晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)知識(shí)總結(jié)(完善).doc

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3-1、晶體的常識(shí) 一、晶體和非晶體 1、概述——自然界中絕大多數(shù)物質(zhì)是固體，固體分為 和 兩大類。 2、對(duì)比—— 固體類別 晶體 非晶體 （又稱玻璃體） 定義 有規(guī)則幾何外形的固體 有規(guī)則幾何外形的固體 本質(zhì)差別 是否 有自范性？ 自范性—能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形 自范性—不能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形 微觀結(jié)構(gòu) 原子在 維空間里呈 性 序排列 原子排列相對(duì) 序 性質(zhì)差別 是否存在 固定熔點(diǎn)？ 固定熔點(diǎn) 固定熔點(diǎn) 是否存在 各向異性？ 各向異性 各向異性 制取方法 （1）凝固——液態(tài)物質(zhì)變?yōu)楣虘B(tài)； （2）凝華——?dú)鈶B(tài)物質(zhì)不經(jīng)液態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)； （3）結(jié)晶——溶質(zhì)從溶液中析出。 ** 鑒別方法 間接方法 考察固體的某些性質(zhì)如有無(wú)熔點(diǎn)； 科學(xué)方法 X-射線衍射實(shí)驗(yàn)——最可靠的區(qū)別方法 物質(zhì)例舉 玻璃 * 自范性——晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。本質(zhì)上，晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性有序排列的宏觀表象。 * 晶體不因顆粒大小而改變，許多固體粉末用肉眼看不到規(guī)則的晶體外形，但在顯微鏡下仍可看到。 * 晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體生長(zhǎng)的速率適當(dāng)，熔融態(tài)物質(zhì)凝固速率過(guò)快常得到粉末或沒(méi)有規(guī)則外形的塊狀物。 * 各向異性——晶體的許多物理性質(zhì)如強(qiáng)度、熱導(dǎo)性和光導(dǎo)性等存在各向異性即在各個(gè)方向上的性質(zhì)是不同的 二、晶胞 1、定義——描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。 2、特征—— （1）習(xí)慣采用的晶胞都是 體，同種晶體所有的晶胞大小形狀及內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)和幾何排列完全相同。 （2）整個(gè)晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成。 <1> 所謂“無(wú)隙”是指相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙； <2> 所謂“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 3、確定晶胞所含粒子數(shù)和晶體的化學(xué)式——均攤法分析晶胞與粒子數(shù)值的關(guān)系 （1）處于內(nèi)部的粒子， 屬于晶胞，有幾個(gè)算幾個(gè)均屬于某一晶胞。 （2）處于面上的粒子，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有 屬于晶胞。 （3）處于90度棱上的粒子，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有 屬于晶胞。 （4）處于90度頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有 屬于晶胞；處于60度垂面頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有 屬于晶胞；處于120度垂面頂點(diǎn)的粒子，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有，每個(gè)粒子有 屬于晶胞。 4、例舉 三、分類 晶體根據(jù)組成粒子和粒子之間的作用分為分子晶體、原子晶體、金屬晶體和離子晶體四種類型。 3-2、分子晶體和原子晶體 一、分子晶體 1、定義——只含分子的晶體。 2、組成粒子—— 。 3、存在作用——組成粒子間的作用為 （），多原子分子內(nèi)部原子間的作用為 。 * 分子晶體中 定含有分子間作用力， 定含有共價(jià)鍵。 * 分子間作用力 于化學(xué)鍵。 4、物理性質(zhì) （1）熔沸點(diǎn)與硬度——融化和變形只需要克服 ，所以熔沸點(diǎn) 、硬度 ，部分分子晶體還可以升華。 熔融一定破壞分子間的 和可能存在的 鍵，絕不會(huì)破壞分子內(nèi)部的 。 同為分子晶體的不同物質(zhì)，一般來(lái)說(shuō)尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)組成相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，熔沸點(diǎn)越 ；相對(duì)分子質(zhì)量相差不大的分子，極性越大熔沸點(diǎn)越 ；含氫鍵的熔沸點(diǎn)會(huì)特殊的 些。 例如： （2）溶解性——遵循同性互溶原理（或說(shuō)相似相溶原理）：即極性分子易溶于 性溶劑（多為 ），如鹵化氫（HX）、低級(jí)醇和低級(jí)羧酸易溶于極性溶劑水；非極性分子易溶于非極性（有機(jī)）溶劑，如硫、磷和鹵素單質(zhì)（X2）不易溶于極性溶劑水而易溶于非極性溶劑CS2、苯等。同含氫鍵的溶解性會(huì)更 ，如乙醇、氨氣與水。 5、類別范疇 （1）除C、Si、B外的非金屬單質(zhì)，如鹵素、氧氣和臭氧、硫（S8）、白磷（P4）、足球烯（C60）、稀有氣體等。 （2）除銨鹽、SiO2、SiC、Si3N4、BN等外的非金屬互化物，包括非金屬氫化物和氧化物，如氨（NH3）、冰（H2O）、干冰（CO2）、三氧化硫（SO3）等。 （3）所有的酸分子（純酸而非溶液）。 （4）大多有機(jī)物。 （5）除汞外常溫下為液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)。 （6）能升華的物質(zhì)。如干冰、碘、等。 6、結(jié)構(gòu)例析 如果分子間作用力只有范德華力，其分子占晶胞六面體的 個(gè)頂角和 個(gè)面心，若以一個(gè)分子為中心，其周圍通常有 個(gè)緊鄰分子，這一特征稱為分子密堆積，如O2、C60、CO2、I2等。 （1）干冰 固態(tài)的 ， 色透明晶體，外形像冰，分子間作用力只有 ，熔點(diǎn)較 ，常壓能升華，常作制冷劑或人工降雨。 二氧化碳分子占據(jù)立方體晶胞的 個(gè)面心和 個(gè)頂角，與每個(gè)二氧化碳分子距離最近且相等的二氧化碳分子有 個(gè)，若正方體棱長(zhǎng)為a，則這兩個(gè)相鄰的CO2的距離為 。 （2）冰 固態(tài)的 ， 色透明晶體，水分子間作用力除 外，還有 ，氫鍵雖遠(yuǎn)小于共價(jià)鍵，但明顯大于范德華力，所以冰的硬度較 ，熔點(diǎn)相對(duì)較 。 每個(gè)水分子與周圍距離最近且相等的水分子有 個(gè)，這幾個(gè)水分子形成一個(gè) 的空間構(gòu)型，晶體中水分子與氫鍵的個(gè)數(shù)之比為 。這一排列使冰中水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，所以冰的密度 于液體水（4C的水密度最大，通常認(rèn)為是1）。 （3）天然氣水合物 ——可燃冰海底儲(chǔ)存的潛在能源，甲烷分子處于水分子形成籠子里，形式多樣。 二、原子晶體 1、定義——相鄰 間以 鍵結(jié)合而成空間網(wǎng)狀的晶體。整塊晶體是一個(gè)三維的共價(jià)鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的“大分子”，又稱共價(jià)晶體。 2、組成粒子—— 。 3、存在作用—— 。 4、物理性質(zhì) （1）熔沸點(diǎn)與硬度—— 熔點(diǎn)、 硬度，是原子晶體的特征。具體綜合考慮構(gòu)型和鍵能。 同為原子晶體的物質(zhì)，空間構(gòu)型相似時(shí)，共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)越短，鍵能就越 ，熔沸點(diǎn)就越 。 （2）溶解性—— 溶于極性溶劑， 溶于非極性（有機(jī)）溶劑。 5、類別范疇 （1）Si、B、Ge和C（金剛石）等非金屬單質(zhì)。 （2）SiO2、SiC、Si3N4、BN等。 6、結(jié)構(gòu)例析 （1）金剛石 色晶體，天然硬度最 ， 于導(dǎo)電和導(dǎo)熱， 溶于水和有機(jī)溶解。能燃燒生成 。 屬于 晶體，這種晶體的特點(diǎn)是 ；金剛石中與某個(gè)C原子緊鄰即距離最近且相等C原子有 （ 雜化），它們形成 原子的 構(gòu)型，鍵角 ；由共價(jià)鍵構(gòu)成最小環(huán)上有個(gè) C原子（平均每個(gè)最小環(huán)上有1/2個(gè)碳原子和1個(gè)碳碳單鍵），晶體中C原子個(gè)數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為 。 金剛石晶胞可以看為8個(gè)小立方體形成的大立方體，碳原子占大立方體的 個(gè)頂角、 個(gè)面心（或說(shuō)占大立方體的 個(gè)一個(gè)中心、 個(gè)棱心）以及其中間隔的 個(gè)小立方體的中心（或說(shuō)碳原子占每個(gè)小立方體間隔的 個(gè)頂角和中心），平均每個(gè)晶胞含有 個(gè)碳原子。 晶體硅（單晶硅）、碳化硅（金剛砂）結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均與之相似。 （2） 二氧化硅 色晶體，硬度 、熔點(diǎn) ， 于導(dǎo)電和導(dǎo)熱， 溶于水和有機(jī)溶劑。只與 酸和強(qiáng)堿反應(yīng)。用于制造水泥、玻璃、人造寶石、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維等。 相當(dāng)于在晶體硅的每個(gè)硅硅鍵之間個(gè)插入了一個(gè)氧原子，每個(gè)Si與 個(gè)O原子形成 個(gè)共價(jià)鍵，這幾個(gè)氧原子形成的空間構(gòu)型為 ，每個(gè)O與 個(gè)Si原子形成共價(jià)鍵。在二氧化硅晶體中Si與O原子個(gè)數(shù)比為 ，平均每mol SiO2晶體中含有Si-O鍵最接近______mol。 * 石墨—— 色非金屬單質(zhì)， 溶于水，質(zhì)地軟 ，熔點(diǎn) ，可做鉛筆芯和固體潤(rùn)滑劑，電和熱的 體，能做高溫下的電極。 屬于 晶體，是 狀結(jié)構(gòu)：層內(nèi)碳原子間以 相結(jié)合，C原子呈 雜化，即每一個(gè)碳原子與緊鄰的 個(gè)碳原子形成 個(gè)共價(jià)鍵（碳原子數(shù)與碳碳單鍵數(shù)之比為 ），這幾個(gè)碳原子形成的空間構(gòu)型為 ；層間存在的作用力為 。石墨中最小的碳環(huán)為 元環(huán)，每個(gè)C原子被 個(gè)六邊形共用，平均每個(gè)環(huán)占有 個(gè)碳原子，即碳原子數(shù)與碳環(huán)數(shù)之比為 。 3-3、金屬晶體 一、金屬鍵 1、定義—— 2、特征——描述金屬鍵最簡(jiǎn)單的理論是“電子氣理論” 3、強(qiáng)弱——F=KQ1Q2/r2 金屬晶體導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等共性以及熔沸點(diǎn)和硬度差異性解釋。 二、金屬晶體的原子堆積模型 1、二維空間放置 （1）非密置層——縱橫成行，配位數(shù)為 ； （2）密置層——成行交錯(cuò)，配位數(shù)為 。 2、三維堆積 I、非密置層在三維空間的兩種堆積方式： （1）簡(jiǎn)單立方堆積——三維成行堆積，晶胞為 個(gè)原子形成的立方體，平均每個(gè)晶胞含有 個(gè)原子。配位數(shù)為 ，它們形成一個(gè) 空間構(gòu)型，空間利用率太低，為52%，只有金屬釙（Po）采取這種堆積方式。 （2）體心立方堆積——晶胞為 個(gè)原子形成的立方體（八頂角一中心），平均每個(gè)晶胞含有 個(gè)原子。配位數(shù)為 ，它們形成一個(gè) 空間構(gòu)型，空間利用率稍高，為68%，許多金屬如IA族 金屬Na、K、Fe等采取這種堆積方式。 II、密置層在三維空間按體心立方堆積的兩種堆積方式 （3）六方最密堆積——按ABABABAB的方式堆積，Mg、Zn、Ti等； （4）面心立方堆積——按ABCABCABC的方式堆積，Cu、Ag、Au等。 ~~均為金屬晶體的最密堆積，配位數(shù)均為 ，空間利用率均為74%。 3-4、離子晶體 一、離子晶體 1、定義——由 和 通過(guò) 鍵結(jié)合而成的晶體。 2、構(gòu)成粒子—— 。 3、存在作用——構(gòu)成粒子間一定存在 ，構(gòu)成粒子內(nèi)可能存在 。 4、物理性質(zhì) （1）熔沸點(diǎn)較 ，硬而脆；綜合考慮離子晶格和鍵能，融化一定破壞 鍵，不會(huì)破壞其中可能的存在的 鍵。 F=KQ1Q2/r2，即空間構(gòu)型相似的離子晶體，離子電荷越 、成鍵離子半徑和越 ，熔沸點(diǎn)越高。 （2）大多 溶于水，一定破壞 鍵，可能破壞可能存在的部分或全部的 鍵。 （3）固體 導(dǎo)電，液態(tài) 導(dǎo)電，水溶液 導(dǎo)電。一定為離子化合物，一定為電解質(zhì)。 5、類別范疇——離子化合物 （1）IA、IIA族等的活潑金屬和VIA、VIIA族等的活潑非金屬形成的化合物； （2）強(qiáng)堿和大多數(shù)鹽； （3）熔融能導(dǎo)電的化合物。 6、結(jié)構(gòu)例析 離子晶體中的配位數(shù)（縮寫為C.N.）是指一個(gè)離子周圍最鄰近的異性離子的數(shù)目。NaCl和CsCl的陰陽(yáng)離子之比均為1：1，同屬AB型離子晶體，但配位數(shù)不同。 晶體中正負(fù)離子的半徑比是決定離子晶體的重要因素，簡(jiǎn)稱幾何因素； 正負(fù)離子的電荷比也是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的重要因素，簡(jiǎn)稱電荷因素； 離子的純粹程度是決定離子晶體結(jié)構(gòu)的又一因素，簡(jiǎn)稱鍵性因素。 （1）氯化鈉 陰、陽(yáng)離子的配位數(shù)為 ，即每個(gè)Na+緊鄰 個(gè)Cl—，這些Cl—構(gòu)成的幾何圖形是 ；每個(gè)Na+與 個(gè)Na+等距離相鄰。晶胞為八個(gè)小立方體并集形成的一個(gè)大的立方體，若鈉離子占其 個(gè)頂角和 個(gè)面心的話，氯離子則占其 個(gè)中心和 個(gè)棱心，分別平均每個(gè)氯化鈉晶胞含有 個(gè)Na+和 個(gè)Cl—。 若晶胞棱長(zhǎng)為a，則相鄰?fù)噪x子的核間距離為 ，相鄰異性離子的核間距離為 。 （2）氯化鉀 每個(gè)Cl—(或Cs+)周圍與之最接近且距離相等的Cs+(或Cl—)共有 個(gè)，這幾個(gè)Cs+(或Cl—)在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；在每個(gè)Cs+周圍距離相等且最近的Cs+共有 個(gè)，這幾個(gè)Cs+(或Cl—)在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 ；氯化銫晶胞為一個(gè)體心立方體即若銫離子占其 個(gè)中心的話，氯離子則占其 個(gè)頂角，平均一個(gè)氯化銫晶胞含有 個(gè)Cs+和 個(gè)Cl— 。 若晶胞棱長(zhǎng)為a，則相鄰?fù)噪x子的核間距離為 ，相鄰異性離子的核間距離為 。 （3）氟化鈣 鈣離子的配位數(shù)為 ，形成的空間構(gòu)型為 ，氟離子的配位數(shù)為 ，形成的空間構(gòu)型為 ，即鈣離子與氟離子的個(gè)數(shù)比為 ；其晶胞立方體中：鈣離子占其 個(gè)頂角和 個(gè)面心，氟離子占其八分小立方體的 個(gè)中心（或說(shuō)正套小立方體的 個(gè)頂角）；平均一個(gè)氟化鈣晶胞含有 個(gè)鈣離子和 個(gè)氟離子。 若晶胞棱長(zhǎng)為a，則鈣離子與鈣離子的最近距離為 ，氟離子與氟離子的最近距離為 ，鈣離子與氟離子的最近距離為 。 二、晶格能 1、定義—— 態(tài)離子形成 摩爾離子晶體所 的能量。 2、意義—— 是最能反映離子晶體穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)。 * 晶體類型列表分析 晶體類型 原子晶體 離子晶體 金屬晶體 分子晶體 1、定義 2、構(gòu)成粒子 3、 存在作用 粒子間 粒子內(nèi) 4、融化或變形時(shí) 所破壞的作用 5、熔沸點(diǎn) 6、硬度 7、溶解性 水 有機(jī)溶劑 8、溶于水時(shí) 所克服的作用 9、 導(dǎo)電性 固態(tài) 液態(tài) 水液 10、導(dǎo)熱性 10、范疇例舉 * 物質(zhì)熔沸點(diǎn)高低的比較 （1）一般說(shuō)來(lái)，原子晶體 > 離子晶體 > 金屬晶體 > 分子晶體 （2）如果同為原子晶體——比較共價(jià)鍵強(qiáng)弱： 共價(jià)鍵成鍵原子半徑之和越小，鍵長(zhǎng)越 ，鍵能越　　，熔沸點(diǎn)就越　　。 共用電子對(duì)越 ，電子云重疊越多 （3）如果同為離子晶體——比較離子鍵強(qiáng)弱： 離子電荷數(shù)越 、成鍵離子核間距離即陰陽(yáng)離子半徑之和越 ，熔沸點(diǎn)就越　　。 （4）如果同為金屬晶體——比較金屬鍵強(qiáng)弱： 金屬陽(yáng)離子電荷數(shù)越 、離子半徑越 ，熔沸點(diǎn)就越　　。 （5）如果同為分子晶體——比較分子間作用力大?。? ① 組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對(duì)分子質(zhì)量越 ，分子間力就越 ，熔沸點(diǎn)越 ； ② 式量相近時(shí)，分子極性越 ，熔沸點(diǎn)越 ； ③ 分子中存在氫鍵的比不存在氫鍵的熔沸點(diǎn)(　　) （6）相同條件下的物質(zhì)——固體 > 液體 > 氣體 鞏固思考： 1、氮化硅C3N4晶體很可能具有比金剛石更大的硬度，原子間均以單鍵結(jié)合，是一種新型耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，，下列關(guān)于C3N4晶體的說(shuō)法正確的是 ( ) A. 是分子晶體 B. 粒子間通過(guò)離子鍵結(jié)合 C. 該晶體易溶解于水 D. 每個(gè)C原子與4個(gè)N原子連接，每個(gè)N原子與3個(gè)C原子連接 2、下列各組物質(zhì)的晶體中，化學(xué)鍵類型相同，晶體類型也相同的是 ( ) A . SO2 和 SiO2 B . CO2 和 H2O C . NaCl 和 HCl D . CCl4 和 KCl 3、關(guān)于晶體的下列說(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. 分子晶體的熔點(diǎn)一定比金屬晶體的低 4、下列各物質(zhì)中，按熔點(diǎn)由高到低的順序排列的是（　） A．H2O> H2Te > H2Se > H2S B．KCl>NaCl>LiCl>HCl C．Rb＞K＞Na＞Li D．石墨＞金剛石＞SiO2＞鈉