晶体晶胞结构.docx

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晶体晶胞结构

物质结构要点

1、核外电子排布式

外围核外电子排布式价电子排布式

价电子定义：

1、对于主族元素，最外层电子

2、第四周期，包括3d与4S电子

电子排布图

熟练记忆ScFeCrCu

2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形

P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有3种纺锤形

d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种

一个电子在空间就有一种运动状态

例1：

N电子云在空间的伸展方向有4种

N原子有5个原子轨道

电子在空间的运动状态有7种

未成对电子有3个------------------------结合核外电子排布式分析

例2、基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道数为9  、电子数为 4 。

3、区的划分

按构造原理最后填入电子的能级符号

如Cu最后填入3d与4s故为ds区Ti最后填入能级为3d故为d区

4、第一电离能：

同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：

S2与P3半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）

例3、比较C、N、O、F第一电离能的大小---------------F＞N＞O＞C

例4、某元素的全部电离能（电子伏特）如下：

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

23.6

35.1

54.9

77.4

113.9

138.1

739.1

871.1

回答下列各问：

（1）I6到I7间，为什么有一个很大的差值?

这能说明什么问题?

_________________________

（2）I4和I5间，电离能为什么有一个较大的差值_________________________________

（3）此元素原子的电子层有__________________层。

最外层电子构型为______________

5、电负性：

同周期从左到右电负性逐渐增大（无反常）------------F＞O＞N＞C

6、

对角线规则：

某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：

锂和镁在空气中燃烧的产物，铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱

7、共价键：

按原子轨道重叠形式分为：

σ键和π键（具有方向性和饱和性）

单键--------1个σ键

双键------1个σ键和1个π键

三键---------1个σ键和2个π键

8、等电子体：

原子总数相等，价电子总数相等----------具有相似的化学键特征

例5、N2COCN--C22-互为等电子体

CO2CS2N2OSCN--CNO--N3-互为等电子体

从元素上下左右去找等电子体，左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。

9、应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。

化学式

σ键电子对数

中心原子含有孤对电子对数

VSEPR模型

分子立体构型

杂化类型

ABn

SO3

对于给出结构的分子或离子，根据中心原子成四个价键（8个电子），直接判断.（B原子六个电子）

例6、

N原子的杂化类型

PO42-P的杂化类型_________________

CH3CHOC原子的杂化类型____________

Ni（CO）4中心原子的杂化_________________

10、配合物

配位键也是共价键，属于σ键。

例7、

中心原子或离子

配体

配位原子或离子

配位数

Fe（CO）5

Fe（SCN）3

Zn（CN）4--

AlF6--

规律：

一般是电负性较大的原子吸引电子能力较强，电子对不易给出，不作为配位原子

11、分子间作用力:

一般分子间作用力—范德华力

氢键

例8、Na2B4O7.10H2O晶体中存在的作用力________________________________________

12、氢键

存在：

一个分子的X-H中的H原子与另外的X原子相结合而成（X表示N、O、F）

表示方法：

A━H┄B

例9、写出氨水中氢键的种类

N━H┄NN━H┄OO━H┄OO━H┄N共4种

H2O分子中氢键的数目---1个水分子形成4个氢键---1molH2O分子含氢键2NA

HF分子中氢键的数目---1个HF分子形成2个氢键---1molHF分子含氢键NA

氢键对某些现象的解释

．解释分子熔沸点的大小

．解释物质溶解性的大小

．解释冰融化为水密度减小，体积增大：

氢键的存在使处于中心的水分子与其他水分子呈四面体，空间利用率较低，溶化后空隙减小

．解释邻羟基苯甲醛与对羟基苯甲醛沸点的高低

．解释接近水的沸点的水蒸气的Mr测定值比用化学式计算的值大一些：

13、比较物质熔沸点的大小

先考虑晶体类型。

原子晶体＞离子晶体＞分子晶体

对于属于同种晶型，再具体分析

离子晶体：

（含有离子键---金属和NH4+的出现），晶格能（电荷，半径）

原子晶体：

从共价键的键长分析

分子晶体：

优先考虑氢键的存在，存在氢键的分子相对熔沸点高

对于不存在氢键的分子晶体，再从Mr来比较。

例10、比较Si、SiC、NacL、KcL、H2O、H2S、HCL沸点高低

14、无机含氧酸

属于几元酸，看结构中所含━OH的数目，或者看与NaOH生成盐的种类

同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高（显正价）则正电性高，则含氧酸酸性强

（该元素的化合价高与含氧酸的氧化性无直接联系）

对于跟多含氧酸，中心元素不同，━OH的数目也不同，（HO）mROn,非羟基氧原子数目越多，含氧酸酸性越强。

NaCl型（一个晶胞中四个Na+，四个Cl-）

CsCl型

正负离子配位数均为8

与铯离子等距离且最近的铯离子有6个、氯离子有8个

CaF2型

•

CaF2晶体属立方面心点阵，F－作简单立方堆积，Ca2＋数目比F－少一半，所以填了一半的立方体空隙，每一个Ca2＋由八个F－配位，而每个F－有4个Ca2＋配位

ZnS型

TiO2（金红石型）

AB2型晶体中，最常见的重要结构是四方金红石（TiO2）结构。

在此结构中Ti4＋处在略有变形的氧八面体中，即氧离子作假六方堆积，Ti4＋填在它的准八面体空隙中

一、分子晶体的一般宏观性质

①较低的熔沸点

②较小的硬度

③固态或熔融状态下都不导电

构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键

二、.晶体分子结构特征

（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：

C60、干冰、I2、O2）----晶胞结构都属于面心立方

（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：

HF、冰、NH3）

（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）

原子晶体

晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：

2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个C原子。

每个C原子被4个碳碳键所共用；每个碳碳键含有2个C原子，平均每个碳碳键含有1/2个C原子。

故平均每个最小环含有1个碳碳键

金刚石是立体网状结构，每个碳原子形成4个共价键，任意抽出2个共价键，每两个单键归两个六元环所有，而不是只归一个六元环所有（如图所示，红色的两个碳碳单键，可以构成蓝色和紫红色的两个六元环）。

每个碳原子连出4个共价键，任意抽出2个共价键能决定两个6元环，4个共价键总共能抽出6组。

所以6组碳碳键实际上可以构成12个六元环，所以一个碳归十二个六元环共用。

6×1/12=1/2

晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；

2015年全国理综能力测试卷中第37题是[物质结构与性质]选考题，其中有一个小题的内容是：

“在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接（）个六元环，六元环中最多有（）个C原子在同一平面。

”

从不同观察和分析角度的观察金刚石的晶体结构模型，可以对上述问题的第1问做如下两种盘判断：

（1）晶体中每个C原子和它周围的4个C原子以共价键相连，金刚石晶体结构的观察分析形成空间正四面体结构，晶体中每个碳原子都和其他碳原子构成空间正六边形的碳环。

由于每个C原子和它周围的4个C原子连接，因此它必然同处于4个六元环上，而与之相连的4个C原子的每一个又和另外3个C原子相连。

因而，它必然又在另外3个碳原子所在的环上。

所以这个碳原子连接3×4=12个六元环。

（2）晶体中每个碳原子以四个碳碳单键分别其他碳原子连接，这个碳原子上的每两个碳碳单键可以分属于两个六元环（右图中用红色描出的环）。

每个碳原子的四个碳碳单键，每两个键组合成环，依据组合排列规律，可以知道有C42种（即6种）组合，因此，每个碳原子可以处于2×C42=12个六元环。

金属晶体

面心立方：

在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。

微粒数为：

8×1/8+6×1/2=4

晶体密度=m晶胞/v晶胞

m晶胞=摩尔质量除以阿伏伽德罗常数乘以晶胞中所含的原子或离子数

体心立方晶胞

四点间的夹角均为60°

C60的形状类似于足球，1个顶点引出3条边（其中1个是双键，另2个是单键），1条边被两个顶点共用，因此1个C60有60个顶点和90个边。

假设1molC60有xmol碳碳双键（C=C），ymol碳碳单键（C-C）

从每个顶点来看，y=2x

从边的数量来看，x+y=90

解得x=30,y=60

因此1molC60有60mol碳碳单键（C-C）,30mol碳碳双键（C=C）

设正六边形x个正五边形y个

由欧拉公式60+（x+y）-（6x+5y）/2=2欧拉公式顶点+面—棱=2

每个正五边形有5个键

每个正六边形有6个键

6x/2+5y/2=60×3÷2（有一个双键）

解得x=20,y=12

习题

1、

最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态分子，如右图所示。

顶角和面心的原于是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是（）

A．TiCB．Ti4C4，C．Ti14C13D．Ti13C14

2、硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm—（含B、O、H三种元素）的球棍模型如右下图所示：

①在Xm—中，硼原子轨道的杂化类型有；配位键存在于原子之间（填原子的数字标号）；

m=（填数字）。

②硼砂晶体由Na+、Xm—和H2O构成，它们之间存在的作用力有。

A．离子键B.共价键C.金属键

D.范德华力E.氢键

（4）①1,3,5，6代表氧原子，2,4代表B原子，2号B形成3个键，则B原子为SP2杂化,4号B形成4个键，则B原子为SP3杂化；B一般是形成3个键，4号B形成4个键，其中1个键很可能就是配位键，配位键存在4号与5号之间。

观察模型，可知Xm—是（H4B4O9）m—，依据化合价H为+1，B为+3，O为—2，可得m=2,

这问有一定难度，思维能力，空间能力要求比较高。

②钠离子与Xm—形成离子键,结晶水分子间存在氢键和范德华力题目是问钠离子、Xm—、水分子之间的作用力，而不是硼砂晶体中的作用力，可能会多选B。

3、下列关于金属及金属键的说法正确的是_。

a.金属键具有方向性与饱和性

b.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用

c.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子

d.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光

（1）金属键没有方向性和饱和性，a错；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，b对；金属导电是因为在外加电场作用下发生定向移动，c错；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，d错。

4、过渡金属配合物Ni（CO）n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18，则n=。

5、ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。

立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0pm，其密度为（列式并计算），a位置S2-离子与b位置Zn2+离子之间的距离为pm（列式表示）。

7、肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。

N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内不存在__________（填标号）

a.离子键    b.共价键    c.配位键   d.范德华力

8、图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点（见图2），分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。

下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是_________（填标号）。

a.CF4     b.CH4     c.NH4＋    d.H2O

【解析】

③N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，可见它是离子晶体，晶体内肯定不存在范德华力。

（4）要形成氢键，就要掌握形成氢键的条件：

一是要有H原子，二是要电负性比较强，半径比较小的原子比如F、O、N等构成的分子间形成的特殊的分子间作用力。

符合这样的选项就是c和d，但题中要求形成4个氢键，氢键具有饱和性，这样只有选c。

9、

钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。

钛酸钡晶体的结构示意图为右图，它的化学式是（）

A.BaTi8O12B.BaTi4O6C.BaTi2O4D.BaTIO3