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1、几种常见晶体结构的应用与拓展几种常见晶体结构的应用与拓展中学课本中列举了 NaCl、CsCL金刚石、 石墨、冰、氧化硅等典型晶体的结构示意图。它们的结构都是 立体的，如何从平面图想像出三维实物的结构形 态，这是解决有关问题的关键。首先可以利用直观结构模型，逐步建立起准 确、清晰的立体形象，提高空间想像力。其次还需掌握基本的解题技巧：在晶体结构 中切割一个基本结构单元，弄清该单元中点、 边、面为多少个基本结构单元所共有。构成晶体 的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态 群体。在晶体结构中具有代表性的最小重复单位 叫晶胞。根据晶体的晶胞，求粒子数的方法：处于顶点上的粒子：同时为8个晶胞共 有，
2、每个粒子有1/8属于晶胞。处于棱上的粒子：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2个晶胞共有，每个粒子有1/2属于晶胞。(4)处于体心的粒子：则完全属于该晶胞。图1 NaCl晶体图2CsCl晶体图3 冰晶体图4金刚石图5 Si晶体图6石墨晶体晶体中学阶段所需掌握的 几种晶体结构类型及 有关问题：、离子晶体NaCl型（如图1）1 .在晶体中，每个Na”同时吸引每一个Cl， 个Q.同时吸引着个Na “数目之比阴、阳离子 是。2 . 在晶体结构 中，每个晶胞由 个小立方体构成，每个小立方体的8个顶点分别由 a 个CI相邻占据，每个小立方体含N a+： 个、含Q： 个。
3、故 每个晶胞有NaQ微粒 个。3 .在晶体中，经过立方体的中心Na “的平面有三 个，每个平面的四个顶点上的Na “都同晶体 中与中心N体最接近且距离相等。所以，在晶中，每个NNa+的a “周围与它最接近的距离相等的 个数共有 个。同理，每个Q 周围”的个数也 与它最接近且有距离相等的CI个。CsCl型（如图2）一个 Cs + 与 CI 的个1 .在晶体中，每个Q吸引个Q，Cs 每个Cs “吸弓数比为。2.每个基本结构单元中个，含Cs（小立方体）含Q :3.在晶体中，每个Cs“周围与它最接近且距离相等的Cs +的个数共有个。 同理，每个C1 ,周围与它最接近的且距离相等的C1 共有一个。拓展练
4、习1 .在高温超导领域中，有一种化合 物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性 的最小单位结构如图所示试回答：(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距 离的钛离子有多少个？(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少2 .某物质的晶体中含A、B、C三种 元素，其排列方式如图所示(其中前 后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为B.2:3:1C.2:2:1D.1:3:31 .2001年曾报道，硼镁化合物刷新了金属化合物 超导温度的最高记录。该化合晶体结构中的晶胞如 右图所示。镁原子间形成正六棱柱，六个硼原子位于棱柱内。则该 化合物的化学式可表示为A Mg 14B6B M
5、gzBC MgBzD Mg 3B24 .如图是氯化能晶体的晶胞（晶体中最小的重复 单元），已知晶体中的Cs+离2个最近子核间距为a cm氯化钠的式量为M NA为阿伏加 德罗常数，则氯化葩晶体的密度为8M 3M 3A.丽 gm b.8a3NA/cmM 3Ma 3C.齐 g/cm D.IT g/cm5 .某离子晶体晶胞结构如图所示，x位于立方体的顶点，丫位于立方体中心。试分 。 y析：(1)晶体中每个Y同时吸引着每个X,个x同时吸引着 个Y,该晶体的化学式为 o(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有 O(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹 角/ XYX的度数为设该晶体的摩尔质
6、量为M g - mol-1,晶体密度为 p- cm3,阿伏加德罗常数为M则晶体中两个距离 最近的X中心间的距离为Na+ o一CV6 .晶体具有规则的几何外型、晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCI晶体结构如 图所示。已知FaO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1测知FaO晶体密度为P =5.71 g - cm3,晶胞边长为-104.28 X10 mo(1)Fe xO中x值(精确至0.01)为(2)晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+,在Fe?+和Fe 3+的总数中，Fe?+所占分数(用小数表示，精确至0.001)为(3)此晶体的化学式为 o(4)与某个Fe2+(或Fe3+)距离
7、最近且等距离的0-围成的空间几何形状是在晶体0中，铁元素间最短距离为cm7.1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进 展，为此两位科学家获得了 1987年的Nobel 物理学奖。其晶胞结构如图。根据图示晶胞结构，推算晶体中Y, CuBa和0原 子个数比，确定其化学式(2)根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中 Cu原子的平均化合价该化合物中各元素的化合 价为 丫( +3) , Ba ( +2) , Cu ( +2)和 Cu(+3)试计算化合物中这两种价态Cu原子个数 比。:、分子晶体干冰型(如图3)在干冰晶体中每个CO分子周围紧邻的CC2分子有 个
8、在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶 点落到CO分子的中心，则在这个正 方形的平面上有 个CC2分子。拓展练习1 .最近发现一种由钛(Ti )原子和碳原子构成 的气态团簇分子，如右图所示，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 化学式是 O2 .已知白磷是由P4分子形成的分子晶体，每个P4分子是正四面构。分体结 子中的四个磷原子位四面体的四个顶干正点。贝yP4分子中共有个PP键3 .磷在空气中充分燃烧后生成构如图所示的分子。图中圆圈表原子、实线表示II0化学键。试回答：(1)请从图中找出磷原子，并在上将其涂黑。(2)形成化合物的化学式为-(3)分子内的磷原子排
9、列成世。(4)每个磷原子处于 中心。(5)在用实线表示的化学键中，两原子间单线表示的是一三、原子晶体(填写非极性键或极性键)。正四面体型(金刚石、硅、二氧化硅)(如图4、图5)1 .金刚石晶体中，每个碳原子与4个相邻的碳原 子形成4个CY键。2 .在金刚石晶体中，由于一个碳原子所形成的4个键共有C ,2 = 6种两两相邻的组合，每个 键可形成两个近似垂直的六元环，故每个碳原 子最多可形成6J=12个六元环，一个六元环实际拥有6X( 1/12) = ( 1/2)个碳原子。3 ,在金刚石晶体中，固定一个C-键，其余二键 与该键有C31 = 3种两两相邻的组合，故一个 C-C最多可形成3A2 = 6
10、个六元环，每个六元 环拥有6X （ 1/6） = 1个CY键。4.硅晶体结构与金刚石晶体结构相同。由上述推导过程可知：在二氧化硅晶体中， 最小环为12元环（6个硅原子和6个氧原 子），每个12元环实际拥有6X （1/12）=（1/2）个硅原子，拥有（1/6） 6= 1个氧原 子，故硅、氧原子个数比为1 ：2。四、混合型晶体石墨型（如图6）1 ,石墨晶体为层状结构。每一层中碳原子排列成六 边形，个个六边形（六元环）排列成面的网状结构，键角1202 .每一个碳原子都跟相邻的碳原子以共价键相结 合。因此，每个六元环拥有碳原子（1/3） 6=2 个，每个环拥有CY键（112） 6= 3个。3. mg石
11、墨中，正六边形数目为（m/12) N吃=(mN a/24) o拓展练习1 .石墨晶体（属混合型晶体）是层状结 构，在每一层内；每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如 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人 人个D.14个数是（）A.10 个 B.18 个 C.242 .石英晶体的平中硅，氧原子个数比为 面示意图如示，实际上是立体网状结构，其3有一种多聚硼酸盐为无限网（如右图）：其结构的基本单元可表示为d A i左注日寺图所Q-a3a Q-甲一(B50n)5 .单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据熔占 八 、 沸 占 i 度金刚石晶体硅晶体硼382316832573510
12、026282823107.09.5晶体硼的晶体类型属于晶体，理由是已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的:十面体，其中有20个等边三角形的面和一定 数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过视 察图形及推算，此晶体体结构单元由个硼原子构成。其中B-B键的键角为6.3 -竣乙基倍倍半氧化物(即Ge-132)是与人体健康有关的最要的有机楮化合物。其片层结 构如图，每个结构相同的基团都是由六个楮原子和 六个氧原子构成的还同时 元环，每个楮原子与三个氧原子相连结，形成可以任意延伸的片层， 每个错原子连接一个竣乙基(-CHCHCOO)各片层间存在相互作用，连结成三维 网状结构。均每个正六边形拥有个楮原子，一
13、个氧原子.(2)化学式为： 7. 1996年诺贝化学奖 授予对发现C60有重大贡献的三位科学家.C60分 子是形如球状的多面体(如图)，该结构的建立基于 以下考虑：C60分子中每个碳原子只跟相邻 的3个碳原子形成化学键；Cs。分子只含有五边形和六边形；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数十面数棱边数二2据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含的双键数为30.请回答下列问题：固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是，理 由是：(2)试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反 应生成C60F60(填“可能”或”不可出能“),并简述其理由：(3)通过计算，确定C60分子所含单键数.C60分子所含单键数为.(4) C 70分子也已制得，它的分子结构模型可以与 C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目.C70分子中所含五边形数为六边形数为
