第一节晶体的常识43945.docx

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第一节晶体的常识43945

第一节晶体的常识

教材分析：

本节内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生的学习有一定的理论基础。

本节内容主要是通过介绍各种各样的固体为出发点来过渡到本堂课的主题——晶体和非晶体。

而晶体和非晶体的学习是以各自的自范性和微观结构比较为切入点，进而得出得到晶体的一般途径以及晶体的常见性质和区分晶体的方法。

●了解晶体的初步知识,知道晶体与非晶体的本质差异，学会识别晶体与非晶体的结构示意图。

●知道晶胞的概念，了解晶胞与晶体的关系，学会通过分析晶胞得出晶体的组成。

●培养空间想像能力和进一步认识“物质结构决定物质性质”的客观规律。

[学习目标]

[知识梳理]

一、晶体与非晶体

1.晶体的自范性即______________________________________________________.晶体呈自范性的条件之一是____________________________________________________.

2.得到晶体一般有三条途径:

（1）____________,

（2）___________________________,

（3）_________________________

3.

自范性

微观结构

晶体

非晶体

4.晶体的熔点较__________,而非晶体的熔点_______________,区分晶体与非晶体最可靠的科学方法是______________________________________________.

二、晶胞

5.__________________________________________________是晶胞。

[方法导引]晶胞中粒子数的计算方法：

晶体结构类习题最常见的题型就是已知晶胞的结构而求晶体的化学式。

解答这类习题首先要明确一个概念：

由晶胞构成的晶体，其化学式不一定是表示一个分子中含有多少个原子，而是表示每个晶胞中平均含有各类原子的个数，即各类原子的最简个数比。

解答这类习题，通常采用分摊法。

在一个晶胞结构中出现的多个原子，这些原子并不是只为这个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞所共有，那么，在一个晶胞结构中出现的每个原子，这个晶体能分摊到多少比例呢。

这就是分摊法。

分摊法的根本目的就是算出一个晶胞单独占有的各类原子的个数。

分摊法的根本原则是：

晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x。

下面对立体晶胞进行详细分析。

在立体晶胞中，原子可以位于它的顶点，也可以位于它的棱上，还可以在它的面上（不含棱），当然，它的体内也可以有原子；每个顶点被8个晶胞共有，所以晶胞对自己顶点上的每个原子只占1/8份额；每条棱被4个晶胞共有，所以晶胞对自己棱上的每个原子只占1/4份额；每个面被2个晶胞共有，所以晶胞对自己面上（不含棱）的每个原子只占1/2份额；晶胞体内的原子不与其他晶胞分享，完全属于该晶胞。

1.每个晶胞涉及同类A数目m个，每个A为n个晶胞共有，则每个晶胞占有A：

m×1/n。

2．计算方法

位置

顶点

棱边

面心

体心

贡献

1/8

1/4

1/2

1

例1．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。

它是由液态水急速冷却到165k时形成的，玻璃态的水无固态形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是（）

A.水由液态变为玻璃态，体积缩小B.水由液态变为玻璃态，体积膨胀

C.玻璃态是水的一种特殊状态D.玻璃态水是分子晶体

解析：

这是一道信息题，从题给信息知玻璃态的水密度与普通液态水的密度相同，故A、B错误。

又只、知玻璃态的水无固定形态，不存在晶体结构，故D错误。

答案：

D

例2．最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，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，它的化学式是。

解析：

考察学生对晶体结构、分子结构概念的理解、运用能力。

解题关键：

本题是送给粗心同学的“礼物”，一些在省初赛中得分较高的同学，包括部分后来冲进冬令营的同学都在此题“载了跟头”。

从题目本身来看，本题图形“就是”NaCl晶胞的图形，按顶点算1/8，棱中点算1/4，面心算1/2，中心算1的规则很快可算出Na:

Cl=1:

1，或一部分同学甚至已记住答案，就是1:

1，所以，阅卷发现相当多的考生答案为TiC可CTi。

部分考生把该分子当成晶体结构的一部分。

其实，本题命题者一开始就清楚交待：

它是一个小分子，而非像NaCl晶体那样的巨型分子。

所以，审题清楚对考生来说是至关重要的。

答案：

Ti14C13。

例3．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

解析：

结合识图考查晶体结构知识及空间想像能力。

解题关键：

由一个晶胞想象出在整个晶体中，每个原子为几个晶胞共用是解题的关键。

仔细观察钛酸钡晶体结构示意图可知：

Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti为与之相连的8个立方体所共用，即只有1/8属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每条棱为四个立方体共用，故每个O只有1/4属于该晶胞。

即晶体中Ba:

Ti:

O=1:

（8×1/8）:

（12×1/4）=1:

1:

3。

如果以为钛酸钡晶体就是一个个孤立的如题图所示的结构，就会错选C

答案：

D

[基础训练]

1.晶体与非晶体的严格判别可采用（）

A.有否自范性B.有否各向同性C.有否固定熔点D.有否周期性结构

2.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示（其中前后两面心上的B原子未能画出），晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为（）

A.1:

3:

1B.2:

3:

1C.2:

2:

1D.1:

3:

3

3.1987年2月，未经武（PaulChu）教授等发现钛钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性。

若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（）

A.YBa2CuO7－xB.YBa2Cu2O7－xC.YBa2Cu3O7－xD.YBa2Cu4O7－x

4.白磷分子如图所示：

则31g白磷分子中存在的共价键数目为（　）

　　A．4NAB．NA　C．1.5NAD．0.25NA

5．某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。

阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（）

A、1∶8B、1∶4C、1∶2D、1∶1

6.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（）

A、2B、3C、4D、6

7.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。

已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为（）

A．Ca4TiO3　　　B．Ca4TiO6C．CaTiO3　　　D．Ca8TiO12

8.下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正确的是（）

  A单晶一般都有各向异性  B晶体有固定的熔点

  C所有晶体都有一定的规整外形  D多晶一般不表现各向异性

9.晶体中最小的重复单元——晶胞，①凡处于立方体顶点的微粒，同时为个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为个晶胞共有；④凡处于立方体体心的微粒，同时为个晶胞共有。

10.现有甲、乙、丙（如下图》三种晶体的晶胞：

（甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心），可推知：

甲晶体中x与y的个数比是__________，乙中a与b的个数比是_______，丙晶胞中有_______个c离子，有____________个d离子。

11.右图是超导化合物----钙钛矿晶体的晶胞结构。

请回答：

（1）该化合物的化学式为         。

（2）在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有      个。

12．右图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为。

原硅酸根离子SiO44－的结构可表示为

二聚硅酸根离子Si2O76－中，只有硅氧键，它的结构可表示为

。

13.在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有___________个在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个C02分子。

14.如图为NaCl晶体结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置（不考虑体积的大小）。

（1）请将其代表Na+的用笔涂黑圆点，以完成NaCl晶体结构示意图。

（2）确定晶体的晶胞，分析其构成。

（3）从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的Na+共有多少个?

[拓展提高]

1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。

C60分子是形如球状的多面体（如图），该结构的建立基于以下考虑：

①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；

②C60分子只含有五边形和六边形；

③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：

顶点数＋面数－棱边数＝2

据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30。

请回答下列问题：

15.固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是____________，理由是：

_________________________________________________________.

16.试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反应生成C60F60（填“可能”或“不可能”）_________________________，并简述其理由：

________________________________________________________。

17.通过计算，确定C60分子所含单键数。

C60分子所含单键数为。

18.C70分子也已经制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑面推知。

通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。

参考答案

1.D2.A3.C4.C5.D6.A7.C8.D9.8、4、2、1

10.解析：

x:

y＝4:

3a：

b＝1：

14个c4个d处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱边的微粒为四个立方体共有，位于立方体面的微粒为两个立方体共有，所以x:

y＝l：

6×1／8＝4：

3；a:

b=1:

8×1／8＝1：

1；丙晶胞中c离子为12×1／4+1＝4（个）；d离子为8×1／8+6×1／2＝4（个）

11.解析：

这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为1/8，所以，它单独占有的钛原子个数为8×1/8=1个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为1/4，所以，它单独占有的氧原子个数为12×1/4=3个；它全部拥有体内的那一个钙原子，所以，该晶胞中单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：

1、3、1.钛位于立方体的顶点上，与一个钛离子距离最近的钛离子是与它共棱的,与它共棱的离子都是二个，所以，共6个。

答案：

（1）该化合物的化学式为CaTiO3

（2）6个

12.1∶2

13.12个4个

14.

（1）含8个小立方体的NaCl晶体示意图为一个晶胞

（2）在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:

1.

（3）12个

15.金刚石金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高.

16.可能因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60

17.依题意，C60分子形成的化学键数为：

1/2（3*60）=90

也可由欧拉定理计算键数（即棱边数）:

60+（12+20）-2=90

C60分子中单键为:

90-30=60

18.设C70分子中五边形数为x,六边形数为y.依题意可得方程组:

解得:

五边形数x=12,六边形数y=25

第二节　分子晶体与原子晶体

[学习目标]

[知识梳理]

1.分子间作用力

（1）分子间作用力__________；又称范德华力。

分子间作用力存在于____________之间。

（2）影响因素：

①分子的极性②组成和结构相似的

2.分子晶体

（1）定义：

________________________________

（2）构成微粒________________________________

（3）粒子间的作用力：

________________________________

（4）分子晶体一般物质类别________________________________

（5）分子晶体的物理性质________________________________________________

3.原子晶体：

相邻原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。

4.构成粒子：

______________；。

5.粒子间的作用______________，

6.原子晶体的物理性质

（1）熔、沸点__________，硬度___________

（2）______________一般的溶剂。

（3）______________导电。

原子晶体具备以上物理性质的原因____________________________

原子晶体的化学式是否可以代表其分子式______________

原因____________________________。

7.常见的原子晶体有____________________________等。

[方法导引]

1.判断晶体类型的依据

（1）看构成晶体的微粒种类及微粒间的相互作用。

对分子晶体,构成晶体的微粒是______________，微粒间的相互作用是___________；

对于原子晶体，构成晶体的微粒是_______，微粒间的相互作用是___________键。

（2）看物质的物理性质（如：

熔、沸点或硬度）。

一般情况下，不同类晶体熔点高低顺序是________晶体>_______晶体。

原子晶体比分子晶体的熔、沸点高得多

（3）依据物质的分类判断

金属氧化物（如K2O、Na2O2等），强碱（如NaCl、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。

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、石墨、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）与合金都是金属晶体。

2．晶体熔、沸点比较规律：

（1）不同晶体类型的物质：

原子晶体>分子晶体。

（2）同一晶体类型的物质，需比较晶体内部结构粒子间作用力，作用力越大，熔沸点越高。

原子晶体：

要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。

如熔点：

金刚石>碳化硅>晶体硅。

分子晶体：

组成结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如熔沸点：

O2>N2,HI>HBr>HCl。

组成结构不相似的物质，分子的极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点：

CO>N2。

由上述可知，同类晶体熔沸点比较思路为：

原子晶体→共价键键能→键长→原子半径

分子晶体→分子间作用力→相对分子质量

例1．共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是（）

A.干冰B.氯化钠C.氢氧化钠D.碘

解析：

干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。

NaCl是离子晶体只存在离子键。

NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。

碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。

答案：

B

[例2]单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据

金刚石

晶体硅

晶体硼

熔点

>3823

1683

2573

沸点

5100

2628

2823

硬度

10

7.0

9.5

①晶体硼的晶体类型属于____________晶体，理由是________________________。

已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有1个B原子。

通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由

____________________个硼原子构成。

其中B—B键的键角为____________。

[解析]①原子，理由：

晶体的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原予晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，亦为原于晶体。

②每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点，且晶体B中有20个这样的角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有3/5×20=12个。

又因晶体B中的三角形面为正三角形，所以键角为60°

〔例3〕石墨的片层结构如右图1所示：

试回答：

（1）片层中平均每个六元环含碳原子数为个。

（2）在片层结构中，碳原子数、C—C键数、六元环数之比

为

【解析】在石墨的片层结构中，我们以一个六元环为研究对象，由于碳原子为三个六元环共用，即属于每个六元环的碳原子数为6×1/3＝2；另外碳碳键数为二个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×1/2＝3。

【答案】

（1）．2

（2）．2:

3:

1

[基础训练]

1．下列晶体中属于原子晶体的是（）

A.氖B．食盐C．干冰D．金刚石

2．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是（）

A．固态氢B．固态氖C．磷D．三氧化硫

　3.下列晶体中不属于原子晶体的是（）

A.干冰B.金刚砂C.金刚石D.水晶

4.在金刚石的网状结构中，含有共价键形成的碳原子环，其中最小的环上，碳原子数是（）

A.2个B.3个C.4个D.6个

5.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是（）

A.干冰B.氯化钠C.氢氧化钠D.碘

6.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是（）

A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依次减弱

B.NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低

C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高

D.H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点

7．在金刚石的晶体中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个C--C键间的夹角是（）

A．6个120°B．5个108°C．4个109°28′D．6个109°28′

8．结合课本上干冰晶体图分析每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子数目为（）

A．6B．8C．10D．12

9．干冰和二氧化硅晶体同属ⅣA元素的最高价氧化物，它们的熔沸点差别很大的原因是（）

A．二氧化硅分子量大于二氧化碳分子量B．C、O键键能比Si、O键键能小

C．干冰为分子晶体，二氧化硅为原子晶体D．干冰易升华，二氧化硅不能

10.最近科学家发现了一种新分子，它具有空心的类似足球的结构，分子式为C60，下列说法正确的是（）

A.C60是一种新型的化合物

B.C60和石墨都是碳的同素异形体

C.C60中虽然没有离子键，但固体为离子晶体

D.C60相对分子质量为720

11.支持固态氨是分子晶体的事实是（）

A.氮原子不能形成阳离子B.铵离子不能单独存在

C.常温下，氨是气态物质D.氨极易溶于水

12.石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是（）

A.10个B.18个C.24个D.14个

13.将SiCl4与过量的液氨反应可生成化合物Si（NH2）4。

将该化合物在无氧条件下高温灼烧，可得到氮化硅（Si3N4）固体，氧化硅是一种新型的耐高温、耐磨材料，在工业上有广泛的应用。

则氮化硅所属的晶体类型是（）A.　原子晶体　　B.　分子晶体C.　离子晶体　　D.　金属晶体14.2003年美国《科学》杂志报道：

在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。

下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是（）A.　晶体中C、O原子个数比为1∶2B.　该晶体的熔点、沸点高、硬度大C.　晶体中C—O—C键角为180°

D.　晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构

15、氮化硅是一种新合成的结构材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。

下列各组物质熔化时，所克服的微粒间的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是（）

A、硝石和金刚石B、晶体硅和水晶C、冰和干冰D、萘和蒽

16.碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。

在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）

A.①③②B.②③①C.③①②D.②①③

[拓展提高]

17．右图为金刚石的晶体结构。

每个C原子、每条C—C键被多少个六元环共用？

18．右图为晶体硼的基本结构单元，已知它为正二十面体有二十个等边三角形和一定数目的顶角，每一个顶点各有一个硼原子，通过观察，此基本结构单元由多少硼原子构成？

19.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在13000C反应获得。

（1）氮化硅晶体属于______________晶体。

（2）已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式_______.

（3）现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。

反应的化学方程式为_________________.

第二节　分子晶体与原子晶体答案

1.D2.B3.A4.D5.D6.CD7.D8.D9.C10.BD11.C12.D13.A14.C15.B16.A

5.[解析]干冰是分子晶体，分于内存在共价键，分子间存在范德华力。

NaCl是离子晶体只存在离子键。

NaOH是离子晶体，不仅存在离子键，还存在H—O间共价键。

碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分子间作用力。

故只有B符合题意。

6.[解析]HF、HCl、HBr、HI热稳定性依次减弱是它们的共价键键能逐渐减小的原因，与键能有关。

NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次减低是它们的离子键能随离子半径增大逐渐减小的原因。

F2、C12、Br2、I2为分子晶体。

熔、沸点逐渐降低由分子间作用力决定。

H2S与H2O的熔沸点高低由分子间作用力及分子的极性决定。

故选C、D。

7．D根据金刚石的棱型结构特点可知最小环上碳原