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1、晶体结构 第1页，本讲稿共19页一一 晶体类型的判断晶体类型的判断从物质的分类上判断：从物质的分类上判断：从性质上判断：从性质上判断：固态时不导电熔融状态时能导电：固态时不导电熔融状态时能导电：离子晶体；离子晶体；固态时导电熔融状态时也导电：固态时导电熔融状态时也导电：金属晶体及石墨；金属晶体及石墨；固态时不导电熔融状态时也不导电：固态时不导电熔融状态时也不导电：分子晶体、原子晶体分子晶体、原子晶体。高高：原子晶体；：原子晶体；中中：离子晶体；：离子晶体；低低：分子晶体：分子晶体离子晶体离子晶体：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物；：强碱、大多数盐类、活泼金属氧化物；分子晶体分子晶体：大多数非金
2、属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体：大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼除外）及氧化物（硼除外）及氧化物（SiO2除外），所有的酸及非金属氢化物，除外），所有的酸及非金属氢化物，大多数有机物等。大多数有机物等。原子晶体原子晶体：金刚石、晶体硅、晶体硼、：金刚石、晶体硅、晶体硼、SiO2、SiC、BN等等金属晶体金属晶体：金属单质（液态：金属单质（液态Hg除外）及合金除外）及合金熔沸点和硬度熔沸点和硬度物质的导电性物质的导电性第2页，本讲稿共19页例：下列性质适合分子晶体的是（例：下列性质适合分子晶体的是（）B CB CA.A.熔点熔点1070 1070，易溶于水，水溶液能导电；，易溶
3、于水，水溶液能导电；B.B.熔点熔点10.31 10.31，液态不导电，水溶液能导电；，液态不导电，水溶液能导电；C.C.能溶于能溶于CSCS2 2，熔点，熔点112.8 112.8，沸点，沸点444.6 444.6 D.D.熔点熔点97.81 97.81，质软，导电，密度，质软，导电，密度0.97g/cm0.97g/cm3 3例例2:2:据下列物质的性质，判断属于原子晶体是（据下列物质的性质，判断属于原子晶体是（）A.A.微溶于水，硬度小，熔点微溶于水，硬度小，熔点-56-56，固态或液态时不导电；，固态或液态时不导电；B.B.熔点熔点3410 3410，导电性好，延展性强；，导电性好，延展
4、性强；C.C.熔点熔点3550 3550，不导电，不溶于水及有机溶剂，质硬，不导电，不溶于水及有机溶剂，质硬D.D.熔点熔点800 800，易溶于水，熔化时能导电，易溶于水，熔化时能导电C C第3页，本讲稿共19页在在NaCl晶体中晶体中,每个每个Na+周周围与之等距离且最近的与之等距离且最近的Na+有有_个；每个个；每个Cl-周周围与之等距离且最近的与之等距离且最近的Cl-有有_个。个。1212 在在NaCl晶体中晶体中,每个每个Na+同同时吸引着吸引着_个个Cl-；每个每个Cl-同同时吸引着吸引着_个个Na+。66二、晶体常见题型二、晶体常见题型（一）晶体化学式的确定第4页，本讲稿共19页
5、在在NaClNaCl晶体中与每个晶体中与每个ClCl-吸引的几个吸引的几个Na+所围成的空间几所围成的空间几何构型为何构型为()()A.A.正四面体正四面体 B.B.正六面体正六面体 C.C.正八面体正八面体 D.D.正十二面体正十二面体 C第5页，本讲稿共19页氯化钠的晶体结构氯化钠的晶体结构Cl-Na+在在NaClNaCl晶体晶体的一个晶胞中，的一个晶胞中，ClCl-的个数等的个数等于于 ，NaNa+的个数等于的个数等于 。44每个每个NaCl晶胞中晶胞中,平均占有平均占有Na+：121/4+1=4Cl-：81/8+61/2=4第6页，本讲稿共19页CsClCsCl的晶体结构空间模型的晶体
6、结构空间模型CsCs+ClCl-在在CsCl晶晶体中体中,每个每个Cs+同同时吸吸引着引着_个个Cl-；每个；每个Cl-同同时吸吸引着引着_个个Cs+。88 在在CsCl晶体中晶体中,每个每个Cs+周周围与之等距离且最近的与之等距离且最近的Cs+有有_个；每个个；每个Cl-周周围与之等距离且最近的与之等距离且最近的Cl-有有_个。个。66第7页，本讲稿共19页范德华力范德华力共价键共价键 在此晶胞中，含有在此晶胞中，含有 个个CO2分子分子4干冰的晶体结构模型干冰的晶体结构模型每个干冰晶胞中每个干冰晶胞中,平均占有平均占有CO2：81/8+61/2=4第8页，本讲稿共19页干冰晶体结构示意图干
7、冰晶体结构示意图12在干冰晶体结构中在干冰晶体结构中,每个每个COCO2 2分子周围与之最近且等距离分子周围与之最近且等距离的的COCO2 2分子个数为分子个数为 个个第9页，本讲稿共19页石墨的晶体结构模型石墨的晶体结构模型分子分子间作用力作用力CC共价共价键石墨晶体石墨晶体过渡型晶体或混合型晶体过渡型晶体或混合型晶体石墨中石墨中C C原子个数与原子个数与CCCC键数之比为多少键数之比为多少？第10页，本讲稿共19页二、晶体常见题型二、晶体常见题型（一）求晶体化学式的确定C例例1（西西安安市市竞竞赛赛题题）右右图图所所示示晶晶体体结结构构是是一一种种具具有有优优良良的的压压电电、铁铁电电、电
8、电光光等等功功能能的的晶晶体体材材料料的的最最小小结结构构单单元元（晶晶胞胞）。晶晶体体内内与与每每个个“Ti”紧紧邻邻的的氧氧原原子子数数和和这这种种晶晶体体材材料料的的化化学学式式分分别别是是（各各元元素素所所带带电电荷均已略去）荷均已略去）(A)8；BaTi8O12 (B)8；BaTi4O9(C)6；BaTiO3 (D)3；BaTi2O3第11页，本讲稿共19页例例2 1987年年2月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物在月，朱经武教授等发现釔钡铜氧化物在90K下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如下图所下具有超导性，若该化合物的晶胞结构如下图所示，则该化合物的化学式可能为（）示，则该化合物的化
9、学式可能为（）A.YBa2CuO7-x B.YBa2Cu2O7-x C.YBa2Cu3O7-x D.YBa2Cu4O7-x 计算晶胞中各原子数：计算晶胞中各原子数：Y：1Ba：2Cu：81/8+81/4=3C第12页，本讲稿共19页例：最近科学家发现一种由钛原子例：最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示。顶角和面心的原子是钛原图所示。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，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的化学式是（子，则它的化学式是（）A.TiC B.Ti6C7 C.Ti14C13 D.Ti13C14此题给出的是分子簇结
10、构而非晶体结构，故只需数出原子的此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的数目即可。数目即可。均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以下题型：均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以下题型：第13页，本讲稿共19页 例例11右右图图为为NaCl晶晶胞胞的的结结构构示示意意图图。它它向向三三维维空间延伸得到完美晶体。试回答：空间延伸得到完美晶体。试回答：（1）一一个个NaCl晶晶胞胞中中有有 个个Na，有，有个个Cl。（2）一一定定温温度度下下，用用X射射线线衍衍射射法法测测得得晶晶胞胞的的边长为边长为a cm，求该温度下，求该温度下NaCl晶体的密度。晶体的密度。（3）若若NaC
11、l晶晶体体的的密密度度为为g/cm3，则则 NaCl晶晶体中体中Na与与Na十十之间的最短距离是多少？之间的最短距离是多少？81/861/24112144m/VnM/V58.5 4(NAa3)（二）晶体密度、粒子间距离的计算第14页，本讲稿共19页 例例22右图为右图为NaCl晶胞结构晶胞结构,已知已知FexO晶体晶胞结构为晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，型，由于晶体缺陷，x值小于值小于1。测知。测知FexO晶体的密度为晶体的密度为5.71g/cm3，晶胞边长为，晶胞边长为4.281010m。（1）FexO中的中的x值（精确至值（精确至0.01）为）为；（2）晶体中的）晶体中的Fen+
12、分别为分别为Fe2+和和Fe3+，在在Fe2+和和Fe3+的总数中，的总数中，Fe2+所占分数所占分数（用小数表示）为（用小数表示）为；（3）此晶体的化学式为）此晶体的化学式为；（4）与某个）与某个Fe2+或或Fe3+距离最近且距离相等的距离最近且距离相等的O2离子围成离子围成的空间几何形状是的空间几何形状是；0.920.826正八面体正八面体Fe0.762+Fe0.163+O第15页，本讲稿共19页 例例33金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方，即在金晶体的最小重复单元（也称晶胞）是面心立方，即在立方体的立方体的8 8个顶点上各有一个金原子，各个面的面心上各有一个顶点上各有一个金原子，
13、各个面的面心上各有一个金原子（如图），每个金原子被相邻的晶胞共用。金原子个金原子（如图），每个金原子被相邻的晶胞共用。金原子的直径为的直径为d d，用，用N NA A表示阿伏加德罗常数，表示阿伏加德罗常数，M M表示金的摩尔质量。表示金的摩尔质量。(1)(1)金晶体中每个晶胞中含有金晶体中每个晶胞中含有个金原子；个金原子；(2)(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定假定 。(3)(3)一个晶胞的体积是多少？一个晶胞的体积是多少？(4)(4)金晶体的密度是多少？金晶体的密度是多少？4在立方体各个面的对角线上在立方体各个面
14、的对角线上3个金原子彼此个金原子彼此两两相切两两相切 第16页，本讲稿共19页（三）晶体中点、线、面的关系 例例1 1 C C6060是碳单质家族中的新成员，已知每个碳原子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与其它三个碳原子相连。请根据碳的成键方式计算C C6060分子中存在分子中存在 _条条CCCC单键；单键；_条条C=CC=C双双键？键？分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过分析：碳原子的成键方式：每个碳原子通过4 4条共价条共价键与其它原子成键。其成键方式图为：键与其它原子成键。其成键方式图为：由图可以看出：每个由图可以看出：每个CCCC单键
15、为单键为2 2个碳个碳原子所拥有，故每个碳原子占有原子所拥有，故每个碳原子占有21/2=121/2=1条条C CC C单键，分子中共有单键，分子中共有160=60160=60条条CCCC单键；每个单键；每个C=CC=C双键为双键为2 2个碳原子所拥有，故每个碳原子占有个碳原子所拥有，故每个碳原子占有11/2=1/211/2=1/2条条C=CC=C双键，分子中共有双键，分子中共有1/260=301/260=30条条C=CC=C双键。双键。6030第17页，本讲稿共19页 例例22 石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数个石墨晶体的层内结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成，则正六边形构成，则
16、:(1)(1)平均每一个正六边形所占的碳原子数为平均每一个正六边形所占的碳原子数为 ;(2)(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是石墨晶体每一层内碳原子数与碳一碳化学键之比是；（3 3）ngng碳原子可构成碳原子可构成个正六边形。个正六边形。每个碳原子为三个正六边形共用，每个碳原子为三个正六边形共用，每个正六边形的碳原子数为每个正六边形的碳原子数为61/3=22 又每个正六边形所占的又每个正六边形所占的CC键数为：键数为：61/2=3碳原子数与碳一碳化学键之比是碳原子数与碳一碳化学键之比是23232323(n/12)NA2第18页，本讲稿共19页如右图所示，晶体硼的基本结构单元都是
17、由硼原子如右图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，这个多面体中含有组成的正二十面体，这个多面体中含有20个等边三个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有1个原子。个原子。（1）这个基本结构单元由）这个基本结构单元由 个硼原子组成，共个硼原子组成，共含有含有 个个BB键。键。（2）假设将此基本结构单元的每个顶角按一定比）假设将此基本结构单元的每个顶角按一定比例且同等程度地削去，可得到另一个多面体，则此例且同等程度地削去，可得到另一个多面体，则此多面体含多面体含 个五边形，个五边形，个六边形。若再设个六边形。若再设此多面体的每个交点处有一个碳原子，这样就构成了此多面体的每个交点处有一个碳原子，这样就构成了碳元素形成的一种单质分子，此分子的分子式为碳元素形成的一种单质分子，此分子的分子式为 。w 12301220c60例例3第19页，本讲稿共19页