晶体概念及结构模型

晶体概念及结构模型

1．晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的比较

(2)得到晶体的途径 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。 (3)晶胞

①概念：描述晶体结构的基本单元。 ②晶体中晶胞的排列——无隙并置 无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。 并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

2．晶胞组成的计算——均摊法 (1)原则

晶胞任意位置上的一个原子如果是被n 个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1n 。

(2)方法

①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。

②非长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)被三个六边形共有，每个六边形占1

3。

3．常见晶体结构模型

(1)原子晶体(金刚石和二氧化硅)

①金刚石晶体中，每个C 与另外4个C 形成共价键，C —C 键之间的夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1 mol C 的金刚石中，形成的共价键有2 mol 。

②SiO 2晶体中，每个Si 原子与4个O 原子成键，每个O 原子与2个硅原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si 原子，1 mol SiO 2中含有4 mol Si —O 键。 (2)分子晶体

①干冰晶体中，每个CO 2分子周围等距且紧邻的CO 2分子有12个。

②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H 2O 的冰中，最多可形成2 mol “氢键”。 (3)离子晶体

①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。

②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8。

(4)石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子采取的杂化方式是sp2。

(5)常见金属晶体的原子堆积模型

(1)冰和碘晶体中相互作用力相同()

(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列()

(3)凡有规则外形的固体一定是晶体()

(4)固体SiO2一定是晶体()

(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块()

(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”()

(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X-射线衍射实验()

答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√

1．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：

试写出：

(1)甲晶体化学式(X 为阳离子)为________。

(2)乙晶体中A 、B 、C 三种微粒的个数比是________。 (3)丙晶体中每个D 周围结合E 的个数是________。 (4)乙晶体中每个A 周围结合B 的个数为________。 答案 (1)X 2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)12

2.下图是由Q 、R 、G 三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R 为＋2价，G 为－2价，则Q 的化合价为________。

答案 ＋3

解析 R ：8×1

8＋1＝2

G ：8×14＋8×14＋4×1

2＋2＝8

Q ：8×1

4

＋2＝4

R 、G 、Q 的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ 2G 4。 由于R 为＋2价，G 为－2价，所以Q 为＋3价。 3．(常见晶体结构模型)填空。

(1)在金刚石晶体中最小碳环含有________个C 原子；每个C 原子被________个最小碳环共用。 (2)在干冰中粒子间作用力有______________________________________________。 (3)含1 mol H 2O 的冰中形成氢键的数目为________。

(4)在NaCl 晶体中，每个Na ＋

周围有________个距离最近且相等的Na ＋

，每个Na ＋

周围有________个距离最近且相等的Cl －，其立体构型为____________。

(5)在CaF 2晶体中，每个Ca 2＋

周围距离最近且等距离的F －

有________个；每个F －

周围距离最

近且等距离的Ca 2＋

有________个。

答案 (1)6 12 (2)共价键、范德华力 (3)2N A (4)12 6 正八面体形 (5)8 4

题组一 晶胞粒子数与晶体化学式判断

1．已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO 2分子间距为a pm ，阿伏加德罗常数为N A ，下列说法正确的是( ) A ．晶胞中一个CO 2分子的配位数是8

B ．晶胞的密度表达式是44×4N A (22a 3

×10－30) g·cm －3 C ．一个晶胞中平均含6个CO 2分子

D ．CO 2分子的空间构型是直线形，中心C 原子的杂化类型是sp 3杂化 答案 B

解析 晶胞中一个CO 2分子的配位数＝3×8÷2＝12，故A 错误；该晶胞中相邻最近的两个CO 2分子间距为a pm ，即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为a pm ，则晶胞棱长＝2a pm ＝2a ×10

－10

cm ，晶胞体积＝(2a ×10

－10

cm)3，该晶胞

中二氧化碳分子个数＝8×18＋6×12＝4，晶胞密度＝M N A ×4V ＝44

N A ×4(2a ×10－10)3 g·cm －

3＝ 44×4N A (22a 3×10－

30)

g·cm －3

，故B 正确；该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×18＋6×12＝4，故C 错误；二氧化碳分子是直线形分子，C 原子价层电子对个数是2，根据价层电子对互斥理论判断C 原子杂化类型为sp ，故D 错误。

2．石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构(可以看作是晶体硅中的每个Si —Si 键中插入一个O)，其中硅、氧原子数比是m ∶n ，有关叙述正确的是( )

A ．m ∶n ＝2∶1

B ．6 g 该晶体中含有0.1N A 个分子

C ．原硅酸根(SiO 4－4)的结构为

，则二聚硅酸根离子Si 2O 6－

x 中的x ＝7

D ．石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si 、O 原子个数和为8 答案 C

解析 每个Si 原子占有O 原子个数＝4×1

2

＝2；该晶体是原子晶体，不存在分子；原硅酸