第40講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、晶體、非晶體、晶胞晶體非晶體定義有規(guī)則幾何外形沒(méi)有規(guī)則幾何外形自范性能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形性質(zhì)各向異性各向同性有固定的熔沸點(diǎn)沒(méi)有固定的熔沸點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)原子在三維空間里呈周期性有序排列原子排列相對(duì)無(wú)序X－射線衍射有峰無(wú)峰

1.晶胞：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2．晶胞的判斷：(1)一般來(lái)說(shuō)，晶胞都是平行六面體；(2)晶胞在晶體里必須是無(wú)隙并置，即相鄰晶胞無(wú)任何間隙；晶胞都是平行排列的，取向相同。由晶胞計(jì)算晶體化學(xué)式晶胞任意位置上的一個(gè)原子如果是被x個(gè)晶胞所共有，那么，每個(gè)晶胞對(duì)這個(gè)原子分得的份額就是1/x。位置頂點(diǎn)棱邊面心體心貢獻(xiàn)1/81/41/211．分子晶體：構(gòu)成分子晶體的粒子是分子；粒子間的作用是

分子間作用力

，所以分子晶體具有較

低

的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。分子間作用力越大，分子晶體的熔、沸點(diǎn)越

高

。(1)分子晶體的固體和熔融態(tài)的液體都不能導(dǎo)電；但部分分子晶體能溶于水形成自由移動(dòng)的離子，就能導(dǎo)電。(2)分子晶體的溶解性遵循

“相似相溶”原理。二、四大晶體2．原子晶體：原子之間都以

共價(jià)鍵

結(jié)合形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。構(gòu)成粒子是原子，晶體粒子間的作用是共價(jià)鍵，所以原子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都

高

，硬度

大

，不導(dǎo)電。

3．電子氣理論：該理論認(rèn)為金屬原子脫落下來(lái)的

價(jià)電子

形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。金屬鍵是金屬原子與自由電子之間的作用。金屬晶體的原子堆積模型：(1)非密置層和密置層：金屬原子平面放置，原子橫豎對(duì)齊排列，所得配位數(shù)為

4

的堆積方式為非密置層；原子交錯(cuò)排列，所得配位數(shù)為

6

的堆積方式為密置層

(2)金屬晶體的四種堆積方式堆積方式典型代表配位數(shù)平面放置方式空間利用率晶胞簡(jiǎn)單立方Po6非密置層52%鉀型Na、K、Fe8非密置層68%鎂型Mg、Zn、Ti12密置層74%銅型Cu、Ag、Au12密置層74%

4.離子晶體離子晶體的配位數(shù)是指距離最近的異電性離子的數(shù)目。異電性離子的半徑比是決定配位數(shù)的大小重要因素之一。

晶格能：氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量

(1)通常取正值，數(shù)據(jù)的大小反映離子晶體

穩(wěn)定性

。晶格能越大，形成的離子晶體越

穩(wěn)定

，晶體的熔點(diǎn)越

高

，硬度越

大

。(2)晶格能大小的比較：離子帶的電荷越多，晶格能越

大

；離子半徑越大，晶格能越

小

。四種晶體的熔、沸點(diǎn)的比較1．異類晶體：一般規(guī)律：原子晶體>離子晶體>分子晶體，如SiO2>NaCl>CO2(干冰)。金屬晶體熔、沸點(diǎn)變化大，根據(jù)實(shí)際情況分析。2．同類晶體(1)原子晶體：半徑和越小，即鍵長(zhǎng)越短，共價(jià)鍵越牢固，晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如：金剛石>金剛砂>晶體硅。(2)離子晶體：陰、陽(yáng)離子核間距越小，離子電荷數(shù)越高，離子鍵越牢固，晶體的熔、沸點(diǎn)越高，如：LiCl>NaCl>KCl>CsCl，MgO>NaCl。(3)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體：相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大；極性越大，分子間作用力越大。如F2<Cl2<Br2<I2，CO>N2。有分子間氫鍵的分子晶體熔沸點(diǎn)相對(duì)較大。(4)金屬晶體：價(jià)電子數(shù)越多，半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點(diǎn)越高。如Na<Mg<Al。3．合金的熔沸點(diǎn)低于成分金屬的熔沸點(diǎn)，如生鐵<純鐵。

1．分子晶體(1)二氧化碳晶體分子內(nèi)含共價(jià)鍵，分子間有分子間作用力。構(gòu)成晶體的微粒是CO2。在干冰晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)CO2分子周圍最近且等距離的CO2分子有12個(gè)。(2)液態(tài)水凝固成冰后，在冰中每一個(gè)水分子都被

4個(gè)水分子所包圍，形成變形的四面體。C60是一個(gè)分子。①每個(gè)五元環(huán)周圍5個(gè)六元環(huán)，每個(gè)六元環(huán)周圍3個(gè)五元環(huán)，3個(gè)六元環(huán)；②該分子中有12個(gè)五元環(huán)，20個(gè)六元環(huán)；③若該分子中無(wú)自由電子存在，則有60個(gè)單鍵，30個(gè)雙鍵。三、典型晶體的結(jié)構(gòu)特征2．離子晶體(1)NaCl：晶胞中每個(gè)Na＋周圍吸引著6個(gè)Cl－，這些Cl－構(gòu)成的幾何圖形是正八面體，每個(gè)Cl－周圍吸引著6個(gè)Na＋，Na＋、Cl－個(gè)數(shù)比為1∶1，每個(gè)Na＋與12

個(gè)Na＋等距離相鄰，每個(gè)氯化鈉晶胞含有4個(gè)Na＋和4

個(gè)Cl－。(2)CsCl晶胞中每個(gè)Cl－(或Cs＋)周圍與之最接近且距離相等的Cs＋(或Cl－)共有8

個(gè)，這幾個(gè)Cs＋(或Cl－)在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為

立方體

，在每個(gè)Cs＋周圍距離相等且最近的Cs＋共有6

個(gè)，這幾個(gè)Cs＋在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為

正八面體

。

3．原子晶體(1)金剛石晶體中每個(gè)C原子和4個(gè)C原子形成4個(gè)

共價(jià)鍵

，成為

正四面體

結(jié)構(gòu)，C原子與碳碳鍵個(gè)數(shù)比為

1∶2

，最小環(huán)由

6

個(gè)C原子組成，每個(gè)C原子被

12

個(gè)最小環(huán)所共用。(2)SiO2屬于原子晶體。晶體中每個(gè)Si原子周圍吸引著

4

個(gè)O原子，每個(gè)O原子周圍吸引著

2

個(gè)Si原子，Si、O原子個(gè)數(shù)比為1∶2，Si原子與Si－O鍵個(gè)數(shù)比為1∶4，O原子與Si－O鍵個(gè)數(shù)比為

1∶2

，最小環(huán)由

12

個(gè)原子組成。

4．金屬晶體金屬Po(釙)中金屬原子堆積方式是簡(jiǎn)單立方堆積，原子的配位數(shù)為6，一個(gè)晶胞中含有1個(gè)原子。金屬Na、K、Cr、Mo(鉬)、W等金屬原子堆積方式是體心立方堆積，原子的配位數(shù)為8，一個(gè)晶胞中含有2個(gè)原子。金屬M(fèi)g、Zn、Ti等金屬原子堆積方式是

六方堆積

，原子的配位數(shù)為

12

，一個(gè)晶胞中含有

2個(gè)原子。金屬Au、Ag、Cu、Al等金屬原子堆積方式是

面心立方堆積

，原子的配位數(shù)為

12

，一個(gè)晶胞中含有

4個(gè)原子。5．石墨屬于過(guò)渡性晶體，是分層的

平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)C原子以

共價(jià)鍵

與周圍的

3個(gè)C原子結(jié)合，層間為

范德華力

。晶體中每個(gè)C原子被

3

個(gè)六邊形共用，平均每個(gè)環(huán)占有2

個(gè)碳原子。晶體中碳原子數(shù)、碳環(huán)數(shù)和碳碳單鍵數(shù)之比為

2∶3。

晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)比較類型離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體構(gòu)成晶體微粒陰、陽(yáng)離子原子分子金屬陽(yáng)離子、自由電子形成晶體作用力離子鍵共價(jià)鍵范德華力微粒間的靜電作用熔沸點(diǎn)較高很高低有高、有低硬度硬而脆大小有高、有低導(dǎo)電性不良(熔融或水溶液中導(dǎo)電)絕緣、半導(dǎo)體不良良導(dǎo)體傳熱性不良不良不良良延展性不良不良不良良溶解性易溶于極性溶劑，難溶于有機(jī)溶劑不溶于任何溶劑極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑中一般不溶于溶劑，鈉等可與水、醇類、酸類反應(yīng)典型實(shí)例NaOH、NaCl金剛石P4、干冰、硫鈉、鋁、鐵晶體的物理性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)特征【典例1】下列說(shuō)法正確的是()A．在晶體中只要有陰離子就一定有陽(yáng)離子B．在晶體中只要有陽(yáng)離子就一定有陰離子C．原子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的高D．Na2O2晶體中陰離子與陽(yáng)離子數(shù)目之比為1∶1【解析】

B項(xiàng)金屬晶體中由金屬陽(yáng)離子和自由電子構(gòu)成；C項(xiàng)有些金屬晶體熔點(diǎn)很高，如鎢；D項(xiàng)陰離子和陽(yáng)離子數(shù)目之比為1∶2。

答案：A

【遷移訓(xùn)練1】單質(zhì)硼有無(wú)定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù)：金剛石晶體硅晶體硼熔點(diǎn)＞382316832573沸點(diǎn)510026282823硬度107.09.5(1)晶體硼的晶體類型屬于_____晶體，理由是

________________________________________(2)已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點(diǎn)，每個(gè)頂點(diǎn)上各有1個(gè)B原子。通過(guò)觀察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由

_____個(gè)硼原子構(gòu)成。其中B—B鍵的鍵角為_(kāi)____

。原子熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間。60°12

【解析】(1)晶體硼是原子晶體，理由：晶體的熔、沸點(diǎn)和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對(duì)角線處，亦為原子晶體。(2)每個(gè)三角形的頂點(diǎn)被5個(gè)三角形所共有，所以，此頂點(diǎn)完全屬于一個(gè)三角形的只占到1/5，每個(gè)三角形中有3個(gè)這樣的點(diǎn)，且晶體B中有20個(gè)這樣的三角形，因此，晶體B中這樣的頂點(diǎn)(B原子)有3/5×20＝12個(gè)。又因晶體B中的三角形

確定化學(xué)式

【典例2】元素X、Y和Z可結(jié)合形成化合物XYZ3；X、Y和Z的原子序數(shù)之和為26；Y和Z在同一周期。下列有關(guān)推測(cè)正確的是()A．XYZ3是一種可溶于水的酸，且X與Y可形成共價(jià)化合物XYB．XYZ3是一種微溶于水的鹽，且X與Z可形成離子化合物XZC．XYZ3是一種易溶于水的鹽，且Y與Z可形成離子化合物YZD．XYZ3是一種離子化合物，且Y與Z可形成離子化合物YZ3【解析】X為鈉或鎂，Y為氮元素或碳元素，Z為氧元素。答案：B【遷移訓(xùn)練2】最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如右圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式__________。Ti14C13【解析】從題目本身來(lái)看，本題圖形“就是”NaCl晶胞的圖形，按頂點(diǎn)算1/8，棱中點(diǎn)算1/4，面心算1/2，中心算1的規(guī)則很快可算出Na∶Cl＝1∶1，其實(shí)，本題一開(kāi)始就交待清楚氣態(tài)團(tuán)簇分子，應(yīng)該分析出它就是一個(gè)小分子，不需分?jǐn)?，而非像NaCl晶體那樣的離子晶體結(jié)構(gòu)。所以，審題清楚對(duì)考生來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。結(jié)構(gòu)與性質(zhì)【典例3】A、B、C、D分別代表四種不同的主族元素。A原子的最外層電子排布為ns1，B原子的價(jià)電子排布為ns2np2，C原子的最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍，D原子的L電子層的p軌道有3個(gè)電子。

(1)C原子的電子排布式為_(kāi)____，若A原子的最外層電子排布為1s1，則按原子軌道的重疊方式判斷，A與C形成的化合物中的共價(jià)鍵類型屬于____，A與C所形成的化合物的熔沸點(diǎn)明顯高于A與C的同主族元素所形成的化合物的熔沸點(diǎn)，其原因是_____。(2)當(dāng)n＝2時(shí)，B原子的結(jié)構(gòu)示意圖為_(kāi)__，B與C形成的晶體屬于___晶體。當(dāng)n＝3時(shí)，B與C形成的晶體中，B原子的雜化方式為_(kāi)___，該晶體中最小的環(huán)共有__個(gè)微粒構(gòu)成，微粒間的作用力是_____。(3)若A原子的最外層電子排布為4s1，B原子的價(jià)電子排布為3s23p2，A在元素周期表中的位置是__________，A、B、C、D四種元素的第一電離能由大到小的順序是__________(用元素符號(hào)表示)。

(1)1s22s22p4σ鍵分子間形成氫鍵(2)分子sp312共價(jià)鍵或極性共價(jià)鍵(3)第4周期ⅠA族N>O>Si>K答案：

【遷移訓(xùn)練3】已知：硅酸鹽和石英的晶格能如下表：硅酸鹽礦物和石英橄欖石輝石角閃石云母長(zhǎng)石石英晶格能(kJ/mol)440041003800380024002600回答下列問(wèn)題：(1)橄欖石和云母晶出的順序是____________________________