复习题教学内容概述

典型的晶体结构与计算

瓦房店市高级中学 张秀丽

教学目标：

（1）了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的构成微粒，微粒间作用力的区别。 （2）了解常见典型晶体的结构特征，能描述晶体的结构与性质的关系，并且能够进行有关典型晶体结构的简单计算

。

（3）提高归纳和应用知识的能力，训练学生思维的敏捷性和严密性。

教学过程： 高考典例分析：

37.（4）

ZnS晶体

37.（4）X.Y.Z 可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，

Y位于顶角，Z处于体心的位置，则该晶体的组成为 X:Y:Z= _____ 37.（4）在与石墨结构相似的六方氮化硼晶体中，层内B原子与N原子间的化学键为_____层间作用力为_____ （5）六方氮化硼在高温高压下可转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长361.5pm,立方氮化硼晶胞中含___个 N原子，____个B原子，立方氮化硼的密度_____g.cm-3 (只列算式）

考试说明：

（1）了解常见典型晶体的结构微粒，微粒间作用力的区别。 （2）了解常见典型晶体的结构特征，能描述晶体的结构与性质的关系，并且能够进行有关典型晶体结构的简单计算

。

1

归纳总结：

一. 典型的晶体结构：

（一）分子晶体

干冰晶体

冰晶体

（二）原子晶体

金刚石晶体

二氧化硅晶体

（三）混合晶体

石墨的结构

2

（四）金属晶体

堆积模型

典型代表

空间利用率

配位数

晶胞

简单

立方

Po 52% 6

钾型

K 68% 8

镁型

Mg 74% 12

铜型

Cu 74% 12

（五）离子晶体

NaCl晶体

ZnS晶体

CsCl晶体

3

CaF2晶体

二

.晶体

结构的

有关计算

归纳总结：

（一）晶胞中粒子个数计算规律

(均摊法) 晶胞

立方体

顶角

1/8

棱上

1/4

面上

1/2

中心

1

典例分析：

【例1】.钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。其晶体的结构示意图如右图所示。则它的化学式为（

）

A.BaTi8O12

B. BaTi4O6

C. BaTi2O4

D. BaTiO3 Ba Ti O

【例2】最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是

————- 。

（二）晶胞中粒子间距离计算规律（公式法）

【例3】(1) NiO晶体结构与NaCl相同，设NiO的摩尔质量M g/mol,密度为ρg/mL,阿伏加德罗常数为NA,求晶胞中两个距离最近的氧离子中心间的距离为多少cm?（同上题图）

解题思路：

4

(2)天然的和大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在以下缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O,试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。

巧解在晶体计算中的灵活应用：

（三）求晶胞的空间利用率.（数学法）

【例4】已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3，试求（1）图中正方形边长

a （2）铜的金属半径

r

（3）求面心立方晶胞的空间利用率

高考典例分析：

(辽宁)铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜可用作杀菌剂。(1)Cu位于元素周期表第ⅠB族。Cu2＋的核外电子排布式为_____。

(2)如图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为____。

(3)Cu2O的熔点比Cu2S的____(填“高”或“低”)，请解释原因

综合应用：

碳元素是形成单质及其化合物种类最多的元素。回答下列有关问题。（1）碳元素可形成多种不同形式的单质，下列是几种单质的结构图

a

b

c

5

观察上述结构，判断a中碳原子的杂化方式

，

b对应的物质是

，c是C60的分子结构模型，在每个C60分子中形成的σ键数目

。（2）C60单质中，微粒间的作用力

，C60能与金属钾化合生成具有超导性的K3C60，其阴阳离子个数比为1∶3，则K3C60属于

晶体

（3）CO是碳元素的常见氧化物，分子中C原子上有一对孤对电子，与N2互为等电子体，则CO的结构式为

；写出另一与CO互为等电子体的化学式

。

（4）

科学发现，C和Ni、Mg元素的原子形成的晶体也具有超导性，其晶胞的结构特点如下图，则该化合物的化学式为

；C、Ni、Mg三种元素中，电负性最大的是

（5）碳的氢化物甲烷在自然界中广泛存在，其中可燃冰是有待人开发的新能源。可燃冰是一种笼状结构，CH4分子存在于H2O分子形成的笼子中（如下上图所示）。两种分子中，

共价键的键能

；CH4分子与H2O分子的分子量相差不大，但两种物质的熔沸点相差很大，其主要原因是

。

6

晶体

干冰的晶体结构

金刚石晶

体晶体结构示意图

晶体中粒子分布详解

每8个CO2构成立方体（即在立方体的顶点）且再在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离(a，a为立方体棱长)最近的CO2有12个(同层4个、

上层4个、下层4个)

3每个C与另4个C以共价键结合，采取sp杂化，前者位于正四面体中心，后者位于正四面体顶点。晶体中均为C—C，键长相等、键角相等(109°28′)；晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中心

的贡献只有一半，故C原子数与C—C键数之比为1∶2

SiO2

晶体

每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后四者在正四面体的顶点；同时每个O被两个正四面体所共用。正四面体键角为109°28′，每个正四面体占有一个完整的Si，四个“半O原子”，故晶体中S：原子

与O原子个数比为1∶(4×)＝1∶2

7

石墨

晶体

层内存在共价键、金属键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的特征。在层内，2每个C与3个C形成C—C键，采取sp杂化构成正六边形，键长相等，键角相等(均为120°)；在晶体中，每个C参与了3条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，每个正六边形平均只占6×＝2个C，C 原子个数与C－C键数之比为2∶3

晶体中粒子分布详解

+-①

每个晶胞中相关Na=4+5+4+13个、Cl=5+4+5=14+-个；每个晶胞中含有Na=12×1/4+1=4、Cl=8×1/8

+-+6×1/2= 4；②配位数

在氯化钠晶体中，Na、Cl+个数比为1:1，其配位数阴阳离子相等，每个Na--+周围吸引6个Cl，每个Cl周围吸引6个Na，他+们的配位数都是6；③每个Na周围与它最近等距+--离的Na有12个，每个Cl最近等距离的Cl也是12个。

+-①每8个Cs或8个Cl各自构成立方体，在每个立方-+体的中心有一个异种离子(Cl或Cs)，每个晶胞中相关-+-++Cl1个，Cs8个，含有Cl1个，Cs1个；②在每个Cs-+周围最近的等距离(设为a/2)的Cl有8个，在每个Cs+周围最近的等距离(必为a)的Cs有6个(上、下、左、-+右、前、后)，在每个Cl周围最近的等距离的Cs为8-+-个，Cl也有6个；③Cs、Cl的配位数都是8。

-2+①F在立方体内部8个小立方体的中心，Ca位于立方-2+体的顶点和面心；每个相关的F8个，Ca14个，含有-2+F8个，Ca=8×1/8+6×1/2=4个，其化学式为CaF2.②2+--由于CaF2晶体中Ca和F个数比为1:2，每个F最近相2+2+邻的Ca为4个，即其配位数为4，而Ca最近相邻的---F为8个，即其配位数为8。③每个F最近等距离F

为6个，每个Ca2+

-最近等距离Ca2+为12个。

晶体

氯化钠晶体

晶体结构示意图

NaCl晶体

氯化铯晶体

CsCl晶体

氟化钙晶体

8

金刚石晶体9

NaCl晶体