复习题教学设计

选修物质结构与性质

晶体结构与性质

一、晶体

晶胞

固体可以分为两种存在形式：晶体和非晶体。

晶体具有固定的熔点和规则的几何外形。

二、几种典型的晶体结构：

1、离子晶体 物理特性：硬度较大、熔沸点较高;导电性:溶液或熔化导电;溶解性:一般易溶于水。

常见晶体

+（1）NaCl晶体（如图1）：每个Na周围有

--+6个Cl，每个Cl周围有6个Na，

++离子个数比为1：1。：每个Na周围有12个Na

-+每个晶胞含有4 Cl个 、4个Na

-+（2）CsCl晶体（如图2）：每个Cl周围有8个Cs，+-+每个Cs周围有8个Cl；距离Cs最近的且距离相等+--的Cs有6个，距离每个Cl最近的且距离相等的Cl+-也有6个，Cs和Cl的个数比为1：1。

NaCl晶体结构

(3)氟化钙（图4）晶胞内部有八个F-离子。而钙离子则有两种，分别是八个顶点上的钙离子，一个晶胞各占1/8，另一种是六个面面心上的钙离子，晶胞各占1/2，所以钙离子总数是：8×1/8＋6×1/2＝4，氟离子总数为8，所以Ca2+:F-＝4:8＝1:2，因此得出CaF2

2、原子晶体

物理特性：硬度很大、熔沸点最高；导电性：一般不导电；

溶解性：一般不溶于水。

常见晶体

（1）金刚石（如图3）：每个碳原子都与4个碳原子，以C-C结合,形成正四面体结构并，键角都是109º28'，最小的碳环上有六个碳原子。C:C-C= 1:2 .一个晶胞含有8个C （2）SiO2

：晶体中每个Si周围吸引着4个O，键角109°28’，成为正四面体结构；

每个O周围吸引着2个Si，故Si、O个数比为1：2；

1个Si形成4个Si—O键，1个O形成2个Si—O键；

（3）石墨（如图4、5）：层状结构，每一层内，碳原子以正六边形排列成平面的网状结构，每个正六边形平均拥有两个碳原子。片层间存在范德华力，是混合型晶体。熔点比金刚石高。C:C-C =2:3

3、分子晶体

C60分子

1

选修物质结构与性质

物理特性：硬度很小、熔沸点很低、导电性：一般

不导电； 溶解性

：

相似相溶

常见晶体

（1）干冰 CO2粒子位于顶点加面心；每个晶胞含有4个CO2

；

每个CO2与之最近且相等

的有12个

（2）冰 每个H2O分子以氢键形式与4个H2O相结合,分子空间利用率不高，有较大的空隙，冰融化成水后分子空隙变小，密度反而增大

图

4水分

图1 NaCl

图4 CaF2

图3 金刚石

紫水晶

大水晶

二氧化硅晶体模型

2

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4、金属晶体

四种堆积方式

（1）简单立方（Po) 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，

微粒数为：8×1/8 = 1

（2）体心立方( Na

K

Fe) 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。

三、离子晶体化学式的确定

确定离子晶体的化学式实际上是确定晶体中粒子个数比。其方法如下：

（1）处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有1/8属于该晶胞。

（2）处于棱上的粒子同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于该晶胞。

（3）处于面心上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子有1/2。

四、物质的熔沸点比较及规律

（1）不同类型的晶体，一般来讲，熔沸点按原子晶体>离子晶体>分子晶体。

（2）由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小的，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。

（3）离子晶体比较离子键的强弱。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。

（4）分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高；如Cl2N2。

（3）面心立方堆积（Cu Ag ）

(4)六方最密堆积(Zn Mg )

3

选修物质结构与性质

《晶体结构习题分类》

一、晶体中紧邻粒子数确定

答案：

1、

图A ,

12,

6,

6

, 正八面体

2、图B,离子晶体，8，6

图1 A

图2 B

3、图C, 12 4、图E,

6，109。28，

1：2

5、图F, 正六边形，3

6、图D ,12 ,12

图3 C 图4 D

图5 E 图6 F 1、其中代表NaCl晶体的是 ，在NaCl晶体中每个Na+ 周围与之最接近且距离相等的Na+ 共有 个；每个Na+周围同时吸引 个Cl-，同时,每个Cl—周围吸引 个Na+ ，与每个Na+等距离且最近的Cl-所围成的空间几何构型为 。

2、其中代表CsCl晶体是 ，它属于 晶体，在CsCl晶体中，每个Cs+ 与 个Cl-紧邻，每个Cs+周围与之最接近的且距离相等的Cs+ 有 个。

3、其中代表干冰的是 ，在干冰晶体中，每个CO2分子周围与之最接近的且距离相等的CO2分子有 个。

4、其中代表金刚石的是 ，在金刚石的网状结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有 个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是 ， C: C—C为 。

5、其中代表石墨是 ，石墨是层状结构，每一层内，碳原子排列成 而成平面网状结构。每一个碳原子跟其它 个碳原子相连。

6、其中代表二氧化硅是 ，请认真观察该晶体模型后回答以下问题：

（1）二氧化硅晶体中最小环为 元环；

（2）每个硅原子为 个最小环共有；

（3）每个最小环平均拥 个硅原子。

4

二、根据晶胞结构示意图推断晶体化学式

1、已知X、Y、Z三种元素组成的化合

物是离子晶体，其晶胞如图所示，则

下面表示该化合物的化学式正确的是

A.ZXY3 B．ZX2Y6

C．ZX4Y8

D．ZX8Y12 答案：A

2、现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（ ）

A

C

B D A AB2 B EF2 C XYZ D AB 答案：D

3、某物质由A、B、C三种元素组成，其晶体中粒子排列方式如下图所示，则该晶体的化学式为(

) A.AB3C3

B.AB3C C.A2B3C D.A2B2C 答案：B

4、最近发现一种由钛(Ti)原子和碳原子构成的气态团簇分子，分子模型如下图所示，顶角和面心的原子是钛原

选修物质结构与性质

子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是( ) A.TiC

B.Ti2C3 C.Ti14C13 D.Ti4C7 A．Mg2CNi3

B．MgC2Ni C．MgCNi2

D．MgCNi3 答案：C

答案：D

5、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞如下图所示，

9、某晶体的部分结构如图所示,这种晶体中A、B、可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为 ；（A为阳C三种微粒数目之比为（ ）

离子B为阴离子）甲的化学式为 ；乙晶体的化A、1:4:2 B、2:9:4 学式为 ；丙晶体的化学式为 C、3:9:4 D、3:8:4 丁晶体的化学式为 。

答案：A

10、2001年报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。下图示意的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为

A. MgB

B. MgB2

C. Mg2B

D. Mg3B2

答案：甲：BA；乙：C2D；

6、科学家发现钇钡铜氧化合物在90 K具有超导性，若该化合物的结构如下图所示，

（1）该化合物的化学式可能是（ ）

A YBa2Cu3O4 B YBa2Cu2O5 C． YBa2Cu3O7 D YBaCu4O4

（2）根据（1）所推出化合物的组成，计算其中铜的平均化合价为 【每个元素化合价为Y(+3),Ba(+2),Cu(+2)和Cu（+3）】，并计算出化合物中这两种价态Cu的离子个数之比 答案：B

11、纳米材料的表面微粒数占微粒总数的比例极大，

这是它有许多特殊性质的原因。假设某纳米颗粒

中粒子分布类似于硼镁化合物，其结构如图所示，

则这种纳米颗粒的表面微粒数占总微粒数的百分数为

A.22%

B.70%

C.66.7%

D.33.3%

答案：（1）C;（2）+7/3 ;2:1

7、石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其它3个碳原子相结合。如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是（ ）

答案：B

A 10个 B 18个 C 24个 D 14个

12、石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，

钾原子填充在石墨各层碳原子中（见下图）。比较常见

的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写作

CnK,其平面图形见下图，则n值为

（

）

A．8 B 12

C 24

D

60

答案：D

8、最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如下图所示，则该晶体的化学式为（

）

答案：A

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三、晶胞结构与晶体密度的计算

1、如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个最近的Cs+ 核间距为a cm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（ 铜为面心立方晶格，1个单胞中有4个铜原子，故1个单胞的体积为

= 4.722×10单胞边长a为：

23cm3

A .

B.

a =

= 3.615×108cm

C.

D.

四、晶体中化学键数目的计算

1、石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边形排列成平面网状结构，如果将每对相邻碳原子间的短线看成一个化学键，则石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是（ ）

A 2∶3

B 1∶3

C 1∶1

D 1∶2 答案：C

2、如图所示为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿的结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。试确定该结构单元的质量。（相对原子质量：Ca 40 Ti 48 O 16）

（1）该化合物的化学式 （2）设该化合物的式量为M,密度为a g/cm3 阿伏伽德罗常数为NA，则晶体中钡离子与钛离子之间的最短距离为 答案：A

2、水分子间由于氢键的作用彼此结合而形成 (H2O)n，在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体，通过氢键相互连接成晶体，其结构如下图所示。则1 mol冰中有 2 mol氢键。

3、德国和美国科学家首次制造出了由20个碳原子组成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)，下列有关C20的说法不正确的是(

)

A.C20与C60、C70互为同素异形体

B.C20中有12个五边形，30条棱边

C.C20具有很高的硬度和熔沸点 D.C20的摩尔质量是240g

解法：设C20分子中含x个正五边形，通过观察图形可知，每一个顶点为三个正五边形共用，则每个正五边形占有该顶点的，因此，每个正五边形占有碳原子数为5×=20，因答案：（1)CaTiO3

(2)

3、已知NaCl的摩尔质量为58．5 g·mol-1，食盐晶体的密度为ρg·cm-3，若下图中Na+与最邻近的Cl-的核间距离为a cm，那么阿伏加德罗常数的值可表示为

A．

B．

C．

D．

答案：C

4、金属铜的晶胞是一个“面心立方体”则金属铜平均每个晶胞中有

个铜原子。已知铜的摩尔质量是64g.mol-1。金属铜的密度是8.93g.cm-3。则金属铜的晶胞体积是

解：（1）1 mol铜原子所占的体积为：1 mol 133×63.54 g・mol/8.936 g・cm=7.11cm

个，这个基本结构单元的碳原子数为x×5×此，C20分子中含有正五边形个数x=12；每一条边为两个正五边形共用，每个正五边形只占有这条边的—C键的数目为12×5×=30个，

，故C

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五、综合试题

1、（1）下图为固态CO2的晶体结构示意图。通过观察分析，可得出每个CO2分子周围与之紧邻等距的CO2

有

12

个。

（2）试判断：①SiO2，②CO2，③CS2 晶体的熔点由高到低排列的顺序是

1>3>2

. （3）在一定温度下，用x射线衍射法测干冰晶胞（晶体中最小的重复单位）边长: A=5.72×10-8 cm

该温度下干冰的密度为多少?

答案：(1) Cu3Au。(2)

4、金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体,即在立体的8个顶点各有一个金原子,各个面的中心各有一个金原子,每个金原子被相邻的晶胞所共有.金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量. 答案：12;1>3>2;

1.56g/cm3

2、如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。

（1）在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子、钙离子各有 、 个。

（2）该晶体结构中，元素氧、钛、钙的离子个数比是 。该物质的化学式可表示为 。

（3）若钙、钛、氧三元素的相对质量分别为a，b，c，晶体结构图中正方体边长（钛原子之间的距离）为dnm（1nm=10-9m），则该晶体的密度为 g/cm3。

(1)金晶体每个晶胞中含有

金原子.

(2)欲计算一个晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定

(3)一个晶胞的体积是

(4)金晶体的密度是

答案：(1)4

(2)两两相切

答案（1） 6 8

（2）3:1:1 (3)d3

(4)

（3）

3、金和铜可以形成多种金属化合物，其中一种的晶体结构如图所示（为面心立方结构）。

（1）该金属化合物的化学式__________。

（2）已知Au的相对原子质量为197，Cu的相对原子质量为64,-1阿伏加德罗常数为Na

mol，若该化合物的密度为d

g·cm-3，试计算两个最近金原子的核间距。

5、在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，右图（a）是NaCl的晶体结构，在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以被看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切如NaCl晶体结构图（b），已知a为常数。

（1）在NaCl晶体中，每个Na+ 同时吸引 个Cl-；Na+ 数目和Cl-数目之比为 ；

（2）Na+ 半径与Cl-半径之比= 5（3）NaCl晶体中不存在分子，但在1.013×10 Pa，7

选修物质结构与性质

1413 ℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。5现有29.25克NaCl晶体，在1.013×10 Pa时强热使温度达到1501.5 ℃，测得气体体积为5.6 （以折换标况）L，试计算此时氯化钠气体的分子式（不写计算过程）；

-8（4）若a=5.6×10 cm，求NaCl晶体的密度

【解析】（1）6，1∶1 (2）由图（b），因为r（Cl-）＞r（Na+），则r（Cl-）=+

（1）12 g石墨中，正六边形的数目有多少？

（2）求石墨的密度。

（3）求12 g石墨的体积（cm3）。

-2r（Na）= a－2r（Cl）= a－2×即r（Na+）=所以，=

，6答案：（1）0.5N；（2）2.28 g/cm3；（3）5.26 cm3 A（1）每个C为三个正六边形共有，每个六边[解析]：形占有个碳原子，六边形碳数=6×=2，所以正=0.414 六边形个=

（3）摩尔质量

M=g/mol =117 （2）由于层与层可滑动，抽象出一个正六棱柱，

六棱柱体积=6 * 设NaCl分子式为 (NaCl) n，则有58.5n=117 n=2，即NaCl气体的分子式为Na2Cl2。

（4）由NaCl晶体结构分析，每个晶体中含有4个“NaCl分子”，则有ρV =所以ρ=-833 * sin60°a2b =

由于每个正六边形为两个正六棱柱共有，所以每个正六棱柱占有2个C ，密度=

/ (5.6×10)=2.2 g/cm

6、根据石墨晶体结构示意图及提供的数据计算（保留三位有效数字）。有关公式、数据见框图。

（3）12g石墨体积=

=5.26 cm3

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