高中化学竞赛--晶体结构 ppt课件
高中化学竞赛专题讲解之晶体结构
⑶平面点阵指标（或晶面指标、密勒指标）册门
空间点阵可以划分为一组相互平行、间距相等的平面点阵。
设一组平而点阵和三个坐标轴相交，其中一个平面在三个轴上的截距分别为畑sb, tc, t称为截数。有时平面会及某个轴平行，这时，在该轴上的截距为无穷大，为了避免易截数进一步化 作互质的整数力;匕r,
【例】三维实例：金属Na。每个Na原子的周围环境都相同，结构基元应只含有1个Na原子。左侧的立方体中含有2个N&原子（每个顶点提供1/8个Na原子，中心提供1个Na原子），它不是结构基元，右侧图中虚线部分包围的平行六面体给出了一种正确的选法。
【例】三维实例：金属Cu（左图所示立方体的每个顶点和每个面的中心有一个Cu原子）。 每个Cu原子的周围环境都相同，结构基元只含有1个Cu原子。右侧图中虚线部分所示 平行六面体为一个结构基元。
按照选择的素向量，将点阵点连上线，把空间点阵划分并置堆砌的平行六面体（这时,
每个顶点被八个平行六面体共有），空间点阵形成的由线连成的格子称为晶格。
划分出的每个平行六面体为一个单位。平行六而体单位顶点上的点阵点，对每个单位的
平均贡献为1/8；面上的点阵点对每个单位的贡献为1/2,内部的点阵点，对每个单位的
2.周期性
3席秒很Ml就1%眩
上而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，就构成了上而的图形。
最小重复单位的选择不是唯一的,例如，在图Q)中，下而任何一个图案都可以作为最 小的重复单位。
日常生活中接触到的食盐、糖、洗涤用碱、金属、岩石、砂子、水泥等都主要由晶体组 成，这些物质中的的晶粒大小不一，如，食盐中的晶粒大小以毫米计，金属中的晶粒大 小以微米计。晶体有着广泛的应用。从日常电器到科学仪器，很多部件都是由各种天然 或人工晶体而成，如，石英钟、晶体管，电视机屏幕上的荧光粉，激光器中的宝石，计 算机中的磁芯等等。
高中化学 九月初赛专题之晶体结构竞赛
现吨市安达阳光实验学校晶体结构【竞赛要求】晶胞。
原子坐标。
晶格能。
晶胞子数或分子数的计算及化学式的关系。
分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。
配位数。
晶体的堆积与填隙模型。
常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、萤石（CaF2）、石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜。
点阵的基本概念。
晶系。
宏观对称元素。
十四种空间点阵类型。
1、什么是点阵？什么是结构基元？什么是晶胞？什么是素晶胞、复晶胞？什么是正当晶胞？什么是晶格？什么是晶格能？十四种空间点阵类型有哪些？2、晶体的7个晶系及其特征对称元素。
平行六面体的6种晶胞。
3、画出各种物质的晶胞，考虑阳离子作何种堆积，阴离子占据何种空隙。
CaF2 NaCl CsCl ZnS(立方六方) CdCl2 CdI2 NiAs TiO2 CaTiO34、画出各种物质的晶胞石石墨α-硒冰干冰钾镁铜5、晶体中常见的对称元素和对称操作有哪些？练习：一．（9分）下图所示为HgCl2和不同浓度NH3－NH4Cl反得到的两种含汞的化合物A和B的微观结构重复单元图。
1．写出A、B的化学式和B的生成反方程式；2．晶体A中，NH3、Cl的堆积方式是否相同，为什么？3．晶体A中Hg占据什么典型位置，占有率是多少 4．指出B中阴阳离子组成特点；5．比较A和B在水溶液中溶解性的大小。
二．（14分）钛酸锶是电子工业的重要原料，与BaTO3相比，具有电损耗低，色散频率高，对温度、机械变、直流偏场具有优良稳性。
因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件。
制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到。
我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶，粒子呈球形，粒径分布较均匀，平均22nm。
已知SrTiO3立方晶胞参数a＝390.5pm。
1．写出水热法合成纳米钛酸锶的反方程式；2．SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2＋和O2－在一起进行（面心）立方最密堆积（ccp），它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由O2－构成，另一种由Sr2＋和O2－一起构成，Ti4＋只填充在O2－构成的八面体空隙中。
高中化学无机化学竞赛辅导课件.ppt
• d区元素的化合物
• 离子极化对ds区元素化合物性质的影响
•
颜色
•
溶解
•
HgF2 HgCl2 HgBr2 HgI2 水解性质
• Hg2+ 与卤素及拟卤离子形成的配合物 HgX42-
• HgNH2X
4) 常见配位化合物及配位数 Cu(I) Cu(NH3)2+ CuCl3- Cu(CN)43Cu(II) 配位数通常为4 CuCl42- Cu(NH3)42+ Cu(CN)42Ag(I) 配位数通常为2 Ag(NH3)2+ Ag(S2O3)23- Ag(CN)2Zn(II) 配位数为4和6 ZnCl42- Zn(NH3)42+ Zn(NH3)62+ Cd(II) 常见配位数为4 Hg(II) 配位数为4 与卤素和类卤离子
• 氢键
•
强弱次序：
F—H ···F > O—H ···O > O—H ···N &g ···Cl > O—H ···S
特点： 是特殊的分子间作用力
具有方向性和饱和性
晶体结构
1. 晶格和点阵、晶胞 晶系：立方 四方 正交 单斜 三斜 三方 六方
2. 金属晶体—堆积 非密置层的堆积：简单立方和体心立方 密堆积：立方密堆—面心立方 六方密堆—六方晶胞 空间利用率及配位数
• 离子晶体 • CsCl 负离子成简单立方堆积，正离子占据立方体间隙。
NaCl 负离子成面心立方堆积，正离子占据八面体体间隙。
ZnS 负离子成面心立方堆积，正离子占据四面体间隙。
• 分子晶体
• 共价晶体
•
金刚石和石墨的结构
• 离子极化 • 离子的极化能力 • 离子的变形性 • 离子极化对键型和晶型的影响
晶体结构
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构 根据晶胞的几何特征，晶胞可以有7种，其名称、外形及晶胞参数如下表：名称外形 晶胞参数 立方a=b=c ，α=β=γ=90︒，只有一个晶胞参数a 四方a=b≠c ，α=β=γ=90︒，有2个晶胞参数a 和b 六方a=b≠c ，α=β=90︒，γ=120︒，有2个晶胞参数a 和c 正交a≠b≠c ，α=γ=90︒，有3个晶胞参数a 、b 和c 单斜a≠b≠c ，α=γ= 90︒，β≠90︒，有4个晶胞参数a 、b 、c 和β 三斜a≠b≠c ，α≠β≠γ，有6个晶胞参数a 、b 、c 、α、β和γ 菱方a =b =c ，α=β=γ≠90︒，有2个晶胞参数a 和α这种晶胞最早是由法国晶体学家布拉维提出的，全名是布拉维晶胞。
根据晶胞中所含结构基元〔可以理解为晶体中具有完全相同的化学环境，能体现晶体组成的最小构成微粒（原子、分子、离子或原子团）〕，可以分为素晶胞和复晶胞两大类。
素晶胞是最小的晶胞，其内容物的组成相当于结构基元的组成。
复晶胞则为素晶胞的多倍体。
复晶胞分体心晶胞、面心晶胞和底心晶胞三种，分别是素晶胞的2倍体、4倍体和2倍体，即其内容物相当于2、4、2个结构基元。
体心晶胞的特征是：将晶胞的框架移至体心位置（注意：只移动框架不移动原子），所得到的新的晶胞与原晶胞没有任何差别，这种特征叫体心位移。
归纳为下表即为：晶胞含结构基元 特征 素晶胞1 最小的晶胞 复晶胞 体心晶胞2 可作体心位移 面心晶胞4 可作面心位移 底心晶胞 2 可作底心位移【问题与思考】右图中的金属钠和氯化铯是不是体心晶胞？【分析与归纳】是不是体心晶胞关键就是看能否作体心位移，也是把晶胞的框架移至晶胞体心位置，所得新晶胞（图中虚线）与原晶胞（实线）是否毫无差别，如果无差别则是体心晶胞，否则不是。
由此可知金属钠是体心晶胞，氯化铯不是。
金属钠的结构基元是一个钠原子，一个钠晶胞中有2个钠原子，因此它是一个复晶胞（含2个结构基元）；氯化铯的结构基元是1Cs +＋1Cl -，一个晶胞中含一个Cs +和一个Cl -，为素晶胞。
晶体结构
• 解：
• a=b=2×1.36×10—8cm， c=1.633a=1.633×2×1.36×10—8cm
• V=a2csin60º
zM N AV
2M NA a2 sin 60c
6.021023
2 98 103 3 8 (2 0.136109)3
23
1.14104 kg / m3
1.面心立方最密堆积(A1)和六方最密堆 积(A3)
• 原子数：四面体空隙数：八面体空隙数
=1:2:1
A1以正四面体空隙、正八面体空隙、正四面体 空隙为一个单位重复排布。
5.晶胞中四面体空隙和八面体空隙
八面体空隙个数=12×1/4+1=4 四面体空隙个数=8
• A3：四面体空隙中心的坐标参数分别为
(0,0, 3)、（0,0，5）、（2，1，1）、（2，1，7）
• 点阵参数
a a ,b b ,c c
b c, a c, a b
• 空间点阵分两类： • 素单位：每个单位中包含一个点阵点。 • 复单位：每个单位中包含2个或2个以
上点阵点 • 空间格子（晶格）： • 空间点阵按照确定的平行六面体单位
连线划分，获得一套直线网格。
若平面周期性结构系按下列单位并置重复 堆砌而成，请画出它们的点阵素单位，并 写出每个素单位中白圈和黑圈的数目比
体心立方密堆积(A2) 非最密
面心立方最密堆积和六方最密堆积这两种最密堆积 方式，每个球的配位数为12。有相同的空间利用率， 均为74.05%。
金属晶体
• 简单立方：Po • A1:面心立方紧堆晶格 • Sr、Ca、Pb、Ag、Au、Al、Cu、Ni等 • A2：体心立方晶格
K、Rb、Cs、Li、Na、Cr、Mo、W、Fe等 A3六方紧堆晶格
人教版高中化学选择性必修二第3章晶体结构与性质第1节第2课时晶胞晶体结构的测定课件
。
。
解析:(1)由题图可知,该晶胞中 N(Cu)=8×+8×=3,N(Ba)=2,
N(Y)=1,N(O)=12× +8× =7,
则钇钡铜氧的化学式为 YBa2Cu3O7。
(2)根据题中各元素的化合价,以及化合物中各元素的正负化
合价的代数和为零可知,+2价铜与+3价铜的化合价之和为7,
于体心,数目为 1,化学式为 XY3Z,D 项正确。
2.最近发现一种由R、Q、T三种原子构成的气态团簇分子,
其分子模型如图所示,则该分子的化学式为(
)。
A.RQT
C.RQ3T
答案:D
B.RQ2T
D.R8Q6T
二、晶体结构的测定
1.测定晶体结构最常用的仪器是 X射线衍射仪 。当单
一波长X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会
确;B 项中,晶胞中含有 X、Y 的个数比为 1∶(8×)=1∶1,化学式
为 XY,B 项错误;C 项中,晶胞中含有 X 的数目为 4×+1=,晶胞
中含有 Y 的数目为 4× = ,化学式为 X3Y,C 项正确;D 项中,晶
胞中含有 X 的数目为 8×=1,晶胞中含有 Y 的数目为 6×=3,Z 位
(1)晶胞是晶体的最小重复单元。( √ )
(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。( × )
(3)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。( × )
微训练 1.下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单
元的排列方式,图中:○—X,·—Y,⊗—Z。其中对应的化学式
安徽安徽高中化学竞赛无机化学第六章晶体结构基础
安徽安徽高中化学竞赛无机化学第六章晶体结构基础6. 0. 01 晶体的四种差不多类型：依照晶体中微粒之间相互作用的性质，能够将晶体分成4种差不多类型：离子晶体、金属晶体、分子晶体和原子晶体。
6. 1. 01 分子晶体及其物理性质：分子之间以分子间作用力结合成的晶体称为分子晶体。
由于熔、沸点较低，因此分子晶体一样要在较低的温度下才能形成，而在常温时多以气体形式存在。
分子晶体的硬度较小，导电性能一样较差，因为电子从一个分子传导到另一个分子专门不容易。
6. 1. 02 极性分子：分子的正电荷重心和负电荷重心不重合，则为极性分子。
6. 1. 03 偶极矩：极性分子的极性能够用偶极矩m 来度量。
若正电荷（或负电荷）重心上的电荷量为q，正、负电荷重心之间距离即偶极长为d，则偶极矩m = q d6. 1. 04 偶极矩的单位：当d = 1.0 ´10－10 m，即d 为 1 ，q = 1.602 ´10－19 C，即q 为电子的电荷量时，偶极矩m = 4.8 D。
D 为偶极矩单位，称为德拜。
在国际单位制中，偶极矩m以C•m（库仑•米）为单位，当q = 1 C，d = 1 m时，m = 1 C•m。
C•m 与D 这两种偶极矩单位的换算关系为= 3.34 ´10－30 C•m6. 1. 05 永久偶极：极性分子的偶极矩称为永久偶极，偶极矩的矢量方向由正极指向负极。
多原子分子中的大p 键及孤电子对，有时也阻碍分子的偶极矩。
6. 1. 06 诱导偶极：非极性分子在外电场的作用下，能够变成具有一定偶极矩的极性分子，如下面左图所示。
而极性分子在外电场作用下，其偶极矩也能够增大，如下面右图所示。
在电场的阻碍下产生的偶极称为诱导偶极。
6. 1. 07 阻碍诱导偶极的因素：诱导偶极强度大小与电场强度成正比，也与分子的变形性成正比。
所谓分子的变形性，即分子的正、负电荷重心的可分程度。
分子体积越大，电子越多，变形性越大。
化学竟赛晶体结构
金属的延展性
++
+
+++
+
+
++
+
+++
++
+
+
+
++
外力
自由电子
+ 金属离子
+++
+
++
+
+
++
++++
+++
+
+++
+
金属原子
金属导热的原因
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子发生碰 撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块 金属达到相同的温度。
Na+Cl-
+ Na
Cl-
返回
食盐的晶体结构图
Cl
+ Na
可见：在NaCl晶体中，钠离子、氯离子按一定的规律在空间排列成立方体。每个钠 离子周围同时吸引着6个氯离子，每个氯离子也同时吸引着6个钠离子。
6
5 1
2
3
Cl
Na +
4
6
1 2
5 4
3
CsCl晶体
在晶体结构中最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的 晶胞，求阴、阳 离子个数比的方
=1/2×面心粒子数 =1×体心粒子数
在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿， 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示 试回答：
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由盖斯定律：△H6= △H1 +△H2+△H3+△H4+△H5 所以：△H5=△H6－（△H1 +△H2+△H3+△H4） 即：U = △H1 +△H2+△H3+△H4－△H6 =108.8+119.7+496－348.7+410.9 = 186.7 kJ· mol –1 以上关系称为Born-Haber循环
（2）易形成稳定离子 Na+（2s22p6），Clˉ（3s23p6），达到稀有气体稳定结构， AgCl均 为离子化合物；而C和Si 原子的电子结构为ns2np2，要失去全 部价电子形成稳定离子，比较困难，所以一般不形成离子键。 如CCl4、SiF4 等，均为共价化合物。 （3）形成离子键，释放能量大 Nas +1/2 Cl2g= NaCls △H = －410.9 kJ· mol –1 在形成离子键时，以放热的形式，释放较大的能量。
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3、影响离子键强度的因素 从离子键的实质是静电引力 F ∝ (q1q2) / r2出发，影响 F 大小的因素有：离子的电荷数q 和离子之间的距离 r（与离子半 径的大小相关）。 （1）离子电荷数的影响 电荷高，离子键强。 （2）离子半径的影响 半径小，则作用力大。 （3）离子半径概念 将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间 距 d 是r+ 和r – 之和。 1926年，哥德希密特（Goldschmidt）用光学方法测定， 得到了F– 和O2– 的半径，分别为133 pm 和132 pm，结合X射线 衍射数据得到一系列离子半径：这种半径为哥德希密特半径。 1927年，Pauling 用最外层电子到核的距离，定义为离子半径， 并利用有效核电荷等关系，求出一套离子半径数据，称为 7 ppt课件 Pauling 半径。
（二）离子键的特征
1、作用力的实质是静电引力 F ∝（q1q2）/ r2 （q1、q2分别为正负离子所带电量） 2、离子键无方向性、无饱和性 因为是静电吸引，所以无方向性；且只要是正负离子之间， 则彼此吸引，即无饱和性。
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（三）离子键的强度
1、键能和晶格能 以 NaCl 为例： 键能：1mol 气态 NaCl 分子，离解成气体原子时，所吸收的能 量。用E i 表示。 NaClg= Na+g + Clg △H = 键能E i越大，表示离子键越强。 晶格能：气态的正负离子，结合成 1mol NaCl 晶体时，放出的 能量。用 U 表示。 Na+g+ Cl–g= NaCls △H = －U（U为正值） 晶格能 U 越大，则形成离子键时放出的能量越多，离子键越强。 键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。通常， 晶格能比较常用。如何求得晶格能? 2、玻恩-哈伯循环 ( Born-Haber Circulation) Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数 据出发，计算晶格能。具体如下：
发生错位，正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子 键失去作用，故无延展性。如CaCO3可用于雕刻，而不可用于 锻造，即不具有延展性。 ppt课件 8
（五）离子晶体的空间结构
1、对称性 （1）旋转和对称轴 n重轴，360度旋转，可以重复n次。 （2）反映和对称面晶体中可以找到对称面。 （3）反映和对称中心晶体中可以找到对称中心。 2、晶胞 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，即具有相同的对称元素 （对称轴，对称面和对称中心）。晶胞是晶体中具有上述代表性 的体积最小，直角最多的平行六面体。
（四）离子晶体的特点
1、无确定的分子量 NaCl 晶体是个大分子，无单独的NaCl分子存在于分子中。 NaCl是化学式，因而 58.5 是式量，不是分子量。 2、导电性 水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移导电，而不是 通过电子流动而导电。 3、熔点沸点较高 4、硬度高，延展性差 因离子键强度大，所以硬度高。如果发生位错：
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【知识点击】
一、离子键理论
1916 年德国科学家Kossel(科塞尔)提出离子键理论。
（一）离子键的形成
• • • • • • • 1、形成过程 （1）电子转移形成离子 （2）靠静电吸引，形成化学键. 2、离子键的形成条件 （1）元素的电负性差要比较大 △X > 1.7形成离子键； △X < 1.7形成共价键。化合物中不存在纯离子键， NaF 中也 有共价键的成分， △X > 1.7，实际上是指离子键的成分大于 3 ppt课件 50%。
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3、离子晶体的空间结构 （1）离子晶体的堆积填隙模型 在离子晶体中，占据晶格结点的是正离子和负离子，负离子 半径一般比正离子大，因此负离子在占据空间方面起着主导作用。 在简单的二元离子晶体中，负离子只有一种，可以认为负离子按 一定的方式堆积，而正离子填充在其间的空隙中。常见的负离子 堆积方式有三种：立方密堆积或称面心立方密堆积，六方密堆积 和简单立方堆积。最后一种不是密堆积，它的晶胞是立方体，八 个角顶上各有一个负离子。在立方密堆积和六方密堆积中有两种 空隙：一种是四个相邻的负离子所包围的空隙，称为四面体空隙； 一种是由六个相邻的负离子所包围的空隙，称为八面体空隙。这 两种密堆积结构中，负离子数︰八面体空隙数︰四面体空隙数 = 1 ︰1︰2。在简单立方堆积中，只有一种空隙，即由八个相邻的负 离子 所包围的立方体空隙，而负离子数︰立方体空隙数= 1︰1。 正负离子配位数（CN）一般可由正负离子半径比规则确定： r+ /r－ = 0.225 － 0.414时，CN为4； r+ /r－ = 0.414 － 0.732时，CN为6； 10 ppt课件 r+ /r－ = 0.732 － 1时， CN为8。
高中化学竞赛
【第六讲 晶体结构】
河南省太康县第一高级中学----乔纯杰
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【竞赛基本要求】
• • • • •
1、晶胞。 2、晶格能。 3、晶胞的相关计算。 4、分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。 5、常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿 （ZnS）、萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、 干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。 • 6、点阵的基本概念、晶系、宏观对称元素；十四种 空间点阵类型。 • 7、分子间作用力、范德华力、氢键的概念。