晶体结构与性质复习.doc

1、高二化学（复习） 第 1 页 共 9 页晶体结构与性质复习一、分子晶体(1)分子紧密堆积：分子间作用力只是范德华力，以一个分子为中心，其周围通常可以有 12 个紧邻的分子。如 O2、CO 2、C 60；(2)分子非紧密堆积：分子间除范德华力外还有其它作用力（如氢键） ，分子晶体堆积要少于 12 个。如在冰的晶体中，每个水分子与四面体顶角方向的 4 个紧邻的水分子相互吸引构成冰的晶体，其空间利用率不高，使得冰的密度减小。干冰晶体干冰晶体中每 8 个 CO2 构成立方体且再在 6 个面的中心又各占据 1 个 CO2。在每个 CO2 周围等距离（ a/2，a 为立方体棱长）最近的 CO2 有 12

2、个（同层 4 个、上层 4 个、下层 4） 。2CO2 分子晶体的晶胞中，其中平均含有 4 个分子；在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点都落到 CO2 分子的中心，则在这个正方形的平面上有_ 4 个 CO2 分子；干冰晶体每个 CO2 分子周围距离相等且最近的 CO2 分子数目为 12 ；干冰是 CO2 晶体，分之间存在范德华力；性质特点：熔点低，易升华，工业上用作制冷剂。冰晶体冰晶体中每个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子，呈正四面体形；构成冰晶体的主要作用力是氢键( 也存在范德华力)，是分子晶体；特点： 40C 密度最大，水的分解温度远高于其沸点；1molH2O 分子中含有的共

3、价键数目为_2 N A _；1molH2O 分子中含有的氢键数目为_2 N A _；冰晶体中，一个 H2O 分子周围有的 4 个氢键；从结构的角度分析“固态水(冰) 水水蒸气氢气和氧气”的变化，在变化的各阶段被破坏的粒子间的主要相互作用依次是氢键、氢键、极性共价键。为什么水在 40C 时的密度最大？当冰刚刚融化成液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度增大。超过 40C 时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以 40C 时水的密度最大 。为什么冰的密度小于干冰？干冰晶体内只存在范德华力,一个分子周围有 12 个紧邻分子,形成分子密堆积。在冰晶体中分子间作用力主要

4、是氢键,一个水分子周围只有 4 个紧邻的水分子,形成分子非密堆积。所以干冰的密度大于冰的密度。白磷分子的结构白磷（P 4）分子的结构是一个正四面体，其中每个 P 原子均以三个共价键与另外三个 P 原子相结合，P-P 键之间的夹角为 600。白磷缓慢氧化或在不充分的空气中燃烧时，P-P 键断开而嵌入一个氧原子，就生成了分子式为P4O6 的磷的低价氧化物。在这种氧化物分子中每个磷原子还有一对孤对电子，可以在继续氧化中结合 4 个氧原子而生成分子式为 P4O10 的磷的高价氧化物。C n 的结构(1)中有五边形和六边形，每个五边形占有的碳原子数应为 5/3 个,而每个六边形占有的碳原子数为 2 个。

5、(2)关于棱数，由于每个孤立的碳原子周围有三个键（一个双键，两个单键） 。而每个键却又是两个碳原子所共有，因此棱数n3(1/2)(3)单、双键数的求法： 单键数+双键数总棱边数 单键数 2双键数（即单键数为双键数的 2 倍）(4)五边形及六边形数目的求法：设五边形为 a 个，六边形为 b 个，则有：5a/3+2bn，n+ (a + b)3n/22(欧拉定理：顶点数+面数棱边数2)a、 b 由两式联立方程组求解可得。注意：分子晶体与化学键：分子晶体中一定存在范德华力，不一定存在化学键；除稀有气体构成的晶体外，高二化学（复习） 第 2 页 共 9 页一般分子晶体中分子间存在的作用力是范德华力，部分

6、有氢键。二、原子晶体常见的原子晶体：某些非金属单质：金刚石（C） 、晶体硅(Si)、晶体硼（B ） 、晶体锗(Ge)等；某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（ BN）晶体；某些氧化物：二氧化硅（SiO 2）晶体。金刚石金刚石晶体是一种空间网状结构每个 C 与另 4 个 C 以共价键结合，前者位于正四面体顶点。晶体中所有C-C 键长相等、键角相等（均为 109028） ；晶体中最小碳环由 6 个 C 组成且六者不在同一平面内；晶体中每个 C参与了 4 个 C-C 键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故 C 原子个数与 C-C 键数之比为(41/2)412。在金刚石晶体中，每个碳与 4

7、 个碳成键，形成空间结构是正四面体形；晶体中最小碳环由 6 个 C 原子组成，它们不在同一平面内上；在金刚石晶体中，碳原子个数与 CC 键数之比为 1 2 ；晶体中每个碳原子参与了 4 条 CC 键的形成；12g 金刚石中 CC 键数为_2 N A _；每个碳原子上任意两个 CC 键间的夹角是 109028；12g 金刚石含最小六元环的数目为_0.5 N A _；二氧化硅SiO2 中每个 Si 与 4 个 O 结合，前者在正四面体的中心，后者在正四面体的顶点；同时每个 O 被两个正四面体所共用。每个正四面体占有一个完整的 Si、四个“半 O 原子”，故晶体中 Si 原子与 O 原子个数比为 1

8、(41/2)12。在 SiO2 晶体中，1 个 Si 原子和 4 个 O 原子形成 4 个共价键，每个 Si 原子周围结合 4 个 O 原子；同时，每个 O 原子跟 2 个 Si 原子相结合。实际上，SiO 2 晶体是由 Si 原子和 O 原子按 12 的比例所组成的立体网状的晶体。附：混合型-石墨的片层结构石墨晶体是一种混合晶体层内存在共价键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、分子晶体和金属晶体的特征和特性。在层内，每个 C 与 3 个 C 形成 C-C 键，构成正六边形，键长相等，键角相等（均为 1200） ；在晶体中，每个 C 参与 3 条 C-C 键的形成，而在每条键中的贡献只有一半

9、，故每个正六边形平均只占有 61/32个 C，C 原子个数与 C-C 键数之比为 23(2/2)2：3。片层中平均每个六元环含碳原子数为 61/32 个；12g 石墨中正六边形的数目为 0.5 NA ；在片层结构中，碳原子数、CC 键数、六元环数之比为 231。三、离子晶体NaCl 晶体NaCl 晶体中 Na+和 Cl 交替占据立方体的顶点而向空间延伸。(1)在每个 Na+周围最近的等距离（设为 a）的 Cl 有 6 个（上、下、左、右、前、后） ，在每个 Cl 周围最近的等距离的 Na+ 亦有 6 个；在每个 Na+周围最近的等距离（必为 a）的 Na+有 12 个（同层 4 个、上层 4

10、个、下2层 4 个） ，在每个 Cl 周围最近的等距离的 Cl 亦有 12 个。(2)在晶体结构中，每个晶胞由 8 个小立方体构成，每个小立方体的 8 个顶点分别由 4 个 Na+、 4 个 Cl 相邻占据，每个小立方体含 Na+ 0.5 个、含 Cl 0.5 个。故每个晶胞有 NaCl 微粒 4 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 Na+最接近且距离相等。所以，在晶体中，每个 Na+周围与它最接近的距离相等的 Na+的个数共有 12 个。同理，每个 Cl周围与它最接近且距离相等的 Cl 的个数也有 12 个。CsCl 晶体

11、CsCl 晶体是一种立方体结构每 8 个 Cs+、8 个 Cl 各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异种离子（Cl 或 Cs+） 。在每个 Cs+周围最近的等距离（设为 a/2）的 Cl 有 8 个，在每个 Cl 周围最近的等距离的 Cs+3亦有 8 个；在每个 Cs+周围最近的等距离（必为 a）的 Cs+有 6 个（上、下、左、右、前、后） ，在每个 Cl 周围最近的等距离的 Cl 亦有 6 个。(1)在晶体中，每个 Cl 吸引 8 个 Cs+，每个 Cs+吸引 8 个 Cl ，Cs +与 Cl 的个数比为 11；高二化学（复习） 第 3 页 共 9 页(2)每个基本结构单元中（小立方体

12、）含 Cl 1 个，含 Cs+ 1 个；(3)在晶体中，每 Cs+周围与它最接近且距离相等的 Cs+的个数共有 6 个。同理，每个 Cl 周围与它最接近的且距离相等的 Cl 共有 6 个。CaF 2 晶体(1)距离 Ca2+最近且距离相等的 F 离子有 8 个； (2)距离 F 最近且距离相等的 Ca2+离子有 4 个；(3)距离 Ca2+最近且相等的 Ca2+离子有 12 个； (4)每个晶胞含有离子数为 Ca2+： 4 F ： 8 ；(5)配位数为 Ca2+： 8 F ： 4 四、金属晶体类 型 晶 胞代表金属 Po Na、K、Fe Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti配位数 6 8 12

13、12晶胞占有的原子数 1 2 4 2原子半径(r) 与立方体边长为(a)的关系相邻的球彼此接触r(原子) a/2体心对角线上的球彼此接触立方体面上对角线上的球彼接触 不做计算要求。空间利用率 52 68 74 74五、离子键与共价键、金属键的比较共价键离子键非极性键 极性键 配位键 金属键本 质 阴、阳离子通过静电作用 相邻原子间通过共用电子对与原子核间的 静电作用 金属阳离子与自由电子间的作用成键条件 成键原子的得、失电子能力差别很大成键原子的得、失电子能力相同成键原子的得、失电子能力差别很小成键原子一方有孤电子对，另一方有空轨道同种金属或不同种金属(合金)特 征无方向性、无饱和性有方向性、

14、有饱和性 无方向性存 在 离子化合物（离子晶体）离子化合物、共价化合物、单质离子化合物、共价化合物离子化合物、配位化合物金属单质(金属晶体、合金)六、晶体熔、沸点比较规律1不同晶体类型的物质：原子晶体离子晶体分子晶体；金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨、铂等，有的则很低，如汞、铯等。2同一晶体类型的物质，需比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高。思路为：(1)原子晶体共价键键能键长原子半径；(2)分子晶体分子间作用力相对分子质量；(3)离子晶体离子键强弱离子电荷、离子半径。化学键比较简单立方体心立方六方堆积面心立方高二化学（复习） 第 4 页 共 9 页3常温常压下状态：(1)熔点

15、：固体物质液态物质；(2)沸点：液态物质气态物质例 1 C60 是碳单质家族中的新成员，已知每个碳原子与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方式计算 C60 分子中存在_条 CC 单键；_条 C=C 双键？例 2 某离子晶体晶胞如图所示，X 位于立方体的顶点，Y 位于立方体的中心，试分析：（1）晶体中每个 Y 同时吸引着多少个 X？每个 X 同时吸引着多少个 Y？该晶体的化学式为_？（2）晶体中在每个 X 周围与它最接近且距离相等的 X 共有多少个？（3）晶体中距离最近的 2 个 X 与 1 个 Y 形成的夹角XYX 角度为多少？（4）该晶体的摩尔质量为 Mgmol-1，晶体密度为 gcm-3，

16、阿伏加德罗常数为 NA，则晶体中两个距离最近的 X 中心间的距离为多少？例 3 （1）将 NaCl 的晶胞向三维空间延伸就可得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与 NaCl相同，Ni 2+与最邻近 O2-的核间距离为 a10-8cm，计算 NiO 晶体的密度（已知 NiO 的摩尔质量为74.7gmol-1）。（2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种 NiO 晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个 Ni2+空缺，另有两个 Ni2+被两个 Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性但化合物中Ni 和 O 的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为 Ni0.97O，试计算该晶体中 Ni3

17、+与 Ni2+的离子数之比。CaF2 晶体金刚石晶体 石墨晶体 NaCl 晶体 干冰晶体 冰晶体 CsCl 晶体 高二化学（复习） 第 5 页 共 9 页【练习】1根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据判断说法中错误的是 ASiCl4 是分子晶体BMgCl2 中键的强度比 NaCl 中键的强度小C单质 R 是原子晶体DAlCl3 为离子晶体2经研究发现，有一种磷分子具有链状结构。结构如图所示。下列说法正确的是 A它是一种高分子化合物B它是一种极性分子，易溶于水C分子量是白磷的 8 倍D与白磷互为同素异形体二、非选择题3现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图 2-8 所示），可推知：甲晶体中 A 与

18、B 的离子个数比为；乙晶体的化学式为；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。高二化学（复习） 第 6 页 共 9 页4钙-钛矿晶胞结构如图 2-9 所示。观察钙-钛矿晶胞结构，求该晶体中，钙、钛、氧的微粒个数比为多少？5晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有 20 个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一个硼原子，如图 2-10 所示，回答：（1）键角_；（2）晶体硼中的硼原子数_个；BB 键_条？6在碳单质的成员中还有一种混合型晶体石墨，如图 2-11 所示。它是层状结构，层与层之间依靠作用力相结合。每层内部碳原子与碳原子之间靠作用力相结合，其键角。分析图中每个

19、六边形含有个碳原子。高二化学（复习） 第 7 页 共 9 页7C 70分子是形如椭球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：（1）C 70分子中每个碳原子只跟相邻的 3 个碳原子形成化学键；（2）C 70分子中只含有五边形和六边形；（3）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+面数-棱边数=2。根据以上所述确定：（1）C70 分子中所含的单键数和双键数；（2）C70 分子中的五边形和六边形各有多少？8晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl 晶胞结构如图 2-12 所示。已知 FexO 晶体的晶胞结构为 NaCl 型，由于晶体缺陷，x 的值小于 1。测知

20、FexO 晶体密度 为5.719cm-3，晶胞边长为 4.2810-10m（铁原子量为 55.9，氧原子量为 16）。求：（1）FexO 中 x 的值（精确至 0.01）。（2）晶体中的 Fe 分别为 Fe2+和 Fe3+，在 Fe2+和 Fe3+的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至0.001）。（3）写出此晶体的化学式。（4）描述 Fe 在此晶体中占据空隙的几何形状（即与 O2-距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？高二化学（复习） 第 8 页 共 9 页答 案一、选择题1D提示：一般来说晶体的熔沸点有如下规律：原子晶体离子晶体分子晶体

21、，金属晶体有的高有的低。对于同种类型晶体的熔沸点则取决于微粒间的作用力。2D、E二、非选择题311 C2D EF XY3Z41135（1）60 度（2）12（3）306范德华力（或分子间作用力）；非极性共价键；120 度；2。7（1）单键数：70；双键数：35。（2）设 C70 分子中五边形数为 x 个，六边形数为 y 个。依题意可得方程组：1/2（5x+6y）=1/2（370 ）（键数，即棱边数）70+（x+y）-1/2（370）=2（欧拉定理）解得五边形数 x=12，六边形数 y=25。8（1）0.92（2）0.826（4）正八面体（5）3.0310-10m。提示：（1）由 NaCl 晶胞

22、结构可知，1molNaCl 晶胞中含有 4mol NaCl，故在 FexO 晶体中 1mol FexO 晶胞中含有 4mol FexO。设 FexO 的摩尔质量为 Mg mol-1，晶胞的体积为 V。则有：4M=VN0，代入数据解得 M=67.4gmol-1，则 x=0.92。（2）设 Fe2+为 y 个，Fe3+则为（0.92-y）个，由正负化合价代数和为零可得：2x+3（0.92-y）=2，则 y=0.76。Fe2+所占的分数为：0.76/0.92=0.826。高二化学（复习） 第 9 页 共 9 页（3）由于 Fe2+为 0.76，则 Fe3+为（0.92-0.76）=0.16，故化学式为（4）与 O2-距离最近且等距离的铁离子有 6 个，这 6 个铁离子所围成的几何形状如图 2-13 所示，由图可知 Fe 在晶体中占据空隙的几何形状为正八面体。