晶体结构与性质

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1、一、晶体的常识1晶体与非晶体的区别晶体非晶体微粒结构内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈_内部原子或分子的排列_自范性有(能自发呈现多面体外形)_各向异性有(晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质)_对称性有无熔点_不固定周期性排列无固定无无规则第1页/共45页2.晶胞(1)定义：在晶体微观空间里取出一个_，这个描述晶体_的基本单元叫做晶胞。(2)结构：一般来说，晶胞都是_，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数个晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部 是完全相同的。平行六面体结构最小重复单元第2页/共45页思考：1mol冰周围有？mol氢键第3页/共45

2、页第4页/共45页二、分子晶体和原子晶体1分子晶体 (1)结构特点晶体中只含_。分子间作用力为_，也可能有_范德华力分子氢键4(2)典型的分子晶体 冰水分子之间的主要作用力是_，也存在_，每个水分子周围只有_个紧邻的水分子。干冰CO2分子之间存在_，每个CO2分子周围有_个紧邻的CO2分子。范德华力氢键范德华力12第5页/共45页2原子晶体(1)结构特点晶体中只含原子。原子间以_结合。_结构。(2)典型的原子晶体金刚石碳原子以_杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为_。每个碳原子与相邻的_个碳原子结合。空间网状共价键4sp310928第6页/共45页第7页/共45页Si与si-o键比为1:4第8

3、页/共45页三、金属晶体 1“电子气理论”要点该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的_形成遍布_的“电子气”，被_所共用，从而把_ 维系在一起。金属晶体是由_、_ 通过_ 形成的一种“巨分子”。金属键的强度_。价电子自由电子金属阳离子所有金属原子 所有原子整个晶体金属键较大2金属晶体的、通性：金属光泽不透明导电导热延展性第9页/共45页四、金属晶体的原子堆积模型1二维空间模型(1)非密置层，配位数为_。(2)密置层，配位数为_。2三维空间模型(1)简单立方堆积相邻非密置层原子的原子核在同一直线上，配位数为_。只有_采取这种堆积方式。466Po(钋)第10页/共45页(2)钾型将非密置层上层金属

4、原子填入下层的金属原子形成的_，每层都照此堆积。如_、_、_等是这种堆积方式，配位数为_。(3)镁型和铜型密置层的原子按_型堆积方式堆积。若按_的方式堆积为_型，按_的方式堆积为_型。这两种堆积方式都是金属晶体的_，配位数均为12，空间利用率均为_。74%凹穴中NaKFe8最密ABAB镁ABCABC铜最密堆积第11页/共45页结构示意图空间利用率68.02%74.05%74.05%堆积形式体心立方最密堆积面心立方最密堆积六方最密堆积三种典型结构类型体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格配位数81212第12页/共45页五、离子晶体1概念(1)离子键：_间通过_(指 _和_ 的平衡)形成的化学键。

5、(2)离子晶体：由_和_通过_结合而成的晶体。2决定离子晶体结构的因素(1)几何因素：_。、(2)电荷因素：即正负离子_。3一般物理性质一般地说，离子晶体具有较高的_点和_点，较大的_。这些性质都是因为离子晶体中存在着_。若要破坏这种作用需要_。阴、阳离子静电作用异性电荷间的吸引力电子与电子、原子核与原子核间的排斥力阴离子阳离子离子键正负离子的半径比一定的能量熔沸硬度离子键电荷比第13页/共45页3.典型晶胞结构(1)比较氯化钠与氯化铯晶体氯化钠氯化铯晶体类型离子晶体晶体结构模型配位离子及数目NaCl66CsCl88第14页/共45页(2)比较金刚石和石墨晶体金刚石石墨晶体类型结构模型作用力性

6、质、用途共价键碳原子与碳原子之间是共价键，而层与层之间是分子间作用力硬度高、不导电；质软滑腻，电的良导体；用于润滑剂及电极等原子晶体混合型晶体第15页/共45页(3)比较二氧化硅和二氧化碳晶体二氧化硅二氧化碳(干冰)晶体类型结构模型微粒之间作用力性质、比较共价键分子间作用力硬度高、熔点高，难溶解于一般的溶剂等熔点低，易升华，能够溶解于水等原子晶体分子晶体第16页/共45页六、晶格能六、晶格能1定义定义_ 形 成形 成 1 摩 离 子 晶 体摩 离 子 晶 体 _ 的 能 量，单 位的 能 量，单 位_，通常取，通常取_。2大小及其他量的关系大小及其他量的关系(1)晶格能是最能反映离子晶体晶格能

7、是最能反映离子晶体_的数据。的数据。(2)在离子晶体中，离子半径越在离子晶体中，离子半径越_，离子所带的电荷，离子所带的电荷数越数越_，则晶格能越大。，则晶格能越大。(3)晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越晶格能越大，阴、阳离子间的离子键就越_，形，形成的离子晶体就越成的离子晶体就越_，而且熔点越，而且熔点越_，硬度越，硬度越_。气态离子所释放kJmol1稳定性小多强稳定高大第17页/共45页1四种典型晶体比较类型比较离子晶体金属晶体分子晶体原子晶体概念构成晶体微粒微粒之间的作用力离子间通过离子键通过金属阳离子与自由电子之间分子间以分子间作用力原子间以共价键相结合而形成空间网状结构阴、阳离子

8、金属阳离子、自由电子分子原子离子键金属键分子间作用力共价键第18页/共45页物理性质熔、沸点硬度导电性传热性溶解性较高有的高(如钨)有的低(如汞低很高硬而脆有的高(如Cr)、有的低(如Na)低很高固体不导电，熔融或在水溶液中导电良熔融或固体不导电，在水溶液导电绝缘体(半导体)不良良不良不良易溶于极性溶剂，一般不溶于溶剂，相似相容不溶于任何溶剂第19页/共45页第20页/共45页例1下图表示一些晶体中的某些结构，它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨结构中的某一部分：第21页/共45页(1)代表金刚石的是(填编号字母，下同)_，其中每个碳原子与_个碳原子最接近且距离相等。金刚石属于_晶

9、体。(2)代表石墨的是_，每个正六边形占有的碳原子数平均为_个。(3)代表NaCl的是_，每个Na周围与它最接近且距离相等的Na有_个。(4)代表CsCl的是_，它属于_晶体，每个Cs与_个Cl紧邻。第22页/共45页2.判断晶体类型的方法(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体的微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体的微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。(2)依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离

10、子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(除汞外)与合金是金属晶体。第23页/共45页(3)依据晶体的熔点判断。离子晶体的熔点较高，常在数百至1000；原子晶体熔点高，常在1000 至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。(4)依据导电性判断。离子晶体水溶液及熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要

11、是酸和非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。(5)依据硬度和机械性能判断。离子晶体硬度较大或较硬、脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。第24页/共45页3晶体熔、沸点高低的比较规律(1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，而汞、镓、铯等熔、沸点很低。(2)原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小的键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅硅。第25页/共45页(3)离子晶体一般地说，阴阳离子的

12、电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。(4)分子晶体分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；分子间具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高，如H2OH2TeH2SeH2S。第26页/共45页 组 成 和 结 构 相 似 的 分 子 晶 体，相 对 分 子 质 量 越 大，熔、沸 点 越 高，如SnH4GeH4SiH4CH4。组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。第27页/共45页(5)金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点

13、：NaMgAl。合金的熔、沸点一般来说比它各组分纯金属的熔、沸点低。第28页/共45页变式训练3下列说法中正确的是()A离子晶体中每个离子周围均吸引着6个带相反电荷的离子B金属导电的原因是在外电场作用下金属产生自由电子，电子定向运动C分子晶体的熔沸点很低，常温下都呈液态或气态D原子晶体中的各相邻原子都以共价键相结合答案D第29页/共45页4下列化合物，按其晶体的熔点由高到低排列正确的是()ASiO2CsClCBr4CF4BSiO2CsClCF4CBr4CCsClSiO2CBr4CF4 DCF4CBr4CsClSiO2答案A第30页/共45页5SiCl4的分子结构与CCl4类似，对其作出如下推测

14、，其中不正确的是()ASiCl4晶体是分子晶体B常温、常压下SiCl4是气体CSiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子DSiCl4熔点高于CCl4答案B第31页/共45页1下列判断正确的是()A酸酐一定是氧化物B晶体中一定存在化学键C碱性氧化物一定是金属氧化物D正四面体分子中键角一定是10928答案C第32页/共45页2下列晶体均按A1型方式进行最密堆积的是()A干冰、NaCl、金属CuBZnS、金属镁、氮化硼C水晶、金刚石、晶体硅DZnS、NaCl、镁答案A解析本题考查晶体的堆积模型。干冰、NaCl、Cu、ZnS均为面心立方堆积(A1)，Mg为A3型，水晶、金刚石、晶体硅、氮化硼为原子晶体

15、，不遵循紧密堆积原则，故只有A项正确。第33页/共45页3有关非晶体的描述中不正确的是()A非晶体和晶体均呈固态B非晶体内部的微粒是长程无序和短程有序的C非晶体结构无对称性、各向异性和自范性D非晶体合金的硬度和强度一定比晶体合金的小答案D第34页/共45页4下列说法正确的是()A冰融化时，分子中HO键发生断裂B原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高C分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔、沸点就越高D分子晶体中，分子间作用力越大，则分子越稳定答案B第35页/共45页5下列说法中正确的是()A金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成BNa2O2晶体中阴离子与阳离子数目之比为11C1 mo

16、l SiO2晶体中含2 mol SiO键D金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应答案A第36页/共45页7如右图所示晶体结构是一种具有优良的压电、磁电、电光等功能的晶体材料的最小结构单元(晶胞)。晶体内与每个“Ti”紧邻的Ti原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)()A8；BaTi8O12B8；BaTi4O9C6；BaTiO3 D3；BaTi2O3答案C第37页/共45页8.最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示。顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，则它的化学式为()AM4N4BMNCM14N13D条件不够，无法

17、写出化学式答案C第38页/共45页9.某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：(1)晶体中每个Y同时吸引着_个X，每个X同时吸引着_个Y，该晶体的化学式为_。(2)晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_个。(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角的度数为_。第39页/共45页(4)设该晶体的摩尔质量为M gmol1，晶体密度为 gcm3，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_cm。第40页/共45页解析(1)同时吸引的原子个数指在某原子(离子)周围距其最近的其他种类的原子(离子)个数，观察题图可知，Y位于立方体的体心，X

18、位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X；再分析每个X周围的Y数目，每个X同时为八个立方体共用，而每个立方体的体心都有一个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，晶体的化学式可用阴、阳离子的个数比来表示，为XY2。(2)晶体中每个X周围与它最近的X之间的距离应为图中立方体的面对角线，与X的位置关系分别为此X的上层、下层和同一层，每层有4个，共12个。第41页/共45页(3)若将4个X原子连结起来，则构成一个正四面体，Y原子位于正四面体的体心，可类比CH4分子中的键角，则可知该键角的度数为10928。第42页/共45页10乙炔是有机合成工业的一种原料。工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。第43页/共45页第44页/共45页感谢您的欣赏第45页/共45页