精品解析：第22讲晶体结构与性质

第22讲 晶体结构与性质 1.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 2.了解分子晶体结构与性质的关系。 3.了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 4.了解金属晶体常见的堆积方式。 5.了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。 考点一 晶体的结构 1.晶体： (1)晶体的定义：微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。 (2)晶体的特性：有规则的几何外形(自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的、规则的多面体外形)；有确定的熔点；各向异性：在不同的方向上表现不同的性质；具有特定的对称性。 2.晶胞：由于晶体中的微粒排列呈现周期性，因此研究晶体结构时只需找出最小的重复单元加以分析，就知道整个晶体的结构了。 (1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。 (2)晶体与晶胞的关系：数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。 (3)均摊法求化学式：均摊法是指每个晶胞平均拥有的粒子数目。若某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有1/N属于此晶胞。以正方体晶胞为例，晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献为：顶点原子1/8属于此晶胞、棱上原子1/4属于此晶胞、面上原子1/2属于此晶胞、体内原子完全属于此晶胞。 (4)有关晶胞各物理量的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol该晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg；又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积，单位为cm3)，则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM=ρa3NA。 3.晶体的结构：在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，由于金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的其他原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___________即排列服从紧密堆积原理；对原子晶体，受共价键的方向性和饱和性的影响，其空间排列与方向性一致。 (1)金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。 ①金属Po(钋)中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为6，一个晶胞中含有1个原子。 ②金属Na、K、Cr、Mo(钼)、W等中金属原子堆积方式是体心立方堆积，原子的配位数为8，一个晶胞中含有2个原子。 ③金属Mg、Zn、Ti等中金属原子堆积方式是六方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有2个原子。 ④金属Au、Ag、Cu、Al等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有4个原子。 (2)离子晶体：阴阳离子通过离子键结合，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体。 ①NaCl晶体：晶胞中每个Na+周围吸引着6个Cl-，这些Cl-构成的几何图形是正八面体，每个Cl-周围吸引着6个Na+，Na+、Cl-个数比为1：1，每个Na+与12个Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有4个Na+和4个Cl-。(绿色为Cl-，桔黄色为Na+) ②CsCl晶体：晶胞中每个Cl—(或Cs+)周围与之最接近且距离相等的Cs+(或Cl—)共有8个，这几个Cs+(或Cl—)在空间构成的几何构型为立方体，在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有6个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有1个Cs+和1个Cl—。(绿色为Cl-，黑色为Cs+) ③ZnS晶体：晶胞中S2-以面心立方堆积，Zn2+占据S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面体空隙。每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有4个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有4个。一个ZnS晶胞中含有4个Zn2+和4个S2-。(棕色为Zn2+，黑色为S2-) (3)原子晶体：相邻原子间以共价键相结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为原子晶体。 ①金刚石：晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键，成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；每个最小环含有1/2个C原子。 ②SiO2：晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与Si—O键个数比为1：4，O原子与Si—O键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。 (4)分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。干冰属于分子晶体，晶胞中每个CO2分子周围最近且等距离的CO2有12个，1个晶胞中含有4个CO2。 (5)石墨属于过渡性晶体。是分层的平面网状结构，层内C原子以共价键与周围的3个C原子结合，层间为范德华力。晶体中每个C原子被3个六边形共用，平均每个环占有2个碳原子。晶体中碳原子数、碳环数和碳碳单键数之比为2：3。 1. 填空。 （1）Cu元素与H元