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1、第十一章物质结构与性质do 第三课晶体结构与性质考点1:晶体和晶体类型知识全梳理一、晶体1.晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有结构微粒无序排列庄排列性质特征自范性无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别 方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X-射线衍射实验2.得到晶体的途径（1）熔融态物质凝固。（2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。（3）溶质从溶液中析出。设原子半径为R,根据原子在晶胞中的相切关系，可以计算出晶胞参数：a= b = 2R, c=-a 1.633a, a=P = 90, y=120。每个晶胞中包含两个原子。J，442X-tiR32X-7iR3
2、10% = 2RxSrx.633X2rX %*%。aXXc金刚石型堆积设原子半径为R,由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之 间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出晶胞参数：a=b=c=R,a=p=y=90o每个晶胞中包含八个原子。448X-7iR38X-7iR3X 100% U 34.01%。I诊断辨析I诊断辨析1 .判断正误，正确的划“35501415沸点/17857255048272355A. SiC14是离子晶体B.晶体硼是原子晶体C. A1C13是分子晶体，加热能升华D.金刚石中的CC键比晶体硅中的SiSi键强【答案】A【解析】SiC14、AlCb的熔、沸点低，都
3、是分子晶体，A1C”的沸点低于其熔 点，即在未熔化的温度下它就能汽化，故A1C13加热能升华，故A错误，C正确； 晶体硼的熔、沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、 沸点相对高低可知：金刚石中的C-C键比晶体硅中的SiSi键强。4 .金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆积，金原子半径为 cm,则金晶体的空间利用率为（4A.金I。4x%B.mI。4x%C. -xlOO%4x%C. -xlOO%4xyD.而1。【答案】B【解析】面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。金晶体为面心立 方最密堆积，则晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为rem
4、,则晶 胞的边长为4rx理cm = 2限r cm,每个金晶胞中含有4个原子，则金原子总体4积为4x铲Fen?,金晶胞体积为(2&r cm)3,故空间利用率为 心业)3、1。 =4今酝100%。5 .以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。氧化银原子分数坐标参数A为(0, 0, 0), B为(1, 1, 1),则C的坐标参数为(A. （1,3A. （1,33 D. （ 了 j）【答案】D【解析】由氧化银原子分数坐标参数A为(0, 0, 0)和B为(1, 1, 1)可知, 晶胞的边长为1,由晶胞结构可知，C点位于右侧正方形的面心，则C的坐标参 数为(1，, 1
5、)o6 .下列说法错误的是()A.干冰是二氧化碳固体，干冰晶体中二氧化碳的配位数是128 .新戊烷9也)分子中5个碳原子形成的空间构型是为正四面体形C. C3O2分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构，C3O2分 子中。键和兀键的个数比为1:1D.分子晶体中，共价键的键能越大，熔、沸点越高【答案】D【解析】A.顶点和面心的二氧化碳距离最近，干冰中CO2分子的配位数为 12,故A正确；B.新戊烷(CH,)#分子中5个碳原子类似甲烷中四个氢原子被 四个甲烷取代，因此形成的空间构型是正四面体形，故B正确；C.二氧化三碳(C3O2)分子中不含环状结构且每个原子均满足8电子稳定结构，其结构式为
6、O= C=C=C=O,单键为。键，双键含有1个。键、1个兀键，故分子中。键与兀键 的个数比为G,故C正确；D.分子晶体中，物质的熔沸点主要是看分子间作 用力的大小，与共价键的键能无关，故D错误。答案选D。7 .镁单质及其化合物用途广泛，某镁硼化合物的晶胞结构如图所示。B原 子独立为一层，具有类似石墨的结构。六棱柱底边边长为acm,高为ccm,阿伏 伽德罗常数的值为Na。下列说法错误的是A.该化合物的化学式为MgB?8 .该晶胞中Mg的配位数为12C.每个B原子周围都有2个与之等距离且最近的B原子92D.该晶体的密度为&N a2c g-mA【答案】c【解析】A.1个晶胞含有Mg原子数是12x；+
7、2x4=3、B原子数是6,该化 合物的化学式为MgBz,故A正确；B.依据晶胞面心的Mg原子分析，其上层、 下层各有6个B原子，所以该晶胞中Mg的配位数为12,故B正确；C.根据 图示，每个B原子周围都有3个与之等距离且最近的B原子，故C错误；D.晶 厂厂24x3+11 x6 _胞的体积为acmx acmxccmx3=-a2ccm3 ,该晶体的密度为主8a?cxN 292kV故D正确；选C。9 .下列叙述中错误的是 H2s晶体的熔点依次降低C.分子晶体中都存在共价键D. CaTiO3晶体中（晶胞结构如图所示）每个好+和12个CP湘邻【答案】C【解析】A.冰中分子排列有序，含有氢键数目增多，使体
8、积膨胀，密度减 小，所以冰能浮在水面上，是氢键的原因，由于乙醇与水间有氢键的存在，水与 乙醇能互溶，A正确；B.金刚石属于原子（共价）晶体，熔点最高，NaF、NaCl 属于离子晶体，氟离子比较大于氯离子比较，故NaF的晶格能大于NaCl,则N aF的熔点更高，H2O, H2S都属于分子晶体，水分子之间存在氢键，熔点较高, 熔点原子晶体离子晶体分子晶体，故金刚石、NaF、NaCL H20 H2s晶体的 熔点依次降低，B正确；C.分子晶体中不一定都存在共价键，如稀有气体为分 子晶体，但不存在化学键，C错误；D. CaTQ晶体中（晶胞结构如图所示）以顶 点n4+研究，与之最近的02-位于面心上，每个
9、Ti，+为12个面共用，故每个Ti3+ 和12个。2湘邻,D正确。9.磷钮矿是提取钻的重要矿物原料，某磷忆矿的四方晶胞如图所示。下列 说法正确的是A.该晶体的化学式为Y2Po4B. P0；中磷原子采用sp3杂化C.距离钮原子为也a的P0；有6个 2D.晶胞参数a等于亿和磷酸根直径之和【答案】B【解析】A.从磷铝矿的四方晶胞图示可知，P0：分处在六个面和四条棱上,属于该晶胞的个数有6x； + 4x； = 4, Y分处在八个顶点、四个侧面和体心，属于该晶胞的个数有8x；4x + 1 = 4,该晶体的晶胞中Y和P0：个数比是1:1,故其 o 2化学式为YPCU, A错误;B.PO；中磷原子作为中心原
10、子，其价电子对数为三=4, 故其采用sp3杂化，B正确；C.该四方晶胞参数为a, 丫原子在顶点位置，距离 铝原子为变a的P0：处在面心位置，从图中可知，在一个晶胞中，一个顶点所 2在的三个面只有一个面心有P07, 一个顶点属于八个晶胞，一个面心P0丁属于 两个晶胞，故距离钮原子为在a的P0：一有,=4个，C错误；D.从图中分析, 以面上P0：一和Y原子连线平行于棱，两微粒均在面内可知，其直径之和比棱长 小，即晶胞参数a大于亿和磷酸根直径之和，D错误。10.（1）金属钛有两种同素异形体，常温下是六方堆积，高温下 是体心立方堆积。如图所示是钛晶体的一种晶胞，晶胞参数。=0.2 95 nm, c=0
11、.469 nm,则该钛晶体的密度为 gcrrT3（用Na表示阿伏加德罗常数的值，列出计算式即可）。（2）Ti的某氧化物和CaO相互作用能形成钛酸盐的晶胞结构如 图所示（Ti4+位于立方体的顶点，Ca2+处于立方体的中心）。该晶体中， Ti，+和周围 个。2-紧相邻；若该晶胞的密度为d g-cm-3,则钛氧键的键长为 pm（用含Na的代数式表示）。（3） NiAs的晶胞结构如图所示。银离子的配位数为 0若阿伏加德罗常数的值为Na,晶体密度为 gcnT3,则该晶胞中最近的神离子之间的距离为 pm。【答案】26x48x2.95xW82x4.69xW8a4Q）12 非春事庾【解析】每个晶胞含Ti原子数
12、为12x1+3 + 2x1=6,晶胞的质量是筌g,晶胞的体积是芈x(2. 95x10.8)2x4. 69x10-W,根据尸节 4Vg-cm 3Og-cm 3O6x48x2.95x 1 082x4.69x 1 ONa由晶胞结构图可知，体心为Ca2+,面心为。2-，该晶体中每个顶点n4+ 与面心的。2-相邻，每个顶点为8个晶胞共用，每个面为2个晶胞共用，晶体中Ti”周围紧相邻的。2-数目为3x8xJ=12；如图晶胞中Ti，+个数为8x：=1, Ca2+ Zo136INa个数为1,。2个数为6x5=3,令晶胞边长为x pm, p=w，则d=1八-103, x zr r v xxio s/jxlO10
13、,则钛氧键的键长为 A/4-xxl010pmol V A./ V A 乙（3）该晶胞中含有的Ni3+数目为Jx8+l4+1=2, 12个C1都处于面上，晶胞中C1的个数为12x； oZ2x23 + 6x35.5=6,因此晶胞密度=e= iF?=悬乂气.5，(12) 银钻系永磁合金以铁，银、铝元素为主要成分，还含有铜、钻、钛等 元素，具有高剩磁和低温度系数，磁性稳定。现多用于仪表工业中制造磁电系仪 表、流量计、微特电机，继电器等。(1)铁、钻、银元素性质非常相似，原子半径接近但依次减小，NiO、FeO 的晶体结构类型与氯化钠相同。基态钻原子价电子轨道表示式为，熔沸 点：NiO FeO(填或“=”
14、)。(13) FeSONNHjSCVGHzO俗称摩尔盐，相对于FeSO4-7凡0而言，摩尔盐 不易失水，不易被空气氧化，在化学分析实验中常用于配制Fe(H)的标准溶液, 硫酸亚铁镂晶体中亚铁离子稳定存在的原因是o(3)氢能源发展的关键环节是新型储氢材料，氨硼烷(NH3BH3)常温下以固 体稳定存在，极易溶于水，是一种理想的新型储氢材料。氨硼烷分子中B原子采取 杂化。氨硼烷晶体中存在的作用力有范德华力，极性键、和。(4)立方氮化硼(BN)晶体的晶胞结构如图1所示，N原子为面心立方最 密堆积。图2是立方氮化硼晶胞的俯视投影图.请在图中用标明B原子的相对位置【答案】3d 4s(1)tl tl t f
15、 t tl(2)晶体中H、N、。三种元素之间形成网络化氢键对Fe(H)起保护作用(14) SP3 配位键 氢键【解析】(1) C。为27号元素，其电子排布式为Ar3d74s2,基态钻原子价、一 .3d. 4s电子轨道表示式为| | | | | ,由于Ni2+半径小于Fe?+半径，NiO中Ni-0键长比FeO中Fe-0键长短，NiO的晶格能大于FeO的晶格能，因此熔沸点：NiO FeO ；故答案为:(2) FeSOMNHjSCVGHzO俗称摩尔盐，相对于FeSO47凡。而言，摩尔盐 不易失水，不易被空气氧化，硫酸亚铁镂晶体中亚铁离子稳定存在的原因是亚铁 周围被其他的微粒包裹，不易裸露在外围，被氧
16、气接触即晶体中H、N、O三种 元素之间形成网络化氢键对Fe( II )起保护作用。(3)氨硼烷分子中N的一对孤对电子给B使用形成配位键，B还有三个B -H键，因此B原子有4个价键，因此采取sp3杂化。氨硼烷晶体中N的一对孤 对电子给B使用形成配位键，由于N的电负性大，与氢形成共价键，因此晶体 中存在的作用力有范德华力，极性键、配位键和氢键。(15) N原子为面心立方最密堆积，即N在顶点和面心，B在体内且为体对 角线的四分之一处，因此立方氮化硼晶胞的俯视投影图中用标明B原子的 相对位置为0 o四、晶体熔、沸点高低的比较1 .不同类型晶体熔、沸点的比较不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律:原子晶体离
17、子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如铝、钳等熔、沸点很高，汞、钠等熔、 沸点很低。2 .同种类型晶体熔、沸点的比较原子晶体原子半径越小一键长越短一键能越大一熔、沸点越高如熔点：金刚石之碳化硅之硅。离子晶体一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则晶格能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：MgOMgC12, NaClCsClo分子晶体a.分子间范德华力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、 沸点反常高。如 H2O?H2TeNH2SeH2S。b.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Sn H4GeH4SiH4CH4oC.组成和结构不相似的分子晶体（相
18、对分子质量接近），其分子的极性越大， 熔、沸点越高，如CH3clzcH3cH3。d.同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。CH3Ich3chcii2cii.3 二 cii3ccn3 o如 CH3cH2cH2cH2cH3之C%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，金属晶体的熔、沸点 越高，如熔、沸点：NaMgl2A. C12l2B. SiC14PH3D. C(CH3)4CH3cH2cH2cH2cH3【答案】c【解析】A、B项属于无氢键存在的分子结构相似的情况，相对分子质量大 的熔、沸点高；C项属于分子结构相似的情况，但分子间存在氢键的熔、沸点高； D项属于分子式相同，但分子结构不
19、同的情况，支链少的熔、沸点高。4 .离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断KC1、NaCk Ca 0、BaO四种晶体熔点的高低顺序是()A. KC1 NaClBaOCaOB. NaClKC1 CaOBaOC. CaOBaONaClKC1D. CaOBaOKC1 NaCl【答案】C【解析】离子晶体中，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体 熔、沸点越高。5. GaF3的熔点高于1000 , GaCh的熔点为77.9 ,其原因是。GaAs的熔点为1238 ,密度为pg-cmf,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为， Ga与As以 键键合。o As Ga【答案】GaF3为离子晶体，G
20、aCb为分子晶体原子晶体共价【解析】GaF3、CaC13的熔点相差较大，是因为晶体类型不同，GaF3熔点高， 为离子晶体，而GaCb的熔点低，为分子晶体。GaAs的熔点高，晶胞为空间网 状结构，则为原子晶体，Ga与As以共价键结合。考点2：晶体结构的分析与计算知识全梳理知识全梳理一、典型晶体结构模型分析晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石每个碳与相邻4个碳以共价键 结合，形成正四面体结构 键角均为109。28最小碳环由6个C组成且六原 子不在同一平面内每个C参与4条CC键的形 成，C原子数与CC键数之比 为1 ： 2SiO2每个Si与4个O以共价键结 合，形成正四面体结构每个正四面体占有1个Si
21、, 4 个;O, (Si) ： n(O)= l ： 2最小环上有12个原子，即6 个0, 6个Si分子晶体干冰8个CO2分子构成立方体且在 6个面心又各占据1个CO2分子 每个C02分子周围等距且紧邻 的CO2分子有12个离子晶体NaCl 型CsCl 型金属晶体简单立方堆积面心立方最密堆 积体心立方堆积六方最密堆积混合晶体石墨每个Na+（C）周围等距且紧邻的C（Na+）有6个，每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个每个晶胞中含4个Na+和4个cr每个Cs+周围等距且紧邻的C1一有8个,每个cs+（c）周围等距且紧邻的Cs+（C厂）有6个如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs+、1个。一典型代表
22、P。，配位数为6,空间利用率52%典型代表Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率74%典型代表Na、K、Fe,配位数为8,空间利用率68%典型代表Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率74%石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力;平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2, C原子采取的杂化方式是sp2 每层中存在。键和冗键；石 墨的CC的键长比金刚石的CC的键长短，熔点比金刚石的高硬度不大、有滑腻感、能导电二、晶体结构的相关计算1.晶胞组成的计算一一均摊法（1）原则：晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每 个晶胞就占有这个原子的Ln（2）方法：长方体（包括立方体）晶胞
23、中不同位置的粒子数的计算。V、同为2个晶胞所共有，卷聋A该粒子的;属于该晶胞同为8个晶胞所共有，-、J 该粒子的麦属于该品胞 二整个粒子都属于该晶胞同为4个晶胞所共有，该粒子的1属于该晶胞非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成 六边形，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占顶点碳原子的22.晶体密度和微粒间距离的计算（1）晶胞计算公式（立方晶胞）a3pNA=nM（a为棱长；p为密度；Na为阿伏加德罗常数的数值；n为1 mol 晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量；M为该粒子或特定组合的摩尔质量）。（2）金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式（设棱
24、长为a） o面对角线长=Va。体对角线长=Ba。体心立方堆积4r=V3a（r为原子半径）。面心立方堆积4r=V2a（r为原子半径）。金属晶体空间利用率的计算方法（1）空间利用率的定义及计算步骤空间利用率8）：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比。空间利用率=晶胞中原子所占的总体积晶胞体积X100%（2）金属晶体空间利用率分类简析简单立方堆积设原子半径为R,由于原子在晶胞棱的方向上相切，可以计算出晶胞参数: a=b=c = 2R, a=p=y=90。每个晶胞中包含一个原子。441 X-nR31 X-kR3T|=一一X 100%=X 100%52.36%oa（ZK/体心立方堆积设原子半径为R,由于原子在晶胞体对角线方向上相切，可以计算出晶胞参 数：a=b=c=#R, a=B=y=90。每个晶胞中包含两个原子。442X-7iR32X-7iR3T|=-x 100%=j-X 100%68.02%o 3 ）面心立方最密堆积设原子半径为R,由于原子在晶胞面对角线方向上相切，可以计算出晶胞参 数：a=b=c = 24R, a=0=y=9O。每个晶胞中包含四个原子。444X 铲R34X 针R3n=-X 1。0%=（干即3乂 100% 比74.05%。六方最密堆积