晶体概念及结构模型.docx

1、晶体概念及结构模型晶体概念及结构模型1 晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比拟晶体非晶体结构特征自范性性质特征 熔点异同表现二者区别 间接方法方法 科学方法结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列有 无固定 不固定各向异性 各向同性看是否有固定的熔点对固体进行 X- 射线衍射实验(2)得到晶体的途径熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝固 ( 凝华 )。溶质从溶液中析出。(3)晶胞概念：描述晶体结构的根本单元。晶体中晶胞的排列 无隙并置无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。并置：所有晶胞平行排列、取向相同。2 晶胞组成的计算 均摊法(1)原那么晶胞任意位置上的一个原子如果是被 n 个晶胞所共有，那

2、么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是 1n。(2)方法长方体 (包括立方体 )晶胞中不同位置的粒子数的计算。非长方体晶胞中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 (11个碳原子 )被三个六边形共有，每个六边形占 。3 常见晶体结构模型(1)原子晶体 (金刚石和二氧化硅 )金刚石晶体中，每个的环是六元环。含有 SiO2 晶体中，每个C 与另外 4 个 C 形成共价键， CC 键之间的夹角是 10928，最小1 mol C 的金刚石中，形成的共价键有 2 mol。Si 原子与 4 个 O 原子成键，每个 O 原子与 2 个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧四面体中，处

3、于中心的是Si原子， 1 mol SiO2 中含有4 mol Si O键。(2)分子晶体干冰晶体中，每个CO2 分子周围等距且紧邻的CO2 分子有 12 个。冰的结构模型中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接，含 1 mol H 2O 的冰中，最多可形成 2 mol “氢键。(3)离子晶体同时吸引同时吸引，配位数为 6。 NaCl 型：在晶体中， 每个 Na6 个 Cl，每个 Cl6 个 Na每个晶胞含4 个 Na 和 4 个 Cl 。 CsCl 型：在晶体中，每个 Cl 吸引 8 个 Cs ，每个 Cs吸引 8 个 Cl ，配位数为 8。(4)石墨晶体石墨层状晶体中，层与层之间的作

4、用是分子间作用力，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。(5)常见金属晶体的原子堆积模型堆积模型 常见金属 配位数 晶胞面心立方最密堆积 Cu 、 Ag 、 Au 12体心立方堆积 Na、 K 、 Fe 8六方最密堆积 Mg 、Zn 、 Ti 12(1)冰和碘晶体中相互作用力相同()(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列()(3)凡有规那么外形的固体一定是晶体()(4)固体 SiO2 一定是晶体 ()(5)缺角的 NaCl 晶体在饱和NaCl 溶液中会慢慢变为完美的立方体块()(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体 ( )(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是

5、对固体进行 X- 射线衍射实验 ( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式 (X 为阳离子 )为 _。(2)乙晶体中 A 、B 、 C 三种微粒的个数比是 _。(3)丙晶体中每个D 周围结合 E 的个数是 _。(4)乙晶体中每个A 周围结合 B 的个数为 _。答案 (1)X 2Y(2)13 1 (3)8 (4)122.以下图是由 Q、R、 G 三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R 为 2 价， G 为2 价，那么 Q 的化合价为 _。答案 31解析 R： 8 1 2G： 8 18 1 41 2 84

6、 4 2Q： 8 142 4R、G、Q 的个数之比为 1 4 2，那么其化学式为 RQ2 G4。由于 R 为 2 价， G 为 2 价，所以 Q 为 3 价。3 (常见晶体结构模型 )填空。(1)在金刚石晶体中最小碳环含有_个 C 原子；每个 C 原子被 _个最小碳环共用。(2)在干冰中粒子间作用力有 _ 。(3)含 1 mol H 2O 的冰中形成氢键的数目为 _。(4)在 NaCl 晶体中，每个 Na 周围有 _个距离最近且相等的Na ，每个 Na周围有_个距离最近且相等的Cl ，其立体构型为 _ 。2 周围距离最近且等距离的周围距离最(5)在 CaF2 晶体中， 每个 CaF有 _个；每

7、个 F2有_个。近且等距离的 Ca答案(1)612(2)共价键、范德华力(3)2NA(4)126正八面体形 (5)84题组一 晶胞粒子数与晶体化学式判断1干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积， 晶胞中最近的相邻两个 CO2 分子间距为 a pm，阿伏加德罗常数为 NA ，以下说法正确的选项是 ( )A 晶胞中一个 CO2 分子的配位数是 84443B 晶胞的密度表达式是NA 22a3 10 30 gcmC一个晶胞中平均含6 个 CO2 分子D CO2 分子的空间构型是直线形，中心C 原子的杂化类型是sp3 杂化答案B解析晶胞中一个 CO2 分子的配位数3 82 12，故 A 错误；该晶胞中相邻最近

8、的两个CO2 分子间距为 a pm，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为 a pm，那么晶胞棱长2a pm 10 10cm)3，该晶胞2a 10cm，晶胞体积 (2a 10M44中二氧化碳分子个数811NA 4NA 438 6 4，晶胞密度10 3 gcm2V2a 10444 3，故 B 正确；该晶胞中二氧化碳分子个数81 614，故 CNA 2310 30 gcm2a 82错误；二氧化碳分子是直线形分子，C 原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断 C 原子杂化类型为sp，故 D 错误。2石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构( 可以看作是

9、晶体硅中的每个Si Si 键中插入一个 O)，其中硅、氧原子数比是mn，有关表达正确的选项是 ()A m n 2 1B 6 g 该晶体中含有A 个分子C原硅酸根 (SiO 44 )的结构为，那么二聚硅酸根离子 Si2Ox6 中的 x 7D石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si、O 原子个数和为 8答案C解析每个 Si 原子占有 O 原子个数 41 2；该晶体是原子晶体，不存在分子；原硅酸2(H 4SiO4)的结构可表示为 ，两个原硅酸分子可发生分子间脱水生成二聚原硅酸： ，二聚原硅酸电离出 6 个 H 后，形成带 6 个负电荷的二聚原硅酸根离子；在 SiO2 晶体中，由 Si、O 构

10、成的最小单元环中共有 12 个原子。3(1) 硼化镁晶体在 39 K 时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。那么硼化镁的化学式为 _。(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。以下图是一种链状结构的多硼酸根，那么多硼酸根离子符号为 _。答案(1)MgB 2 (2)BO 2解析(1) 每个 Mg 周围有 6 个 B，而每个 B 周围有 3 个 Mg ，所以其化学式为MgB 2。 (2) 从图可看出，每个单元中，都有一个 B 和一个 O 完全属于这个单元，剩余的2 个 O 分别被两个结构单元共用，所以B

11、 O 1(1 2/2) 1 2，化学式为 BO2 。题组二晶体密度及粒子间距的计算4 Cu 与 F 形成的化合物的晶胞结构如以下图所示，假设晶体密度为 3a gcm ，那么 Cu 与 F 最近距离为 _pm 。(NA 表示阿伏加德罗常数的值，列出计算表达式，不用化简；图中 为 Cu， 为 F)答案33 4 83 10104aNA解析设晶胞的棱长为x cm，在晶胞中， Cu：8 1 6 1 4；F：4，其化学式为 CuF。ax3NA824M(CuF)，3 4M CuF。 最 短 距 离 为 小 立 方 体 体 对 角 线 的 一 半 ， 小 立 方 体 的 体 对 角 线 为x aNAx 2x

12、2x 23x。所以最短距离为3 13 3 4 8310222x4aNA 10 pm。2225用晶体的 X- 射线衍射法对Cu 的测定得到以下结果：Cu 的晶胞为面心立方最密堆积(如下图 )，该晶体的密度为 9.00 g cm 3_； Cu 的原子半径，晶胞中该原子的配位数为为 _cm( 阿伏加德罗常数为 NA，要求列式计算 )。34 64 8答案122 1023cm 104解析设晶胞的边长为a cm，那么 a3NA 4 643464aNA面对角线为2a1面对角线的 为 Cu 原子半径234 64 8r 4 1023 cm 10 cm。6按要求答复以下问题：(1)Fe 单质的晶体在不同温度下有两

13、种堆积方式，分别如图1、图 2 所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞的边长分别为a、 b，那么铁单质的面心立方晶胞和体心立方晶胞的密度之比为_，铁原子的配位数之比为 _。(2)Mg 为六方最密堆积，其晶胞结构如图3 所示，假设在晶胞中建立如图4 所示的坐标系，以A 为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度1，那么 C 点的坐标： _。(3)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，其晶胞结构如图5 所示，那么铁镁合金的化学式为 _。假设该晶胞的边长为d nm ，那么该合金的密度为 _ gcm 3(列出计算式即可，用NA 表示阿伏加德罗常数的值)。3326答案 (1)2 ba3 2 (2)(

14、0,0 ，3)(3)Mg 2Fe4 104d3NA 10 21解析 (1) 面心立方晶胞边长为a，体积 V a3，含有 Fe 原子数目为 8 1 6 14，故 m82a3(面心 )4 56g(NA 为阿伏加德罗常数的值) ，体心立方晶胞边长为b，体积 V b3，含有NAFe 原子数目为 81 12，故 b3(体心 ) 256g，故 (面心 ) (体心 ) 2b3 a3。面心立8NA方晶胞中每个Fe 原子周围有12 个 Fe 原子，体心立方晶胞中每个 Fe原子周围有 8 个 Fe原子，故 Fe 原子配位数之比为 12 83 2。(2) 假设建立如图4 所示的坐标系， x 轴与 y 轴的夹角为12

15、0 ，以 A 为坐标原点，把晶胞的底边边长视作单位长度1，那么 D 点与 A 点、 B 点以及 F 点构成一个正四面体，D 点位于其顶点，其高度为晶胞高度的一半。由D 点向底面作垂线，垂3626足到底面三角形各点的距离为3 ，D 点到垂足的距离为3 ，那么 C 点的坐标为(0,0，3 ) 。(3)根据均摊法可知晶胞中铁原子数为 8 1 6 1 4，镁原子数为 8，那么铁镁合金的化学式是8 2Mg 2Fe。由题给条件知， 1 个晶胞的体积为 ( d 107 33个晶胞的质量为4 56 24 2)cm ,1g，NA根据 m可得合金的密度是4 104 3321gcm。Vd NA 10考点二 四种晶体

16、的性质与判断1 四种晶体类型比拟类型比拟分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金 属 阳 离 子阴、阳离子和自由电子粒子间的相互分子间作用力共价键金属键离子键作用力硬度较小很大有的很大， 有较大的很小熔、沸点较低很高有的很高， 有较高的很低溶解性相似相溶难溶于任何常 见 溶 剂 难大 多 易 溶 于 水溶剂溶等极性溶剂一般不导电， 溶于一般不具有电 和 热 的 良晶体不导电，水导电、传热性溶 液 或 熔 融 态水后有的导电导电性导体导电2.离子晶体的晶格能(1)定义气态离子形成1 mol 离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJmol 1。(2)影响因素离子所带电荷数：离子所带电荷

17、数越多，晶格能越大。离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。(3)与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子 ( )(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子 ( )(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高 ( )(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 ( )(5)离子晶体一定都含有金属元素 ( )(6)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体 ( )(7)原子晶体的熔点一定比离子晶体的高 ( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 1在以下物质中： NaCl 、NaOH 、Na 2S、H 2O

18、2、Na 2S2、(NH 4)2S、CO2、 CCl 4、 C2H 2、 SiO2、SiC 、晶体硅、金刚石、晶体氩。(1)其中只含有离子键的离子晶体是_ 。(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是_ 。(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是_ 。(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是_ 。(5)其中含有极性共价键的非极性分子是_ 。(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是_ 。(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是_ 。(8)其中含有极性共价键的原子晶体是_ 。(9)不含共价键的分子晶体是_ ，只含非极性共价键的原子晶体是_

19、。答案(1)NaCl 、 Na2S(2)NaOH 、 (NH 4)2 S(3)(NH4)2S (4)Na2S2(5)CO 2、 CCl 4、 C2H2(6)C 2H2 (7)H 2O2 (8)SiO 2、 SiC (9) 晶体氩晶体硅、金刚石2比拟以下晶格能大小：(1)NaCl_KCl ；(2)CaF2 _MgO ；(3)Na 2S_Na2O；(4)CaO_KCl 。答案(1) (2)(3)(4) 题组一晶体类型判断1(1)CO 能与金属 Fe 形成 Fe(CO) 5，该化合物熔点为 253 K ，沸点为376 K ，其固体属于 _晶体。(2)2021 全国卷 ，37(2)节选 O 和 Na

20、的氢化物所属的晶体类型分别为_和 _。(3)NF 3 可由 NH 3 和 F2 在 Cu 催化剂存在下反响直接得到：Cu4NH 3 3F2=NF 3 3NH 4F上述化学方程式中的5 种物质所属的晶体类型有_( 填序号)。a离子晶体b分子晶体c原子晶体d金属晶体答案(1) 分子(2)分子晶体 离子晶体(3)abd2 (1)用“ 或“ 填空：第一电离能离子半径熔点酸性Si_S2H 2SO4_HClO 4O_NaNaCl_Si(2)MgCl 2 在工业上应用广泛，可由 MgO 制备。MgO 的熔点比 BaO 的熔点 _(填“高或“低 )。 SiO2 的晶体类型为 _ 。(3)对于钠的卤化物 (NaX) 和硅的卤化物 (SiX 4)，以下表达正确的选项是 _。A SiX 4 难水解B SiX 4 是共价化合物CNaX 易水解D NaX 的熔点一般高于 SiX 4答案(1) (2)高原子晶体(3)BD解析(1) 同周期元素的第一电离能随原子序数的递增呈增大趋势，但s、 p、d 等轨道处于全空、半充满、全充满的稳定状态时，那么出现反常现象。Si、 S 元素基态原子的价电子排布式分别为