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《晶体结构与性质》复习知识清单

一、晶体与非晶体

1、概念：

晶体——内部微粒（原子、分子或离子）在三维空间里呈 性 排列形成具有规则几何外形的固体。

排列的周期性是指在一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列，粒子排列的周期性导致晶体有 的_______外形。绝大多数常见固体是晶体，如金刚石,金属,干冰,食盐

非晶体——内部微粒的排列呈现______分布状态、没有____的____外形的固体。因为内部微粒排列杂乱无章，所以非晶体没有规则的几何外形，也没有固定的______点。如玻璃,橡胶. 2、

晶体具有的特点：

（1）_______性（本质）：晶体在适当条件（最重要条件是晶体的生长速率要适当）下能够自发的呈现多面体外形的性质；一些非晶体有规则的几何外形（不是自发的，是加工成某特定的几何形状）。晶体在外形和内部质点排列的高度有序。

（2）_______性：同一晶体构造中，在不同方向上质点的排列一般是不一样的，因此晶体的性质也随方向的不同有差异如强度、导热性光学性质等物理性质随晶体方向的不同而有所差异。

（3）熔沸点：晶体具有_______的熔沸点而非晶体则没有。

3．获得晶体的途径：

（1）熔融态物质_______；冷却速率适当，得到晶体；冷却过快，得到不规则的块状物或粉末状物质（非晶体）。如：水晶（晶体），玛瑙（非晶体）。

（2）气态物质冷却不经液态直接凝固(_______)；如：晶体碘的升华和凝华。

（3）溶质从溶液中_______：利用溶解度的不同，通过重结晶进行物质的分离或提纯；将不规则晶体投入其饱和溶液中，会观察到规则晶体的生成。

4．晶体与非晶体的鉴别方法：

(1)对固体进行_______衍射实验法：有峰的能看到分立的斑点或者谱线是晶体，无峰的或是看不到分立的斑点或明锐的谱线是非晶体——最可靠

(2)测定熔沸点法：有固定熔沸点的是_______ 5、晶胞：

（1）概念：晶胞是晶体结构的基本 。晶胞的结构可反映晶体的结构。

（2）结构：习惯上采用的晶胞都是 ，晶体是由无数晶胞“ ”而成的。“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙；“并置”是指所有的晶胞都是平行排列的，取向相同。整过晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成的。晶胞的无隙并置体现了晶体的 性（强度、导热、光

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学性质）和紧密堆积（紧密堆积指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构；原子晶体中微粒键的作用力为共价键，有方向性和饱和性，故晶体一般不遵循紧密堆积原则）。

（3）晶胞中粒子数目的计算方法--------均摊法

如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有 属于这个晶胞。

①对于长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：顶点——被 个晶胞共有， 粒子属于该晶胞；棱上——被 个晶胞共有， 粒子属于该晶胞；面上——被 个晶胞共有， 粒子属于该晶胞；体内——整个粒子属于该晶胞。

②对于非长方体（正方体）晶胞中粒子是具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排列成六边形，其顶点被 个六边形共有，故每个六边形占有粒子的 。如上图:顶点的贡献为 ；侧棱上的粒子的贡献为 ;上下面上的棱上的粒子的贡献为 ；所有面上的粒子的贡献为 ；体内的贡献为 。

二、分子晶体：

1、概念：只含分子的晶体称为分子晶体。

(1)粒子及作用力：构成微粒—— ；分子晶体中，分子内的原子间一般以 键结合（注：对于稀有气体是单原子分子，无化学键），而相邻分子靠 （或氢键）相互吸引。只有分子晶体才有真正的分子存在，所以它的化学式就是代表 ，其他晶体无分子存在，其化学式只代表构成微粒的 。(2)分子晶体的结构特征：①大多数分子晶体中，分子间的作用力只是 力，由于范德华力没有 性和 性，故分子晶体采取密堆积的结构。分子密堆积——是指以一个分子为中心，其周围通常可以有 个紧邻的分子，分子的配位数较高。如I2、CO2、氧气、C60的晶体—— 立方。②少数分子晶体中分子间还存在 作用力，如冰：分子间有氢键，由于氢键具有饱和性和方向性，使分子不能采取密堆积的方式，则每个分子周围紧邻的分子要少于12个。如冰中每个水分子周围只有 个紧邻的水分子。分子的配位数相对较低，晶体的空间利用率较低——液态水的密度大于固态冰（HF、NH3也类似）。干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大——由于冰中除了范德华力外还有 作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰 。由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较 。又由于CO2分子的相对分子质量>H2O分子的相对分子质量，所以干冰的密度大。

2．物理性质：

(1)熔沸点 ，一般低于200℃，很多是低于0℃；分子晶体熔化时需要破坏分子间作用力（氢键），不破坏化学键，易升华；如：I2晶体；干冰；萘等；

（a. 相似的物质，相对分子质量越 ，范德华力越 ，熔沸点越 。如：O2>N2，HI>HBr>HCl。b.分子量相等或相近， 分子的范德华力大，熔沸点 ，如CO>N2 c.含有氢键的，熔沸点较 。如H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，

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NH3>PH3；d.在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位>间位>对位”的顺序。）(2) 硬度 ； (3) 固态、熔融状态下都 导电。（4）溶解性差异大，遵循 原理；存在分子间氢键的或与水易形成 ,其溶解度增大。

3．常见的分子晶体： 所有 ，如HCl、H2O、H2S、NH3、CH4、HX等。

绝大多数 ，如卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60、稀有气体等。—例外的C、Si、B等。绝大多数 ，如CO2、P4O10、SO2、SO3等。例外——SiO2。

几乎所有的 ，如HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3、有机酸等。绝大多数 晶体，如烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酯、蛋白质等。

弱碱、极少数盐。如BeCl2

、AlCl3等。（或者信息题中给出熔沸点低的物质）

4．典型的分子晶体: (1)干冰：晶胞为 立方晶胞结构；属于分子密堆积，配位数 ，即每个CO2分子周围最近且距离相等的CO2分子有 个(以一个CO2为中心，切成互相垂直的X、Y、Z三个平面，每个平面上4个最近或同层4个，上层4个，下层4个)；每个晶胞中有 个CO2分子。干冰主要用于作制冷剂、人工降雨、速冻保鲜等。

(2)冰：每个水分子通过氢键与周围 个水分子相互吸引形成正四面体。

平均每一个水分子形成 个氢键。

三、原子晶体：

1、概念：所有原子都以 键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键 结构，是一个“巨分子”，称为原子晶体，又称共价晶体。原子晶体无分子。

2．性质特点：由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体的：熔、沸点 ；

硬度 ；一般 导电；且 于常见的溶剂。原子晶体的熔沸点高低，硬度大小判断依据是共价键的强弱—— 或 大小。如：金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次减小。

3．常见的原子晶体：

某些 ：如金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）、晶体锗（Ge）等；某些非金属化合物：如碳化硅( )、氮化硅( )、氮化硼(BN)等；某些氧化物：如二氧化硅(SiO2)等。

4．典型的原子晶体：

(1)金刚石：

在晶体中每个碳原子以四个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成 结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。晶体中C—C—C夹角为 ，碳原子采取了 杂化。晶体中最小环由 个碳原子组成，且这些C原子都不在

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同一平面内。1个环中平均含有6×1/12=1/2个C原子，含C-C键数为6×1/6=1；

晶体中C原子个数与C—C键数之比为 ，故1 mol 金刚石晶体中含有 C—C键。金刚石晶胞如右图所示，C原子分布于立方体的顶点（8个），面心(6个)，体心（4个），每个晶胞实际拥有8个C原子；金刚石里的C—C键的键长很短（154pm），键能很大（347.7KJ/mol），这一结构使金刚石在所有已知的晶体中硬度最大（经锤击而易破碎，共价键有方向性，受大的外力原子发生错位而断裂），而且熔点也很高。

(2)二氧化硅(SiO2)：若在晶体硅结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的二氧化硅的结构(如图)。在晶体中每个硅原子和 个氧原子形成 个共价键；每个氧原子与 个硅原子相结合。故SiO2晶体中硅原子与氧原子按 的比例构成立体网状结构。最小环上

有 个原子，其中有,6个Si原子,6个O原子。1 mol SiO2晶体中

含 Si—O键。每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为6×1/6=1，拥有的O原子数为6×1/6=1，拥有的Si-O键数为12×1/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。SiO2的用途：制造水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片、光导纤维等。

（3）石墨晶体：

结构——石墨是层状结构的晶体，在每一层内，碳原子排成平

行 形，一个个六边形排列成平面的 结构.每个碳原子都与其他 个碳原子以共价键结合，键角为 ；每个碳原子被 个碳环共用，每个C－C被 个碳环共用，所以在碳环中碳原子数与C－C数之比是 。碳原子采取 杂化。C—C键长都是142pm (金刚石的C—C键长是154pm),同层来说它是原子晶体（熔沸点比金刚石高——较强的共价键结合）；在同层内（平面内）的碳原子还各剩一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直与碳原子平面，它们相互重叠形成大∏6，使P轨道中的电子可在整过碳原子平面中运动，像金属一样有金属键，有导电性，石墨的导电性只能沿石墨平面的方向（层与层间距离太远），

晶体的各向异性. 在层与层之间，石墨层与层之间相隔335pm，距离较大，是以较弱的范德华力结合在一起的，容易滑动，使石墨的硬度很小；即层与层之间属于分子晶体。碳原子提供个电子参加成键形成平面网状结构，碳原子的最外层的另一个电子成为自由电子，石墨可导电。石墨晶体中既有共价键，又有金属键，还有范德华力，不能简单地归为其中任何一种晶体，是一种 型晶体或 型晶体。

性质——有导电性、导热性；润滑性、质软；熔沸点高，性质稳定。

6四、金属晶体：

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1、金属键与金属晶体：

（1）概念：金属键——金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有的金属维系在一起或 与 之间的作用（金属键的本质是电子气理论）。金属键存在于 或 中。金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子则在整个晶体里 。金属阳离子的运动状态是在一定范围内振动，而不是自由移动。金属晶体——通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体；金属单质和合金都属于金属晶体。

（2）特征：金属键可看成是由许多原子共用许多自由电子的一种特殊形式的键，金属键无 性

和 性；晶体里的电子不专属于某几个特定的金属离子，而是几乎 地分布在整个晶体里自由流动，把所有金属维系在一起，使得金属呈现出特有的属性。金属的物理通性：容易 、 、有 性、有 ；绝大多数金属呈银白色。

（3）金属键的强弱：金属离子的半径越 ；金属离子所带电荷数越 (即价电子数越 ),则金属键越强，其金属的熔沸点 ，硬度越 ；同周期金属单质从左至右（如Na、Mg、Al）熔沸点依次 ，同主族金属单质从上到下依次 ，合金的熔沸点比其各成分都 ，金属晶体的熔沸点差异大（如Hg与W）。(注：金属键的强弱决定金属的物理性质。金属性的强弱决定金属的化学性质，与金属键的强弱刚好相反。当金属晶体熔融或参加化学反应时金属键被破坏) （4）金属的颜色和光泽：由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有 色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。当金属成 状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以一般呈黑灰色。

2、金属晶体的原子堆积模型

（1）几个概念：

紧密堆积——微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数。空间利用率：晶体的空间被微粒（构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间）占据的体积百分数，用它来表示紧密堆积的程度。空间利用率=球体积/晶胞体积 100% （2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型

金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式：

层——按右图（左）方式排列，每个圆球与其他4个球相切，这种排列方式不是最密堆积。非密置层的配位数为 ；

层——按右图（右）图方式排列，每个圆球与其他6个球相切，这种排列方式达到了最紧密堆积。密置层的配位数为 . 球周围有6个三角形空隙从中可以抽出平面六方格子（注意六方格子是平行四边形而不是六边形），双层等经圆球密堆积也只有一种方式，上层中的球凸出部位填在下层的空隙之上这时上下两层圆球形成的空隙为正四面体空隙和正八面体空隙。

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（3）金属晶体的原子在三维空间堆积模型

① 堆积（只有 ）：将非密置层球心对球心地垂直向上排列，这样一层一层地在三维空间里堆积，就得到简单立方堆积；如右图： 这种堆积方式形成的晶胞是一个简单立方体，每个晶胞含有1个原子；正方体边上球与球相切；金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系： a == 2r. 简单立方堆积空间占有率 = _____________________ = _______。

② 堆积—钾型（ 、 、 ）：将非密置层的上层金属原子填入非密置层的下层金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离。如右图：

这种堆积方式所得的晶胞是一个含有_____个原子的体心立方体，一个原子在立方体的中心，另一个原子在立方体的顶点，其配位数为_______；体对角线上的球与球相切，金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：_____a = _____r ；

体心立方堆积空间占有率 = _____________________ = _______。

③六方最密堆积

：如图所示，按方式堆积。这种排列方式中可划分出_______晶胞，故称此排列为___________堆积。同一层上每个球与同层中周围六个球相接触，同时又与上下两层中各三个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，所以其配位数是_______；_______、_______、_______都是采用这种堆积方式，称为镁型堆积。

六方紧密堆积晶胞平均占有的2个原子；平行六面体的高：

h2边长为a的四面体高平行六面体的底是平行四边形，各边长a=2r，

则平行四边形的面积：

Saasin60

④面心立方：如图所示，按ABCABCABC……的方式堆积。

ABABABAB……的2V晶胞3226aa232a382r332a2626a3343V球2r(晶胞中有2个球)3V球V晶胞100%74.05%

___________堆积：将第一密置层记作A，第二层记作B层，B层的球对准A层中的三角形空隙位置，

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第三层记作C，C层的球队准B层的空隙额，同时对准A层中的三个空隙（即C层球不对准A层球），以后各层分别重复A、B、C层排布，这种排列方式三层为一个周期，计为ABCABCABC。。。。。。由于在这种排列可以划出_______立方晶胞——______、______、______——铜型堆积。每个晶胞______个原子，配位数为______.面对角线上的球与球相切，金属原子的半径r与正方体的边长a的关系： _____a = ____r; 面心立方最密堆积的空间利用率计算=____________________________ = __________。

五、离子晶体：

1、概念：离子晶体——由__________和__________通过离子键结合而成的晶体。结构微粒是阴、阳离子；相互作用是离子键（离子内可能含共价键）；

2、结构特征：

①阴、阳离子间只存在离子键；离子键________方向性和饱和性，离子键向空间各方向扩展，形成离子晶体。

②与金属晶体类似，离子晶体中的阴阳离子也采取_______堆积方式，阴阳离子各与尽可能多的异电性离子接触，这样使体系的能量尽可能低，从而形成稳定结构，离子晶体的配位数比较高。但阴、阳离子采用不等径圆球的密堆积；③不存在小分子，化学式表示阴、阳离子__________比的最简比。 3、物理性质：①具有__________的熔点、沸点________挥发；

② ________硬度，硬而脆；当晶体受冲击时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎。

③_______导电；晶体中无自由移动的离子，但在__________状态或__________中能导电。④溶解性：大多数离子晶体易溶于_______溶剂（如水）中，难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、CCl4）中。

4、离子晶体的配位数（缩写为C.N.）及影响因素：

（1）配位数：离子晶体中一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。

（2）影响离子晶体配位数的因素：①几何因素——晶体中阳离子与阴离子的半径比是决定离子晶体结构的重要因素。离子键无饱和性和方向性，但成键时离子半径决定了阴、阳离子参与成键的数目；r/r比值越大，配位数就越大。 阳、阴离子半径比与配位数的关系：

r+/r

0.225～0.414 0.414～0.732 0.732～1.0 -+- 配位数

4 6 8 实例

ZnS NaCl CsCl

②电荷因素——正负离子的电荷比等于阳离子与阴离子的配位数之比。如：NaCl——6:6；CsCl——8:8；ZnS——4:4；CaF2——8:4 5、典型离子晶体的结构：

A、NaCl型

：NaCl晶胞如图所示：

（1）晶体的结构特点——Na与Cl相间排列的立方结构，Cl++--在顶点和面心，Na在棱的中点和体心(位置可互换)；晶胞可分割成8个小立方体（Na与Cl相间排列）；面对角线是Cl彼此相切，棱上Na与Cl(计算如右图)。

（2）配位数：每个Na周围有____个Cl，每个Cl周围有____个Na；6个Na或6个Cl形成一个 体；每个Na（Cl）周围等距离最近的Na（Cl）有____个）；

7 ＋-+-+--++-+--+-

（3）NaCl晶胞中含有____个Na、____个Cl，即____个NaCl; B、CsCl型：CsCl的晶胞如右图所示：

（1）晶体的结构特点——顶点是(Cl或Cs)，体心是（Cs或Cl）；体对角线上的球相切。

（2）配位数：每个Cs同时吸引____个Cl

，每个Cl同时吸引____个Cs，每个Cs周围最近等距离的Cs有____个，所围成的空间结构为

体；每个Cl周围最近等距离的Cl有____个；

（3）CsCl晶胞中含有____个Cs和____个Cl即____个CsCl. C．ZnS型：ZnS晶体结构如右图，a位置Zn离子、b位置S

。

（1）晶体的结构特点——立方晶胞，顶点和面心是Zn；体对角线（交叉）的的1/4处有各有1个S). ——类似金刚石结构。

（2）配位数：Zn原子和S原子的配位数都是4 。

（3）立方ZnS晶胞中，有____个S原子，____个Zn原子，即____个ZnS。

D、CaF2型：晶胞如右图：D是Ca,B是F。

（1）晶体的结构特点——立方晶胞，顶点和面心是Ca;体内8个小立方体的体心是F。

（2）配位数：每个Ca2＋

2+-2+—2-2+2+2-+—--+--+++—++—＋－周围同时吸引着___个F，而每个F周围同时吸引着___个Ca。

2＋－－－2＋（3）每个CaF2晶胞有____个Ca和____个F离子，即____个CaF2. 6、碳酸盐的热稳定性：

规律：金属阳离子半径越小，其碳酸盐越易分解分解温度越低。

原因：碳酸盐分解时，金属阳离子要结合碳酸根离子中的氧离子，金属阳离子半径越小，越易结合氧离子，故越易分解。

7、晶格能：

（1）定义：________形成l摩尔离子晶体________的能量，通常取_______值。符号——U；单位：kJ.mol。如：1mol气态Na与1mol气态Cl结合生成1molNaCl晶体释放786KJ的热量，此能量称为NaCl的晶格能。

（2）晶格能的大小：离子电荷数越________，核间距越________，晶格能越大。其中 影响更大。如：NaCl、MgO分别晶格能为923KJ/mol、3791KJ/mol，熔点分别为：993℃、2852℃. （3）应用：晶格能越大，离子键越_______，形成的离子晶体越_______，而且熔沸点越_______，硬度越_______。晶格能越大，岩浆中的矿物越易结晶析出（岩浆晶出规则——晶格能高的晶体熔点较高，更容易在岩浆冷却过程中先结晶；浓度越早达到饱和，越易析出）。

+-_1

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