第3章晶体结构与性质【教案】

第三章晶体结构与性质◇考纲解读：一、考点（考查内容）1、构成分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别；2、原子晶体、离子晶体、分子晶体熔、沸点的高低比较；3、晶胞中实际拥有微粒的求算；4、几种常见金属晶体的堆积模型。

二、考纲要求1、了解晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质之间的关系；2、知道金属键的含义，能用金属键理论解释金属的物理性质，能列举金属晶体的基本堆积模型；3、了解分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒及微粒间作用力的区别。

三、考查角度在选择题中主要考查晶体类型、四种晶体的区别等，在综合题中考查晶体的结构特点以及有关离子晶体晶胞中微粒数的计算。

第一节晶体的常识一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体的区别：【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 。

2、获得晶体的三条途径：（1）、熔融态物质凝固；（2）、气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）；（3）、溶质从溶液中析出。

二、晶胞1、定义：为了描述晶体在微观空间里原子的排列，无须画出千千万万个原子，只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可。

这种描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。

2、晶胞（的特点）与晶体的关系：（1）、晶胞是描述晶体结构的基本单元；（2）、数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体；晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。

晶胞并置起来，则得到晶体。

晶胞的代表性体现在以下两个方面：一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相同的对称元素（对称轴、对称面和对称中心）。

一般说来，晶胞都是平行六面体。

整块晶体可以看成是无数晶胞“无隙并置”而成。

【说明】：“无隙”，是指相邻晶胞之间没有任何间隙；“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

3、晶胞中粒子数目的计算方法——均摊法：如果某个粒子为个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。

（1）、在做由晶体结构确定物质的化学式的题目时，一般利用均摊法，如由立方体结构晶体的晶胞确定晶体化学式的方法：①、处于立方体顶点上的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有属于该晶胞；②、处于立方体棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞；③、处于立方体面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞；④、处于立方体内部的粒子，则完全属于该晶胞。

（2）、非长方体（立方体）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（1个碳原子）被三个六边形所共有，每个六边形占。

【注意】：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状。

【例题】：已知Cu和N形成某种化合物的晶胞结构如图所示（每个球均表示1个原子，其中N显﹣3价），则其化学式为。

4、晶胞的意义：晶体是由无数个晶胞堆积得到的。

知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置，就可以了解整个晶体的结构。

第二节分子晶体与原子晶体一、分子晶体1、分子晶体：由分子构成，相邻分子间靠分子间作用力相互吸引。

2、分子晶体特点：低熔点、易升华、硬度很小。

3、常见分子晶体分类：（1）、所以非金属的氢化物，如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等;（2）、部分非金属单质，如稀有气体、卤素（X2）、O2 、硫（S8）、N2 、白磷（P4）、C60等；（3）、部分非金属氧化物，如CO2、P4O5、P4O10、SO2等；（4）、几乎所有的酸；（5）、绝大多数有机物的晶体。

4、构成分子晶体的注意力包括范德华力和氢键。

5、分子晶体结构特点（1）、如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围可以有12个紧邻的分子，分子晶体的这一特征称为分子密堆积，如O2 和C60 。

（2）、冰的晶体：水分子间的主要作用力是氢键（也存在范德华力），每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。

（3）、干冰： CO2的晶体，分子间只存在范德华力；性质特点是熔点低，易升华；在工业上用作制冷剂。

6、分子晶体与化学键（1）、分子晶体中一定存在范德华力，不一定存在化学键。

（2）、除稀有气体构成的分子晶体外，一般分子晶体中分子之间的作用力是范德华力，分子内部原子之间存在的注作用力是共价键。

二、原子晶体1、原子晶体：所有原子以共价键相结合，是三维的共价键网状结构。

2、金刚石的结构：正四面体网状空间结构，C—C—C夹角为109°28′，每个C原子均采取sp3杂化。

3、特点：（1）、硬度大、熔点高；（2）、不溶于一般的溶剂；（3）、不能导电。

4、常见的原子晶体：（1）、某些非金属单质，如硼、硅、锗、金刚石等；（2）、某些非金属化合物，如碳化硅（SiC）、氮化硼（BN）等；（3）、某些氧化物，如水晶（SiO2）等。

第三节金属晶体一、金属键1、构成粒子：在金属单质的晶体中，原子之间以金属键相互结合，构成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子。

2、电子气理论：描述金属键本质的最简单理论是电子气理论。

该理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。

3、金属键的强弱：金属键的强度差别很大，例如，金属钠的熔点较低，硬度较小，而钨是熔点最高的金属，这是由于形成的金属键强弱不同的缘故。

一般来说，金属的价电子数越多、金属离子的半径越小，形成的金属键就越强，金属的熔点也就越高。

4、电子气理论对金属材料物理性质的解释：（1）、金属晶体具有金属光泽和颜色绝大多数的金属都是银白色的、具有金属光泽的晶体，少部分金属晶体有颜色。

这是由于自由电子能对可见光进行选择性吸收和反射，从而使金属晶体具有不同的意思和光泽。

（2）、金属的导电性、导热性、延展性导电性——在通常情况下金属里金属离子之间是紧密排列并堆积在一起的，但自由电子却能在整个晶体里自由运动（无一定方向）。

但在一定外电场的条件下，自由电子在金属中就发生定向移动而形成电流，所以金属易导电。

一般来说，导电性好的金属其导热性也好，导电性最好的金属是银（依次是Cu、Au、Al、Zn等）温度越高，金属导电性越差（阻碍自由电子的定向移动）。

导热性——自由电子运动时常跟金属离子碰撞而引起两者能量的交换。

当金属某部分受热，在那个区域的自由电子能量增加，运动速度加快，通过碰撞电子就把能量传递给其他金属离子，金属就是借着自由电子的运动，把能量从温度高的部分传递到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。

延展性——延展性实际上是延性和展性的合称。

延性指拉成细丝，展性指轧成薄片。

当金属受到外力作用时，各层之间会发生相对滑动，但由于金属离子跟自由电子之间的较强作用依然存在，所以金属只发生形变，但不会断裂，金属的这种延展性使金属具有良好的机械加工性能。

不同的金属延展性不同，延展性最好的是金，1g金能拉成 3.2 km的细丝，可压制成万分之一毫米厚的薄片。

二、金属晶体的原子堆积模型1、金属原子在二维平面里有两种排列方式，一种是非密置层，其配位数为4；另一种是密置层，其配位数为6。

金属晶体可以看作是金属原子在三维空间中堆积而成，有如下基本模式：（1）、简单立方堆积：按非密置层方式堆积而成，其空间利用率比较低（52 %），晶胞构成一个立方体，每个晶胞含一个原子，如金属钋。

（2）、体心立方堆积：按非密置层方式堆积而成，晶胞构成是体心立方，每个晶胞含两个原子，如碱金属和铁。

空间利用率约为68 %。

（3）、六方最密堆积和面心立方最密堆积：六方最密堆积和面心立方最密堆积是按照密置层的方式堆积而成，配位数均为12，空间利用率均约为74 %。

六方最密堆积按ABABAB……的方式堆积；面心立方最密堆积按ABCABCABC……的方式堆积。

金属晶体的四种堆积模型对比：见教材第76页【资料卡片】三、混合晶体石墨中碳原子采取sp2杂化，形成平面六元环结构，层内碳原子核间距金刚石中碳原子核间距，层间C原子通过范德华力维系。

归纳总结一、晶体的基本类型与性质二、常见的几种金属晶体的堆积方式配位数81212常见金属的晶体结构（有些金属晶体可能有2种或3种晶格） Li、Na、K、Ba、W、FeCa、Cu、Au、Al、Pb、Pt、AgMg、Zn、Ti结构示意图空间利用率堆积形式三、物质熔、沸点的判断1、不同晶体：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体（金属晶体较复杂）2、同种晶体：（1）、原子晶体：在原子晶体中，只要成键原子半径小，键能大的，熔点就高，如金刚石、金刚砂（碳化硅）、晶体硅的熔、沸点逐渐降低；（2）、离子晶体：结构相似且化学式中各离子个数比相同的离子晶体中，离子半径越小、离子所带电荷越大，键能越强，熔、沸点就越高，如NaCl、NaBr、NaI 的熔、沸点依次降低；（3）、分子晶体：在组成、结构均相似的分子晶体中，相对分子质量越大，分子间作用力越大，熔、沸点越高。

如： O2＞N2，HI＞HBr＞HCl（HF除外）；但结构相似的分子晶体，有氢键存在时，熔、沸点较高，如：HF＞HCl。

（4）、金属晶体：金属键越强（半径小、价电子多），熔、沸点也就越高。

如Na＜Mg＜Al。

四、判断晶体类型的方法1、依据物质的分类判断（1）、金属氧化物（如Na2O2、K2O等）、强碱（如NaOH、KOH等）和绝大多数的盐类都是离子晶体；（2）、大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外），气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）都是分子晶体；（3）、常见的原子晶体，单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；化合物有SiC、SiO2等；（4）、金属单质（除Hg外）与合金是金属晶体。

2、依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断（1）、离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键；（2）、原子晶体的构成微粒是原子，微粒简的作用力是共价键；（3）、分子晶体的构成微粒是分子，微粒简的作用力为分子间作用力；（4）、金属晶体的构成微粒是金属离子和自由电子，微粒简的作用力是金属键。

3、依据晶体的熔点判断（1）、离子晶体的熔点较高，常在数百摄氏度至一千余摄氏度；（2）、原子晶体的熔点更高，常在一千摄氏度至几千摄氏度；（3）、分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度；（4）、金属晶体多数认得高（如金属钨熔点为3410℃），但也有相当低的（如金属钠熔点为97℃）。

4、依据导电性判断（1）、离子晶体水溶液及熔化时能导电；（2）、原子晶体一般为非导体，但有些能导电，如晶体硅；（3）、分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（如酸和部分非金属气态氢化物）溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；（4）、金属晶体是电的良导体。