2014年五一高中化学竞赛集训三导学2-晶体结构

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2、liangty n/tsba 中化学 （第二次 资料说明 了解授课了解授课方方 资资料构成。在料构成。在 中培 一集中培 北学堂教学 学竞赛集 ） 明 方方向及重难向及重难点点 2014 年年 4 月月 培训 培训课程 研究部 集训三 点点。同时还。同时还附附 月月 10 日，日，公公 训课程 程使用） Q 清北 学习 三导学 附附上部分知识上部分知识 公公司还会发布司还会发布 程导 ） QBXT/JY/DX 北学堂微信订阅 习资料最新资 点的 相应 点的 相应 导学 X2014/41 2014-4-5 阅号 资讯 学 9 发布 清北 www 目录 【学 【知 【 一 二 【 一一

3、 北学堂集中培训 录 学习目标】 . 知识概要】 . 一、离子晶 二、金属晶 学习目 分子晶体、 胞为基础的 这部分是基 晶体的堆积 萤石（CaF2 铜等。 这部分是晶 到双层多层 构一定要熟 体结构的上 于晶体部分 【知识概 、离子、离子晶晶 1916 年德国 （一）离子 1、形成过程 以 NaCl 为例 （1）电子转 Nae= N 课程导学 . . 晶体 晶体 标】 原子晶体、离 的计算）。点 基础的内容， 积与填隙模型 2）、金刚石 晶体部分的核 层， 了解密堆积 熟记于心，多练 上下前后左右 分的计算大家 概要】 晶晶体体 国科学家 Kos 子键的形成 程 例： 转移形成离子 Na+

4、Cl + e= C 北京清北 . . . . 离子晶体和金 点阵（晶格） 做简单的了 型。配位数。 、石墨、硒、 核心内容， 也是 积的种类与空 练习晶体结构 右是什么样子 家仔细些不太 ssel(科塞尔)提 子 Cl 北学堂教育科技 晶体结构 金属晶体。晶 能。 解就可以，清 常见的晶体结 、冰、干冰、 是整个竞赛的 空隙模型以及 构的画图，要 的结构， 这是 会容易出错。 提出离子键理 技有限公司 构 . . . . 晶胞（定义、 清楚晶体的分 结构类型：N 、金红石、二 的重点， 难点部 及配位数。 对 要有一定的空 是做好晶体部 。 理论。 . . . . 晶胞参数和 分类。 NaCl

5、、CsCl、 二氧化硅、钙 部分。 从单层 对于上面列举 空间想象能力 部分竞赛题目 第 和原子坐标及 闪锌矿（Zn 钙钛矿、钾、 层的密堆积入 举的常见的晶 力，联想到一 目必备的能力 第 2 页 2 2 2 11 以晶 nS）、 镁、 入手， 体结 个晶 力， 对 清北 www 时， 致势 极端 即除 定结 全部 化合 北学堂集中培训 相应的电子 分别达到 N （2）靠静电 注：横坐标 即两核之间 下面来考察 图中可见： r r0时，随 r = r0时，V r 1.7，发 X 1.7， （2）易形成 Na+（2s22p6 结构。所以， 部价电子形成 合物。 （3）形成离 非极性共 课程导

6、学 子构型变化： Ne 和 Ar 的稀 电吸引，形成 标核间距 间无限远时， 察 Na+和 Cl 随着 r 的不断 有极小值， 急剧上升， 升。 子相互吸引， 的形成条件 的电负性差要 发生电子转移 不发生电子转 和共价键之间 极端为非极性 不存在百分之 静电相互吸引 实际上是指离 成稳定离子 6） ，Cl（3s NaCl、AgCl 成稳定离子， 离子键，释放 共价键极性共 北京清北 2s22p63s1 稀有气体原子 成化学键，体 r 。纵坐标 势能为零。 彼此接近时 断减小，正负 此时体系最稳 因为 Na+和 保持一定距 要比较大 移，形成离子 转移，形成共 ， 并非严格截 性共价键。如 之

7、百的离子键 外，尚有共 离子键的成分 s23p6） ，达到 均为离子化 比较困难， 放能量大 极性增大 共价键离子键 北学堂教育科技 2s22p6 ；3s 子的结构，形 体系的势能与 体系的势 ，势能 V 的变 负离子靠静电 稳定，表明形 Cl彼此再接 离时，体系最 子键； 共价键。 截然可以区分 图所示： ，即使是 N 用电子对的作 分(百分数)大 到稀有气体稳 合物；而 C 所以一般不形 键 技有限公司 s23p5 3s23 形成稳定离子 与核间距之间 势能 V 。纵坐 变化。 电相互吸引， 形成了离子键 接近时，相互 最稳定，即为 分的。 可将离 aF 的化学键 作用。 大于 50%。

8、稳定结构，Ag 和 Si 原子的 形成离子键。 3p6 子。 间的关系如图 坐标的零点 V 减小，体系 键。 互之间电子斥 为离子键。 离子键视为极 键之中，也有 g+（4d10）d 的电子结构为 。如 CCl4、S 第 图所示： 当 r 无 系趋于稳定。 斥力急剧增加 极性共价键的 有共价键的成 轨道全充满 为 ns2np2，要 iF4等，均为 第 3 页 无穷大 加, 导 一个 成分， 的稳 失去 共价 清北 www 表示 具体 北学堂集中培训 Na )(s +1/2 在形成离子 （二）离子 1、作用力的 F（q1q2） 2、离子键无 因为是静电 （三）离子 1、键能和晶 以 NaCl

9、为例 键能：1mo NaCl )(g = Na 晶格能：气 Na+ )(g + Cl 晶格能 U 越 示离子键的强 2、玻恩哈 Born 和 Ha 体如下： H1等于 N H2等于 C H3等于 N H4等于 C H5等于 N H6等于 N 课程导学 Cl )(2 g = NaCl 子键时，以放 子键的特征 的实质是静电 / r2（q1、q2 无方向性、无 电吸引，所以 子键的强度 晶格能 例： ol 气态 NaCl a )(g + Cl )(g 气态的正负离 )(g = NaCl )(s 越大，则形成 强度，而且大 伯循环 ( Bo aber 设计了 Na )(s 的升华热 Cl2 )(g

10、的离解 Na )(g 的第一 Cl )(g 的电子亲 NaCl 的晶格能 NaCl 的标准生 北京清北 l )(s H = 放热的形式， 电引力 2分别为正负 无饱和性 以无方向性； 分子，离解成 H = 键能 E 离子，结合成 H = U（ 成离子键时放 大小关系一致 rnHaber Circ 一个热力学循 热（S） ，即 能（D）的一 电离能（I1） 亲和能（E） 能（U）的相 生成热（f H 北学堂教育科技 410.9 kJm 释放较大的能 负离子所带电 且只要是正负 成气体原子时 i 越大，表示 1mol NaCl 晶 （U 为正值） 放出的能量越 。通常，晶格 culation) 循

11、环过程，从 H1= S = 10 一半，即H2 ，即H3= I1 的相反数，即 相反数，即 H 0 m） ，即H 技有限公司 ol1 能量。 电量） 负离子之间， 时，所吸收的 示离子键越强 晶体时，放出 越多，离子键 格能比较常用 从已知的热力 08.8 kJmol 2=（1/2）D = 1 = 496 kJm 即H4= E = H5= U = ？ H6= f H 0 m ，则彼此吸引 的能量。用 E 强。 出的能量。用 键越强。键能 用。如何求得 力学数据出发 1 = 119.7 kJ mol1 = 348.7 kJ = 410.9 kJ 第 引，即无饱和 E i 表示。 用 U 表示。

12、能和晶格能， 得晶格能? 发，计算晶格 mol1 mol1 mol1 第 4 页 和性。 均能 格能。 清北 www 和离 为 1 北学堂集中培训 由盖斯定律 所以：H5 即：U = =108 以上关系称 利用盖斯定 H1 Na 的 H2Cl 的电 H3NaCl 的 H4NaCl 的 而H5 = E 3、影响离子 从离子键的 离子之间的距 （1）离子电 电荷高，离 （2）离子 半径大，导 （3）离子半 将离子晶体 d 1926 年，哥 133 pm 和 13 课程导学 律：H6= 5=H6（ H1 +H2+ 8.8+119.7+49 称为 BornHab 定律，通过热 的第一电离能 电子亲合

13、能 E 的晶格能 U 的 的升华热 S； Ei。所以，通 子键强度的因 的实质是静电 距离 r（与离子 电荷数的影响 离子键强。如 子半径的影响 导致离子间距 半径概念 体中的离子看 d = r+ + r （d 哥德希密特（ 32 pm，结合 北京清北 H1 +H2+ H1 +H2+ H3+H4 96348.7+41 ber 循环 热力学也可以 能 I1； 的相反数 E 的相反数 U； 通过 I1、E、U 因素 电引力 F (q 子半径的大小 响 如： 响 距大，所以作 看成是相切的 d 值可由晶体 （Goldschmid 合 X 射线衍射 北学堂教育科技 H3+H4+H H3+H4） H6

14、10.9 = 186.7 计算 NaCl 的 E； ； U 和 S 可求出 1q2) / r 2出发 小相关） 。 用力小；相反 球体，正负离 体的 X 射线衍 t）用光学方 射数据得到一 技有限公司 H5 kJmol1 的离子键的键 出键能 Ei。 发，影响 F 大小 反，半径小， 离子的核间距 衍射实验测定 方法测定，得 系列离子半径 键能。 小的因素有： ，则作用力大 距 d 是 r+和 r 定得到） 。 到了 F 和 O 径： 第 离子的电荷 大。如： r 之和。 O2 的半径， 第 5 页 荷数 q 分别 清北 www 系， 的半 而 5 如 C 北学堂集中培训 Mg2+ 的半径

15、这种半径为 1927 年，Pa 求出一套离 教材上两套 （3）离子半 同主族， Li+ Na+ 同周期主 Na+ Mg2+ 过渡元素， 同一元素 Ti4+ Ti3+； 一般负离 可见，虽然 周期表对 半径相似。 （四）离子 1、无确定的 NaCl 晶体是 58.5 是式量 2、导电性 水溶液或熔 3、熔点沸点 4、硬度高， 因离子键强 发生错位， CaCO3可用于 （五）离子 课程导学 径 r = MgO d 为哥德希密特 auling 用最外 离子半径数据 套数据均列出 半径的变化规 从上到下， K+ Cs+； 主族元素，从 + Al3+；K+ 离子半径变 素，不同价态 ；Fe3+ Fe 离子半径较大 然 F 与 K 相差 对角线上，左 子晶体的特点 的分子量 是个大（分子 ，不是分子量 熔融态导电， 点较高 ，延展性差 强度大，所以 正正离子相 于雕刻，而不 子晶体的空间 北京清北 2 O r= 320 p 特半径。 外层电子到核 据，称为 Pau 。 一般在比较 规律 电子层增加 F Cl 从左至右，离 Ca2+ 变化规律不明 态的离子，电 e2+ 大；正离子半 差两个周期，但 左上元素和右 点 子） ，无单独的 量。 是通过离子 以硬度高