資源簡介

第24講
晶體結構與性質
診斷性評價
(2021·天津，2)下列各組物質的晶體類型相同的是
A.SiO2和SO3 B.I2和NaCl
C.Cu和Ag D.SiC和MgO
√
[2021·浙江6月選考，26(1)]已知3種共價晶體的熔點數據如下表：
?
金剛石
碳化硅
晶體硅
熔點/℃
>3 550
2 600
1 415
金剛石熔點比晶體硅熔點高的原因是_________________________________________
_________________________________________________________________________。
共價晶體中，原子半徑越小，共價鍵鍵能越大，熔點越高，原子半徑：C＜Si(或鍵長：C—C＜Si—Si)，鍵能：C—C＞Si—Si
一、物質的聚集狀態 晶體與非晶體
物質的聚集狀態有哪些？
等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子（分子或原子）組成的整體上呈電中性的氣態物質。
離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液態物質。
由固態向液態轉化過程中存在的取向有序流體稱為液晶
{77D5D866-21FD-475E-8EC7-EAEDDA05492D}?
晶體
非晶體
結構特征
原子在三維空間里呈______排列
原子排列_________
性質特征
自范性
_____
____
熔點
______
_________
異同表現
__________
_________
周期性
有序
相對無序
有
無
固定
不固定
各向異性
各向同性
晶體、非晶體的比較與鑒別
利用自范性鑒別
利用各向異性鑒別
利用熔點鑒別
利用x射線衍射儀鑒別（最可靠）
獲得晶體的幾種方法？
從熔融態結晶出來的硫晶體
凝華得到的碘晶體
從飽和硫酸銅溶液中析出的硫酸銅晶體
熔融態物質凝固
氣態物質冷卻不經液態
直接凝固(凝華)
溶質從溶液中析出
二、典型晶體回顧
基本重復單元:晶胞（crystal cell）
形狀單一
無隙并置
平移復原
晶胞
金剛石
碳原子采取 雜化，鍵角為________
每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結合成__________結構，向空間伸展形成_______________
最小碳環由___個碳原子組成，每個碳原子被____個六元環共用
金剛石晶胞的每個______和_____均有1個C原子，晶胞內部有__個C原子，內部的C在晶胞的體對角線的 處，每個金剛石晶胞中含有___個C原子
sp3
109°28′
正四面體
空間網狀結構
6
頂點
面心
12
4
8
Si原子采取sp3雜化，正四面體內O—Si—O鍵角為109°28′
每個Si原子與___個O原子形成4個共價鍵，Si原子位于正四面體的中心，O原子位于正四面體的頂點，同時每個O原子被__個硅氧正四面體共用，晶體中Si原子與O原子個數比為______
最小環上有____個原子，包括___個O原子和___個Si原子
1 mol SiO2晶體中含Si—O數目為______
SiO2晶胞中有___個Si原子位于立方晶胞的頂點，有___個Si原子位于立方晶胞的面心，還有___個Si原子與____個O原子在晶胞內構成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有___個Si原子和___個O原子
4
2
1∶2
12
6
6
4NA
6
8
4
16
8
16
SiO2
SiC
BN
干冰
C60
I2
H2O
O2
ZnS
NaCl
CaF2
CsCl
混合晶體
反射性能（金屬光澤）
導熱性
導電性
金屬晶體
具
有
結構中含有
離域大 π 鍵
石
墨
晶
體
決
定
質軟（硬度小）
層與層間
范德華力
決定
分子晶體
具有
熔點高
層內部
共價鍵
決定
共價晶體
具有
（傳熱材料）
（儲能材料）
（潤滑材料）
（耐火材料）
2014年，中國科學技術大學陳仙輝與復旦大學張遠波合作利用黑磷實現了高速場效應晶體管的應用嘗試，為研究黑磷的廣泛應用拉開了序幕。
晶體類型？
P的雜化類型？
性質可能有？
混合晶體
sp3
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
離子鍵百分數%
62
50
41
33
四種氧化物的化學鍵中離子鍵成分逐漸減少
離子晶體
共價晶體
趨向于
第三周期的后幾種氧化物P2O5、SO3、Cl2O7屬于分子晶體
Na2O MgO Al2O3 SiO2
離子晶體 共價晶體
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶體
TiCl4 這類高價態的金屬氯化物往往傾向于形成以共價鍵為主的過渡型晶體，其熔點僅為
-25℃，與分子晶體性質類似
像 TiO2 這類高價態的金屬氧化物也傾向于形成以共價鍵為主的過渡型晶體，但其性質偏向于共價晶體，熔點可以高達 1 830℃
四類晶體都有過渡型
三、常見晶體微觀結構、性質比較
{E364DEFD-1D1D-45AC-B6A7-0296249E4342}　　
構成晶體粒子
微粒間作用力
熔沸點
硬度
溶解性
分子間作用力
共價鍵
離子鍵
金屬鍵
分子
原子
陽離子+陰離子
金屬陽離子+電子
較低
很高
較高
差異較大
較小
很大
較大
差異較大
相似相溶+氫鍵
一般不溶
大多易溶
大多不溶
有些反應
判斷熔沸點的步驟
判斷晶體類型
（一般共價晶體＞離子晶體＞分子晶體）
同種晶體，判斷影響因素（半徑大多都可以作為判定要素）
分子晶體：（①有氫鍵＞無氫鍵；②有氫鍵，分子間氫鍵作用大于分子內氫鍵作用；③無氫鍵時，M越大，熔沸點越高；④無氫鍵時，M接近，極性越大，熔沸點越高；）
判斷以下物質熔沸點高低，并解釋原因
NH3與PH3，CO2與CS2，CO與N2，對羥基苯甲醛與鄰羥基苯甲醛
共價晶體：（比較鍵長，進而比較原子半徑，原子半徑越小，鍵長越短，熔沸點越高）
判斷以下物質熔沸點高低，并解釋原因
硅單質與碳化硅
離子晶體：（比較晶格能，離子電荷數越大，離子半徑越小，熔沸點越高）
判斷以下物質熔沸點高低，并解釋原因
ZnO與ZnS，FeO與Fe2O3
判斷溶解性的依據
相似相溶
是否含有氫鍵
解釋吡啶在水中的溶解度大于在苯中的原因？
①相似相溶，極性分子易溶于極性溶劑
②能與水分子間形成氫鍵
四、常見晶體相關計算——化學式推導（均攤法）
BA2
CuH
MgB2
多硼酸根離子符號
天然硅酸鹽組成復雜，陰離子的基本結構單元是 四面體，如圖(a)，通過共用頂角氧離子可形成鏈狀、網狀等結構，圖(b)為一種無限長雙鏈的多硅酸根，其中Si與O的原子數之比為________，化學式為___________(用n代表聚合度)。
2∶5.5
四、常見晶體相關計算——配位數
Si的配位數
B的配位數
V、O的配位數
每個CO2周圍有
多少個緊密相鄰的CO2？
四、常見晶體相關計算——晶胞密度與空間關系
已知銅的晶胞結構如圖（a）所示，若銅原子的半徑為1.29×10-10m，試求晶胞的邊長即AB的長度。
面心立方堆積4r＝????a(r為原子半徑)
?
如圖是Fe單質的晶胞模型。已知晶體密度為d g·cm－3，鐵原子的半徑為_____________
______nm(用含有d、NA的代數式表示)。
×107
體心立方堆積4r＝????a(r為原子半徑)
?
ρ＝m/V＝（N×M）/（NA×a3）
1 pm＝1×10－10 cm；1 nm＝1×10－7cm
已知立方氮化硼密度為d g·cm－3，NA代表阿伏加德羅常數的值，立方氮化硼晶胞中面心上6個N原子相連構成正八面體，該正八面體的邊長為__________________ pm(列式即可)。
四、常見晶體相關計算——空間利用率
已知：立方氮化硼的密度為d g·cm－3，B原子半徑為x pm，N原子半徑為y pm，阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶胞中原子的空間利用率為_____________________(列出化簡后的計算式)。
四、常見晶體相關計算——坐標參數
原子坐標參數表示晶胞內部各原子的相對位置。下圖為金剛石的晶胞，其中原子坐標參數A為(0，0，0)；B為(1/2，1/2，0)；C為(1，1/2，1/2)。則D原子的坐標參數為__________。
A
B
C
D
2
四、常見晶體相關計算——投影問題
[2022·湖南，18(4)]鉀、鐵、硒可以形成一種超導材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分別如圖所示：
①該超導材料的最簡化學式為__________。
KFe2Se2
②Fe原子的配位數為______。
4
③該晶胞參數a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。阿伏加德羅常數的值為NA，則該晶體的密度為
________________________g·cm－3(列出計算式)。
x、y平面上投影
簡單立方
體心立方
面心立方
沿體對角線投影
體心立方
面心立方
四、常見晶體相關計算——缺陷問題
銠摻雜SrTiO3形成的催化劑，在光催化CO2還原反應中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞結構如圖所示。 ①其中Sr2+位于晶胞的體心，則Ti4+所處的位置為晶胞的_____(填“頂角”或“棱心”)；每個Ti4+周圍緊鄰的O2-共有_____個。②當有1%的Ti4+被Rh3+替代后，晶體中會失去部分O2-產生缺陷，此時平均每個晶胞所含O2-數目為_____(保留三位小數)。
頂角
6
2.995
終結性評價
1.(2021·遼寧，7)單質硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導材料，其晶胞如圖。下列說法錯誤的是
A.S位于元素周期表p區
B.該物質的化學式為H3S
C.S位于H構成的八面體空隙中
D.該晶體屬于分子晶體
√
Ti4＋
sp3
3.[2022·遼寧，18(6)]某種新型儲氫材料的晶胞如圖，八面體中心為M金屬離子，頂點均為NH3配體；四面體中心為硼原子，頂點均為氫原子。若其摩爾質量為188 g·
mol－1，則M元素為______(填元素符號)；在該化合物中，M離子的價層電子排布式
為______。
Fe
3d6

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