第五章晶体结构
新人教版版高考化学总复习第五章晶体结构与性质教案
教学指导意见核心素养１．了解晶体与非晶体的区别，了解晶格能及晶格能对离子晶体性质的影响。
２．了解晶体类型，了解不同类型晶体中微粒结构、微粒间作用力的区别，能结合晶体结构（实例）描述分子晶体、离子晶体、金属晶体、原子晶体的性质。
３．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体组成并进行相关计算。
４．了解过渡晶体、混合型晶体的存在现象。
１．宏观辨识与微观探析：认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成微粒、结构特点，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。
２．证据推理与模型认知：能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计算。
３．变化观念与平衡思想：认识不同晶体类型的特点，能从多角度、动态的分析不同晶体的组成及相应物质的性质。
考点一晶体常识和常见四种晶体性质[学在课内]１．晶体（１）晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性对固体进行X射线衍射实验（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Ａ．无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
Ｂ．并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
（４）晶格能１定义：气态离子形成１摩尔离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol—１。
２影响因素Ａ．离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
Ｂ．离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
３与离子晶体性质的关系晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
[名师点拨]（１）具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。
（２）晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
２．四种晶体类型的比较[考在课外]教材延伸判断正误（１）晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈周期性的有序排列。
第五章晶体结构
第五章晶体结构第五章晶体结构⼀、单项选择题（每⼩题1分）1、NaCl 晶体的结构基元是（）A 、⼀个N a +B 、⼀个正当晶胞C 、⼀个Na +和⼀个Cl -D 、4个N a +和⼀个Cl -2、有⼀AB 型离⼦晶体，若γ+/γ-=0.57，则正离⼦的配位数为（）A 、4B 、6C 、8D 、123、某正交晶系的晶胞参数为a=500pm 、b=1000pm 、c=1500pm ，有⼀晶⾯在三个晶轴上的截长都是3000pm ，则该晶⾯的晶⾯指标为（）A 、（321）B 、（632）C 、（236）D 、（123）4、AgF 属于NaCl 型晶体，⼀个晶胞中含有多少个Ag +？（）A 、6B 、4C 、2D 、15、晶体的宏观对称操作的集合可以划分为多少个点群？（）A 、8B 、32C 、14D 、76、已知⾦属Cs 为具有⽴⽅体⼼的晶胞，则其配位数为（）A 、12B 、8C 、6D 、47、⽴⽅晶系中，下列哪种点阵型式不存在？（）A 、⽴⽅P B 、体⼼I C 、底⼼C D 、⾯⼼F 8、根据正当单位选取原则，下列各组平⾯格⼦属于正当格⼦的组是（）（1）正⽅的带⼼格⼦（2）六⽅带⼼格⼦（3）平⾏四边形的带⼼格⼦（4）矩形带⼼格⼦A 、（1）（3）（4）B 、（1）（2）（4）C 、（4）D 、（1）（3）9、空间点阵中下列形状不存在的是（）A 、⽴⽅I B 、四⽅C C 、四⽅I D 、正交C 10、已知某⾦属的晶体结构属A 3型堆积，其原⼦半径为r ，则其晶胞的边长b 、c 等于（）A 、b=2r ，c=42r/3B 、b=c=4r/3C 、b=4r/3，c=4r/2D 、b=c=4r/211、由实验确定Cu 属于⽴⽅⾯⼼结构，晶胞参数为a ，则Cu-Cu 键长等于（）A 、2a/4B 、2a/2C 、3a/4D 、3a/212、已知钨属⽴⽅晶系，晶胞参数a=315.7pm ，密度ρ=1.9×104kg/m 3，分⼦量m=183.92，由此可推测该晶体是（）A 、⽴⽅PB 、⽴⽅IC 、⽴⽅FD 、⽴⽅C 13、等经圆球作A 2型堆积，其密置列⽅向在（）A 、a B 、b C 、c D 、a+b+c 14、KBr 晶体中K +的半径135pm ，KBr 的键长为328pm ，其负离⼦配位多⾯体的形状为（）A 、直线型B 、正⽅形C 、四⾯体D 、⼋⾯体15、有⼀AB 晶胞、其中A 和B 原⼦的分数坐标为A （0，0，0），B （21，21，21），属于什么点阵？（）A 、⽴⽅体⼼B 、⽴⽅⾯⼼C 、⽴⽅底⼼D 、简单⽴⽅16、（211）晶⾯表⽰了晶⾯在晶轴上的截距为（）A 、2a 、b 、cB 、a 、2b 、2cC 、a 、b 、cD 、2a 、b 、2cE 、2a 、2b 、c 17、理想晶体不可能属于下列哪些点群？（）A 、D 3h B 、D 5h C 、D 4h D 、D 6h18、在A 1型等经圆球密堆积中，密置层为（）A 、（100）⾯B 、（110）⾯C 、（111）⾯D 、（210）⾯19、链型聚⼄烯的结构基元包括（）A 、1C ，2H B 、2C ，4H C 、3C ，6H D 、2C ，3H 20、下列空间点阵的性质的论述哪条不对？（）A 、空间点阵不论如何取法，素单位体积不变。
结构化学第5章--晶体结构-5-04
结构 类型
点阵型 式
caesium chloride
CsCl
sodium chloride NaCl
立方P
立方 F
Zine blende structure
wurtzide structure
立方 ZnS
六方 ZnS
立方F 六方
calsium fluoride CaF2
rutile structቤተ መጻሕፍቲ ባይዱre TiO2
NaCl rNa+/rCl-=959pm/181pm=0.525 Na+填在Cl-堆积的八面体空隙中. CsCl rCs+/rCl-=169pm/181pm=0.934 Cs+填在Cl-堆积的正方体空隙中。
⑵正、负离子的配位数和离子晶体结构参数 对于简单的二元离子晶体来说，除正负离子半径比决定离 子晶体的结构类型外，离子晶体堆积的紧密程度(负离子 堆积产生的空隙是否被正离子填充满等)也影响着晶体的 结构型式。若Z+、Z-分别为正负离子的电荷数，n+、n-分 别为正负离子数，CN+、 CN-分别为正负离子的配位数， 有
电负性较大的非金属元素和电负性较小的金属元 素生成的化合物一般都是离子化合物。在离子化合物 中，金属元素将价电子转移给非金属，形成具有较稳 定电子结构的正、负离子。正、负离子由于静电力互 相吸引靠近，当它们充分靠近时又会因电子云重叠而 相互排斥。当吸引和排斥相平衡时，形成稳定的离子 化合物。由此可知，离子化合物中存在的结合力是以 正、负离子间静电力为基础的离子键。正、负离子具 有球对称的电子云(Unsöld定理)，所以离子键也和金属 键一样没有饱和性和方向性。离子键向空间各个方向 发展，即形成了离子晶体。
立方F 四方P
晶体结构
第五章 晶体结构安徽师范大学化学与材料科学学院§51晶体的点阵理论晶体具有按一定几何规律排列的内部结构，即晶 体由原子(离子、原子团或离子团)近似无限地、在三 维空间周期性地呈重复排列而成。
这种结构上的长 程有序，是晶体与气体、液体以及非晶态固体的本 质区别。
晶体的内部结构称为晶体结构。
1. 晶体的结构特征(1)均匀性(2) 各向异性(3) 自发形成多面体外形(4) 具有确定的熔点(5) 对称性(6) X射线衍射2.周期性下面两个图形均表现出周期性：沿直线方向，每 隔相同的距离，就会出现相同的图案。
如果在图形 中划出一个最小的重复单位（阴影部分所示），通 过平移，将该单位沿直线向两端周期性重复排列， 就构成了上面的图形。
最小重复单位的选择不是唯一的，例如，在图(a) 中，下面任何一个图案都可以作为最小的重复单位。
点的位置可以任意指定，可以在单位中或边缘的任 何位置，但一旦指定后，每个单位中的点的位置必须 相同。
如，不论点的位置如何选取，最后得到的一组点在空间 的取向以及相邻点的间距不会发生变化。
3.结构基元在晶体中，原子(离子、原子团或离子团)周期性地重 复排列。
上面我们在图形找出了最小的重复单位，类似 的，可以在晶体中划出结构基元。
结构基元是指晶体中 能够通过平移在空间重复排列的基本结构单位。
【例1】一维实例：在直线上等间距排列的原子。
一个原子组成一个结构基元，它同时也是基本的化学组成单位。
结构基元必须满足如下四个条件：化学组成相同；空间结构相 同；排列取向相同；周围环境相同。
【例2】一维实例：在伸展的聚乙烯链中，CH2CH2组成一个 结构基元，而不是CH2。
【例3】二维实例：层状石墨分子，其结构基元由两个C原子组 成(相邻的2个C原子的周围环境不同)。
结构基元可以有不同的选法，但其中的原子种类和数目应保 持不变。
金属晶体的密堆积
B
A
分数坐标：
密置层为(001)
(,,), ( , , ) or( , , )
y x
1200
晶胞内含有２个球。
14
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论 ２个球为二套等同点 结构基元：２个球 点阵型式： 六方简单 配位数： 12
B AA
B A
15
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论
a 与r的关系： r a , r a
空间利用率
V球 %
V晶胞
(
a
a)
%
.%
总结：
பைடு நூலகம்
22
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论
二、金属晶体的堆积型式和金属的原子半径
1、金属晶体的堆积型式（P524表5-3.2） 绝大多数金属单质都是A1，A2，A3型，少数金属单 质具有A4型(如:Si,Ge,Sn)或其它特殊结构型式(Mn--x)。 2、金属原子半径 定义：金属晶体中紧邻原子间距离的一半。
由此可推测该晶体是：
（B）
(A) 立方P (B) 立方I (C) 立方F (D) 立方C
习题：4 、已知某金属晶体的结构属A3型堆积，其原 子半径为r，则它的边长b，c等于：（A）
( A)b r, c r (B)b r , c r
(C)b c r
(D)b c r
33
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论 例5、CuSn合金属NiAs型结构，六方晶胞参数 a=419.8pm,c=509.6pm ，晶胞中原子的分数坐标为： Cu(,,)(,, ) Sn( , , ), ( , , ) （1）计算Cu-Cu间的最短距离 （2）Sn原子按什么型式堆积？ （3）Cu原子周围的原子围成什么多面体空隙？
高三化学一轮复习第五章第四节 晶体结构与性质教案及课时作业
课题19晶体结构与性质学习任务1晶体常识与晶体的组成和性质一、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：所有晶胞都是平行排列、取向相同。
二、晶体的组成与性质(一)四种类型的晶体1．分子晶体分子间通过分子间作用力结合形成的晶体，此类晶体熔、沸点低，硬度小。
2．共价晶体原子通过共价键相互结合形成的晶体，整块晶体是一个三维的共价键网状(立体网状)结构；其物理性质的突出特点是高硬度、高熔点、高沸点。
3．离子晶体(1)阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体，此类晶体的熔、沸点较高。
(2)配位数：指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，晶体阴离子、阳离子的配位数之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。
4．金属晶体(1)含义：金属原子通过金属键形成的晶体，金属单质形成的晶体就是金属晶体。
(2)金属键的形成：晶体中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，从而把所有的金属原子维系在一起；金属键无饱和性、方向性。
(3)金属晶体的物理性质及解释(二)四种晶体类型的比较石墨属于混合型晶体，但因层内原子之间碳碳共价键的键长为1.42×10－10m，比金刚石中碳碳共价键的键长(1.54×10－10 m)短，所以熔、沸点高于金刚石。
(三)晶体熔、沸点的比较1．不同类型晶体熔、沸点的比较(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
2．同种类型晶体熔、沸点的比较(1)共价晶体原子半径越小，键长越短，键能越大，熔、沸点越高，如金刚石>碳化硅>硅。
第五章第四节晶体结构与性质考点(一)晶体常识晶体结构模型课件新高考化学一轮复习
() () () () ()
2．关于晶体的自范性，下列叙述中，正确的是
()
A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B．缺角的氯化钠晶体在饱和 NaCl 溶液中慢慢变为完美的立方体块
C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 D．由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性
答案：B
3. 在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶胞如图 所示。试回答： (1)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______个。 (2)在该晶胞中氧、钙、钛的粒子个数比是________。
4．共价晶体——金刚石与 SiO2
(1)金刚石晶体 ①金刚石晶体中，每个 C 与另外 4 个 C 形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C 夹角是 109°28′，最小的环是 6 元环。每个 C 被 12 个六元环共用。含有 1 mol C 的金刚石中形成的 C—C 有 2 mol。
1 ②在金刚石的晶胞中，内部的 C 在晶胞的体对角线的 4 处。每个晶胞含有 8 个 C。
4×78 (4)0.545×10－73NA
8．(2020·全国卷Ⅰ·节选)LiFePO4 的晶胞结构示意图如(a)所示。其中 O 围绕 Fe 和 P 分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链 结构。每个晶胞中含有 LiFePO4 的单元数有________个。
解析： D 选项，NaCl 晶体中 Cl－配位数为 6，晶体中每个 Cl－周围有 6 个 Na＋，D 错误。 答案：D
6．温度升高时，NaCl 晶体出现缺陷(如图 1 所示，某一个顶点没有 Na＋，出 现空位)，晶体的导电性大大增强。该晶体导电时，Na＋在电场作用下迁移 到空位上形成电流。迁移的途径有两条(如图 1 中箭头所示)。
第五章习题-晶体结构
一、填空题1、晶体按宏观对称操作构成32 个点群。
晶体按按微观对称操作构成230个空间群。
2、晶体按对称性共分为7 晶系。
14种空间点群。
晶体的空间点阵型式有230种。
晶体的宏观独立对称元素有8 种。
3、十四种空间点阵型式中，属于立方晶系的晶体可以抽象出的点阵型式有：简单、体心、面心，正交具有P、C、I、F型式，四方P、I型式，六方P型式，三方P、R型式，单斜P、C型式；三斜P型式。
4、A1（立方面心）A2（立方体心）A3（六方晶胞）A4（立方面心）型密堆积的空间占有率分别为74.05% 68.02% 74.05% 34.01%。
5、NaCl晶体的空间点阵型式为立方面心，结构基元为NaCl。
6、常用晶格能来表示离子键的强弱，用偶极矩来度量分子极性大小。
7、NaCl晶体中负离子的堆积型式为立方面心，正离子填入正八面体空隙中。
8、晶胞的二个要素：一是晶胞大小和型式，二是晶胞中原子位置。
衍射的二要素是：衍射方向和衍射强度。
9、在层状石墨分子形成的二维晶体中，其结构基元应包括2个C，3个C-C。
10、晶体化学定律晶体的结构型式，取决于其结构基元的数量关系，离子大小关系，极化作用。
11、晶体对称性定律：晶体中对称轴的轴次n，并不是任意的，而仅限于n=1,2,3,4,612、CsCl晶体中，两离子的分数坐标为111(0,0,0)(,,)22213、某AB型离子晶体的/0.53+-=，则晶体r r应属于结构。
14、晶面指标是指晶面在三晶轴上的倒易截数的互质整数比。
二、选择题1、估算下列化合物的熔点和硬度的变化次序正确的为（A ）（A）KCl＜NaCl＜MgS＜MgO＜SiC （B）SiC＜KCl＜NaCl＜MgO＜MgS （C）KCl＜NaCl＜SiC＜MgO＜MgS （D）NaCl＜KCl＜MgO＜MgS＜SiC2、有一AB4型晶体，属立方晶系，每个晶胞中有1个A和4个B,1个A的坐标是（111,,222），4个B的坐标分别是（0,0,0）；（11,,022）；（11,0,22）；（110,,22）。
典型晶体结构
一个球体积：4/3πr3=4/3π×( 2/4 a )3=
3 4/3π× 2 2/64 a =
2 /24 πa 3
立方最密堆积一个单胞中球的数目： 8×1/8+6×1/2= 4个 球体积= 4× 2/24 πa 3 = 2 /6 πa 3 空间利用率= 2 a 3 / a 3 2 / 6 74.05% 6
(3) 体心立方bcc
密排面和密排方向： 密排面为{110}，密排方向<111>
体心立方密排面
原子半径:
bcc的晶胞体积为a3，晶胞内含2个原子。 原子体积
空间利用率
＝
单胞体积
4 æ 3 ö 2´ pç a÷ 3 è 4 ø a3
3
＝
3 ＝ p = 68.02% 8
空间利用率：68.02%
(4) 金刚石型堆积(A4) 在这种堆积方式中，等径圆球的排布与金刚石中 碳原子排布类似，所以称为金刚石型堆积。从金刚 石型堆积中可抽出面心立方晶胞，如下图所示
所以密堆积结构至少具有3m1点群对称性
其最低空间群对称性为P3m1和R3m1
密堆结构共有8个空间群：
P3m1, P3m1, P 6m2, P63 mc, P 63 mc m
R3m1, R3m1, Fm3m
能容纳3次旋转对称的点阵只有： 菱面体点阵 R 3层为周期密堆积结构的 六角点阵 H R点阵等价于cF（立方面 心）点阵
A
C A B
A
表示：方法一：四层：…ABAC ABAC… 五层：…ABCAB ABCAB… 六层： …ABCACB ABCACB ABCACB… …h c c h c c h c c h c c … 方法二 …ABABAC ABABAC ABABAC… …c h h h c h c h h h c h …
晶体结构中的缺陷
Pb(ZrxTi1x )O3 介电常数，降低该材料的机械品质因数；
当添加Fe、Co、Mn等“硬性”添加物后，这些原子占据Zr或Ti的格点，能显著提高该铁电材料 的机械品质因数。
1. 填隙原子（或离子）：指原子（或离子）进入正常格点位置之间的间隙位置，成为填 隙原子（离子）；
2. 空位：正常结点位置出现的原子或离子空缺；
3. 杂质原子（离子）：晶体组分以外的原子进入晶格中，即为杂质。杂质原子可以取代 晶体中正常格点位置上的原子（离子），称为置换原子（离子）；也可进入正常格点 位置之间的间隙位置，成为填隙的杂质原子（离子）。 （外来原子进入晶格）
第4章
- 2-
晶体中缺陷的基本类型
点缺陷 — 填隙原子、空位、杂质原子 线缺陷 — 位错（刃型位错和螺型位错） 面缺陷 — 表面、晶界、相界、堆垛层错 体缺陷 — 空洞、夹杂物
第4章
- 3-
第4章
- 4-
点缺陷示意图
（一）点缺陷（ Point Defect）
点缺陷的名称
无机非金属材料中最重要也是最基本的结构缺陷是点缺陷。根据点缺陷相对于理想晶 格位置的偏差状态，点缺陷具有不同的名称：
空位等点缺陷；也可能大到能用肉眼观察的程度，如晶体的表面。晶体缺陷亦称为晶体的不完整性。
晶体缺陷按缺陷的几何尺寸可分为点缺陷，如空位、间隙原子； 线缺陷，如位错；
对于理想晶体的各种偏 离
面缺陷，如晶粒间界和堆垛层错等。
晶体中形形色色的缺陷，影响着晶体的力学、热学、电学、光学等方面的性质。因此，在实际工作中，人们一方面尽
晶体学基础第五章-晶面间距与晶格常数
晶面间距与晶格常数第五章 晶体的质点堆积与缺陷¾ 密堆积原理 ¾ 配位数和配位多面体 ¾ 化学键和晶格类型¾ 晶体的缺陷晶体化学晶体化学：研究晶体结构和晶体化学组成与其性质之间的关系和规律性的分支学科。
材料科学：晶体结构=空间点阵+基元Na+Cl-•晶体结构中的质点（阵点或基元）可以是原子、离子 或分子。
•晶体化学主要阐述这些质点的特性：离子类型、离子 和原子半径等； •讨论质点在组成晶体结构时的相互作用和规律：离子 或原子相互结合时的堆积方式和配位形式、键和晶格 类型。
z 理论半径：将原子或离子的电子云分布视为球形，其半 径为原子或离子的理论半径。
• 原子在形成化学键时，总要有一定程度的轨道重叠，而且 与不同的原子分别成化学键时，原子轨道重叠的程度又各 有不同，因此单纯地把原子半径理解成原子最外层电子到 原子核的距离是不严格的。
z 有效半径：以键长数据为基础，由实验方法得到的原子或 离子的半径，称为原子或离子的有效半径。
共价半径、金 属半径、范德华半径。
• 原子或离子半径的影响因素：价态、配位数、电子自旋态• 原子和离子半径的大小，特别是相对大小对晶体结构中的质 点的排列方式影响很大。
其对理解和阐明晶体结构类型的变化、 晶体化学组成的变异以及有关物理性质的变化都是非常重要的。
元素的原子半径和共价半径原子或离子半径的基本规律原子或离子半径的影响因素：价态、配位数、电子自旋态z 同种元素原子半径: 共价半径 < 金属原子半径 z 同种元素离子半径:阳离子半径小于原子半径，价态高半径小； 阴离子半径大于原子半径，负价高半径大； 氧化态相同，配位数高半径大； z 同族元素: 原子和离子半径随周期数增加而增大 z 同周期元素: 原子和离子半径随Z的增加而减小 z 从周期表左上到右下对角线上，阳离子半径近于相等 z 镧系和锕系:阳离子半径随Z增加而略有减小 z 通常, 阳离子半径都小于阴离子半径。
第五章-晶体的结构和绘图表达
化学键
离子键 ionic bond
Na: 失去e- Na+ (Ne 构型: 2s2 2 p6) Cl: 得到e- Cl- (Ar 构型: 3s2 3p6)
化学键
共价键 covalent bond
以共用电子对的方式所成的化学键
具有方向性、饱和性: 低配位数、非密堆积、低密度 无电子和离子: 不导电 键强较大(~400 kJ/mol): 高熔点、高硬度 具有单键、双键、叁键等 一般电负性差小 用量子力学理论、键价理论或分子轨道理论
原子堆积因子 Atomic Packing Factor（APF）
在晶体学里，原子堆积因子（或称APF）是计 算一个晶体的体积里原子体积占的比例的函数。 在计算前，必须假定原子是坚硬的球体，而且 有确定的表面(而不是含糊不清的电子云)。
Natoms 是一个晶体里原子的数量 Vatoms 是每个原子的体积 Vcrystal是晶体的体积
• 配位多面体(coordination polyhedron)： 与某一阳离子(或原子)成配位关系而相邻 结合的各个阴离子(或周围的原子)，它们 的中心联线所构成的多面体
Na
Na Cl
Cl
Cl
Cl
Na Cl Na Na
配位数和配位多面体
•配位数和配位多面体由多种因素决定
化学键类型、质点相对大小、堆积的紧密程度…
元素的原子半径
原子半径对应于不同的化学键，也有范德华 半径、共价半径及金属原子半径的区别
原子和离子半径的周期性变化
规律
l 同种元素原子半径: 共价半径 < 金属原子半径< 范德华 半径
l 同种元素离子半径: rcation < ranion l 主族元素:同族元素 原子和离子半径随周期数增加而增
典型半导体材料及电子材料 晶体结构特点及有关性质
2007-12-20
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具有闪锌矿结构的晶体的腐蚀特性怎样？ 如何区分GaAs的(111)面和 (111)？
Si、Ge 是金刚石型结构的晶体，是由同种元素组成 的晶体。(111)面和 (111) 面是完全等同的。因此，这两个面 所表现的物理和化学性质也是相同的，没有差异。 对于GaAs，属于闪锌矿型结构的晶体，在结构对称 性上缺少一个对称中心。它的(111)面和
2007-12-20 3
为了形成具有八个外层电子的稳定结构，必然趋于与邻 近的四个原子形成四个共价键，由杂化理论可知，一个s轨道 和三个p轨道杂化，结果产生四个等同的sp3 轨道，电子云的 方向刚好指向以原子核为中心的正四面体的四个顶角，四个 键在空间处于均衡，每两个键的夹角都是109°28′。如图5.11 所示。
2007-12-20
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每个原子都按此正四面体键，彼此以共价键结合 在一起，便形成如图 5.1.2 和图5.1.3所示的三维空间 规则排列结构—金刚石性结构。 金刚石结晶体结构具有Oh群的高度对称性。
2007-12-20
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5.1.2 闪锌矿结构
化合物半导体GaAs、InSb、GaP等都属于闪锌矿结构，以 GaAs为例介绍其结构特点。 Ga 的原子序数 31 核外电子排布式 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1 As 的原子序数 33 核外电子排布式 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p3 Ga 的电负性x＝1.6 As的电负性x＝2.0 △x＝0.4<1.5 形成共价键(极性共价键) 在形成共价键的过程中，与Si、Ge的结构相似，也产生 sp3杂化，所不同的是每个As原子周围有4个Ga原子，每个Ga 原子周围有4个As原子，如果不考虑原子的种类，单从骨架上 看GaAs与Si的结构十分相似。
第五章 第3讲 化学键 晶体结构
第3讲化学键晶体结构[考纲要求] 1.了解化学键的含义。
2.了解离子键、共价键的形成。
3.了解常见晶体的结构和性质。
考点一化学键1．概念相邻原子间强烈的相互作用。
2．类型根据成键原子间的电子得失或转移可将化学键分为离子键和共价键。
3．化学键与化学反应旧化学键的断裂和新化学键的形成是化学反应的本质，是反应中能量变化的根本。
1．(1)所有物质中都存在化学键吗？(2)有化学键的断裂或生成就一定是化学反应吗？答案(1)不是所有物质都存在化学键，稀有气体中无化学键。
(2)不一定是化学反应，如NaCl溶于水，属于物理变化，其中有离子键的断裂，而将NaCl蒸发结晶，Na＋和Cl－重新形成离子键而成为晶体，也是物理变化。
考点二离子键1．定义带相反电荷的离子间的相互作用。
2．形成条件活泼金属与活泼非金属之间化合时，易形成离子键，如第ⅠA族、第ⅡA族中的金属与第ⅥA族、第ⅦA族中的非金属化合时易形成离子键。
3．构成离子键的微粒为阴、阳离子。
4．离子键的实质是静电作用。
5．表示方法(1)用电子式表示离子化合物的形成过程：①Na2S：；②CaCl2：。
(2)写出下列物质的电子式①MgCl2：②Na2O2：③NaOH：④NH4Cl：。
2．(1)形成离子键的静电作用指的是阴、阳离子间的静电吸引吗？(2)形成离子键的元素一定是金属元素和非金属元素吗？仅由非金属元素组成的物质中一定不含离子键吗？(3)金属元素和非金属元素形成的化学键一定是离子键吗？(4)含有离子键的化合物中，一个阴离子可同时与几个阳离子形成静电作用吗？答案(1)既有阴、阳离子间的静电吸引，也有原子核与原子核之间、电子与电子之间的相互排斥。
(2)都不一定，如铵盐全是由非金属元素形成的。
(3)不一定，如AlCl3中的化学键就是共价键。
(4)可以，如Na2S，离子键没有方向性。
考点三共价键1．共价键(1)定义：原子间通过共用电子对所形成的相互作用(或化学键)。
(2)形成条件①一般非金属的原子间可形成共价键。
第五章晶体的点阵结构和晶体的性质
晶
胞 （1）晶胞的大小、形状
两 要
即晶胞参数a、b、c、a、b、g
素 （2）晶胞的内容
晶胞中原子的种类和位置. 表示原子位 置要用分数坐标.
分数坐标
晶胞中原子P 的位置用向量OP=xa+yb+zc代表. x、y、z
就是分数坐标，它们永远不会大于1.
立方面心晶胞净含4个原子，所以写出4组坐标即可:
14种布拉维格子之六: 四方体心（tI）
14种布拉维格子之七：三方晶系的六方R 心(hR)
R－Rhombohedron菱面体
三方晶系的六方简单 (hP)
六方简单 (hP)格子已用于六方晶系, 现在又可用于三方晶系, 所以只算一种格子. 尽管三方晶系的两种格子------六方简单(hP)和六方R心(hR)------形状都与六方 晶系的六方简单 (hP)格子相同, 但真实的三方晶体中只有三次对称轴而没有六次对 称轴, 六方晶体才有六次对称轴.(p242)
原子的分数坐标： A: 0 0 0 B: 1/2 1/2 1/2
NaCl型晶体
结构基元: A-B （每个晶胞中有4个结构基元）
原子的分数坐标： A: 0 0 0
0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0 B: 1/2 0 0 0 1/2 0 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2
立方ZnS型晶体
➢ 晶体的对称性定律
晶体中对称轴的轴次n不是任意的，只可能是n=1,2,3,4,6。 （自学：证明见课本235页）
5.3.1 晶体的宏观对称元素
5.3.2 晶体的32个点群
1, 2 ，3 ，4 ，6 ，4， m， i
晶体中可能的8种宏观对称元素 按一切可能的组合只有32 种，构成晶体学的32个点群（p240）。
第五章 晶体结构与性质
无 机 及 分 析 化 学
Chapter 5 晶体结构与性质
§5-1 晶体结构
(Structure of Crystal)
一、晶体特征
有一定的几何外形
m.p.
硫
有固定的熔点 各向异性
时间 t 石英
黄铁矿
紫水晶
干冰
金刚石和石墨
Inorganic & Anlytical Chemistry
无 机 及 分 析 化 学
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Chapter 5 晶体结构与性质
离子晶体的特征和性质 1. 结构特征
不存在单个分子； 正负离子有一定比例关系； 正负离子的空间排列方式不同，结构多样。
离子晶体三种典型的结构类型：
NaCl型
CsCl型
立方ZnS型
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Chapter 5 晶体结构与性质
四、金属晶体(metallic crystal)
凡靠金属键结合而成的晶体统称金属晶体。 晶格结点上排列的微粒是金属原子或金属正离子， 金属原子间的结合力为金属键。
The electron sea model of metals
C, B, Si,
原子
共价键
B4C, SiO2
分子
金属原子 正离子
分子间力 熔沸点低，硬度小， S8, P4, I2, 易挥发，不导电。 CO2, 冰, 萘 氢键 金属键
密度较大，有延展 性，导电、导热性 好； 熔沸点、硬度 相差较大。
Na，Cr， Fe，Cu， Zn，Hg
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第五章晶体结构一、单项选择题（每小题1分）1、NaCl 晶体的结构基元是（）A 、一个N a +B 、一个正当晶胞C 、一个Na +和一个Cl -D 、4个N a +和一个Cl -2、有一AB 型离子晶体，若γ+/γ-=0.57，则正离子的配位数为（）A 、4B 、6C 、8D 、123、某正交晶系的晶胞参数为a=500pm 、b=1000pm 、c=1500pm ，有一晶面在三个晶轴上的截长都是3000pm ，则该晶面的晶面指标为（）A 、（321）B 、（632）C 、（236）D 、（123）4、AgF 属于NaCl 型晶体，一个晶胞中含有多少个Ag +？（）A 、6B 、4C 、2D 、15、晶体的宏观对称操作的集合可以划分为多少个点群？（）A 、8B 、32C 、14D 、76、已知金属Cs 为具有立方体心的晶胞，则其配位数为（）A 、12B 、8C 、6D 、47、立方晶系中，下列哪种点阵型式不存在？（）A 、立方P B 、体心I C 、底心C D 、面心F 8、根据正当单位选取原则，下列各组平面格子属于正当格子的组是（）（1）正方的带心格子（2）六方带心格子（3）平行四边形的带心格子（4）矩形带心格子A 、（1）（3）（4）B 、（1）（2）（4）C 、（4）D 、（1）（3）9、空间点阵中下列形状不存在的是（）A 、立方I B 、四方C C 、四方I D 、正交C 10、已知某金属的晶体结构属A 3型堆积，其原子半径为r ，则其晶胞的边长b 、c 等于（）A 、b=2r ，c=42r/3B 、b=c=4r/3C 、b=4r/3，c=4r/2D 、b=c=4r/211、由实验确定Cu 属于立方面心结构，晶胞参数为a ，则Cu-Cu 键长等于（）A 、2a/4B 、2a/2C 、3a/4D 、3a/212、已知钨属立方晶系，晶胞参数a=315.7pm ，密度ρ=1.9×104kg/m 3，分子量m=183.92，由此可推测该晶体是（）A 、立方PB 、立方IC 、立方FD 、立方C 13、等经圆球作A 2型堆积，其密置列方向在（）A 、a B 、b C 、c D 、a+b+c 14、KBr 晶体中K +的半径135pm ，KBr 的键长为328pm ，其负离子配位多面体的形状为（）A 、直线型B 、正方形C 、四面体D 、八面体15、有一AB 晶胞、其中A 和B 原子的分数坐标为A （0，0，0），B （21，21，21），属于什么点阵？（）A 、立方体心B 、立方面心C 、立方底心D 、简单立方16、（211）晶面表示了晶面在晶轴上的截距为（）A 、2a 、b 、cB 、a 、2b 、2cC 、a 、b 、cD 、2a 、b 、2cE 、2a 、2b 、c 17、理想晶体不可能属于下列哪些点群？（）A 、D 3h B 、D 5h C 、D 4h D 、D 6h18、在A 1型等经圆球密堆积中，密置层为（）A 、（100）面B 、（110）面C 、（111）面D 、（210）面19、链型聚乙烯的结构基元包括（）A 、1C ，2H B 、2C ，4H C 、3C ，6H D 、2C ，3H 20、下列空间点阵的性质的论述哪条不对？（）A 、空间点阵不论如何取法，素单位体积不变。
B 、空间点阵只可取出一平行六面体素单位。
C 、空间点阵只可分解为一组平行且间距相等的平面点阵。
D 、抽取的平面点阵间距越大，则素单位面积越大。
21、对于金刚石晶体结构，下面叙述何者不对（）A 、类似于立方ZnS 型结构B 、晶胞中含有4个碳原子C 、空间利用率仅34.01%D 、属A 4堆积方式22、某晶体属于立方晶系，一晶面截x 轴21a ，y 轴于31b ，z 轴于41c ，则该晶面的指标为（）A 、（364）B 、（234）C 、（2，13）D 、（468）23、根据宏观对称要素知道某晶体质D 2h 点群，由此可判断此晶体属于什么晶系（）A 、四方B 、立方C 、正交D 、单斜24、假设有一AB 晶体，属于正交底心，每个晶胞中有两个A 原子和2个B 原子，若A 原子的坐标是（0，0，0），（21，21，0），一个B 原子的坐标是（41，41，21），则另一个B 原子的分数坐标应是（）A 、（1，1，0）B 、（1，0，1）C 、（1，1，1）D 、（3，3，1）25、有一AB 4型晶体，属立方晶系，每个晶胞中有一个A 和4个B ，1个A 的坐标是（21，21，21），4个B 的坐标分别是（0，0，0），（21，21，0）（21，0，21），（0，21，21），此晶体的点阵型式是（）A 、立方PB 、立方IC 、立方FD 、立方C 26、NaCl 晶体属于下列哪种点阵型式（）A 、立方P B 、立方I C 、立方F D 、立方C 27、C S C 1晶体属于下列哪里点阵型式（）A 、立方P B 、立方I C 、立方F D 、立方C 28、按正当格子的要求，空间点阵可划分为几种形式（）A 、3B 、7C 、32D 、1429、正交晶系有几种点阵形式（）A 、1B 、2C 、3D 、430、单斜晶系有几种点阵形式（）A 、1B 、2C 、3D 、431、四方点阵的两种型式为（）A 、P 、I B 、P 、F C 、C 、F D 、I 、F 32、石墨属于（）型晶体A 、金属晶体B 、分子晶体C 、混合键型晶体D 、共价键型晶体二、多项选择题（每小题2分）1、下面不属于正当单位的平面格子是（）A 、正方格子B 、六方格子C 、带心六方格子D 、带心平方四边形E 、带心矩形格子2、四方晶系中下列哪种点阵形式不存在（）A 、四方P B 、四方C C 、四方I D 、四方F3、关于NaCl 晶体下列说法不正确的是（）A 、属立方面心点阵B 、属On 点群C 、结构基元为一个晶胞D 、N a +的周围有六个Cl -E 、属中级晶族4、关于单斜晶系下面描述正确的是（）A 、a ≠b ≠c B 、α=γ=90°≠βC 、a=b ≠c D 、α=β=γE 、α=β=γ=90°5、晶体中不存在的宏观对称元素为（）A 、3B 、4C 、5D 、6E 、76、金属晶体属最密堆积方式的有（）A 、A 1堆积B 、A 2堆积C 、A 3堆积D 、A 4堆积7、关于最密堆积下面叙述不正确的是（）A 、每个球的配位数为12B 、空间判用率为68.02%C 、球数：四面体空隙数：八面体空隙数均1：2：1D 、每个结构基元包括两个球8、关于离子晶体正离子的配位数下面叙述正确的是（）A 、由正离子半径决定B 、由负离子半径决定C 、由正、负离子半径比决定D 、r +/r -越大配位数越大E 、r +/r -越大配位数越小9、关于CsCl 晶体下面叙述不正确的是（）A 、可划出立方体心点阵B 、属立方P 点阵C 、配位比为6：6D 、结构基元为一个CsCl E 、分数坐标为（0，0，0）（21，21，21）10、下面关于金刚石的叙述不正确的是（）A 、属原子晶体B 、属共价键型晶体C 、碳原子采取sp 3杂化D 、一个晶胞包含4个碳原子E 、属立方P 点阵三、填空题（每小题1分）1、晶体的坐标轴x 、y 、z 分别和向量平行。
2、为了研究方便，常选单位，即正当单位。
3、晶体结构可表示为：晶体结构=。
4、没有四方C 点阵形式，因为四方C 可以化为。
5、只含有一个点阵点的单位称为。
6、一个素晶胞含有一个。
7、晶体按理想外形的对称性，可划分为晶系。
8、某金属采取A 3型密堆积，其晶体的点阵形式为单位格子的点阵点数，每个晶胞中含有原子。
9、CO2晶体中存在哪些键型。
10、链状聚乙烯分子可抽象为一直线点阵，每个点阵点中含有个C-C键和个C-H键。
11、从CsCl晶体中能抽出点阵，结构基元是，所属晶系的特征对称元素是。
12、原子按六方最密堆积排列，原子在六方晶胞中的分数坐标为。
13、属于立方晶系的点阵有。
14、属四方晶系的点阵有。
15、晶体宏观对称元素可有、、、四种类型。
16、晶体宏观外形中的对称元素进行一切可能的组合，可得个空间点阵形式。
17、在A1型堆积中，球数：正四面体空隙数：八面体空隙数=。
18、实验测得r Ca2+=99pm，r S2-=184pm，推测CaS晶体中Ca2+周围由S2+构成配位多面体，配位数是。
19、立方晶系国际记号中位序方向为。
20、最密堆积的空间占有率为。
四、判断对错并说明理由（每小题2分）1、在平面点阵中，按平移向量可划出多种平面点阵单位。
（）2、在平面点阵中，按平移向量可划出多种正当格子。
（）3、晶体中，一个晶胞就是一个结构基元。
（）4、晶体外形的宏观对称元素中的对称轴的轴次只限于n=1，2，3，4，6。
（）5、立方晶系有立方P、I、F、C四种点阵形式。
（）6、A1堆积和A3堆积堆积方式不同，但具有相同的空间占有率。
（）7、在A3堆积中，晶胞中有两个球，即两个结构基元。
（）8、C S C1晶体属立方I点阵。
（）9、离子晶体的配位数，取决于正负离子的比例。
（）10、石墨和金刚石均属共价型原子晶体。
（）五、简答题（每小题5分）1、何谓点阵（严格定义）？2、何谓结构基元？3、何谓晶胞的两个基本要素？各用什么表示？4、何谓晶面指标？5、在空间点阵中为什么没有立方底心点阵？6、在空间点阵中为什么没有四方面心点阵？7、按正当格子的要求，空间正当格子只有七种形状，十四种型式。
请分别写出它们的名称？8、为什么石墨可用作润滑剂？9、晶体的宏观对称元素有哪几种？10、为何A3型金属延展性较差？六、计算题（每小题5分）1、求立方P的晶面间距？2、金属钠晶体为体心立方点阵，a=429pm，求（1）Na的原子半径。
（2）金属Na的密度。
3、KCl属于NaCl型晶体，实验测得KCl的晶胞参数a=6.28pm，且已知cl-半径为181pm，求k+半径。
4、石墨的层状结构如图所示，已知C-C键长为142pm，从中抽取正当格子，计算两素向量的长度a、b，每个正当格子含有几个C原子，2个C-C键？5、已知金属N i为A1型结构，原子间最近接触距离为249.2pm，试计算立方晶胞的边长以及金属N i的密度。
6、NaH具有N a Cl结构，立方晶胞参数a=488pm，已知N a+半径为98pm，推算负离子H-的半径。
7、已知MgS和MnS的晶胞参数具有相同的数值520pm，所以是负负离子接触，而正负离子不接触。
CaS（a=567pm）为正负离子接触而负负离子不接触，试求S2-和C a2+的离子半径各是多少？8、B e2+离子半径为34pm，S2-半径为184pm，问BeS晶体中每个Be2+周围有几个配位的S2-，配位多面体的构型是什么？。