(zhǔn)幾何關(guān)系 計(jì)算空間利用率 例：已知金屬銅原子的堆積方式如右圖，通過(guò)計(jì)算求該晶體的晶胞空間利用率P 。 解題思路：三、找準(zhǔn)幾何關(guān)系 計(jì)算空間利用率 一、弄清晶體堆積方式 轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)晶胞模型二、均攤法數(shù)出晶胞中的粒子數(shù)方法技巧1.明確晶體堆積模型；2.根據(jù)不同情況，數(shù)出晶胞中的粒子數(shù)；3.利用幾何知識(shí)，計(jì)算空間利用率。金屬晶體的四中堆積模型對(duì)比四、離子晶體思考：氯化鈉晶體中鈉離子和氯離子分別處于晶胞的什么位置？頂點(diǎn)和面心是鈉離子棱上和體心是氯離子晶體的微觀結(jié)構(gòu)

9、NaCl1、氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Na+Cl-315624154236每個(gè)Cl- 周圍與之最接近且距離相等的Na+共有 個(gè)。 6這幾個(gè)Na+在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 。正八面體NaCl晶體中離子的配位數(shù)（1）鈉離子位于頂點(diǎn)和面心（或棱心和體心）（2）鈉離子和氯離子配位數(shù)均為6，（3）與一個(gè)鈉離子緊鄰且最近的鈉離子為12個(gè)（4）每個(gè)晶胞含有4個(gè)鈉離子4個(gè)氯離子離子間作用力為有離子鍵 氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：2、CsCl晶體的結(jié)構(gòu)2、 CsCl晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）每個(gè)晶胞含1個(gè)銫離子1個(gè)氯離子 （2）在氯化銫晶體中，每個(gè)Cs+周圍與之最接近且距離相等的Cl-共有8個(gè)；這幾個(gè)Cl-在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為立方

10、體。（3）在每個(gè)Cl-周圍距離相等且最近的Cl-共有 6個(gè) ；這幾個(gè)Cl- 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型 正八面體 。 NaCl，CsCl晶體中的配位數(shù)離子晶體陰離子配位數(shù)陽(yáng)離子配位數(shù) NaCl CsCl6688CaF2的晶胞3、CaF2的晶體中，Ca2和F的個(gè)數(shù)之比_，電荷數(shù)之比_，Ca2配位數(shù)是_，F(xiàn)的配位數(shù)是_。 Ca2、 F的最近距離為晶胞體對(duì)角線的四分之一1:22:1842022/7/204、ZnS型晶胞2陽(yáng)離子的配位數(shù)： 陰離子的配位數(shù)：1一個(gè)ZnS晶胞中含：4個(gè)陽(yáng)離子和4個(gè)陰離子4445回顧一下常見典型晶胞分子晶體：干冰晶胞 原子晶體：金剛石晶胞金屬晶體：簡(jiǎn)單立方堆積、體心立方堆積六方最

11、密堆積、面心立方最密堆積 離子晶體：NaCl型、CsCl型、CaF2型、ZnS型典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解干冰（1）8個(gè)CO2分子構(gòu)成立方體且在6個(gè)面心又各占據(jù)1個(gè)CO2分子（2）每個(gè)CO2分子周圍等距緊鄰的CO2分子有12個(gè)冰一個(gè)水分子與另外四個(gè)水分子以氫鍵結(jié)合成正四面體小結(jié)：晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解金屬晶體簡(jiǎn)單立方體心立方典型代表Na、K、Fe，空間利用率68%，配位數(shù)為8六方典型代表Mg、Zn、Ti，空間利用率74%，配位數(shù)為12面心立方典型代表Cu、Ag、Au，空間利用率74%，配位數(shù)為12晶體晶體結(jié)構(gòu)晶體詳解離子晶體氯化鈉型鈉離子位于頂點(diǎn)和面心（或棱心和體心）每個(gè)晶胞含有4個(gè)

12、鈉離子4個(gè)氯離子，陰陽(yáng)離子配位數(shù)均為6氯化銫型每個(gè)CsCl晶胞中有1個(gè)Cl和1個(gè)Cs,ClCs配位數(shù)均為8，F(xiàn)的配位數(shù)是4。氟化鈣型每個(gè)CaF2的晶胞中，有4個(gè)Ca2和8個(gè)FCa2配位數(shù)是8，F(xiàn)的配位數(shù)是4。 Ca2、 F的最近距離為晶胞體對(duì)角線的1/4硫化鋅型每個(gè)晶胞中含4個(gè)鋅離子和4個(gè)硫離子，鋅離子和硫離子配位數(shù)均為4。鋅離子和硫離子最短距離為體對(duì)角線的1/450練一練典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)1、下列有關(guān)晶體的敘述中不正確的是：A. 金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中,最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子B. 氯化鈉晶體中,與每個(gè)Na+緊鄰且最近的Cl-有6個(gè)C. 氯化銫晶體中,每個(gè)銫原子周圍緊鄰8個(gè)氯原子D. 干冰晶體中,每個(gè)二氧化碳分子周圍緊鄰10個(gè)二氧化碳分子51練一練2 、 KO2的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相似，KO2可以看作是Na 的位置用K代替，Cl的位置用O2-代替，則下列對(duì)于KO2晶體結(jié)構(gòu)的描述正確的是：A、與K距離相等且最近的O2-共有8個(gè)B、與K距離相等且最近的O2-構(gòu)成的多面體是正八面體C、與K距離相等且最近的K有8個(gè)D、一個(gè)KO2晶胞中的K和O2-粒子數(shù)均為8個(gè)典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)52練一練典型晶體結(jié)構(gòu) 復(fù)習(xí)3、已知CsCl晶體的密度為gcm3，NA為阿伏加德羅常數(shù)，相鄰的兩個(gè)Cs的