1、1第 2 章 结晶结构一、名词解释1晶体：晶体是内部质点在三维空间内周期性重复排列，具有格子构造的固体2空间点阵与晶胞：空间点阵是几何点在三维空间内周期性的重复排列晶胞：反应晶体周期性和对称性的最小单元3配位数与配位多面体：化合物中中心原子周围的配位原子个数成配位关系的原子或离子连线所构成的几何多面体4离子极化：在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象5同质多晶与类质同晶：同一物质在不同的热力学条件下具有不同的晶体结构化学成分相类似物质的在相同的热力学条件下具有相同的晶体结构6正尖晶石与反尖晶石：正尖晶石是指 2 价阳离子全部填充于四面体空隙中，3 价阳离子
2、全部填充于八面体空隙中。反尖晶石是指 2 价阳离子全部填充于八面体空隙中，3 价阳离子一半填充于八面体空隙中，一半填充于四面体空隙。二、填空与选择1晶体的基本性质有五种：对称性 ， 异相性 ， 均一性 ， 自限性 和 稳定性（最小内能性） 。 2空间点阵是由 C 在空间作有规律的重复排列。 （ A 原子 B 离子 C 几何点 D 分子）3在等大球体的最紧密堆积中有 面心立方密堆积 和 六方密堆积 二种排列方式，前者的堆积方式是 以（111）面进行堆积 ，后者的堆积方式是 以（001）面进行堆积 。4 如晶体按立方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 4 ，八面体空隙数为 4 ，四面体空隙数为 8
3、；如按六方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 6 ，八面体空隙数为 6 ，四面体空隙数为 12 ；如按体心立方近似密堆积，单位晶胞中原子的个数为 2 ，八面体空隙数为 12 ，四面体空隙数为 6 。5等径球体最紧密堆积的空隙有两种：四面体空隙和八面体空隙。一个球的周围有 8 个四面体空隙、 6 个八面体空隙；n 个等径球体做最紧密堆积时可形成 2n 个四面体空隙、 n 个八面体空隙。不等径球体进行堆积时，大球做 最紧密堆2积或近似密堆积 ，小球 填充于空隙中 。6在离子晶体中，配置于正离子周围的负离子数（即负离子配位数），决定于正、负离子半径比（r /r ）。若某离子化合物的 r /r 值为 0
4、.564，其负离子配位数应是 C 。（A 3 B 4 C 6 D 8）7结构类型 SiO4共用 O2-数 形状 络阴离子 Si:O 实例岛状组群状链状层状架状01 2222334正四面体双四面体三节环四节环六节环单链双链平面层骨架结构SiO42-Si2O76-Si3O92-Si4O128-Si6O1812-Si2O64-Si4O116-Si4O104-SiO2AlSi3O8-AlSiO4-1：42：71：31：31：31：34：114：101：2镁橄榄石硅钙石绿宝石透辉石透闪石高岭土石英8在硅酸盐结构分类中，下列矿物 CaAl2Si2O8；CaMgSi 2O6；-Ca 2SiO4和Mg3Si4
5、O10(OH)2，分别属于 架状 ； 链状 ； 岛状 ；和 层状 四类。9在负离子作立方密堆的晶体中，为获得稳定的晶体结构，正离子将所有八面体空隙位置填满的晶体有 NaCl ，所有四面体空隙均填满的晶体有 Na2O ，填满一半八面体空隙的晶体有 TiO 2 ，填满一半四面体空隙的晶体有 ZnS 。10在尖晶石（MgAl 2O4）型晶体中，O 2 作面心立方最紧密堆积，Mg 2 填入了 A ；金红石晶体中，所有 O2 作稍有变形的六方密堆，Ti 4 填充了 D 。（A 全部四面体空隙；B全部八面体空隙；C 四面体空隙的半数；D 八面体空隙的半数；E 四面体空隙的八分之一；F 八面体空隙的八分之一
6、）11构成层状硅酸盐的Si 2O5片中的 Si4 ，通常被一定数量的 Al3 所取代，为满足鲍林第二规则（静电价规则），在层状结构中结合有（OH） 离子和各种二价正离子或三价正离子。这种以 Al3 取代 Si4 的现象，称为 D 。（ A 同质多晶（同质多象）；B类质同晶；C 有序无序转化；D 同晶置换（同晶取代） ）12高岭石与蒙脱石属于层状硅酸盐结构，前者的结构特征是 C ，后者的结构特征是 D。 （A 二层型三八面体结构；B 三层型三八面体结构；C 二层型二八面体结构；D 三层型二八面体结构）滑石 Mg3Si4O10(OH)2 (OH)24（三层三八）（SiO）Mg（SiO）-（SiO）
7、Mg（SiO）分子间力高岭石 Al4Si4O10(OH)8 (OH)24（二层 （SiO）Al-（SiO）Al 氢键3二八）白云母 KAl2AlSi3O10(OH)2(OH)24（三层二八）（SiO）Al（SiO）-Mg-（SiO）Al（SiO）K-O 键蒙脱石 Al2Si4O10(OH)8n（H 20）(OH)24（三层二八）（SiO）Al（SiO）-（SiO）Al（SiO）分子间力13在石英的相变中，属于重建型相变的是 AC，属于位移式相变的是 BD 。（A -石英-鳞石英；B -石英-石英；C -鳞石英-方石英；D 方石英-方石英）三、（1）abc，90的晶体属什么晶系？（2） abc，
8、90的晶体属什么晶系？（3）你能否据此确定这两种晶体的布拉维点阵？ （1）斜方晶系（2）三斜晶系（3）由左表可见，三斜晶系可以确定，而斜方晶系不能确定四、（1）一晶面在 x、y、z 轴上的截距分别为 2a、3b 和 6c，求出该晶面的密氏指数；（2）一晶面在 x、y、z 轴上的截距分别为 a/3、b/2 和 c，求出该晶面指数。五、以 NaCl 晶胞为例，说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。Z(Na)=1/88+1/26=4；Z(Cl)=1+1/412=4；Z=4四面体数量：8 （1/4，1/4，1/4）；（1/4，1/4，3/4）；（1/4，3/4，1/4）；（1/4，3
9、/4，3/4）；（3/4，1/4，1/4）；（3/4，1/4，3/4）；（3/4，3/4，1/4）；（3/4，3/4，3/4）各有一个四面体空隙八面体数量：4 （0,0.5,0）组成 1 个八面体空隙；（0.5，0，0）组成 1 个八面体空隙；（0，0，0.5）组成 1 个八面体空隙；（0.5；0.5；0.5）组成 1 个八面体空隙P C I F三斜 单斜 斜方 三方 四方 六方 等轴 截距 2a 3b 6c最简 1/3 1/2 1倒数 3 2 1比 3:2:1截距 a/3 b/2 c最简 1/3 1/2 1倒数 3 2 1比 3:2:14六、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配
10、位数、致密度。Z=2 CN=8 %683429433AVRR；Z=4 CN=12 741233A；Z=6 CN=12 %74/362-h;0cos-22AVRRXS）（顶 上 面 积七、计算立方体配位、八面体配位、四面体配位、三角形配位的临界半径比。 .1-31-323R）； （） ； （ 0/2）； （） ； （=0.225此 题 参 考 习 题 册 R/5.0sin/10sin） ；（）（）（八、ThO 2具有萤石结构，Th 4 离子半径为 0.100nm。O 2 离子半径为 0.140nm。试问（a）实际结构中的 Th4 正离子配位数与预计配位数是否一致？（b）结构是否满足鲍林规则？R+
11、/R-=0.4140.732；R Th4 /RO2 =0.714；预计应当为六配位，实际为八配位，不一致，不满足鲍林第一规则。S=4/8=0.5；S=0.5*4=2,满足鲍林规则九、根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金刚石结构的空间利用率很低（只有 34.01%），为什么它也很稳定？最紧密堆积原理是建立在质点的电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的，故只适用于典型的离子晶体和金属晶体，而不能用最密堆积原理来衡量原子晶体的稳定性金刚石结构中配位数为 4 远低于面心立方密堆积中的 12 配位数，故空间利用率很低，但是金刚石结构中由于通过共价键并且以共顶的方式进行堆积，故其结构很稳
12、定。10、（a）NaCl 属于何种结构？画图说明 Na+离子在结构中的位置？Cl 离子在什么位置？正、负离子配位数如何？NaCl 属于面心立方结构，Na 离子占据面心立方的顶点、面心位置配位数为 6 Cl 离子占据所有的八面体空隙，配位数也为 65(b) CsCl 属于何种结构？画图说明 Cs+离子在结构中的位置？Cl 离子在什么位置？正、负离子配位数如何？CsCl属于简单立方结构 Cl 离子占据立方体顶点配位数为 8；Cs 离子占据立方体空隙，配位数也为 8十一、图 2-1 是 Na2O 的理想晶胞结构示意图，试回答：（a）晶胞分子数是多少；（b）结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种
13、空隙，所占比例是多少；（c）结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；（d）计算说明 O2-的电价是否饱和。（a）ZO=1/88+1/2 6=4;ZNa=18=8；Z=4（b）O 离子面心立方堆积， Na 离子填充于所有的四面体空隙即 100%（c）CN Na=4;CNO=8（d）S=1/ 4;S=（1/4）8=2 电价饱和 十二、根据 CaTiO3晶胞图（见图 2-2）回答下列问题：（a）晶面 BCGF、DEG 的晶面指数；晶向 DF、HA 的晶向指数；（ b）结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；（c）晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？（d）计算说明 O2
14、-的电价是否饱和。（e）结构中是否存在 TiO32-离子，为什么？（a）（010）（111） 11Error! 101（b）CN Ti=6（八面体） ;CNO=6（八面体）;CN Ca=12（c）Z=1；Ti 离子填入八面体空隙 25%（d）（4/6）2+(2/12)4=2；饱和（e）不存在，因为，不存在，因为是复合氧化合物十三、在萤石晶体中 Ca2 半径为 0.112nm，F 半径为 0.131nm，（a）求萤石晶体中离子堆积系数？（b）萤石晶体 a0.547nm，求萤石的密度？（a）通过计算配位四面体棱长=0.397；正方体棱长为0.56；V=4（4/3R 3）+8（4/3R 3）=0.1
15、；V 总=0.175；即 56%（b） 337-20.1g/cm0.5468nmVNM十四、Al 2O32SiO22H2O 和 Na2OAl2O36SiO2是什么物质？都属于何种硅酸盐结构类型？分别写出无机络盐形式。滑石 高岭石 白云母 蒙脱石Mg3SI4O10(OH)2 Al4SI4O10(OH)8 KAl2AlSI3O10(OH)2Al2SI4O10(OH)8n(H2O)K 正长石 Ca 斜长石 Na 斜长石 Ba 正长石6%34;5.0;23916%83;2;82;R422RSDDSZ Z三 、 二 、 ；一 、 5;412;7891;23;42SSZ Z三 、 二 、 ；一 、KAlS
16、I3O8 CaAl2SI2O8 NaAlSI3O8 BaAl2SI2O8Al2O32SiO22H2O=Al2Si2O9H4=Al4Si4O10(OH)8;即为高岭石；属于层状硅酸盐结构Na2OAl2O36SiO2=Na2Al2Si6O16=NaAlSi3O8;即为 Na 长石；属于架状硅酸盐结构十五、堇青石与绿宝石具有相同的结构，分析其有显著的离子电导，较小的热膨胀系数的原因。绿宝石 Be3Al2Si6O18中有电价低，半径小的离子存在时，会表现出显著的离子电导，由于结构中有较大的空腔，故具有较小的热膨胀系数而堇青石与绿宝石的结构相同，但是由于六节环中硅粒子被铝离子替代因而介电性有明显的提升十
17、六、什么叫阳离子交换？从结构上说明高岭石、蒙脱石阳离子交换容量差异的原因。滑石 Mg3Si4O10(OH)2 (OH)24（三层三八）（SiO）Mg（SiO）-（SiO）Mg（SiO）分子间力高岭石 Al4Si4O10(OH)8 (OH)24（二层二八）（SiO）Al-（SiO）Al 氢键白云母 KAl2AlSi3O10(OH)2(OH)24（三层二八）（SiO）Al（SiO）-Mg-（SiO）Al（SiO）K-O 键蒙脱石 Al2Si4O10(OH)8n（H 20）(OH)24（三层二八）（SiO）Al（SiO）-（SiO）Al（SiO）分子间力阳离子交换:胶体吸附的阳离子与周围溶液中的阳离子进行等当量代换高岭石分子之间以氢键相连，结合键较强，不易同晶取代和阳离子交换蒙脱石分子之间以分子间力相连，结合键较弱，容易发生同晶取代和阳离子交换十七、为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多？不同系列变体之间重键型转变，而同系列变体之间的转变为位移性转变，所需的能量较前者低，故前者转化温度比后者转化温度高的多18、画出体心立方和面心立方晶胞中（100）、（110）、（111）晶面的原子排布以及面密度7
