第三章晶體結構與性質第三節(jié)金屬晶體與離子晶體第3課時晶體結構的分析與計算1.熟知分子、共價、離子晶體的典型代表物的結構。2.學會晶體結構的相關計算,增強邏輯分析能力和空間想象力。學習目標一、典型晶體結構的比較與分析二、晶體的計算目錄CONTENTS課后鞏固訓練一、典型晶體結構的比較與分析知能通關1.常見分子晶體結構的分析8晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)干冰(1)________個CO2分子占據立方體頂角且在________個面的面心又各有1個CO2分子

(2)每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子有________個

(3)ρ=____________g·cm-3

白磷612

2.常見共價晶體結構的分析4晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)金剛石8109°28'641∶2

晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)SiO241∶21266

晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)SiC、BP、AlN(1)每個原子與另外________個不同種類的原子形成____________結構

(2)密度:ρ(SiC)=____________g·cm-3;ρ(BP)=__________g·cm-3;ρ(AlN)=__________g·cm-3

4正四面體

3.常見離子晶體結構的分析6晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)NaCl644126晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)CsCl8881186晶體晶胞結構結構分析(a/cm為晶胞邊長,NA為阿伏加德羅常數的值)CaF284484

1.Al2Br6的晶胞如下圖所示:a=1.03nm

b=0.710nm

c=0.753nm(1)已知晶胞的上下面和左右面均為長方形,二聚分子的中心均位于棱心位置。距離“甲位置”最近且距離相等的Al2Br6有________個。

A.2 B.4 C.6 D.8(2)該晶體的晶胞體積V=5.47×10-22cm3,晶胞密度ρ=________g·cm-3。(NA的數值取6.02×1023,計算結果精確到小數點后2倍,Al2Br6式量為534)

B3.242.GaAs晶胞結構如圖所示,晶胞邊長為apm。則晶胞中每個Ga原子周圍有________個緊鄰等距的As原子;該晶體的密度為_______________g·cm-3(列出計算式)。

4

3.Na2S的晶胞如圖所示,設S2-的半徑為r1cm,Na+半徑為r2cm。試計算Na2S晶體的

密度為__________________(阿伏加德羅常數的值用NA表示,寫出表達式,不用化簡)。

二、晶體的計算知能通關1.均攤法計算晶胞中微粒個數(1)正方體或長方體晶胞示意圖微粒位置頂角面上棱上內部側棱上下棱每個晶胞分攤的微粒數1(2)正六棱柱晶體結構示意圖(3)審題時一定要注意是“分子結構”還是“晶體結構”,若是分子結構,其化學式由圖中所有實際存在的原子個數決定,原子個數比不約簡。(4)計算晶胞中微粒的數目,進而求化學式根據均攤法計算出一個晶胞中所含微粒數目,求出晶胞所含微粒個數的最簡整數比,從而寫出晶體的化學式。微粒位置頂角面上棱上內部側棱上下棱每個晶體結構分攤的微粒數12.原子分數坐標

3.晶胞中粒子配位數的計算

一個粒子周圍最鄰近的粒子的數目稱為配位數。(1)晶體中原子(或分子)的配位數:若晶體中的微粒為同種原子或同種分子,則某原子(或分子)的配位數指的是該原子(或分子)最接近且等距離的原子(或分子)的數目。常見晶胞的配位數如下:簡單立方:配位數為6面心立方:配位數為12體心立方:配位數為8(2)離子晶體的配位數:指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數目。以NaCl晶體為例①找一個與其他粒子連接情況最清晰的粒子,如圖中心的灰球(Cl-)。②數一下與該粒子周圍距離最近的粒子數,如圖標數字的面心白球(Na+)。確定Cl-的配位數為6,同樣方法可確定Na+的配位數也為6。

4.晶體密度(ρ)的計算

5.晶體中粒子間距離和晶胞參數

6.晶體中原子空間利用率

已知NA為阿伏加德羅常數的值,根據要求回答下列問題:(1)金剛石與石墨都是碳的同素異形體。若碳原子半徑為rnm,根據硬球接觸模型,金剛石晶胞(如圖1所示)中碳原子的空間利用率為________(用含π的代數式表示);金剛石的密度為________g·cm-3(用含r和NA的計算式表示即可)。

(2)金屬鉑晶體中,鉑原子的配位數為12,其立方晶胞沿x、y或z軸的投影如圖2所示。若金屬鉑的密度為dg·cm-3,則a=________nm(用含d、NA的代數式表示)。

圖1圖2

(3)Li2S是目前研究的鋰離子電池的新型固體電解質,為立方晶系晶體,晶胞參數為bnm,晶胞截面圖如圖3所示。每個晶胞中含有S2-的數目為________;Li+填充在S2-構成的空隙中,每個空隙由________個S2-構成,空隙的空間形狀為__________。圖344正四面體形

課后鞏固訓練A級

合格過關練選擇題只有1個選項符合題意題組一

晶體結構的分析與比較1.(2025·杭州高二期末)硅材料在工業(yè)生產中具

有重要的應用,下列說法正確的是(

)A.熔、沸點:金剛石<SiCB.SiC中Si原子的配位數為4C.Si12與單晶硅互為同分異構體D.1molSiO2中含有2molSi—OB解析金剛石和SiC均為共價晶體,原子半徑越小,共價鍵鍵能越大,共價晶體的熔、沸點越高,原子半徑:

C<Si,所以熔、沸點:金剛石>

SiC,故A錯誤;碳化硅晶體中每個Si原子連接4個C原子,則SiC中Si原子的配位數為4,故B正確;Si12與單晶硅是同種元素形成的不同單質,互為同素異形體,故C錯誤;二氧化硅晶體中每個Si原子連接4個O原子,形成4個Si—O,則1

mol

SiO2中含有4

mol

Si—O,故D錯誤。2.(2025·廣東佛山期中)如圖為幾種晶體或晶胞的結構示意圖。

下列說法錯誤的是(

)A.18g冰晶體中含有2mol氫鍵B.在金剛石晶體中,碳原子與碳碳鍵個數之比為1∶2C.碘單質是分子晶體,碘單質在CCl4中比在水中溶解度更大D.金剛石、MgO、碘單質三種晶體的熔點順序為MgO>金剛石>碘單質

D

3.如圖是石墨、足球烯(C60)、金剛石三種晶體的結構示意圖,下列說法正確的是(

)A.這三種物質是碳的同分異構體,燃燒產物相同B.這三種物質熔化時,克服的粒子間作用力完全相同C.等物質的量的石墨、金剛石所含的C—C數目之比為3∶4D.已知C(s,石墨)===C(s,金剛石)

ΔH=+1.9kJ·mol-1,則金剛石比石墨穩(wěn)定

C解析石墨、足球烯(C60)、金剛石互為同素異形體,燃燒產物相同,故A錯誤;石墨是混合型晶體,熔化時破壞共價鍵和分子間作用力,足球烯屬于分子晶體,熔化時破壞分子間作用力,金剛石是共價晶體,熔化時破壞共價鍵,故B錯誤;石墨中每個C形成3個共價鍵,金剛石中每個C形成4個共價鍵,則等物質的量的石墨、金剛石所含的C—C數目之比為3∶4,故C正確;已知C(s,石墨)===C(s,金剛石)ΔH=+1.9

kJ·mol-1,說明等量的兩種物質,石墨具有的能量更低,所以石墨比金剛石穩(wěn)定,故D錯誤。4.金屬晶體和離子晶體是重要的晶體類型。下列關于它們的說法正確的是(

)A.隨核電荷數的增加,堿金屬單質的熔點逐漸增大

B.在鋅晶體中,1個Zn2+只與2個自由電子存在強烈的相互作用C.離子晶體中的化學鍵很難斷裂,因此離子晶體具有延展性D.NaCl晶體中離子鍵比MgO晶體中離子鍵弱解析堿金屬單質隨核電荷數的增加熔點逐漸降低,A說法錯誤;在鋅晶體中,自由電子屬于整個晶體,B說法錯誤;NaCl晶體中Na+、Cl-的半徑分別大于Mg2+、O2-的半徑,且所帶的電荷數少,則NaCl晶體中離子鍵比MgO晶體中離子鍵弱,D說法正確。

D題組二

晶體結構的計算5.鐵與鎂組成的儲氫合金的立方晶胞結構如圖所示。鐵原子位于頂角和面心的位置,鎂原子位于將晶胞平分為8個立方單位的體心位置。下列說法正確的是(

)

B

6.鉍化鋰晶胞結構如圖所示。晶胞可以看作是由鉍原子構成的面心立方晶體,鋰原子填充在其中的四面體和八面體空隙處。設晶胞參數為apm,阿伏加德羅常數為NA。下列敘述錯誤的是(

)

B

7.如圖為CaF2、H3BO3(層狀結構,層內的H3BO3分子通過氫鍵結合)、金屬銅三種晶體(或晶胞)的結構示意圖,請回答下列問題:(1)圖Ⅰ所示的CaF2晶胞中與Ca2+最近且等距離的F-數為________,圖Ⅲ中一個銅原子周圍緊鄰的銅原子數為________。

(2)圖Ⅱ所示的物質結構中最外能層已達8電子結構的原子是________,H3BO3晶體中B原子個數與極性鍵個數之比為________。

(3)三種晶體中熔點最低的是________,其晶體受熱熔化時,克服的微粒之間的相互作用為____________________________。

812O1∶6H3BO3分子間作用力解析(2)H3BO3屬于分子晶體,一個B連有三個O原子,三個O原子又連有三個H原子,所以一個H3BO3晶體中B原子個數與極性鍵個數之比為1∶6。B級

素養(yǎng)培優(yōu)練8.氧化鈰(CeO2)是一種重要的催化劑,在其立方晶胞中摻雜Y2O3,Y3+占據原來Ce4+的位置,可以得到更穩(wěn)定的結構(過程如下圖),這種穩(wěn)定的結構使得氧化鈰具有許多獨特的性能。下列說法正確的是(

)

答案D

C

10.石墨晶體的結構如圖1所示,石墨的一個六方晶胞如圖2所示。(1)每個晶胞中的碳原子個數