第七章 固体的结构及性质
无机化学学习指导
无机化学学习指导第一章化学反应中的质量关系和能量关系[学习指导]1．“物质的量”（n）用于计量指定的微观基本单元或其特定组合的物理量，其单位名称为摩[尔]，单位符号为mol。
2.摩尔质量（M) M = m/n3.摩尔体积（V m）V m = V/n4.物质的量浓度（c B）c B = n B/V5.理想气体状态方程pV = nRT6.理想气体分压定律p= Σp B ；p B = (n B/n)p7.化学计量式和化学计量数O = ΣνB B ；νB B8.反应进度（ξ）表示化学反应进行程度的物理量，符号为ξ，单位为mol。
随着反应的进行，任一化学反应各反应物及产物的改变量：Δn B = νBξ9.状态函数状态函数的改变量只与体系的始、终态有关，而与状态变化的途径无关。
10.热和功体系和环境之间因温差而传递的热量称为热。
除热以外，其它各种形式被传递的能量称为功。
11.热力学能（U）体系部所含的总能量。
12.能量守恒定律孤立体系中能量是不会自生自灭的，它可以变换形式，但总值不变。
13.热力学第一定律封闭体系热力学能的变化：ΔU = Q + WQ > 0, W > 0, ΔU > 0；Q < 0, W < 0, ΔU < 0。
14.恒压反应热（Q p）和反应焓变（Δr H m）H(焓) ≡U + pV, Q p = Δr H m15.赫斯定律Q p = ∑Q B , Δr H m = ∑Δr H m(B)B B16.标准状况：p = 101.325kPa, T = 273.15 K标准(状)态：pθ= 100kPa下气体：纯气体物质液体、固体：最稳定的纯液体、纯固体物质。
溶液中的溶质：摩尔浓度为1mol·L-117.标准摩尔生成焓（）标准态下最稳定的单质─────—→单位物质的量的某物质=18.标准摩尔反应焓变（）一般反应cC + dD = yY + zZ=[y(Y) + z(Z)] - [c(C)+ d(D)]=Σνi(生成物) + Σνi(反应物)第二章化学反应的方向、速率和限度[学习指导]1.反应速率：单位体积反应进行程度随时间的变化率，即：2.活化分子：具有等于或超过E c能量（分子发生有效碰撞所必须具备的最低能量）的分子。
无机化学第七章固体的结构与性质
ZnS型 同质多晶现象：
高温晶下胞：N正aC立l型方形
化学组成相同而晶阳体离构子型配不位同数的：现4象
阴离子配位数：4
S2- Zn2+
例 BeO、ZnSe
7-2-3 离子晶体的稳定性
离子晶体的晶格能
晶格能——标准态下，拆开1mol离子晶体 变为气态离子所需吸收的能量
NaCl(s)
7-1-1 离子晶体的特征和性质
晶体 结点粒 粒子
类型 子种类 间作 一般性质 物质示例
用力
离子 阳、阴 晶体 离子
静电 引力
熔点较高、 活泼金属 略硬、脆, 氧化物、
熔体、溶液易导电 盐类
NaF Na+、F-
硬度2~2.5, 熔点993℃
MgF2 Mg2+、F-
F- _
Na+
_
+ _ +
硬_ 度+5, +_ _+
H 5 = －U = ? ， NaCl 的晶格能 U 的相反数；
Na ( s ) H 1
Na ( g ) H 3
熔点_12+61℃_
+
_+ _ _+ _
+ + +
7-2-2 离子晶体中最简单的结构类型
AB型：NaCl型、 CsCl型、立方ZnS型
NaCl型
晶格类型:面心立方
Cl- 阳离子配位数：6 Na+ 阴离子配位数：6
例 KI、LiF、NaBr、 MgO、CaS
CsCl型
Cl- Cs+
ZnS型
S2- Zn2+
在加热时，由开始软化到完全熔化, 整 个过程中温度不断变化。
固体物理第七章 固体中的原子键合
§7.1
概述
一、 化学键(chemical bond) 在原子结合成固体的过程中，原子内部 满壳层的电子(core electrons)基本保持稳定。只 是价电子(valence electrons)在实空间的几率分 布会随着晶体中原子之间的相互作用重新分布。 在原子结合成固体的过程中，原子中价 电子几率的重新分布，按照化学语言来描述的 话，就是原子之间形成了化学键(chemical bond)。
2.两个原子间的相互作用能 经验告诉我们：一方面，固体材料难以拉伸， 将固体离解为自由原子需要很大的能量，这表 明固体中原子之间存在吸引力； 另一方面，固体也难以压缩，外力需做很大 的功才能使固体发生明显的压缩形变，这表明 固体中原子之间也存在排斥力； 晶体的结构稳定，表明晶体中原子间相互作 用势能取最小值。
d φ (r ) f (r ) = − dr
假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作 用能为零，相互作用力为零。
φ(r)
(a)互作用势能和原子间距的关系 (b)互作用力和原子间距的关系
r
(a)
r < r0 , f ( r ) > 0 , r > r0 , f ( r ) < 0 ,
斥力 引力
f (r)
本章所讨论的问题，仍然是以基态情形为出 发点，亦即限制在温度 T=0 的条件下，同时将 离子实看成是经典粒子，忽略量子力学零点动 能的影响。自然，此时可只考虑离子实之间的 相互作用势能。 晶体的结合决定于其组成粒子间的相互作用， 也就是所谓的结合力或化学键，其强弱可由结合 能及结合力来反映。本章第一节作为概述，首先 从化学键入手，接着按化学键的性质对晶体进行 分类，并引入固体结合能的概念。随后几节分别 对共价晶体、离子晶体、分子晶体等进行讨论。
晶体结构——精选推荐
第七章晶体结构第一节晶体的点阵结构一、晶体及其特性晶体是原子（离子、分子）或基团（分子片段）在空间按一定规律周期性重复地排列构成的固体物质。
晶体中原子或基团的排列具有三维空间的周期性，这是晶体结构的最基本的特征，它使晶体具有下列共同的性质：(1)自发的形成多面体外形晶体在生长过程中自发的形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱会聚成顶点，从而出现具有几何多面体外形的特点。
晶体在理想环境中应长成凸多面体。
其晶面数（F）、晶棱数（E）、顶点数（V）相互之间的关系符合公式：F+V=E+2 八面体有8个面，12条棱，6个顶点，并且在晶体形成过程中，各晶面生长的速度是不同的，这对晶体的多面体外形有很大影响：生长速度快的晶面在晶体生长的时候，相对变小，甚至消失，生长速度小的晶面在晶体生长过程中相对增大。
这就是布拉维法则。
(2)均匀性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。
如密度、化学组成等。
(3)各向异性：由于晶体内部三维的结构基元在不同方向上原子、分子的排列与取向不同，故晶体在不同方向的性质各不相同。
如石墨晶体在与它的层状结构中各层相平行方向上的电导率约为与各层相垂直方向上电导率的410倍。
(4)晶体有明显确定的熔点二、晶体的同素异构由于形成环境不同，同一种原子或基团形成的晶体，可能存在不同的晶体结构，这种现象称为晶体的同素异构。
如：金刚石、石墨和C60是碳的同素异形体。
三、晶体的点阵结构理论1、基本概念（1）点阵：伸展的聚乙烯分子具有一维周期性，重复单位为2个C原子，4个H 原子。
如果我们不管其重复单位的内容，将它抽象成几何学上的点，那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子的排布规律。
这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形称为点阵。
构成点阵的点称为点阵点。
点阵点所代表的重复单位的具体内容称为结构基元。
用点阵来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论。
（2）直线点阵：根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期的重复排列的结构单元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称直线点阵。
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质
900
dh*k*l*
dhk l
dh*k*l*
(a)
(b)
t/min
图7.4 晶体(a)与非晶体(b)的步冷曲线
辽宁石油化工大学
结构化学2
7.2 晶体结构的周期性和点阵
NaCl 晶体结构
辽宁石油化工大学
结构化学2
7.2 晶体结构的周期性和点阵
一、晶体结构的点阵理论 1. 结构基元与点阵
晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成
“点阵”来研究。将晶体中重复出现的最小单元
辽宁石油化工大学
结构化学2
7.1 晶体的结构和性质
辽宁石油化工大学
一、晶体的定义
由原子、分子或离子等微粒在空间按一定 规律、周期性重复排列所构成的固体物质。
图7.1 晶态结构示意图
图7.2 非晶态结构示意图
辽宁石油化工大学
结构化学2
7.1 晶体的结构和性质
二、 晶体结构的特征
固体物质按原子 ( 分子、离子 ) 在
Mn
(立方简单)
Li Na K Cr Mo W…...
(立方体心)
以上每一个原子都是一个结构基元，都可以抽象成一个点阵点.
实例：Ni Pd Pt Cu Ag Au ……
立方面心是一种常见的
金属晶体结构，其中每
个原子都是一个结构基 元，都可被抽象成一个 点阵点.
CsCl型晶体结构
CsCl型晶体中A、B是不同的原子，不能都被抽象为点阵 点. 否则，将得到错误的立方体心点阵！这是一种常见的错误：
将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元，用 一个数学上的点来代表, 称为点阵点，整个晶体就被 抽象成一组点,称为点阵。
第7章 固体表面与界面
2、铺展润湿
SV= SL+LV cos）
LVcos= SV-SL=F cos=(SV- SL)/LV
面能大小来估计。对于离子晶体，表面主要取决于晶格能和极化
作用（表面能与晶格能成正比）。主要形成化学吸附。
2
2、分子引力（范德华力）
一般是指固体表面与被吸附质点（如气体分子）之间相互作用
力。它是固体表面产生物理吸附和气体凝聚的原因。分子间引力 主要来源于三种不同效应。
1) 定向力：相邻两个极化电矩因极性不同而相互作用的力。主
c．凸面上的饱和蒸气压>平面>凹面(P凸>Po> P凹)。
12
讨 论：
1 Ln （球面）， P0 RT r
P
2M
Ln
P P0
M
RT
（
1 r1
＋
1 r2
)( 非球面）
r↓→凸面上蒸气压升高P凸↑; r↓→凹面上蒸气压下降P凹↓
这种蒸气压差，在高温下足以引起微细粉体表面质点由凸面
SL很大，不润湿。
16
3、浸渍润湿（液体表面没有变化）
浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。 例：生 坯的浸釉。把固体浸在液体之中，固-气界面 为固-液界面所代替，γSV→γSL： ΔG=γSL-γSV 当γSV >γSL，润湿自发进行。
固
液体
三种润湿共同点：液体将气体从固体表 面挤开，由固－液界面→固－气(或液气) 界面，铺展是润湿的最高标准，能铺展 则必能附着和浸渍。
第七章固体表面与界面第八章浆体的胶体化学原理
第七章固体表⾯与界⾯第⼋章浆体的胶体化学原理第七章表⾯与界⾯第⼀节固体的表⾯⼀、固体表⾯的类型：（1）表⾯：⼀个物相和它本⾝蒸⽓（或真空）接触的分界⾯,即物体对真空或与本⾝蒸⽓接触的⾯。
如固相与⽓相、液相与⽓相的分界⾯等---如固体表⾯、液体表⾯。
（2）相界：⼀个物相与另⼀个物相（结构不同）接触的分界⾯，即结构不同的两块晶体或结构相同⽽点阵参数不同的两块晶体接合所形成的交界⾯。
(3) 晶界:不论结构是否相同⽽取向不同的晶体相互接触的分界⾯。
注意界⾯是⼀个总的名称，即两个独⽴体系的相交处，它包括了表⾯、相界和晶界。
⼆、固体表⾯的特征：（P107）1、固体表⾯的特点：固体表⾯与固体内部的结构和性质是不相同的，原因是（1）固体表⾯的缺陷要多得多，且复杂得多---有⾃⾝的，也有外来的。
（2）现在的材料都是⾼分散的粉体，其从粉碎时消耗的机械能获得的表⾯能⼗分巨⼤。
从块状粉磨成粉体，其表⾯能⼀般都增加上百万倍。
2、固体表⾯⼒场（P107两个⼒）处于内部的质点，受⼒是均衡的，⽽处在表⾯的质点，由于⼒场不平衡，因此有剩余键⼒，使表⾯有吸附作⽤。
这种固体表⾯和被吸附质点之间的作⽤⼒称为表⾯⼒。
分为：1、化学⼒：固体表⾯和被吸附质点之间发⽣了电⼦转移，形成不饱和价键产⽣的⼒。
2、物理⼒：即范德华⼒---分⼦引⼒，因固体表⾯形成物理吸附或表⾯⽔蒸⽓凝聚⽽产⽣。
⼜分为三种⼒：（P107）三、固体（晶体）表⾯的结构（P108）表⾯是指晶体与真空（或与本⾝蒸汽）之间的界⾯。
由于表⾯的能量较⾼，所以液体表⾯总是⼒图形成球形表⾯来降低系统的表⾯能；⽽晶体由于质点不能⾃由流动，只能借助离⼦极化、变形、重排其结构引起表⾯处晶格畸变来降低表⾯能，从⽽引起表⾯层与内部结构差异。
其差异体现在微观质点的排列状态（原⼦尺⼨⼤⼩范围）和表⾯⼏何状态（⼀般显微结构范围）两个⽅⾯。
1、表⾯微观质点的排列状态（1）．表⾯对键强分布的影响：表⾯的存在会影响晶体内部键强的分布。
无机化学-第七章固体的结构与性质
H 6
NaCl ( s ) H 5
Na + ( g ) +
Cl－ ( g )
H 6 = f HmӨ = - 410.9 kJ·mol－1 ，NaCl的标准生成热。
由盖斯定律 H 6 = H 1 + H2 + H 3 + H 4 + H 5
所以
H 5 = H 6 － ( H1 + H 2 + H 3 + H 4 )
H 2 = 1/2 D = 119.7 kJ·mol－1 ，Cl 2 ( g ) 的离解能 D
的一半； 2021/5/31
无机化学
Na ( s ) + 1/2 Cl2 ( g )
H 1 Na ( g )
H 2 Cl ( g )
H 3
H 4
Na + ( g ) +
Cl－ ( g )
H 6
NaCl ( s ) H 5
a, b, c 为六面体 边长， α, β, γ 分别是bc , ca, ab 所组成的夹 角。
晶胞在三维空间中的无限重复排列
晶格
晶体
晶胞参数 差异
七种晶系
七种晶系的性质
晶系 立方晶系 四方晶系 六方晶系 菱形晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系
七种晶系
边长
a=b=c a = b≠c a = b≠c a=b=c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c
给抽象的结果赋予实质性内容，即将 晶体的结构单元置于晶格的节点上，就是 晶体。
在晶体有规律的排列中，可以找到代 表晶体结构的最小的平行六面体单位，即 晶胞。
单晶体和多晶体
单 晶 体 晶 体 多 晶 体
晶体结构
1、点阵：按连接其中任意两点的向量进行平移后，均能复原
的一组点。 如 等径密置球
. a. . . . . . . .
3a
特点:①点阵是由无限多个点组成;
②每个点周围的环境相同;
③同一个方向上相邻点之间的距离一样.
晶体结构 = 点阵+结构基元
1、直线点阵：一维点阵 如：结构 结构基元：
点阵
.
a
.
2a
六、晶面指标（符号）和有理指数定律： 由于不同方向的晶面结构微粒排列的情况不同，导致物理 性质不一样——各向异性。
用晶面表示不同的平面点阵组，那晶面在三个晶轴上的倒
易截数之比——晶面指标。 如图 某晶面在坐标轴上的截面 截距
z
4c
2a , 3b , 4c
y
c b 2 3 4 截数 a 3b 1 1 1 2a 倒易截数 （643） 2 3 4 x 倒易截数之比：1/2：1/3：1/4 = 6：4：3 ，为整数 1 1 1 符号化—倒易截数之比： : : h : k : l hkl 为晶面指标 r s t
a b c , 900
一个 6 或 6
一个 4 或 4 一个 3 或 3 三个 2 一个 2 无（仅有i ）
1200
a b c, 900
a b c, 900
a b c, 900
C2V , D2 , D2 h
, , ;
V , M r , Z , DC 等
Beq ,U eq
原子坐标及等效温度因子： x , y , z;
分子结构参数：键长，键角，最小二乘平面等 绘出分子结构图，晶胞堆积图等 分析结构特征，解释结构与性能之间的关系。
无机化学第四版第七章思考题与习题答案
无机化学第四版第七章思考题与习题答案work Information Technology Company.2020YEAR第七章固体的结构与性质思考题1.常用的硫粉是硫的微晶，熔点为112.8℃，溶于CS2，CCl4等溶剂中，试判断它属于哪一类晶体?分子晶体2.已知下列两类晶体的熔点：(1) 物质NaF NaCl NaBr NaI熔点/℃993 801 747 661(2) 物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4熔点/℃-90.2 -70 5.4 120.5为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高而且熔点递变趋势相反因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径的逐渐增大，晶格能减小，所以熔点降低。
分子晶体的熔点主要取决于分子间力，随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量的增大，分子间力逐渐增大，所以熔点逐渐升高。
3.当气态离子Ca2+，Sr2+，F-分别形成CaF2，SrF2晶体时，何者放出的能量多为什么形成CaF2晶体时放出的能量多。
因为离子半径r(Ca2+)<r(Sr2+),形成的晶体CaF2的核间距离较小，相对较稳定的缘故。
4. 解释下列问题：(1)NaF的熔点高于NaCl；因为r(F-)<r(Cl-),而电荷数相同，因此，晶格能：NaF>NaCl。
所以NaF的熔点高于NaCl。
(2)BeO的熔点高于LiF；由于BeO中离子的电荷数是LiF中离子电荷数的2倍。
晶格能：BeO>LiF。
所以BeO的熔点高于LiF。
(3)SiO2的熔点高于CO2；SiO2为原子晶体，而CO2为分子晶体。
所以SiO2的熔点高于CO2。
(4)冰的熔点高于干冰(固态CO2)；它们都属于分子晶体，但是冰分子中具有氢键。
所以冰的熔点高于干冰。
第七章 固体、液体和气体的性质
第七章固体、液体和气体的性质在20世纪上半叶，物理学对固体的研究主要是针对自然界天然存在物体的一些物理现象，例如各种金属和非金属晶体。
但到20世纪下半叶，固体物理逐渐演变为含义更广的凝聚态物理（液态也包括在内）。
研究方法上主要是从微观结构和微观粒子（分子、原子、电子）的运动来研究其宏观性质。
我们从分子动理论可以知道，分子不停地在做无规则运动，它们之间有相互作用力存在。
分子力的作用使分子聚集在一起，分子的无规则运动又使它们分散开来，这两种作用相反的因素决定了分子的三种不同的聚集状态：固态、液态和气态。
固体和液体有一个共同点，即原子、分子间距离较短，彼此间有较强的作用，它们都不易被压缩。
而气体和液体都没有一定的形状，都具有流动性，所以统称为流体。
气体分子间距离较大，分子间的作用十分微弱，可以认为气体分子除了跟别的分子或跟器壁碰撞时有相互作用外，不受其他任何作用力，所以气体分子可以到达容器的任何角落而充满整个容器。
本章我们将学习固体、液体和气体的性质，以及它们的微观结构。
第七章 A 固体的基本性质瑞典皇家科学院于1996年10月宣布，将当年诺贝尔化学奖授予美国的罗伯特·柯尔、理查德·斯莫利和英国的哈罗德·克罗托。
这三位科学家获奖的原因是他们发现了一种新的碳的同素异构体：碳- 60。
这种分子形状很像足球的新材料有许多独特的性质，将在21世纪的经济建设中发挥重要的作用。
图7-1那么，极微小的“足球”为什么会在科技界引起如此巨大的轰动效应呢？要解释这些问题，我们必须从固体的微观结构及其基本性质讨论起。
一、晶体和非晶体固体是一种物质的凝聚态。
从结构上说，一般可以把固体分成晶体和非晶体两大类，我们平时接触的物质，如金属、玻璃、木材、泥土等，其中哪些是晶体？哪些是非晶体呢？拓展联想你知道什么是凝聚态物质吗？物质除气、液、固三种常见状态外，还有介于液、固之间的中间态、等离子态、低温下的特殊量子态（如超流态）等。
无机化学课件：第七章 固体的结构与性质
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
离子晶体空间构型除了与 r+ / r- 有关外 ，还与离子的电子构型、离子互相极化 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
第七章 固体材料的变形与断裂
当 和 都 接 近 45º， 取 向 因 子取得极大值，s最低，称为软
位向，在外力作用下最易塑变；
当和只要有一个接近90º时， 取向因子趋近于零，s趋近无穷
大，叫硬位向，此时不会产生滑 移，直至断裂。
图7-7 分切应力的分析图
显然，同一晶体可有几组晶体学上完全等价的滑 移系，但实际先滑移的是处在软位向的滑移系。
8(c)。使滑移面法线与外力轴夹角增大，使外力与滑
移方向夹角变小。
图7-8 单晶体拉伸变形过程
转动机制：滑移前如图中虚线所示。滑移后，每 层薄片之间，沿滑移面和滑移方向产生相对位移，如 图中实线所示。
图7-9 拉伸时晶体转动机制示意图
力偶n1－n2 使晶体向拉力轴方向转动， 角逐渐变大。
图7-9 拉伸时晶体转动机制示意图
单晶圆柱体截面积为A，轴向拉力 P，则P在滑移方向的分力为Pcos，
而滑移面的面积为A/cos，于是，
外力在该滑移面沿滑移方向的分
切应力 为：
图7-7 分切应力的分析图
式中，P/A为试样拉伸时横截面上的正应力。
当滑移系中的分切应力达到其 临界分切应力值而开始滑移时，则
P/A 为 宏 观 上 的 起 始 屈 服 强 度 s ， cos cos称为取向因子。
图7-3 金属单晶体拉伸 后的实物照片
滑移带并不是单一条线，而是由一系列相互平 行的更细的线所组成的，称为滑移线，如图7-4所示。
图7-4 滑移带形成示意图
晶体塑性变形是不均匀性的，滑移只是集中发生 在一些晶面上，而滑移带或滑移线之间的晶体层片则 未产生变形，只是彼此之间作相对位移而已。
2．滑移系
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动， 这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。 晶体结构不同，其滑移面和滑移方向也不同。
高一物理第七章固体和液体的性质
[科目] 物理[关键词] 教案/固体和液体的性质[年级] 高一[文件] jan14.doc[标题] 高一物理第七章固体和液体的性质[内容]高一物理第七章固体和液体的性质一、教法建议【抛砖引玉】本章虽然是选学教材，但做为热学知识的两种状态还是应该知道的，那就从“知道”的角度教给同学们吧。
这为给学生一个完整的知识体系，扩大知识面是大有好处的。
本章的知识可以多做一些相关的实验，让学生去观察，进而总结出规律性的知识。
有些实验甚至可以让学生自己去做，教师可以引导学生去观察、引导学生进一步去研究，发挥其创新的能力，总结出规律。
【指点迷津】从大盐粒就可以看出晶体是有规则的几何形状，而石腊则没有固定几何形状，你怎么捏，它的形状就按你预想的形状变化。
在做各向同性还是各向异性的实验时，同学们一定要自己做一下。
玻璃片要选显微镜的盖片，玻璃片上和云母片上要涂上一层薄薄的腊，烤熔了放凉即可。
钢针要从背面加热，你可以清楚地看到晶体的各向异性的特性。
在研究表面张力时，书上的几个实验都不难做，你可以做一下，并分析一下为什么刺右边时棉线被拉向左侧，刺左边棉线被拉向右侧。
若中间是个棉线圈，当你刺破线圈内的肥皂膜时，棉线圈被拉得圆圆的。
从这个实验可以说明液体表面有收缩到最小的趋势。
最后给你个作业题：你能把缝衣针放在水面上而不下沉吗？用此来看液面的表面张力多大啊。
浸润和不浸润对咱们同学也是非常熟悉的现象，将一滴水滴在玻璃上将出现什么现象？若滴在荷叶上又将如何？这就是浸润和不浸润。
然后同学们可以讨论什么物质浸润什么物质？什么物质不浸润什么物质？最后再看看书。
毛细现象也可通过实验来观察，取不同粗细的玻璃管插入水中和水银中，可看到毛细现象。
毛细现象的产生原因可看211页书倒数第三段的分析。
熔化和凝固我们在初中已经研究过，我们可以在初中知识的基础上，对熔化过程、熔点和熔化热作进一步研究。
二、学海导航【知识基础】1.知道固体分为晶体和非晶体，晶体又分为单晶体和多晶体。
热学(李椿+章立源+钱尚武)习题解答_第七章 固体
第七章 固体7-1立方点阵的点常数为a,在体心立方点阵情况下,求：（1）原胞的体积（2）原胞的结点数（3）最近邻结点间距离（4）最近邻结点的数目（5）以顶心到体心连线为边所形成的菱面体（图7—16）作为原胞，此原胞的体积和包含的结点数。
（6）作为原胞，此原胞的体积和包含的结点数。
解：（1）体心立方原胞的体积为a 3，如图所示。
（2）原胞有8个顶点，共有8个结点，但每个结点为8个原胞所共有，每个顶点的结点只有1/8属于该原胞，因此顶点上的结点只有1个属于该原胞。
另外，外心有一个结点。
故体心立方原胞的结点数为2。
（3）最邻近结点之间的距离为顶点到邻近体心之间的距离，以A 表示任一顶点，0表示体心，如图7—1（a ） a a a a AB BC OC AC OC AO 23)2()2()2(22222222=++=++=+= 即最邻近结点的距离（4）以体心结点为坐标原点（0。
0），如图7—1（a ），最邻近的8个结点的坐标为（a/2,a/2,a/2）, （-a/2,a/2,a/2）（-a/2,-a/2,a/2）, （a/2,-a/2,a/2）（a/2,a/2,-a/2）, （-a/2,a/2,-a/2）（-a/2,-a/2,-a/2）, （a/2,-a/2,-a/2）（5）以这种方式形成的菱面体称固体物理学原胞，是空间点阵的最小几何重复单元，结点都在顶点上，如图7—1（b ）所示。
若取D 点为坐标原点，则菱面体三条边的端点的坐标分别为1（a/2,-a/2,-a/2）2（-a/2,a/2,-a/2）3（a/2,a/2,a/2）根据平行六面体的体积公式，求得菱面体的体积为22,2,22,2,22,2,23a a a a a a a a a a V =---= 此原胞的结点数为8×181=7-2 n 重旋转对称指的是，晶体绕转轴转动2 π /n 后晶体与自身完全重合这种对称性，证明一个晶体不可能有五重旋转对称。
固体的结构与性质
二 晶体的内部结构 1 晶格 把晶体中规则排列的粒子看作几何点，叫作结点。 把晶体中规则排列的粒子看作几何点，叫作结点。将结点 按照一定方向和某种规则连接起来， 按照一定方向和某种规则连接起来，得到可以描述晶体内 部结构的空间格子，简称晶格。晶格有14种不同形状。 部结构的空间格子，简称晶格。晶格有 种不同形状。 种不同形状
晶体类型 结点上的粒子
离子晶体 正、负离 子
原子晶 体 原子 极性分 子
分子晶体 非极性分子
金属晶体 金属原子、 金属原子、金属 正离子(离子间隙 正离子 离子间隙 处有自由电子) 处有自由电子 金属键
结合力
离子键
共价键
性 质 特 征
熔、沸点 硬度 机械性能
较高 硬 脆
高 硬 不脆
分子间 力、氢 键 低 软 软
如，Na的3s1形成3s能带： Na的 形成3 能带：
(σ*3s) (σ3s)
能量较低的σ3s能带充满电子，称满带； 3s能带没 能量较低的σ3s能带充满电子，称满带；σ*3s能带没 σ3s能带充满电子 有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。 有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。
标准态下
Na+(g)+Cl-(g)
U=786kJ·mol-1
z1 z 2 U ∝ d
z：阴、阳离子所带电荷数 ： d：核间距 ：
对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越高、 对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越高、核 间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。 间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。 2 离子晶体的稳定性 晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔点越高，硬度越大。 晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔点越高，硬度越大。 思考：按熔点高低将下列物质排列： 思考：按熔点高低将下列物质排列：NaCl、MgO、CaO、KCl。 、 、 、 。 MgO > CaO >NaCl>KCl
固体化学(第七章) 固体中的化学键
另外，可见光的能量不足以使离子 的外层电子激发，因此，纯的离子晶 体对紫外—可见光是无色透明的。
7
由于离子键的键能较大，正负离子之间的
结合比较牢固，离子键能约为200kcal/mol，因
而，离子晶体熔点比较高、硬度比较大。
8
但是，当离子晶体受到机械力的作用时，离
子之间的位置一旦发生滑动，位移1/2晶胞的长
2
(红球－Zn2+ , 绿球－S2-)
46
练习 石墨晶体的层内结构如图所示： 每一层由无数个正六边形构
成，则平均每一个正六边形 2 所占的碳原子数为---------每个碳原子为三个正六边形共用，分属于每个正 六边形的碳原子数为1/3个。每个正六边形的碳原子 数为6×1/3 = 2
47
练习
已知晶体硼中的结构单元是由硼原子组成的正二十面
O原子 Ti原子 Ba原子
42
例题解析：
O原子 Ti原子 Ba原子
Ba：1x1 Ti：8x(1/8) O：12x(1/4) 化学式为：BaTiO3
43
NaCl离子晶体
晶格：面心立方 配位比：6:6 晶胞中离子的个数：
1 1 Cl ： 6 4个 8 8 2
1 Na ： 1 4个 12 4
(红球－Na+ , 绿球－Cl-)
44
CsCl 离子晶体
晶格：简单立方 配位比： 8:8 晶胞中离子的个数：
Cs ：个 1
(红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
1 Cl ： 1个 8 8
45
ZnS 离子晶体(立方型)
晶格：面心立方 配位比：4:4 晶胞中离子的个数：
Zn ： 个 4 1 1 2S ： 8 4个 6 2 8
2010第七章-晶体简介和离子极化对物质性质的影响
Question:为什么Cu+和Ag+的离子半径和Na+、 K+近似，它们的卤化物溶解性的差别很大呢？
这是由于Cu+和Ag+离子的最外电子层构型与Na+、 K+不同，造成了它们对原子核电荷的屏蔽效应有很 大的差异。Cu+、Ag+对阴离子的电子云作用的有 效核电荷要比Na+、K+大的多。因而它们的卤化物、 氢氧化物等都很难溶。
非晶体各向同性
晶体和非晶体在性质上的差异
是两者内部结构不同而造成的 晶体内部的微粒的排布是有序的，在不 同方向按确定的规律重复性地排列，造 成晶体的各向异性。 非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的
石英晶体(晶体)
石 英 玻 璃
)
非 晶 体
(
7-1-2 晶体的内部结构
晶格点阵
Cl- Na+ Na+ Cl-
半径愈小，极化作用越大，如：
Mg2+>Ba2+
2、离子的变形性 (1)简单阴离子的负电荷数越高，半径越大，变形
性越大。如S2->O2->F-<Cl-<Br-。 (2)18电子构型和9-17不规则电子构型的阳离子其
变形性大于半径相近、电荷相同的8电子构型的阳 离子的变形性 。如Ag+>Na+,K+；Hg2+>Mg2+,Ca2+。
7-6-2 离子极化概念
离子极化
－
＋
+_
+_
＋－ ＋ －
7-6-2 离子极化概念
对于孤立的简单离 电场中，离子的原子 子来说，离子电荷 核和电子受电场的作 分布基本上是球形 用，离子会发生变形, 对称的，离子本身 产生诱导偶极，这种 的正、负电荷中心 过程称为离子极化。 重合, 不存在偶极。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第七章固体的结构及性质
思考题解析
1．常用的硫粉是硫的微晶，熔点为112.8℃, 溶于CS2、CCl4等溶剂中，试判断它属于哪一类晶体？
解：分子晶体。
2．已知下列两类晶体的熔点：
（1）物质NaF NaCl NaBr NaI
熔点/℃993 801 747 661
（2）物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4
熔点/℃ -90.2 -70 5.4 120.5
为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，而且熔点递变趋势相反？
解：因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高。
离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小，所以熔点逐渐降低。
分子晶体的熔点主要取决于分子间力，随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量逐渐增大，分子间力逐渐增大，所以熔点逐渐升高。
3．当气态离子Ca2+、Sr2+、与F-分别形成CaF2、SrF2、晶体时，何者放出的能量多？为什么？
解：形成CaF2晶体时，放出的能量多。
因为离子半径r(Ca2+)>r(Sr2+)，形成的晶体CaF2的核间距较小而较稳定的缘故。
4．解释下列问题：
（1）NaF的熔点高于NaCl；
（2）BeO的熔点高于LiF；
（3）SiO2的熔点高于CO2；
（4）冰的熔点高于干冰（固态CO2）；
（5）石墨软而导电，而金刚石坚硬且不导电。
解：（1）NaF 和NaCl均为离子晶体，离子电荷相同，而r(F-)<r(Cl),晶格能：NaF >NaCl，所以NaF 的熔点高于NaCl。
（2）BeO和LiF均为离子晶体，BeO中Be2+、O2-的离子电荷分比分别为+2、-2；LiF中的Li+、F-的离子电荷分别为+1、-1，晶格能BeO>LiF，所以BeO的熔点高于LiF。
（3）SiO2为原子晶体，CO2为分子晶体。
（4）冰和干冰均属分子晶体，但冰中水分子之间存在氢键。
（5）石墨晶体具有层状结构，层与层之间作用力较弱；同层碳原子之间存在大π键，大π键中的电子可沿层面方向运动，所以石墨软而导电。
金刚石是原子晶体，所以坚硬且不导电。
5．下列说法是否正确：
（1）稀有气体是由原子组成的，属原子晶体；
（2）熔化或压碎离子晶体所需的能量，数值上等于晶格能；
（3）溶于水能导电的晶体比为离子晶体；
（4）共价化合物呈固态时，均为分子晶体，因此熔点、沸点都低；
（5）离子晶体具有脆性，是由于阳、阴离子交替排列，不能错位的缘故。
解：错，稀有气体是分子晶体；（2）错；（3）错；（4）错；（5）对。
6．解释下列事实：
（1）MgO可作为耐火材料；
（2）金属Al和Fe都能压成片、抽成丝，而石灰石则不能；
（3）在卤化银中，AgF可溶于水，其余卤化银则难溶于水，且从AgCl到AgI溶解度减小；
（4）NaCl易溶于水，而CuCl难溶于水。
解：（1）MgO为离子晶体，熔点高；
（2）Al和Fe均为金属晶体；
（3）AgF、AgCl、AgBr、AI随着阴离子半径的增大，变形性逐渐增大，离子间离子极化不断增强，由离子键逐渐过渡到共价键，所以溶解度逐渐减小。
（4）Cu+是18电子构型，而Na+是8电子构型，Cu+极化力比Na+强，CuCl中Cu+与Cl-之间以共价键结合，NaCl中的Na+与Cl-之间以离子键结合。
7．下列物质的键型有何不同？
Cl2 HCl AgI LiF
解：物质Cl2 HCl AgI LiF
键型非极性共价键极性共价键极性共价键离子键
8．已知：AlF3为离子型；AlCl3、AlBr3为过渡型；AlI3为共价型。
试说明它们键型差别的原因。
解：AlF3、、AlCl3、AlBr3、AlI3随着阴离子半径的增大，变形性逐渐增大，离子间离子极化不断增强，由离子键逐渐过渡到共价键。
9．实际晶体内部结构上的点缺陷有几种类型？晶体内部结构上的缺陷对晶体的物理、化学性质有无影响？
解：有空穴缺陷、置换缺陷、间充缺陷三种。
晶体内部结构上的缺陷影响晶体的光、电、磁、声、力、热学等方面物理性质和化学活性。
10．试用能带理论说明金属导体、半导体和绝缘体的导电性能。
解：在外加电场作用下，金属导体导带中的电子作定向运动，形成电流，所以金属能够导电。
半导体由于禁带较窄，当温度升高时满带中的电子易被激发，能够越过禁带跃迁到导带上，具有一定的导电能力。
绝缘体的电子都在满带上，而且禁带较宽，即使有外电场的作用，满带的电子也难以越过禁带而跃迁到导带上去，因而绝缘体不能导电。
11．离子半径r(Cu+)<r(Ag+)，所以Cu+的极化力大于Ag+，但Cu2S的溶解度却大于Ag2S，何故？
解：Cu2+和Ag+均为18电子构型，尽管Cu2+的极化力、Ag+比大些，但Ag+的变形性比Cu2+大，使Ag2S 的附加极化作用增强，键的共价程度增大、溶解度减小。
12．（1）今有元素X、Y、Z，其原子序数分别为6、38、80，试写出它们的电子分布式，并说明它们在周期表中的位置。
（2）X、Y两元素分别与氯形成的化合物的熔点哪一个高？为什么？
（3）Y、Z两元素分别与硫形成的化合物的溶解度哪一个小？为什么？
（4）X元素与氯形成的化合物其分子偶极矩等于0，试用杂化轨道理论解释。
解：（1）元素代号原子序数电子分布式周期族
X 6 1s22s22p2二ⅣA
Y 38 [Kr]5s2五ⅡA
Z 80 [Xe]4f145d106s2六ⅡB
（2）Y与Cl形成的化合物熔点高。
因为YCl2是离子晶体，而XCl4是分子晶体。
（3）Z与S形成的化合物溶解度小。
因为Z2+为18电子构型，Z2+的极化力、变形性都较大，形成的硫化物离子之间的极化作用较大，键的共价程度较大，所以溶解度小；而Y2+为8电子构型，Y2+的极化力、变形性都较小，所以YS的溶解度较小。
（4）X与Cl形成XCl4化合物，X发生等性sp3杂化，XCl4呈正四面体，其分子偶极矩等于0。
习题解答
1．已知下列各晶体：NaF、ScN、TiC、MgO，它们的核间距相差不大，试推测并排出这些化合物熔点高低、硬度大小的次序。
解：熔点高低、硬度大小的次序为：TiC> ScN> MgO> NaF。
2．下列物质中，试推测何者熔点最低？何者最高？
（1）NaCl KBr KCl MgO
（2）N2Si NH3
解：（1）熔点由低到高的次序：KBr <KCl< NaCl< MgO。
（2）熔点由低到高的次序：N2< NH3 <Si。
3．写出下列各种离子的电子分布式，并指出它们各属于何种电子构型？
Fe3+Ag+Ca2+Li+S2-Pb2+Pb4+Bi3+
解：离子电子分布式离子电子构型
Fe3+1s22s22p63s23p63d59～17
Ag+1s22s22p63s23p63d104s24p64d1018
Ca2+1s22s22p63s23p68
Li+1s2 2
S2-1s22s22p63s23p68
Pb2+[Xe]4f145d106s218+2
Pb4+[Xe]4f145d1018
Bi3+[Xe]4f145d106s218+2
4．试推测下列物质分别属于哪一类晶体？
物质 B LiCl BCl3
熔点/℃2300 605 -107.3
解：B为原子晶体，LiCl为离子晶体，BCl3为分子晶体。
5．（1）试推测下列物质可形成何种类型的晶体？
O2H2S KCl Si Pt
（2）下列物质熔化时，要克服何种作用力？
AlN Al HF(s) K2S
解：（1）O2、H2S为分子晶体，KCl为离子晶体，Si为原子晶体，Pt为金属晶体。
（2）AlN为共价键，Al为金属键，HF(s)为氢键和分子间力，K2S为离子键。
6．根据所学晶体结构知识，填出下表。
解：
7．将下列两组离子分别按离子极化力及变形形由小到大的次序重新排列。
（1）Al3+、Na+、Si4+；（2）Sn2+、Ge2+、I-
解：（1）极化力：Na+，Al3+，Si4+；变形性：Si4+，Al3+，Na+。
（2）极化力：I-，Sn2+，Ge2+；变形性：Ge2+，Sn2+，I-。
8．试按离子极化作用由强到弱顺序重新排出下列物质的次序。
MgCl2SiCl4NaCl AlCl3
解：极化作用SiCl4> AlCl3>MgCl2>NaCl。
9．比较下列各组中化合物的离子极化作用的强弱，并预测溶解度的相对大小。
（1）ZnS CdS HgS
（2）PbF2PbCl2PbI2
（3）CaS FeS ZnS
解：（1）阴离子相同。
阳离子均为18电子构型，极化力、变形性均较大，但Zn2+、Cd2+、Hg2+依次增大，变形性依次增大，故ZnS、CdS、HgS依次附加极化作用增大，键的共价程度增大，化合物的溶解度减小。
（2）阳离子相同，但F-、Cl-、I-依次半径增大，变形性增大。
故PbF2、PbCl2、PbI2依次极化作用增大，化合物的溶解度减小。
（3）阴离子，但Ca2+、Fe2+、Zn2+电子构型分别为8、9～17、18，变形性依次增大，极化能力依次增大，故CaS、FeS、ZnS依次极化作用增大，键的共价程度增大，化合物的溶解度减小。