化学竟赛晶体结构
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O2、I2、Hg、MgCl2
CO2、KCl、NaCl、SiO2
1
2
3
4
5
H2O、H2S、H2Se、KCl
Na、K、Rb、Cs
三种典型的离子晶体
NaCl型
晶胞中离子的个数：
面心立方
(红球－Na+ , 绿球－Cl-)
有关晶体的计算
配位比：6:6
CsCl型
晶胞中离子的个数：
层与层间：距离为 340pm，靠分子间力结合起来。
石墨晶体既有共价键，又有分子间作用力，是过渡型或混合型晶体。
石墨晶体中每一层为正六边形的平面网状结构,则每个正六边形占有多少个碳原子?多少个C-C键?
石墨为什么很软？
石墨为层状结构，各层之间是以分子间作用力相结合，容易滑动，所以硬度很小。
(红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
简单立方
配位比：8:8
晶胞中离子的个数：
ZnS型(立方型)
面心立方
(红球－Zn2+ , 绿球－S2-)
配位比：4:4
4. 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:
金属晶体的结构与金属性质的内在联系
01
02
金属的延展性
自由电子
+
金属离子
金属原子
外力
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
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+
+
+
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+
+
金属导热的原因
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子发生碰撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
石墨各层均为平面网状结构，同层碳原子之间以较强的共价键结合，所以熔沸点很高。
石墨的熔沸点为什么很高？
四、金属晶体
01
02
03
金属导电的原因： 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。
不导电
导电
导电
导电
不导电
除半导体外不导电
01
02
1．从组成上判断(仅限于中学范围)：
熔沸点和硬度(高：原子晶体；中：离子晶体； 低：分子晶体) 熔融状态的导电性(导电：离子晶体)
化合物有无活泼金属或铵根(有，则多为离子晶体) 是否属于四种常见的原子晶体 是否为金属单质 以上皆否定，则多数是分子晶体
顶角上的粒子总数
04
=1/8×顶角粒子数
05
棱上的粒子总数
06
面心上的粒子总数
07
=1/4×棱上粒子数
08
=1/2×面心粒子数
09
体心上的粒子总数
10
=1×体心粒子数
在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿， 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示 试回答：
在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多 少?
NiO晶体为NaCl型结构, 将它在氧气中加热, 部分Ni2+将氧化为Ni3+, 成为NixO (x<1)。今有一批NixO, 测得密度为6.47g·cm-3, 晶胞参数为a=416pm, Ni的相对原子质量为58.70。 求出x的值, 并写出标明Ni价态的化学式; 求在NixO晶体中, Ni-Ni间的最短距离是多少?
6
1
CsCl晶体
在晶体结构中最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法。
有1/4属于该晶胞
有1/2属于该晶胞
完全属于该晶胞
有1/8属于该晶胞
A:B:C=1:1:3
A
C
B
确定化学式
A2B
AB
A2BC2
01
小结：
02
立方体晶胞中各位置上粒子总数的计算方法分别是：
03
(3) = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =
(1)计算每个晶胞含有几个原子: 1 + 8 × 1/8 = 2
面心立方晶胞的空间利用率
晶胞边长为a，原子半径为r. 据勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 ½ = 4 8个顶点各1个原子，为8个晶胞共享； 6个面心，各1个原子，为2个晶胞共享. % = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100% = 74%
Cl-
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
食盐(晶体)的形成 ——以离子键结合
食盐的晶体结构图
Na
+
Cl
-
Na
+
Cl
-
1
2
3
5
4
6
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。每个钠离子周围同时吸引着6个氯离子，每个氯离子也同时吸引着6个钠离子。
2
3
5
4
8
熔沸点的比较：
原子晶体 > 离子晶体 > 分子晶体 金属晶体 可高可低
不同种晶体：
固态 > 液态 > 气态
常温下物质的状态：
02
01
下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是 ( )
在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相 等距离的钛离子有多少个?
研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则： (1)第二层离子有 个，离中心离子的距离为 d， 它们是 离子。 (2)已知在晶体中Na＋离子的半径为116pm，Cl－离子的 半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占 据整个晶体空间的百分数。 (3)纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它 的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。 (4)假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞 边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。
明矾晶体
KNO3晶体
K2Cr2O7晶体
演讲人姓名
CLICK HERE TO ADD A TITLE
晶体的类型与性质
一、 离子晶体
强碱、部分金属氧化物、部分盐类。
属于离子晶体物质
构成粒子：
例如: Na2O Na2O2 KOH NaOH NaCl CsCl K2SO4 NH4Cl
这个基本单元由 个硼原子 组成，键角是 ，共含有 个B—B键。
12
60o
30
C
F
B
D
E
A
三、分子晶体
01
固态和熔融状态下都不导电。
对于组成与结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，其熔沸点也越高。
有单个分子存在；化学式就是分子式。
熔沸点较低，硬度较小。
02
03
除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。
干冰的晶体结构图(一)
干冰的晶体结构图(二)
可见:每个二氧化碳分子周围有 个二氧化碳分子 12
石墨的晶体结构图
层间为分子间力
同一层：C－C 键长为142pm，C 原子与周围三个 C 原子形成共价键，键角为 1200。
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： 。 通过计算，确定C60分子所含单键数。
C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目. C70分子中所含五边形数为_____,六边形数为______。
2．从性质上判断：
晶型的判断
已知下列晶体的熔点：NaCl801℃ AlF3 1291℃ AlCl3190℃ BCl3107℃ Al2O3 2045℃ CO2-56.6℃ SiO21723℃ 据此判断下列说法错误的是 （ ） A．元素和铝组成的晶体中有的是离子晶体 B．以上给出的物质中只有BCl3和CO2是分子晶体 C．同族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可以形成相同类型的晶体
原子间通过共价键结合而成的具有空间网状结构的晶体。
属于原子晶体物质
1
金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。 晶体中无单个分子存在。 SiO2是化学式不是分子式，Si和O原子个数比 1∶2。 熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。 不导电。
原子晶体的特点
2
二、原子晶体
金刚石的晶体结构
金刚石晶体结构模型
同种晶体：相互作用越强，熔沸点越高。
1
离子晶体：离子的电荷数越多，离子半径越小，
2
离子键越强，熔沸点越高
3
分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质
4
量越大，分子间作用力越强，熔沸点越
5
高(如分子间形成氢键，则熔沸点更高)
6
原子晶体：原子半径越小，共价键越强，熔沸点越 高
7
金属晶体：主族金属阳离子电荷数越多，离子半径越小，金属键越强，熔沸点越高
四种晶体类型及性质的比较
晶体类型
构成的微粒
微粒间的作用
含化学键情况
熔化需克服的作用
固体导电情况
熔化时导电情况
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
分子间作用力 (氢键)
一定有离子键，可能有共价键
含有极性键或非极性键
含有共价键或不含任何化学键
分子间作用力
不导电
除半导体外不导电
04
分子晶体的特点
一般规律：
稀有气体、多数非金属单质、非金属氢化物、多数非金属氧化物、含氧酸、部分盐类、大多数有机物等。
例如: He I2 C60 H2O CO2 H2SO4 AlCl3 C12H22O11
属于分子晶体物质
阴阳离子
相互作用：
离子键
离子间通过离子键结合而成的晶体。
.
无单个分子存在。 熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。 水溶液或者熔融状态下均导电。 强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐类。 离子晶体的特点
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+
二氧化硅晶体结构
二氧化硅中Si－O键夹角为109☉28 ‘
SiO2平面结构 SiO2最小的环有几个原子组成？ 白球表示硅原子 12个
⑴金刚石晶体中的碳原子数与C-C化学键数的比是 。 n mol SiO2中含有的Si—O键为 mol
2．如图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组 成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形 和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，观察 图形回答：
H
F
δ+
δ-
H
F
δ-
δ+
H
F
δ-
δ+
氢键
水分子间形成的氢键
氢键的基本特征
它比化学键弱而比分子间作用力强，其键能约在10~40kJ·mol-1。
是一种存在于分子之间也存在于分子内的作用力。
氢键的形成条件
表示方法：在形成氢键的两原子间用 · · · 表示
分子中有氢原子和得电子能力强的原子。如：N、O、F
金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种： 体心立方堆积 面心立方密堆积 六方密堆积
体心立方晶胞中金属原子的空间利用率()
(2)原子半径r 与晶胞边长a 的关系： 勾股定理： 2a 2 + a 2 = (4r) 2 底面对角线平方 垂直边长平方 斜边平方 得：
CO2、KCl、NaCl、SiO2
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H2O、H2S、H2Se、KCl
Na、K、Rb、Cs
三种典型的离子晶体
NaCl型
晶胞中离子的个数：
面心立方
(红球－Na+ , 绿球－Cl-)
有关晶体的计算
配位比：6:6
CsCl型
晶胞中离子的个数：
层与层间：距离为 340pm，靠分子间力结合起来。
石墨晶体既有共价键，又有分子间作用力，是过渡型或混合型晶体。
石墨晶体中每一层为正六边形的平面网状结构,则每个正六边形占有多少个碳原子?多少个C-C键?
石墨为什么很软？
石墨为层状结构，各层之间是以分子间作用力相结合，容易滑动，所以硬度很小。
(红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
简单立方
配位比：8:8
晶胞中离子的个数：
ZnS型(立方型)
面心立方
(红球－Zn2+ , 绿球－S2-)
配位比：4:4
4. 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:
金属晶体的结构与金属性质的内在联系
01
02
金属的延展性
自由电子
+
金属离子
金属原子
外力
+
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金属导热的原因
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子发生碰撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
石墨各层均为平面网状结构，同层碳原子之间以较强的共价键结合，所以熔沸点很高。
石墨的熔沸点为什么很高？
四、金属晶体
01
02
03
金属导电的原因： 在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。
不导电
导电
导电
导电
不导电
除半导体外不导电
01
02
1．从组成上判断(仅限于中学范围)：
熔沸点和硬度(高：原子晶体；中：离子晶体； 低：分子晶体) 熔融状态的导电性(导电：离子晶体)
化合物有无活泼金属或铵根(有，则多为离子晶体) 是否属于四种常见的原子晶体 是否为金属单质 以上皆否定，则多数是分子晶体
顶角上的粒子总数
04
=1/8×顶角粒子数
05
棱上的粒子总数
06
面心上的粒子总数
07
=1/4×棱上粒子数
08
=1/2×面心粒子数
09
体心上的粒子总数
10
=1×体心粒子数
在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿， 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示 试回答：
在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多 少?
NiO晶体为NaCl型结构, 将它在氧气中加热, 部分Ni2+将氧化为Ni3+, 成为NixO (x<1)。今有一批NixO, 测得密度为6.47g·cm-3, 晶胞参数为a=416pm, Ni的相对原子质量为58.70。 求出x的值, 并写出标明Ni价态的化学式; 求在NixO晶体中, Ni-Ni间的最短距离是多少?
6
1
CsCl晶体
在晶体结构中最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法。
有1/4属于该晶胞
有1/2属于该晶胞
完全属于该晶胞
有1/8属于该晶胞
A:B:C=1:1:3
A
C
B
确定化学式
A2B
AB
A2BC2
01
小结：
02
立方体晶胞中各位置上粒子总数的计算方法分别是：
03
(3) = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =
(1)计算每个晶胞含有几个原子: 1 + 8 × 1/8 = 2
面心立方晶胞的空间利用率
晶胞边长为a，原子半径为r. 据勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 ½ = 4 8个顶点各1个原子，为8个晶胞共享； 6个面心，各1个原子，为2个晶胞共享. % = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100% = 74%
Cl-
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
食盐(晶体)的形成 ——以离子键结合
食盐的晶体结构图
Na
+
Cl
-
Na
+
Cl
-
1
2
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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。每个钠离子周围同时吸引着6个氯离子，每个氯离子也同时吸引着6个钠离子。
2
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4
8
熔沸点的比较：
原子晶体 > 离子晶体 > 分子晶体 金属晶体 可高可低
不同种晶体：
固态 > 液态 > 气态
常温下物质的状态：
02
01
下列各物质中，按熔点由低到高排列正确的是 ( )
在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相 等距离的钛离子有多少个?
研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则： (1)第二层离子有 个，离中心离子的距离为 d， 它们是 离子。 (2)已知在晶体中Na＋离子的半径为116pm，Cl－离子的 半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占 据整个晶体空间的百分数。 (3)纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它 的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。 (4)假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞 边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。
明矾晶体
KNO3晶体
K2Cr2O7晶体
演讲人姓名
CLICK HERE TO ADD A TITLE
晶体的类型与性质
一、 离子晶体
强碱、部分金属氧化物、部分盐类。
属于离子晶体物质
构成粒子：
例如: Na2O Na2O2 KOH NaOH NaCl CsCl K2SO4 NH4Cl
这个基本单元由 个硼原子 组成，键角是 ，共含有 个B—B键。
12
60o
30
C
F
B
D
E
A
三、分子晶体
01
固态和熔融状态下都不导电。
对于组成与结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间作用力越大，其熔沸点也越高。
有单个分子存在；化学式就是分子式。
熔沸点较低，硬度较小。
02
03
除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。
干冰的晶体结构图(一)
干冰的晶体结构图(二)
可见:每个二氧化碳分子周围有 个二氧化碳分子 12
石墨的晶体结构图
层间为分子间力
同一层：C－C 键长为142pm，C 原子与周围三个 C 原子形成共价键，键角为 1200。
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： 。 通过计算，确定C60分子所含单键数。
C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目. C70分子中所含五边形数为_____,六边形数为______。
2．从性质上判断：
晶型的判断
已知下列晶体的熔点：NaCl801℃ AlF3 1291℃ AlCl3190℃ BCl3107℃ Al2O3 2045℃ CO2-56.6℃ SiO21723℃ 据此判断下列说法错误的是 （ ） A．元素和铝组成的晶体中有的是离子晶体 B．以上给出的物质中只有BCl3和CO2是分子晶体 C．同族元素的氧化物可以形成不同类型的晶体 D．不同族元素的氧化物可以形成相同类型的晶体
原子间通过共价键结合而成的具有空间网状结构的晶体。
属于原子晶体物质
1
金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。 晶体中无单个分子存在。 SiO2是化学式不是分子式，Si和O原子个数比 1∶2。 熔沸点很高，硬度很大，难溶于一般溶剂。 不导电。
原子晶体的特点
2
二、原子晶体
金刚石的晶体结构
金刚石晶体结构模型
同种晶体：相互作用越强，熔沸点越高。
1
离子晶体：离子的电荷数越多，离子半径越小，
2
离子键越强，熔沸点越高
3
分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质
4
量越大，分子间作用力越强，熔沸点越
5
高(如分子间形成氢键，则熔沸点更高)
6
原子晶体：原子半径越小，共价键越强，熔沸点越 高
7
金属晶体：主族金属阳离子电荷数越多，离子半径越小，金属键越强，熔沸点越高
四种晶体类型及性质的比较
晶体类型
构成的微粒
微粒间的作用
含化学键情况
熔化需克服的作用
固体导电情况
熔化时导电情况
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
阴、阳离子
原子
分子
金属阳离子、自由电子
分子间作用力 (氢键)
一定有离子键，可能有共价键
含有极性键或非极性键
含有共价键或不含任何化学键
分子间作用力
不导电
除半导体外不导电
04
分子晶体的特点
一般规律：
稀有气体、多数非金属单质、非金属氢化物、多数非金属氧化物、含氧酸、部分盐类、大多数有机物等。
例如: He I2 C60 H2O CO2 H2SO4 AlCl3 C12H22O11
属于分子晶体物质
阴阳离子
相互作用：
离子键
离子间通过离子键结合而成的晶体。
.
无单个分子存在。 熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。 水溶液或者熔融状态下均导电。 强碱、部分金属氧化物、绝大部分盐类。 离子晶体的特点
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Na+
Cl-
Cl-
Na+
Cl-
Na+
二氧化硅晶体结构
二氧化硅中Si－O键夹角为109☉28 ‘
SiO2平面结构 SiO2最小的环有几个原子组成？ 白球表示硅原子 12个
⑴金刚石晶体中的碳原子数与C-C化学键数的比是 。 n mol SiO2中含有的Si—O键为 mol
2．如图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组 成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形 和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，观察 图形回答：
H
F
δ+
δ-
H
F
δ-
δ+
H
F
δ-
δ+
氢键
水分子间形成的氢键
氢键的基本特征
它比化学键弱而比分子间作用力强，其键能约在10~40kJ·mol-1。
是一种存在于分子之间也存在于分子内的作用力。
氢键的形成条件
表示方法：在形成氢键的两原子间用 · · · 表示
分子中有氢原子和得电子能力强的原子。如：N、O、F
金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种： 体心立方堆积 面心立方密堆积 六方密堆积
体心立方晶胞中金属原子的空间利用率()
(2)原子半径r 与晶胞边长a 的关系： 勾股定理： 2a 2 + a 2 = (4r) 2 底面对角线平方 垂直边长平方 斜边平方 得：