第一节 晶体的常识

体心：1
面心：1/2
棱边：1/4
顶点：1/8
学与问
下图依次是钠、锌、碘、金刚石晶胞的示意图，它们分别平均 含几个原子？
1、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察钙-钛矿晶胞结构， 求该晶体中，钙、钛、氧的微粒个数比为多少？
钙：1个 钛：1个
氧：3个
个数比 1：1: 3
2、下图是CO2分子晶体的晶胞 结构示意图，其中有多少个原子？
4π×10
−30
3 3 NAρ(rGa+ rAs)
3(MGa+MAs)
×100%
As Ge
（2016全国Ⅰ卷）锗（Ge）是典型的半导体元素，在电子、材料 等领域应用广泛。回答下列问题： 104s24p2 3d （1）基态Ge原子的核外电子排布式为[Ar]____________，有 2 __________ 个未成对电子。 （2）Ge与C是同族元素，C原子之间可以形成双键、叁键，但Ge 原子之间难以形成双键或叁键。从原子结构角度分析，原因是 ________________ 。 Ge原子半径大，原子间形成的 σ单键较长，p−p轨道肩并肩重叠 程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键 （3）比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因 _____________________ 。 GeCl4 、 GeBr4 、 GeI4 的熔、沸点依次增高。原因是分子结构 相似，分子量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强。
面心：3个 顶点：1个 共有：12个
3、最近发现一种由钛原子和碳原子
构成的气态团簇分子，如下图所示，
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
C13 化学式是 Ti14。 钛：14个 碳：13个 个数比为14:13
4、某晶体的晶胞如图所示，晶体的化学式为 AB4C2
。
A:0.5个 B:2个
Na+: 1+3=4个
Clˉ：1+3=4个 个数比为1:1 故化学式为NaCl
4、晶体密度的计算
下图为NaCl晶胞，晶胞的边长为a（cm），阿伏加德罗常数为 NA，求NaCl的密度ρ。
金属钠晶体为体心立方堆积（如图），实验测得钠的密度为ρ （g· cm-3）。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA （mol-1），则钠原子的半径r（cm）为 （ C ）
注意： ①晶体有规则的几何外形，但有规则几何外形的不一定是晶体。 如玻璃、塑料等相关制品不是晶体。 ②同一物质可以是晶体，也可以是非晶体。如晶体SiO2和非晶体 SiO2。
★小结:晶体和非晶体的区别
自范性 微观结构 本质区别 特 外形 熔点 征 各向异性 某些物理性质 （如强度、导 热性、光学性 质等）表现出 各向异性
共价键 微粒之间存在的作用力是_____________ 。 （6）晶胞有两个基本要素： ①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单 晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（0.5，0，0.5） (0.25， 0.25，0.25) ；C为（0.5，0.5，0）。则D原子的坐标参数为______ 。 ②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数 a=565.76 pm，其密度为__________g· cm−3（列出计算式即可）。
二﹑晶胞
1. 晶胞：描述晶体结构的基本单元
蜂巢与蜂室
晶体与晶胞的关系：
铜晶体
铜晶胞
NaCl晶体结构和晶胞
金刚石的晶体结构
晶胞示意图
二﹑晶胞
1. 晶胞：描述晶体结构的基本单元
蜂巢与蜂室
晶体与晶胞的关系：
铜晶体
铜晶胞
晶体可以看成是无数的完全等同晶胞无隙并置而成的。
2、晶胞的源自文库点：
（1）晶胞通常都是平行六面体
（4）某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 3：1 。 ①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________ ②若合金的密度为d g· cm–3，晶胞参数a=______nm。
1 251 23 3 ×107 6.02×10 ×d
Cu Ni
凝华
溶液→固 结晶
（2）晶体------各向异性（导热、导电、光学） 非晶体------各向同性 （3）晶体------有固定熔点。 非晶体------无固定熔点，有一定的熔点范围（熔程）
3、鉴别晶体和非晶体 （1）考察固体中粒子在三维空间里是否呈周期性有 序排列。 （2）X-射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠 方法。 （3）晶体的各向异性（加热法） （4）晶体有固定熔点
C:1个
5、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体 ——石墨，如图所示。它是层状结构，层与层之间 依靠作用力相结合。 平均每个正六边形占 2 个、 有C原子数为____ 3 个。 占有的碳碳键数为____ 碳原子数目与碳碳化学键 数目之比为_______ 2： 3 。
6、如图所示的NaCl晶胞中，Na+占据立方体的体心 和12条棱的棱心，Cl-占据立方体的顶点和面心。 试推导氯化钠的化学式?
明 矾
• 请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体。
水 晶
水晶是晶体
玻璃砖、石蜡是非晶体
观察并分析下列物质的结构模型
水晶
硅藻土
问：它们各有什么特点？ 原子呈周期性有序排列 原子排列相对无序
第一节 晶体的常识
一、晶体和非晶体
非晶体 1、固体
晶体
外观上：经过结晶过程而形成的有规则 几何外形的固体。 内部：微粒在空间上按一定规律周期性 重复排列构成的固体。
Cu晶体结构 示意图
NaCl晶体结构 示意图
？
粉末状的固体是否都是非晶体呢
一些晶体的显微照片：
2、晶体的特性
（1）自范性： 晶体能自发地呈现多面体外形的性质 ①条件：晶体生长速率适当。
（本质特征） ②微观：晶体粒子周期性有序排列，能量最低。 凝固 液→固
③得到晶体的三种途径： 气→固
凝华
溶液→固 结晶
8个顶点相同
平行的面相同
平行的棱相同
（2）无隙并置
无隙并置
平行六面体
三种典型的立方晶胞结构
简单立方 学与问
体心立方
面心立方
下图中晶胞是实线小立方体呢？还是虚线大立 方体？
A
B
1
CsCl晶胞
3、晶胞中原子占有率（均摊法）
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
A． C． B． D.
5、空间利用率的计算
（2016全国Ⅲ卷）砷化镓（GaAs）是优良的半导体材料，可用 于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题： [Ar]3d104s24p3 (1)写出基态As原子的核外电子排布式___________________ 。 (2)根据元素周期律，原子半径Ga_____As 大于 ，第一电离能 小于 。（填“大于”或“小于”） Ga_____As 三角锥形 (3)AsCl3分子的立体构型为____________________ ，其中As的杂 3 sp 化轨道类型为_________ 。 (4)GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是 GaF3为离子晶体，GaCl _____________________ 。 3为分子晶体 (5)GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg· cm−3，其晶胞结构如图所示 原子晶体 共价 键键合。Ga和 。该晶体的类型为___________,Ga 与As以________ As的摩尔质量分别为MGa g•mol−1和MAs g•mol−1，原子半径分别为 rGa pm和rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的 体积占晶胞体积的百分率为____________________。
（2）晶体------各向异性（导热、导电、光学） 非晶体------各向同性
柱 面 涂 蜡 的 水 晶 表 面 涂 蜡 的 玻 璃
分 别 用 红 热 的 针 接 触 蜡 面 中 央
2、晶体的特性
（1）自范性： 晶体能自发地呈现多面体外形的性质 ①条件：晶体生长速率适当。 （本质特征） ②微观：晶体粒子周期性有序排列，能量最低。 凝固 液→固 ③得到晶体的三种途径： 气→固
GeCl4
熔点/℃ 沸点/℃ −49.5 83.1
GeBr4
26 186
GeI4
146 约400
（4）光催化还原CO2制备CH4反应中，带状纳米Zn2GeO4是该 反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 ______________ 。 O>Ge>Zn 3 sp （5）Ge单晶具有金刚石型结构，其中Ge原子的杂化方式为__ ，
8×73 7 3×10 6.02×565.76
D A
B
z
y x
C
（2016全国Ⅱ卷）东晋《华阳国志· 南中志》卷四中已有关于白铜 的记载，云南镍白铜（铜镍合金）闻名中外，曾主要用于造币， 亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题： 1s22s22p63s23p63d84s2 （1）镍元素基态原子的电子排布式为_____ _ 2 ，3d能级上的未成对电子数为_______ 。 （2）硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。 ①[Ni(NH3)6]SO4中阴离子的立体构型是________ 。 正四面体 配位键，提 ②在[Ni(NH3)6]SO4中Ni2+与NH3之间形成的化学键称为______ 供孤电子对的成键原子是______ N 。 高于 （填“高于”或“低于”）膦（PH3），原因 ③氨的沸点_______ NH3分子间可形成氢键 __；氨是______ 极性 分子（填“极性”或 是_____ sp3 。 “非极性”），中心原子的轨道杂化类型为_______ （3）单质铜及镍都是由______ 金属 键形成的晶体；元素铜与镍的第二 电离能分别为：ICu=1 958 kJ· mol–1、INi=1 753 kJ· mol–1，ICu> INi 的原因是_______。 铜失去的是全充满的3d10电子，镍失去的是4s1电子
原子在三 有(能自 晶 发呈现多 维空间里 体 面体外形) 呈周期性 有序排列 没有(不 非 能自发呈 晶 现多面体 体 外形) 原子排 列相对 无序
有规则 有固 的几何 定的 外形 熔点
没有 没有规 固定 不具有物理性 则的几 的熔 质各向异性 何外形 点
1、把玻璃放在火上加热到一定程度，可以把它抽成细丝或 吹成泡状，为什么？ 无固定熔点，玻璃由固体转变为液体是在一定温度范 围内逐渐变化的，玻璃的这一特性使它可用吹、拉、 压等多种方法成形。 2、用沥青铺成的路面，冬天变硬，夏天变软，这说明沥青 是晶体材料还是非晶体材料？ 沥青是非晶体，因此没有固定的熔点，当温度升高 时，沥青就会变软；