高中化学 第3章第1节 认识晶体 第1课时学案 鲁科版选修3

第1课时晶体的特性和晶体结构的堆积模型

[学习目标定位] 1.熟知晶体的概念、晶体的类型和晶体的分类依据。2.知道晶体结构的堆积模型。

一、晶体的特性

1．晶体与非晶体

(1)晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。如金刚石、食盐、干冰等。

(2)非晶体：内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。如橡胶、玻璃、

松香等。

2．晶体的特性：

(1)自范性：晶体在适宜条件下可以自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。

(2)各向异性：是指在不同的方向上表现出不同的物理性质，如强度、导热性、光学性质等。

(3)对称性：晶体具有特定的对称性，如规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有轴对称性，也有面对称性。

(4)晶体具有固定的熔、沸点。

3．常见的四种晶体类型

晶体类型构成微粒种类微粒间的相互作用实例

离子晶体阴、阳离子离子键NaCl

金属晶体金属原子金属键Cu

原子晶体原子共价键金刚石

分子晶体分子分子间作用力干冰

(1)晶体与非晶体的区别

外观微观结构自范性各向异性熔、沸点

晶体具有规则几何外形微粒在三维空

间呈周期性有

序排列

有各向异性固定

非晶体不具有规则几何外形微粒排列相对

无序

无各向同性不固定

本质

微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列区别

间接方法看是否有固定的熔点

科学方法对固体进行X射线衍射实验

(3)

例1不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是( )

A．石墨和金刚石是同素异形体

B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列

C．石墨的熔点为3 625 ℃

D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线

答案 A

解析原子在三维空间里呈有序排列、有自范性、有固定的熔点、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分明的斑点或明锐的谱线等特征，都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现，故B、C、D能够支持石墨是晶体这一事实。而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。

例2下列叙述中正确的是( )

A．具有规则几何外形的固体一定是晶体

B．具有特定对称性的固体一定是晶体

C．具有各向异性的固体一定是晶体

D．依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体

答案 C

解析晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部粒子规律性排列的外部反映，有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，故A、B两项错误；具有各向异性的固体一定是晶体，C项正确；晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体是依据构成晶体的微粒的种类和微粒间相互作用的不同，故D项错误。

易错警示

晶体具有规则的几何外形，但具有规则几何外形的固体不一定是晶体。非晶体也可以打磨成规则的几何外形，但仍不是晶体。

二、晶体结构的堆积模型

1．晶体结构的密堆积的原理

金属原子、离子或分子在没有其他因素(如氢键)影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此都趋向于使原子、离子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，

使晶体变得比较稳定。

2．等径圆球的密堆积(金属晶体)

(1) 单列紧密堆积方式：

等径圆球在一列上进行紧密堆积的方式只有一种，即所有的圆球都在一条直线上排列，如图所示：

(2) 同层紧密堆积方式：

①等径圆球在一列上进行紧密堆积的方式只有一种，即只有当每个等径圆球与周围六个圆球相接触时才能做到最紧密堆积，这样形成的层称为密置层。

②晶体中一个原子周围距离相等且最近的原子的数目叫配位数。非密置层的配位数是4，密置层的配位数是6。

③密置层放置的平面利用率比非密置层放置的要高。

(3)多层紧密堆积的方式

观察分析图，并结合教材内容回答下列问题：

①图1所示密置层排列方式为“…ABAB…”，这种堆积方式称为A3型最密堆积，其堆积特点是B的上层与B的下层两层中的球的球心相对应，其配位数为12。

②图2所示密置层排列方式为“…ABCABC…”，这种堆积方式称为A1型最密堆积，其堆积特点是A、B、C三层球的球心位置均不同，其配位数为12。

3．非等径圆球的密堆积(离子晶体)

(1)由于阴、阳离子的半径不同，因此离子晶体为不等径圆球的密堆积，可以将这种堆积方式看成是大球先按一定的方式做等径圆球的密堆积，小球再填充在大球所形成的空隙中。(2)在一些离子晶体中，阴离子半径较大，应先将阴离子看成是等径圆球进行密堆积，而阳离子有序地填在阴离子所形成的空隙中。例如，NaCl晶体中的Cl－按A1型方式进行最密堆积，Na＋填在Cl－所形成的空隙中；ZnS晶体中S2－按A1型方式进行最密堆积，Zn2＋填入S2－所形成的空隙中。

(1)只有晶体微粒间的作用力不具有方向性和饱和性才遵循紧密堆积原理。

①金属晶体采用等径圆球的密堆积，是因为金属键无方向性和饱和性。

②离子晶体采用不等径圆球的密堆积，是因为离子键无方向性和饱和性。

③不含氢键的分子晶体尽可能采用紧密堆积方式，因为范德华力没有方向性和饱和性。分子晶体中分子的堆积与分子的形状有关，如干冰中CO2分子呈直线形，CO2晶体在空间是按A1型最密堆积方式形成晶体的。

若分子间靠氢键形成晶体，则不采取密堆积结构，因为氢键有方向性，一个分子周围其他分子的数目和堆积方向是一定的。如苯甲酸晶体、冰等。

④原子晶体中微粒堆积不服从紧密堆积原理。

原子晶体中微粒间以共价键相结合，由于共价键具有饱和性和方向性，就决定了一个原子周围的其他原子的数目不仅是很有限的，而且堆积方向也是一定的。

(2)A1型和A3型最密堆积的方式不同，但都是同一层上每个球与同层中周围6个球相接触，同时又与上下两层中各3个球相接触，所以它们的配位数都为12。

例3如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是( )

A．此堆积方式属于非最密堆积

B．此堆积方式为A1型最密堆积

C．配位数为8

D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同

答案 D

解析据图可看出，镉的堆积方式为“…ABAB…”，为A3型，而铜的堆积方式为A1型，故A、B两项错误，D项正确；A3型最密堆积的配位数为12，即中间一层有6个，上下两层各有3个，C项错误。

方法规律

晶体的A1型和A3型最密堆积中，晶体微粒的配位数都是12。

例4下列叙述中不正确的是( )

A．氯化钠的晶体结构为非等径圆球密堆积

B．晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定

C．因为共价键有饱和性和方向性，所以原子晶体不遵循紧密堆积原则

D．金属铜和镁均以“…ABAB…”方式堆积