專題25幾種類型晶體白塔編東方校

專題二十五幾種類型晶體東?？h白塔高級中學(xué)徐旨玲【考試說明要求】1.了解NaCl型和CsCl型離子晶體的結(jié)構(gòu)特征。2.了解原子晶體的特征,能描述金剛石、二氧化硅等原子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。3．知道分子晶體的含義，了解分子晶體與原子晶體、離子晶體、金屬晶體的結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。4．知道金屬晶體的基本堆積方式，了解常見金屬晶體的晶胞結(jié)構(gòu)（晶體內(nèi)部空隙的識別、與晶胞的邊長等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)的計算不作要求）。5.了解離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體四種基本晶體在熔點、沸點、硬度、導(dǎo)電性等方面的差異?！局R梳理】一、離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的比較原子晶體離子晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成微粒相互作用物理性質(zhì)硬度熔沸點導(dǎo)熱性導(dǎo)電性溶解性典型代表物二、幾種常見的晶體結(jié)構(gòu)（一）離子晶體１.氯化鈉晶體NaCl晶體是一種簡單立方結(jié)構(gòu)——Na+和Cl_交替占據(jù)立方體的頂點而向空間延伸。在每個Na+周圍最近的且距離相等的Cl_有個,Cl_周圍最近的且距離相等Na+也有個在每個Na+周圍最近的且距離相等的Na+有個，在每個Cl_周圍最近的且距離相等的Cl_亦有個2.氯化銫晶體氯化銫晶體是一種體心立方結(jié)構(gòu)——每8個Cs+和8個Cl-各自構(gòu)成立方體，在每個立方體的中心有一個異種離子（Cs+或Cl-）。在每個Cs+周圍最近的且距離相等的Cl_有個,在每個Cl_周圍最近的且距離相等Cs+也有個,在每個Cs+周圍最近的且距離相等的Cs+有個每個Cl_周圍最近的且距離相等的Cl_亦有個。（二）原子晶體1.金剛石晶體金剛石晶體是一種立體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)——每個C原子與另外4個相鄰的C原子以共價鍵結(jié)合，構(gòu)成一個正四面體結(jié)構(gòu)單元，前者位于正四面體中心，后四者位于正四面體的四個頂點。晶體中所有C—C鍵長相等，鍵角相等(均為109°28′)；晶體中最小碳環(huán)由個碳原子組成，形成立體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。晶體中每個C原子參與了4條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為。2.二氧化硅晶體:每個Si原子與相鄰的4個O原子以共價鍵相結(jié)合，前者在正四面體的中心，后四者在正四面體的四個頂點。正四面體內(nèi)Si—O鍵角為109°28′。每個正四面體占有一個完整的Si原子、四個“半O原子”，故晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為相當于金剛石晶體中的C原子換成Si原子，同時在每兩個Si原子中心連線上的中間加上一個O原子。二氧化硅晶體中最小的封閉環(huán)上有(三）混合型晶體——石墨晶體

石墨晶體是一種混合型晶體——層內(nèi)存在共價鍵，層間以范德華力結(jié)合，兼具有原子晶體、金屬晶體、分子晶體的特征和特性。在層內(nèi)，每個C原子與3個C原子形成C—C鍵，構(gòu)成平面正六邊形，鍵長相等，鍵角相等（均為1200）；在晶體中，每個C原子參與了3條C—C鍵的形成，而在每條鍵中的貢獻只有一半，故每個正六邊形平均只占有，C原子個數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為（四）分子晶體1.二氧化碳晶體——干冰干冰晶體是一種立方面心結(jié)構(gòu)——每8個CO2分子構(gòu)成立方體且在6個面的中心又各有1個CO2分子，在每個CO2周圍等距離且最近的CO2有個。2.C60C60是以60個碳原子作為頂點，組成的一個32面體。其中正五邊形，個面是正六邊形。是一個像足球一樣的多邊形體。在這樣的分子中，每個碳原子與其它三個相鄰的碳原子直接相連，等價地組成一個五元環(huán)和兩個六元環(huán)。由于它具有這種特殊結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)在更形象地稱它為足球烯（footballene，soccerballene）。C60與金剛石、石墨互為。C60分子間通過范德華力形成分子晶體，熔、沸點較低，硬度較小，易溶于苯、酒精等有機溶劑。C60本身有著無數(shù)優(yōu)異的性質(zhì)，它本身就是半導(dǎo)體，摻雜后可變成臨界溫度很高的超導(dǎo)體，由它所衍生出來的碳微管比相同直徑的金屬強度高100萬倍?，F(xiàn)實世界中的足球以其無盡的魅力傾倒了無數(shù)人，而小小的“足球烯”也正以另一種形式影響和改變著這個世界。和C60分子有關(guān)的“碗烯”（corranulene）分子，C20H10，具有一個由五個正六邊形環(huán)繞的正五邊形結(jié)構(gòu)。它的分子構(gòu)型像一個碗，很穩(wěn)定。而足球烯分子的表面，就存在著這樣的12個正五角形單元。（五）金屬晶體金屬原子結(jié)構(gòu)的共同特征是：①最外層電子數(shù)較少，一般在4個以下；②原子半徑較大。這種結(jié)構(gòu)特點使其原子易失去價電子而變成金屬陽離子，釋放出的價電子在整個晶體中可以自由運動，被稱為“自由電子”。它不再屬于哪個或哪幾個指定的金屬離子，而是整塊金屬的“集體財富”，它們在整個晶體內(nèi)自由運動，所以有人描述金屬內(nèi)部的實際情況是“金屬離子沉浸在自由電子的海洋中”，這種描述正是自由電子的特征決定的。金屬陽離子與自由電子之間存在著較強的作用，因而使金屬離子相互結(jié)合在一起，形成金屬晶體。金屬晶體的結(jié)構(gòu)也可看作是等徑的小球?qū)訝罹o密堆積。三種密堆積模型： a)面心立方最密堆積（Cu型）由密置層以三層重復(fù)的周期性方式形成結(jié)構(gòu)，常用ABCABC…來表示這種周期性。晶體的晶胞類型為面心立方，因此稱為立方最密堆積，用記號ccp（cubicclosestpacking）或fcc（facecenteredcubicpacking）表示。Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt、Rh、Ir、Al、Ca等金屬單質(zhì)都采取這一結(jié)構(gòu)形式。b)六方最密堆積（Mg型）由密置層以兩層重復(fù)的周期性方式形成結(jié)構(gòu)，常用ABAB…來表示這種周期性。晶體的晶胞類型為簡單六方，因此稱為六方最密堆積，用記號hcp（hexagonalclosestpacking）表示。屬于這一結(jié)構(gòu)類型的有Be、Mg、Co、Zn、Sc、Y、La、Ti、Zr、Hf、Ru、Os、Re等金屬單質(zhì)。上述兩種堆積方式都是等經(jīng)球堆積的最緊密方式，每個球與12個接觸（配位數(shù)為12），其中球?qū)φ麄€空間的體積占有率是74.05%。這兩種堆積在球之間形成的間隙有正四面體和正八面體兩種，其中正八面體間隙的數(shù)目等于球數(shù)，正四面體間隙的數(shù)目是球數(shù)的兩倍，即：球數(shù):正八面體間隙數(shù):正四面體間隙數(shù)=1:1:2c)體心立方堆積（鉀型）這一類結(jié)構(gòu)由等經(jīng)球以體心立方的方式堆積而成，因此其晶胞類型為體心立方。用記號bcp（bodycenteredcubicpacking）表示。A2型堆積的緊密程度比A1型和A3型的略低，其空間占有率為68．02%。每個球與8個球接觸，但有6個球處在稍遠的等距離位置。球之間也形成八面體間隙和四面體間隙，但不再是正八面體和正四面體，而是變形的八面體和四面體。Li、Na、K等全部堿金屬和ba、Fe、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta等金屬單質(zhì)都屬于這一結(jié)構(gòu)類型?！镜湫屠}】例1.下列性質(zhì)中，可以證明某化合物內(nèi)一定存在離子鍵的是()A、可溶于水B、具有較高的熔點C、水溶液能導(dǎo)電D、熔融狀態(tài)能導(dǎo)電例2.參考下表中物質(zhì)的熔點，回答下列問題。物質(zhì)NaFNaClNaBrNaINaClKClRbClCsCl熔點（℃）995801755651801776715646物質(zhì)SiF4SiCl4SiBr4SiI4SiCl4GeCl4SbCl4PbCl4熔點（℃）-90.4-70.25.2120-70.2-49.5-36.2-15(1)鈉的鹵化物及堿金屬的氯化物的熔點與鹵離子及堿金屬離子的__有關(guān),隨著增大,熔點依次降低.(2)硅的鹵化物及硅、鍺、錫、鉛的氯化物熔點與有關(guān),隨著增大,增強，熔點依次升高.(3)鈉的鹵化物的熔點比相應(yīng)的硅的鹵化物的熔點高得多,這與有關(guān),因為一般比熔點高.[例3]單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)金剛石晶體硅晶體硼熔點>382316832573沸點510026282823硬度107.09.5①晶體硼的晶體類型屬于____________晶體，理由是________________________。②已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個項點上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體體結(jié)構(gòu)單元由____________________個硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為____________?！踞槍π跃毩暋?．科學(xué)家最近又發(fā)現(xiàn)了一種新能源——“可燃冰”它的主要成分是甲烷與水分子的結(jié)晶水合物(CH4·nH20)。其形成：埋于海底地層深處的大量有機質(zhì)在缺氧環(huán)境中，厭氧性細菌把有機質(zhì)分解，最后形成石油和天然氣(石油氣)，其中許多天然氣被包進水分子中，在海底的低溫與高壓下形成了類似冰的透明晶體，這就是“可燃冰”。又知甲烷同C02一樣也是溫室氣體。這種可燃冰的晶體類型是()A．離子晶體B．分子晶體C．原子晶體D．金屬晶體2.石墨能與熔融金屬鉀作用，形成石墨間隙化合物，鉀原子填充在石墨各層談原子中。比較常見的石墨間隙化合物是青銅色的化合物，其化學(xué)式可寫作CxK,其平面圖形見下圖，則x值為（）A．8B．12C．24D．603.．下面有關(guān)離子晶體的敘述中，不正確的是（）A．1mol氯化鈉中有NA個NaCl分子B．氯化鈉晶體中，每個Na+周圍距離相等的Na+共有6個C．氯化銫晶體中，每個CS+周圍緊鄰8個Cl-D．平均每個NaCl晶胞中有4個Na+、4個Cl-4.．水的狀態(tài)除了氣、液和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的，玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述正確的是()A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D．玻璃態(tài)水是分子晶體5.下列說法中，正確的是（）A．冰融化時，分子中H—O鍵發(fā)生斷裂B．原子晶體中，共價鍵的鍵長越短，通常熔點就越高C．分子晶體中，共價鍵鍵能越大，該分子的熔沸點就越高D．分子晶體中，分子間作用力越大，則分子越穩(wěn)定6.．組成晶體的質(zhì)點(分子、原子、離子)以確定的位置在空間作有規(guī)則排列，具有一定幾何形狀的空間格子，稱為晶格，晶格中能代表晶體結(jié)構(gòu)特征的最小重復(fù)單位稱為晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中，AlF63-占據(jù)的位置相當于NaCl晶胞中C1-占據(jù)的位置，則冰晶石晶胞中含有的原子數(shù)與食鹽晶胞中含有的原子數(shù)之比為（）A．2:1B．3:2C．5:2D．5:17.．據(jù)報道，科研人員應(yīng)用電子計算機模擬出類似C60的物質(zhì)N60，試推測出該物質(zhì)不可能具有的性質(zhì)是（）A．N60易溶于水B．穩(wěn)定性：N60<N2C．等物質(zhì)的量時，分解吸收的熱量：N60>N2D．熔點：N60<N28.20世紀80年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證明碳還以新的單質(zhì)形態(tài)C60存在。后來人們又相繼得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了管狀碳分子和洋蔥狀碳分子。(如圖1-5)：下列說法錯誤的是()A．金剛石和石墨的熔點肯定要比C60高

B．據(jù)估計C60熔點比金剛石和石墨要高

C．無論是球碳分子，還是管狀碳分子、洋蔥狀碳分子，都應(yīng)看作是碳的同素異形體

D．球碳分子是碳的同素異形體，而管狀碳分子、洋蔥狀碳分子則不一定9.．科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子，如圖1所示：圖中頂角和面心的原子都是鈦原子，棱的中心和體心的原子都是碳原子該分子的化學(xué)式是（）A．Til3C14B．Ti14C13C．Ti410.．下列說法正確的是(NA為阿伏加德羅常數(shù))()A．124gP4含有P—P鍵的個數(shù)為4NAB．12g石墨中含有C—C鍵的個數(shù)為1．5NAC．12g金剛石中含有C—C鍵的個數(shù)為2NAD．60gSiO2中含Si—O鍵的個數(shù)為2NA11.．下列數(shù)據(jù)是對應(yīng)物質(zhì)的熔點Na2ONaClAlF3AlCl39208011291190BCl3Al2O3CO2SiO2-1072073-571723據(jù)此做出的下列判斷中錯誤的是（）A．鋁的化合物的晶體中有的是離子晶體B．表中只有BCl3和干冰是分子晶體C．同族元素的氧化物可形成不同類型的晶體D．不同族元素的氧化物可形成相同類型的晶體12.某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示，x位于立方體的頂點，Y位于立方體中心。試分析：(1)晶體中每個Y同時吸引著__________個X，每個x同時吸引著__________個Y，該晶體的化學(xué)式為__________。(2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有__________個。(3)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾角∠XYX的度數(shù)為__________。13．有A、B、C、D四種元素，A元素的氣態(tài)氫化物分子式為RH4，其中R的質(zhì)量分數(shù)為75%，該元素核內(nèi)有6個中子，能與B形成AB2型化合物，B在它的氫化物中含量為88.9％，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等，C、D為同周期元素，D的最高價氧化物的水化物為酸性最強的酸，C的氧化物為兩性氧化物。(1)A元素的一種無色透明的單質(zhì)，名稱叫______，其晶體類型是______。(2)B的氫化物的電子式為______，屬______分子。(極性或非極性)(3)A和B形成化合物的分子空間構(gòu)型為______，屬______分子(極性或非極性)，其晶體類型是______。俗名______。(4)C元素位于周期表中第______周期______族，A、C、D三元素的最高價氧化物的水化物按酸性由強到弱的順序排列(用分子式表示)_______________________。(5)C和D的化合物溶于水后滴入過量KOH，現(xiàn)象是_______________________________，離子方程式_______________________________。14．有一種藍色晶體，它的結(jié)構(gòu)特征是Fe3+和Fe2+互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點，而CN-位于立方體的棱上。其晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示。（1）根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特點，推出其化學(xué)式（用最簡單整數(shù)表示）。（2）此化學(xué)式帶何種電荷？用什么樣的離子（用Mn+表示）與其結(jié)合成電中性的化合物？寫出此電中性化合物的化學(xué)式：（3）指出（2）中添加的離子在晶胞結(jié)構(gòu)中的位置______。針對性練習參考答案1234567891011BAABCBDADBDBBCB12.、(1)48XY2(或Y2X)(2)12(3)109°28'13.(1)金剛石；原子晶體(3)直線型分子；非極性；分子晶體；干冰(4)3