化学 晶体结构与性质总复习

分子晶体
碘晶体构造
• 1.定义：只含分子的晶体称为分子晶体 如碘晶体只含I2分子，属于分子晶体。
构成粒子：分子
构成晶体中粒子间的相互作用：分子间作用力 (范德华力和氢键)
分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用 力,不破坏化学键,也有例外,如S8
注：分子内原子间以共价键结合，除稀有气体
因为 稀有气体分子为单原子分子，无共价键。
〔5〕绝大多数有机物晶体 乙醇，冰醋酸，蔗糖
分子晶体的物理特性：
较低的熔点和沸点〔为什么？〕
较小的硬度〔多数分子晶体在常温时为 气态或液态〕
一般都是绝缘体，固态或熔融状态也不 导电,局部溶于水后导电(举例)。
溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关 ——相似相溶(讲)。 ➢原因：分子间作用力很弱
分子晶体熔沸点变化规律
一、晶体和非晶体
1、构造特征：晶体——构造微粒在微观空间里 呈周期性有序排列 非晶体——构造微粒无序排列
2 晶体与非晶体的性质特征
自范性
微观结构
晶体
有（能自发呈封闭的规则的多面 原子在三维空间里呈周期性有
体外形）
序排列
非晶体 没有（不能自发呈现多面体外形）
原子排列相对无序
• 说明：
– 晶体自范性的本质：是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列 的宏观表象。
所以在金刚石中
碳原子的杂化方式为sp3 金刚石晶体中所有的C—
C键长 相等
• 晶体中最小的碳环由6 个碳组成，且不在同一平面内,；
晶体中每个C原子被 12 个六元环所共有,每个环平均拥 有： 1 个C－C键， 1/2个C原子。
• 晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的
奉献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1:2
二:晶胞:
1.晶胞的定义：晶体构造的最小重复(或根 本单元)单元
2 .晶胞的特征：
通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最 小单元〔即晶胞〕完全重合
3.晶体和晶胞的关系：晶体可以看作是完全等同 数量巨大的晶胞“无隙并置〞而成.(蜂巢和蜂 室的关系教材66页图3-7)
请理解：
“无隙〞指相邻的晶胞之间 没有任何间隙；一个晶胞与 “相并邻置的〞晶指胞所完有全晶共胞顶都点是、平共 行棱排边列、的共，面取向一样。一个 “晶完胞全到等另同一〞个指晶所胞有只晶需胞平的移， 形不状需、转内动部的原子种类、 个数及几何排列完全一样
立体网状的晶体。
。
②最小的环是由个6 Si原子和6 个O原子组成 的12元环,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,每个十二元环所拥有的Si原子数为 6×1/12=1/2，拥有的O原子数为6×1/6=1拥 有的Si-O键数为12×1/6=2，那么Si原子数与 O原子数之比为1：2 ,
A、 ① ③ ②
3、常见原子晶体
〔1〕某些非金属单质：硼〔B〕、硅 〔Si〕、锗〔Ge〕、金刚石〔C〕等
〔2〕某些非金属化合物：SiC、BN等
〔3〕某些氧化物：SiO2、 等
2、原子晶体的物理性质
熔点和沸点很高 硬度很大 一般不导电〔硅和锗是半导体〕 且难溶于一些常见的溶剂
原因：在原子晶体中，由于原子间以 较强的共价键相结合，而且形成空间 立体网状构造
• P243-244页
注:①分子间作用力越大,熔沸点越高(相对 分子质量,分子极性,氢键)
② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间 作用力,不破坏化学键,也有例外,如S8
晶体分子构造特征
〔１〕只有范德华力，无分子间氢键－分子密 堆积〔假设以一个分子为中心,其该分子周围有 12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2〕
〔２〕有分子间氢键－不具有分子密堆积特征〔如：HF 、冰、NH3 〕
分子的密堆积
氧〔O2〕的晶体构造
碳60的晶胞
〔与每个分子距离最近的一样分子共有12个 〕
干冰的晶体构造图
分子的密堆积
晶体中与某一CO2分子 等距离且最近的CO2分 子有 12 个
分子的非密堆积
冰中１个水分子周围有４个水分子
氢键具有饱和性
常见晶胞中微粒数的计算:
〔1〕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
(2)体心立方：在立方体顶点的微粒为8 个晶胞共享，处于体心的金属原子全部 属于该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的奉献： 顶 ----1/8 棱----1/4 面----1/2 心----1
同类习题重现
在氯化钠晶胞中，假设Na+和 Cl-间的最近距离为0.5ax1010m，
那么晶体的密度多少g/cm3？
CsCl的晶体构造及晶胞构示 意图
---Cs+ ---Cl-
(2)CsCl晶体 每个Cs+周围最近且等距离的Cl-有 8个，每个Cl-周 围最近且等距离的Cs+有 8 个；在每个Cs+周围最近 等距离的Cs+有 6 个，在每个Cl-周围最近等距离的 Cl-有 6 个。一个CsCl晶胞中含 1 个Cs+和 1个Cl-。 Cs+和Cl-的配位数分别为 8 、 8 。
(3)六方晶胞
• 在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在 面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全 属于该晶胞。
• 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知：甲晶体中A与B的离子个数比 为 1∶1 ；乙晶体的化学式为 C2D ；
丙晶体的化学式为__E_F___；丁晶体的化 学式为__X_Y_3Z__。
每个Cl-周围有六个Na+
与Na+最近且等距的Cl- 的连线构成的图形为 正八面体，反之亦然
5、几种离子晶体 (1)NaCl晶体 每个Na+周围最近且等距离的Cl-有 6 个，每个Cl-周 围最近且等距离的Na+有 6 个；在每个Na+周围最近且 等距离的Na+有 12 个，在每个Cl-周围最近等距离的 Cl-有12 个。 Na+和Cl-的配位数分别为 6 、 6 。一 个NaCl晶胞中含 4 个Na+和 4 个Cl-。 NaCl晶体 中 无 NaCl分子，化学式NaCl表示Na+和Cl-的最简个数比。
Na+
ClNa+ Cl-
Cl-
Na+
Cl- Na+ Na+
Cl- NaC-+ l
Na+ ClNa+
NaC+ l-
Cl-
Na+
Cl-
Na+ Cl-
Na+
Cl-
Cl- Na+ Na+
NaC-+ l
ClNa+
ClNa+
可见：在NaCl晶 体中，钠离子、 氯离子按一定的 规律在空间排列 成立方体。
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每个Na+周围有六个Cl-
3、典型的原子晶体
〔1〕金刚石
键能：
109º28´ 347.7kj/mol 熔点：
大于35500C
154pm
硬度：很大
金刚石晶胞中含8个碳原子
• [2021高考题节选】
• 六方氮化硼〔BN)在高温高压下可以转化为立方 氮化硼〔BN) ，其构造与金刚石相似，硬度与金
刚石相当，晶胞边长为361.5pm,问立方氮化硼晶
– 晶体自范性的条件之一：生长速率适当。
晶体的特性
<2> .有固定的熔沸点〔非晶体有固定的熔沸点〕 〔常用于区分晶体和非晶体〕 <3> .各向异性〔强度、导热性、光学性质等〕 〔不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体
的性质也随方向的不同而有所差异。〕 <4>.当一波长的ｘ－射线通过晶体时，会在记录仪上
胞中含多少个氮原子，多少个硼原子,立方氮化
硼的密度是___________
g·cm-3 ？
各为4个
二氧化硅晶体构造示意图
Si
O
180º
109º28´
共价键
SiO2的构造特征
在SiO2晶体中
①每个Si原子周围结合个4 O原子；所 以 Si原子均以sp3杂化分别与4个O原 子成键 ,同时，每个O原子跟个2 Si原 子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si 原子和O原子1按：2 的比例所组成的
。
离子晶体
1、定义：由阳离子和阴离子通过离 子键结合而成的晶体。
2、成键粒子：阴、阳离子 3、相互作用力：离子键 4、离子键的特征：无饱和性和方向性
5、常见的离子晶体： 强碱、活泼金属氧化物、大局部的盐类。
离子晶体的物理性质
熔沸点较，高
硬，度较难大挥发难压缩。且随
着离子电荷的增加，核间距离的缩短，晶
③1mol SiO2中含 4mol Si—O键
石墨及其构造〔混合型晶体〕
空间层状结构
空间结构俯视图
石墨中C－C夹角为： 1200， C－C键长： 1.42×10－10 m
层间距： 3.35× 10－10 m
练习：如下图，在石墨晶体的层状构造中，每一个
最小的碳环完全拥有碳原子数为
，每个C完
全拥有C－C数为
看到分立的斑点或者普线．
区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是： 对固体进展X—射线衍射实验
3、晶体形成的途径
• 熔融态物质凝固。(注) • 气态物质冷却不经液态直接凝固〔凝华〕。 • 溶质从溶液中析出。
练习:241页深度思考 1
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙
水晶
玛瑙和水晶都是SiO2的晶体，不同的是玛瑙是熔 融态SiO2快速冷却形成的，而水晶那么是熔融态SiO2 缓慢冷却形成的。
平行六 面体
无隙并置
4.晶胞中原子个数的计算
均摊法：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
体心：1 面心：1/2 棱边：1/4 顶点：1/8
请看:
84 51
棱边：1/4
31 73
62
42
面心：1/2
2
顶点：1/8
1
1
体心：1
5、三种典型立方晶体构造 简单立方 体心立方 面心立方
冰的构造
4、水分子间存在着氢键的作用，使 水分子彼此结合而成〔H2O〕n。在 冰中每个水分子被4个水分子包围形 成变形的正四面体，通过“氢键〞相 互连接成庞大的分子晶体，其构造如 图：试分析：
①1mol 冰中有 2 mol氢键？
②H2O的熔沸点比H2S高还是低？为
什么？ 氢键
冰晶胞中水分子的空间排列方式与金 刚石晶胞〔其 晶胞构造如右图〕相 似，其中空心所示原子位于立方体的 顶点
练习：比较以下晶体熔沸点上下： (1)NaF KCl NaCl (2)MgO Al2O3
(1)NaF>NaCl>KCl
(2) Al2O3 >MgO
5、晶胞类型： 〔1〕氯化钠型晶胞
Na+Cl-CNl-a+NaCN+laN-+aC+l- Na+
Na+ClC- l-
NaC+ l-
Cl- NaN+a+NaCC+ll--
一、原子晶体 概念：相邻原子间以共价键相结合而 形成空间立体网状构造的晶体。
构成粒子：原子
粒子之间的作用：共价键 熔化时需抑制的作用：共价键
原子晶体中，成键元素原子 半径越小，共价键键能越大 ，熔点越高。
P243原子晶体熔 沸点上下比较
练习
1、碳化硅SiC的一种晶体具有类似 金刚石的构造，其中C 原子和Si原子 的位置是交替的A。在以下三种晶体 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〔 〕
4、典型的原子晶体
金刚石的晶体构造示意图
109º28´
键能： 154pm 347.7kj/mol
硬度：很大 熔点：
大于35500C
在金刚石晶体里
每个碳原子结合了4 个碳原子形成4个σ键 ，即每
个碳原子被 4 个碳原子包围着，被包围的碳原子
和四个相邻的碳原子形成的空间构型为正四面体
夹角为 109。28，
2、以下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、 金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含 有几个原子?
Zn
Na
I2
金刚石
8.NiO晶体构造如图，Ni2＋与邻近的O2-核间 距为a×10-8 ㎝，计算NiO晶体密度〔NiO摩尔 质量为74.7g·mol-1)
练习:241页第三题3
2、属于分子晶体的化合物类别举例
〔1〕所有非金属氢化物 H2O,H2S,NH3,CH4,HX
〔2〕局部非金属单质
X2,O2,H2, S8,P4,
C60 除金刚石 ,石墨,晶体硅,晶体硼等
〔3〕局部非金属氧化物
CO2, SO2, NO2, P4O6, P4O10除碳化 硅
〔4〕几乎所有的酸 H2SO4,HNO3,H3PO4
格能增大，熔点升高。
– 一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。
– 固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导 电。
晶格能
1、晶格能的定义：气态离子形成1mol离子晶体释放的 能量。
2、影响晶格能大小的因素：
• 阴、阳离子的半径越小，晶格能越大,形成的 离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。
• 阴、阳离子所带电荷越多，晶格能越大,形成 的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越 大。