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
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