@施杨（沈阳市第四中学）20190625晶体结构晶体结构复习课复习课高中化学人教版(选修3) 2一一一一典型晶体的典型晶体的结结构特征及构特征及代表物代表物质质二二二二常常见见考考点点晶体中粒子晶体中粒子的空的空间间堆堆积积方式，晶胞方式，晶胞的的结结构特点构特点及其及其应应用用三三三三晶胞中粒子晶胞中粒子个数、粒子个数、粒子间间距及晶胞距及晶胞边长边长、密度、密度等的等的计计算算四四四四晶晶胞胞空空间间利利用率的用率的计计算算 典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 3学学习习目目标标：： 掌握典型掌握典型晶晶 体晶胞体晶胞 结构结构掌握晶体中掌握晶体中粒子的空粒子的空间间堆堆积积方式并方式并能能应应用用学学会会有有关关晶晶胞胞中中粒粒子子个个数数、、粒粒子子间间距距及及晶晶胞胞边边长长、、密密度度、、空空间间利利用用率率的的简单计简单计算算目标目标 A A目标目标 B B目标目标 C C典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 401分子晶体02原子晶体03金属晶体04离子晶体晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构学习内容学习内容典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 （（1 1）分子的密堆积）分子的密堆积——干冰（干冰（2 2）分子的非密堆积）分子的非密堆积——冰冰一、典型的分子晶体：一、典型的分子晶体： 分子的密堆积分子的密堆积（与（与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 ））干冰的晶体结构图 ØØ原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱干冰的结构特点干冰的结构特点（（1）晶胞中）晶胞中COCO2 2分子位于晶胞顶点及面心分子位于晶胞顶点及面心（（2）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有4个个COCO2 2分子分子（（3 3）与）与COCO2 2分子紧邻且距离最近的分子紧邻且距离最近的COCO2 2分子共分子共有有1212个，个，两个两个最近的最近的COCO2 2分子的间距为分子的间距为面对角面对角线的一半线的一半 分子的密堆积分子的密堆积（分子间只存在范德华力）（分子间只存在范德华力）（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有12121212个个个个 ））））氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞 冰中１个水分子周围有４个水分子冰中１个水分子周围有４个水分子冰中１个水分子周围有４个水分子冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积（分子间存在氢键）分子的非密堆积（分子间存在氢键） 只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。
分子密堆积这类晶体每个分子周围一般有这类晶体每个分子周围一般有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C6060、、干冰干冰 、、I I2 2、、O O2 2 有分子间氢键有分子间氢键——氢键具有方向性氢键具有方向性, ,使晶体中的空使晶体中的空间利率不高间利率不高, ,留有相当大的空隙留有相当大的空隙. .这种晶体不具有分子密这种晶体不具有分子密堆积特征如堆积特征如：：HF HF 、、NHNH3 3、冰（每个水分子周围只有、冰（每个水分子周围只有4 4个个紧邻的水分子）紧邻的水分子）分子晶体结构小结分子晶体结构小结（（1 1）密堆积）密堆积（（2 2）非密堆积）非密堆积 要数出一个要数出一个COCO2 2周围紧邻多少个周围紧邻多少个COCO2 2，可以以，可以以晶胞图中的任一顶点为体心在其周围晶胞图中的任一顶点为体心在其周围“无隙并无隙并置置”8 8个个COCO2 2晶胞，周围紧邻的晶胞，周围紧邻的COCO2 2分子数为分子数为1212个 或利用晶胞进行数学计算：与任意顶点或利用晶胞进行数学计算：与任意顶点COCO2 2紧邻的紧邻的COCO2 2是该顶点所处面的面心，共有三个分是该顶点所处面的面心，共有三个分子。
若以该顶点形成立方体，则需要八个与此子若以该顶点形成立方体，则需要八个与此相同的晶胞，则由相同的晶胞，则由3 3××8=248=24个紧邻个紧邻COCO2 2，但每一个，但每一个COCO2 2都属于两个晶胞，所以总数应为都属于两个晶胞，所以总数应为: : 24 24÷÷2=122=12个方法与技巧方法与技巧 二．原子晶体（共价晶体）二．原子晶体（共价晶体） 构成晶体的粒子是原子，所有的构成晶体的粒子是原子，所有的相邻原子间都以共价键相结合而形成相邻原子间都以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体空间立体网状结构的晶体金金刚刚石石1 1、概念：、概念： 109º28´共价键金刚石的晶体结构示意图金刚石的晶体结构示意图典型的原子晶体：典型的原子晶体： （（1）每个碳原子与周围）每个碳原子与周围4个碳原子形成个碳原子形成4条条共价键，键角共价键，键角109°28′，金刚石中1 mol C原子平均形成2 mol共价键2）最小碳环为六元立体碳环）最小碳环为六元立体碳环（（3）每个碳原子被）每个碳原子被12个碳环所共有个碳环所共有Ø原子间作用力只有共价键原子间作用力只有共价键 金刚石晶体的结构特点金刚石晶体的结构特点：： 2024/9/3 （（1）碳原子位于顶点、面心、体内）碳原子位于顶点、面心、体内（（2）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有8个碳原子；个碳原子；（（3）两个碳原子的）两个碳原子的最近距离为体对角线的最近距离为体对角线的四分之一四分之一Ø原子间作用力只有共价键原子间作用力只有共价键 金刚石晶胞的结构特点金刚石晶胞的结构特点：： 180º109º28´SiO共价键共价键二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅晶体结构示意图 Ø原子间作用力只有共价键原子间作用力只有共价键 二氧化硅晶体的结构特点二氧化硅晶体的结构特点：：（（（（1 1）每个硅原子与周围）每个硅原子与周围）每个硅原子与周围）每个硅原子与周围4 4个氧原子形成个氧原子形成个氧原子形成个氧原子形成4 4条硅氧共条硅氧共条硅氧共条硅氧共价键，键角价键，键角价键，键角价键，键角109°28′，1 mol 二氧化硅晶体中硅氧原子个数比为1:2（（（（2 2）最小环为十二元立体环，）最小环为十二元立体环，）最小环为十二元立体环，）最小环为十二元立体环，6 6个硅原子，个硅原子，个硅原子，个硅原子，6 6个氧个氧个氧个氧原子原子原子原子（（（（3 3）平均每个硅原子被）平均每个硅原子被）平均每个硅原子被）平均每个硅原子被1212个环所共有，氧原子被个环所共有，氧原子被个环所共有，氧原子被个环所共有，氧原子被6 6个环所共有个环所共有个环所共有个环所共有（（（（4 4）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有）每个晶胞中含有8 8个硅原子，个硅原子，个硅原子，个硅原子，1616个氧原子个氧原子个氧原子个氧原子（（（（5 5）两个硅、氧原子的）两个硅、氧原子的）两个硅、氧原子的）两个硅、氧原子的最近距离为体对角线的八最近距离为体对角线的八最近距离为体对角线的八最近距离为体对角线的八分之一分之一分之一分之一 1.551.55××1010-10-10m m石墨石墨金刚石金刚石拓展一下拓展一下拓展一下拓展一下 石墨的结构特点：（（1 1））石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动， 所以石墨很软。
所以石墨很软2 2））（（3））在石墨中各层均为平面正六边形网状结构，碳原子之间存在在石墨中各层均为平面正六边形网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大很强的共价键（大ππ键），键）， C-CC-C键长比金刚石的短，键的强键长比金刚石的短，键的强度大，度大，故其熔点比金刚石高故其熔点比金刚石高石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体 熔点熔点（（℃）） 沸点沸点（（℃））石墨石墨36524827金刚石金刚石 35504827（（4）石墨晶体中平均每个碳原子）石墨晶体中平均每个碳原子被被3个六元环所共有，每条碳碳键个六元环所共有，每条碳碳键被被2个六元环所共有平均每个六个六元环所共有平均每个六元环拥有元环拥有2个碳原子，个碳原子，3条共价键条共价键 金属晶体的原子二维空间堆积模型金属晶体的原子二维空间堆积模型 （a）非密置层 （b）密置层 三、三、 金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构 三维堆积－三维堆积－四种方式四种方式 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方由由非非密密置置层层一一层层一一层层堆堆积积而而成成 2024/9/3简单立方堆积简单立方堆积 2024/9/3体心立方堆积配位数：8 2024/9/3ＡＢＡＣＢＡ镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的原子堆积模型 123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，，3，，5 位。
位 ( 或对准或对准 2，，4，，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 )123456AB，， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式密的堆积方式 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球第一种是将球对准第一层的球123456 于是于是每两层形成一个周期每两层形成一个周期，，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ) 六方最密堆积六方最密堆积 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，，4，，6 位位，不同于，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层123456123456123456 123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。
期 得到面心立方堆积得到面心立方堆积 配位数配位数 12 同层同层 6，， 上下层各上下层各 3 ) 2024/9/3面面心心立立方方最最密密堆堆积积: :铜铜型型BCA 解题思路：找准几何关系计算空间利用率例：例：例：例：已知金属已知金属已知金属已知金属铜铜原子的堆原子的堆原子的堆原子的堆积积方式如右方式如右方式如右方式如右图图，通，通，通，通过计过计算求算求算求算求该该晶体的晶胞空晶体的晶胞空晶体的晶胞空晶体的晶胞空间间利用率利用率利用率利用率P P 解题思路：三、找准几何关系三、找准几何关系 计算空间利用率计算空间利用率一、弄清晶体堆积方式一、弄清晶体堆积方式 转化为对应晶胞模型转化为对应晶胞模型二、均摊法数出晶胞中的粒子数二、均摊法数出晶胞中的粒子数 方法技巧方法技巧1.明确晶体堆积模型；明确晶体堆积模型；2.根据不同情况，数出晶胞中的粒子数；根据不同情况，数出晶胞中的粒子数；3.利用几何知识，计算空间利用率利用几何知识，计算空间利用率 金属晶体的四中堆积模型对比金属晶体的四中堆积模型对比 四、离子晶体四、离子晶体 思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处思考：氯化钠晶体中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什么位置？于晶胞的什么位置？顶点和面心是顶点和面心是钠钠离子离子棱上和体心是棱上和体心是氯氯离子离子晶晶体体的的微微观观结结构构NaClNaCl1 1、氯化钠晶体的结构特点、氯化钠晶体的结构特点、氯化钠晶体的结构特点、氯化钠晶体的结构特点 Na+Cl-315624154236每个每个ClCl- 周围周围与之与之最接近最接近且且距离相等的距离相等的NaNa+共有共有 个。
个 6这几个这几个NaNa+在空间在空间构成的几何构型构成的几何构型为为 正八面体正八面体NaCl晶体中离子的晶体中离子的配位数配位数 （（（（1 1）钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心））钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心））钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心））钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心）（（（（2 2）钠离子和氯离子配位数均为）钠离子和氯离子配位数均为）钠离子和氯离子配位数均为）钠离子和氯离子配位数均为6 6，，，，（（（（3 3）与一个钠离子紧邻且最近的钠离子为）与一个钠离子紧邻且最近的钠离子为）与一个钠离子紧邻且最近的钠离子为）与一个钠离子紧邻且最近的钠离子为1212个个个个（（（（4 4）每个晶胞含有）每个晶胞含有）每个晶胞含有）每个晶胞含有4 4个钠离子个钠离子个钠离子个钠离子4 4个氯离子个氯离子个氯离子个氯离子Ø离子间作用力为有离子键离子间作用力为有离子键 氯化钠晶体的结构特点氯化钠晶体的结构特点：： 2 2、、CsClCsCl晶体的结构晶体的结构 2、、 CsClCsCl晶体结构特点晶体结构特点（（1 1）每个晶胞含）每个晶胞含1 1个铯个铯离子离子1 1个氯离子个氯离子 （（2））在氯化铯晶体中，每在氯化铯晶体中，每个个CsCs+ +周围与之最接近且距离周围与之最接近且距离相等的相等的ClCl- -共有共有8 8个个；这几个；这几个ClCl- -在空间构成的几何构型为在空间构成的几何构型为立方体。
立方体3 3）在每个）在每个ClCl- -周围距离相等且最近周围距离相等且最近的的ClCl- -共有共有 6 6个个 ；这几个；这几个ClCl- - 在空间在空间构成的几何构型构成的几何构型 正八面体正八面体 NaCl，，CsCl晶体中的配位数晶体中的配位数离子晶体离子晶体阴离子阴离子配位数配位数阳离子阳离子配位数配位数 NaCl CsCl6688 CaF2的晶胞的晶胞3、、CaF2的晶体中，的晶体中，Ca2＋＋和和F－－的个数之比的个数之比____，电，电荷数之比荷数之比_____，，Ca2＋＋配位配位数是数是_____，，F－－的配位数是的配位数是_______ Ca2＋＋、、 F－－的最的最近距离为晶胞体对角线的近距离为晶胞体对角线的四分之一四分之一1:22:184 2024/9/34、、ZnS型晶胞型晶胞2°阳离子的配位数： 阴离子的配位数：1°一个ZnS晶胞中含：4个阳离子和4个阴离子44 45回顾一下回顾一下回顾一下回顾一下常见常见典型典型晶胞晶胞分子晶体：分子晶体：干冰晶胞干冰晶胞 原子晶体：原子晶体：金刚石晶胞金刚石晶胞金属晶体：金属晶体：简单立方堆积、简单立方堆积、体心立方堆积体心立方堆积六方最密堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积面心立方最密堆积 离子晶体：离子晶体：NaCl型、型、CsCl型、型、CaF2型、型、ZnS型型典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 晶体晶体晶体晶体结结构构晶体晶体详详解解干冰干冰（1）8个个CO2分子构成立方体且分子构成立方体且在在6个面心又各占据个面心又各占据1个个CO2分子分子（2）每个每个CO2分子周分子周围围等距等距紧紧邻邻的的CO2分子有分子有12个个冰冰一个水分子与另外四个水分子一个水分子与另外四个水分子以以氢键结氢键结合成正四面体合成正四面体小结小结：： 晶体晶体晶体晶体结结构构晶体晶体详详解解金金属属晶晶体体简简单单立立方方体体心心立立方方典型代表典型代表Na、、K、、Fe，空，空间间利用率利用率68%，，配位数配位数为为8六六方方典型代表典型代表Mg、、Zn、、Ti，空，空间间利用率利用率74%，配位数，配位数为为12面面心心立立方方典型代表典型代表Cu、、Ag、、Au，空，空间间利用率利用率74%，配位数，配位数为为12 晶体晶体晶体晶体结结构构晶体晶体详详解解离离子子晶晶体体氯氯化化钠钠型型钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心）钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心）钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心）钠离子位于顶点和面心（或棱心和体心）每个晶胞含有每个晶胞含有每个晶胞含有每个晶胞含有4 4个钠离子个钠离子个钠离子个钠离子4 4个氯离子，阴阳个氯离子，阴阳个氯离子，阴阳个氯离子，阴阳离子配位数均为离子配位数均为离子配位数均为离子配位数均为6 6氯氯化化铯铯型型每个每个CsCl晶胞中有晶胞中有1个个Cl－－和和1个个Cs＋＋,Cl－－Cs＋＋配位数均为配位数均为8，，F－－的配位数是的配位数是4。
氟氟化化钙钙型型每个每个CaF2的晶胞中，有的晶胞中，有4个个Ca2＋＋和和8个个F－－Ca2＋＋配位数是配位数是8，，F－－的配位数是的配位数是4 Ca2＋＋、、 F－－的最近距离为晶胞体对角线的的最近距离为晶胞体对角线的1/4硫硫化化锌锌型型每个晶胞中含4个锌离子和4个硫离子，锌离子和硫离子配位数均为4锌离子和硫离子最短距离为体对角线的1/4 50练练 一一 练练典型晶体结构典型晶体结构 复习复习1、、下列有关晶体的叙述中不正确的是：下列有关晶体的叙述中不正确的是：A. 金刚石的网状结构中金刚石的网状结构中,由共价键形成由共价键形成的碳原子环中的碳原子环中,最小的环上有最小的环上有6个碳原子个碳原子B. 氯化钠晶体中氯化钠晶体中,与每个与每个Na+紧邻且最紧邻且最近的近的Cl-有有6个个C. 氯化铯晶体中氯化铯晶体中,每个铯原子周围紧邻每个铯原子周围紧邻8个氯原子个氯原子D. 干冰晶体中干冰晶体中,每个二氧化碳分子周围每个二氧化碳分子周围紧邻紧邻10个二氧化碳分子个二氧化碳分子 51练练 一一 练练2 、、 KO2的晶体的晶体结结构与构与NaCl相似，相似，KO2可以看可以看作是作是Na＋＋ 的位置用的位置用K＋＋代替，代替，Cl－－的位置用的位置用O2-代替，代替，则则下列下列对对于于KO2晶体晶体结结构的描述正确的构的描述正确的是是：：A、与、与K＋＋距离相等且最近的距离相等且最近的O2-共有共有8个个B、与、与K＋＋距离相等且最近的距离相等且最近的O2-构成的多面体是构成的多面体是正八面体正八面体C、与、与K＋＋距离相等且最近的距离相等且最近的K＋＋有有8个个D、一个、一个KO2晶胞中的晶胞中的K＋＋和和O2-粒子数均粒子数均为为8个个典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 52练练 一一 练练典型晶体结构典型晶体结构 复习复习3、、已知已知CsCl晶体的密度为晶体的密度为ρg·cm－－3，，NA为为阿伏加德罗常数，相邻的两个阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋＋的核间的核间距为距为acm，如图所示，则，如图所示，则CsCl的相对分子的相对分子质量可以表示为质量可以表示为：：A.NA·a3·ρ B. NA·a3·ρ/4 B. C. NA·a3·ρ/6 D. NA·a3·ρ/8 53练练 一一 练练4 、、最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。
该新型超导晶体的元素，从而引起广泛关注该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为：：A．．Mg2CNi3 B．．MgCNi2C．．MgCNi3 D．．MgC2Ni典型晶体结构典型晶体结构 复习复习 谢谢谢谢沈阳市第四中学 施杨 。