晶体的结构和性质

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1、晶体的结构和性质高考目标要求1、了解几类常见晶体的结构特点及性质2、初步掌握分析晶体结构和组成的常用方法一、晶体1、概念具有规则几何外形的固体2、晶体的分类离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 （过渡型晶体）3、各类晶体的比较4、 过渡型晶体石墨比较分子晶体离子晶体原子晶体金属晶体念义定 概构成晶体的微粒分子阴离子阳离子原子金属阳离子自由电子微粒间的作用力分子间作用力（范德瓦尔斯力）离子键共价键金属键物 理 性 质熔沸点较低较高很高有咼、有底硬度较小较大、硬而脆很大有大、有小导电性晶体不导电熔融状态不导电 水溶液部分导电 部分不导电晶体不导电熔融状态能导电水溶液能导电、不导电良导体导热性不良

2、不良不良良好延展性不良不良不良良好溶解性相似者相溶一般易溶于水 难溶于有机溶剂不溶于一般溶剂不溶于一般溶剂影响晶体 性质的因素分子间作用力相对分子质量的大小离子键的强弱离子的半径和电荷共价键的强弱键长、键能原子的半径金属键的强弱自由电子的多少半径大小实例NaCl、 CsCl干冰、白磷金刚石、碳化硅金属单质、合金 同一片层内，每个碳原子通过三个共价键与另三个碳原子相连成正六边形，形成一 个整体（类似与于原子晶体）。 在同一片层内每个碳原子还有一个电子在同一片层内自由运动（类似于金属晶体）片层与片层之间通过分子间力结合（类似于分子晶体）1.42k1O-10石黑的鼻体殆枸示童霍石握的体结拘帽视建_O

3、TOI 启 CHW07S蛊 CH正六边形画积壽寺 3inti0 x 6sin60 =亨故，石墨具有原子晶体的特点： 高熔沸点、难溶于任何溶剂； 具有金属晶体的特点： 电和热的良导体、有金属光泽 具有分子晶体的特点： 硬度小、质地软。5、判断晶体类型的一般方法 依据组成晶体的微粒和微粒之间的相互作用力判断 依据物质的类别 依据晶体的性质，如：熔沸点、导电性、硬度、机械加工性能等推测6、分析晶体组成的方法 均摊法：包括最小结构单元分割法和点线面共用分割法。割 Cs+ OCI7、物质熔沸点高低比较的一般规律 口原子晶体离子晶体点 1/5线 1/2分子晶体如：键长、原子半径C SiC Si 金刚石离子

4、半径、离子电荷MgCl NaCl KCl相对分子质量HI HBr HCl特例： NH3 HO HF的熔沸点比相应同族其它元素的氢化物熔沸点反常的高（形成氢键的缘故） 金属晶体、过渡型晶体因差异较大一般不列入比较系列。 二、晶体结构试题分类解析有关晶体结构的推断和计算是高中化学中的一个难点，这些题目能很好地考察学生 的观察能力和三维想象能力，而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合， 自然也就成为近年高考的热点之一。此类题目的解答，要求学生在熟练掌握NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金刚石等晶体结 构的基础上，进一步理解和掌握一些重要的分析方法与原则。 1、教材中重要的晶体结构示意图

5、 Cs* OCl图 1 ： NaCl 的晶体结构图 4 ： 金刚石晶体结构 练习：图 2 ： CsCl 的晶体结构图5：SiO2晶体结构图 3 ： 干冰的晶体结构图 6： 石墨晶体结构俯视1、请将图1中NaCl晶体结构中代表Na+的圆圈涂黑（不考虑体积大小），以完成NaCl 晶体的结构示意图。在该晶体中每个Na+周围与之最接近且距离相等的Na+共有个; 与每个Na+等距离且最近的Cl-所围成的空间几何构型为。2、在CsCl晶体中，每个Cs+周围与之最接近的且距离相等的Cs+有个。3、在干冰晶体中，每个CO2分子周围与之最接近的且距离相等的CO2分子有个。4、在金刚石的网状结构中，含有由共价键形

6、成的碳原子环，其中最小的环上有个碳原子，每个碳原子上的任意两个CC键的夹角都。5、 石墨是层状结构，每一层内，碳原子排列 而成平面网状结构。每一个碳原子跟其它个碳原子相连。2、根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式 解答这类试题，通常采用分摊法。因为在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是 只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每一个晶胞只能按比例分摊。分摊的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞 只能分得这个原子的丄。n具体地，根据晶胞(晶体中最小重复单位)求晶体中粒子个数比的方法是：处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于晶胞；处

7、于棱上的粒子，同 时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于晶胞；处于面上的粒子，同时为两个晶胞共 有，每个粒子有 1/2 属于晶胞。例1现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是()AB2A)EF2B)XY3Z( C)ABD)【分析】根据题意应选C、D。这类题解题的思维方法为平均法，即先分析基本结 构单元中的一个点或一条边为几个结构单元所共有，若为n个基本结构单元共有，则这 个基本结构单元就只占有这个点或这条边的1/n。这种求晶胞中粒子个数的方法还可类推到求晶胞中化学键数目，如：例 2：石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边形排列成平面 网状结构，如果将每对相邻

8、碳原子间的短线看成一个化学键，则石墨晶体中每一层内碳 原子数与CC键数的比是()(A) 2 ： 3(B) 1 ： 3(C) 1 ： 1(D) 1 ： 2【分析】据石墨的晶体结构可知：每个碳原子为三个正六边形共用，每个正六边形 占有该碳原子的1/3，因此，每个正六边形占有碳原子数为6X1/3个；晶体中每个C C键即为每个正六边形的边，每个边为2个正六边形共用，每个正六边形占有该CC键的1/2,故每个正六边形占有CC键数目为6X 1/2=3个，选（A）。例3.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子（如左图所示），顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式 。【分析】

9、你的答案是TiC吗？这是错的，为什么呢？这只不过是一个具有规则结构的大分子，而不是一个空间结构中的最小重复单位，按例 1 的方法计 算自然是错的了。在这个问题中，我们只需数出两种原子的数目就可以了（ Ti14C13）, 而不必进行上面的计算。练习：6、水分子间由于氢键的作用彼此结合而形成（H2O）n，在冰中每个水分子被4 个水分子包围形成变形的四面体，通过氢键相互连接成晶体，其结构如下图所示。则 1mol冰中有mol氢键。7、科学家发现钇钡铜氧化合物在90K具有超导性，若该化合物的结构如下图所示,则该化合物的化学式可能是（ ）A) YBa2Cu3O4( B) YBa2Cu2O5C) YBa2C

10、u3O5D) YBaCu4O4第6题图）第7题图）第8题图）? O Tl第9题图）第10题图）8、石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其它3 个碳原子相结合。上图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是（ ）(A) 10 个B) 18 个C) 24 个D) 14 个9、上图所示为高温超导领域的一种化合物钙钛矿的结构，该结构是具有代表性的 最小重复单元。试确定该结构单元的质量。（相对原子质量：Ca 40 Ti 48 O 16） 10、二氧化硅是立体的网状结构，其晶体模型如上图所示，请认真观察该晶体模型后回 答以下问题：（1） 二氧化硅晶体中最小环为元环；（2） 每个

11、硅原子为个最小环共有；（3） 每个最小环平均拥有个硅原子，个氧原子。3、晶胞结构与晶体密度的计算例3.如图是CsCl晶体的晶胞核间距为a cm,氯化铯的式量为（）Ma3（A）g - cm-38NAMC）g - cm-3N a3A（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个最近的Cs+M， NA 为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为8M(B)g cm-3N a3AMa3D)g cm-3NA的密度 =晶体的摩尔体量）,据式量可知，1mol CsCl的质量为M克，故需求出晶体的摩尔体积分析】解法一：晶体的密度等于晶体的质量与晶体在该质量下的体积的比值（即晶体体的密度为。Mg/molM=g/cm3a3cm

12、3 x N /mol N a3AA解法二：一个晶胞的体积为a3cm3，若求出一个晶胞的质量，则可以求出晶胞的密1mol CsCl的体积。因晶体是由晶胞构成的，而1个CsCl晶胞的体积为a3cm3。因此， 此题解题的关键是找出1mol CsCl晶体中的晶胞数目，由晶胞的示意图可知，1个晶胞 中含1个Cs+和1个Cl，所以，在1molCsCl晶体中含NA个的晶胞。由此可得，晶度，也就是晶体的密度（因为晶胞是晶体中最小的结构单元）。根据晶胞的结构示意图可知，1个晶胞中含1个Cs+和1个Cl，所以一个晶胞的质量也就是1个Cs+和1 C1-的摩尔质量Cs+的摩尔质量个Cl的质量，所以晶胞的质量为+，即：

13、NNAACsCl的摩尔质量因此也可得出晶体的密度。4、分子内或晶体中化学键数目及多面体面数等的计算例4.德国和美国科学家首次制造出了由20个碳原子组成的空心 笼状分子c20,该笼状结构是由许多正五边形构成的（如右图所示）。 请回答：c20分子中共有个正五边形，共有条棱边。c20晶体属于（填 晶体类型）。【分析】解法一：从分子结构示意图可以看出，在C20分子内每个碳原子与另外3 个碳原子成键，因此，C20分子内化学键总数=20X3X1/2 （因为2个原子形成一个键）, 也即C20分子中共有30条棱边（因为化学键总数=多面体棱边总数）。从数学角度，多面体棱边数=多面体面数X每个面的棱边数X1/2

14、（因为2个面共用 一条棱边），设正五边形的个数为x,则有：30=xX5Xl/2，所以，正五边形的个数为12。实际上c20与c60都属于碳的同素异形体，应属于分子晶体。20 60解法二：设C20分子中含x个正五边形，通过观察图形可知，每一个顶点为三个正 五边形共用，则每个正五边形占有该顶点的1/2,因此，每个正五C20分子中含有正五 边形个数x=12；每一条边为两个正五边形共用，每个正五边形只占有这条边的1/2,故 cC键的数目为12X5X1/2=30个，即C20分子中共有30条棱边。边形占有碳原子数 为5X1/3个，这个基本结构单元的碳原子数为xX5X1/3=20，因此，【总结】在分子内或晶体中：化学键总数=多面体棱边总数其中，化学键总数=参与成键的微粒总数X每个微粒的成键数X1/2多面体棱边数=多面体面数X每个面的棱边数X1/2 练习11、已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正