晶体结构与性质-一轮复习课件(1).ppt

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1、专题三晶体结构与性质晶体结构与性质教学目标 1.掌握晶体与非晶体的区别。 2.掌握常见的晶体种类及其典型代表物结构模型。 3.掌握常见晶体类型的判断及熔沸点高低比较。 4.了解晶体结构与晶胞的关系，熟记重要的晶体结构和晶胞。 5.掌握常见类型晶胞中各种粒子的配位数。 6.掌握晶胞中粒子数目的计算方法均摊法。 7.掌握晶体、晶胞密度的计算方法。难点1.晶体类型的判断及熔沸点高低比较。 2.晶体结构与晶胞的关系。如金刚石结构与晶胞的关系、金属晶体的三维堆积模型与晶胞的关系等。3.晶胞中各种粒子的配位数。4.晶胞密度的计算。一、晶体的特性一、晶体的特性1.自范性。2.各向异性。3.有固定的熔沸点。4

2、.有规则的几何外形。5.能使X射线产生衍射。二、晶体分类及性质二、晶体分类及性质 一）晶体的简单分类： 1.分子晶体（干冰等）。 2.离子晶体（氯化钠、氯化铯等）。 3.原子晶体（金刚石、二氧化硅晶体等）。 4.金属晶体（金属及合金）。 5.混合晶体（石墨等）。 二）判断晶体类型的方法 1.依据组成晶体的微粒和微粒间的作用判断。离子晶体的微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键；原子晶体的微粒是原子，微粒间的作用是共价键；分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力；金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。 2.依据物质的分类判断。金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强

3、碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体；大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体；常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等；金属单质(除汞外)与合金是金属晶体。 3.依据晶体的熔点判断。离子晶体的熔点较高，常在数百至1000；原子晶体熔点高，常在1000至几千摄氏度；分子晶体熔点低，常在数百摄氏度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。 4.依据导电性判断。离子晶体水溶液及熔化时能导电；原子晶体一般为非导体；分子晶体为非导体，

4、而分子晶体中的电解质(主要是酸和强非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电；金属晶体是电的良导体。 5.依据硬度和机械性能判断。离子晶体硬度较大或较硬、脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆；金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。 三）物质熔、沸点与晶体类型的关系 1.不同类型晶体的熔、沸点高低 一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，而汞、镓、铯等熔、沸点很低。 2.原子晶体 由共价键形成的原子晶体中，原子半径越小的键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高，如熔点：金刚石碳化硅硅。 3.离子晶体 一般地说，阴阳

5、离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，熔、沸点越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。 4.分子晶体 (1)分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；分子间具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常的高，如H2OH2TeH2SeH2S。 (2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4. (3)组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。 (4)对于互为同分异构体的分子晶体，支链越多，熔、沸点越低，如 CH3CH2CH2CH2CH3 5.金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越

6、多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgAl。 合金的熔、沸点一般来说比它各组分纯金属的熔、沸点低。三、各类晶体结构与晶胞三、各类晶体结构与晶胞 一）分子晶体一）分子晶体 1、冰 水分子之间的主要作用力是 ，也存在 ，每个水分子周围只有 个紧邻的水分子。形成空间网状结构，类似金刚石。 2、干冰 CO2分子之间存在 ，每个CO2分子周围有 个紧邻的CO2分子。 CO2晶胞属于 类型范德华力范德华力氢键氢键4范德华力范德华力12面心立方面心立方晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解二氧化碳晶体每8个CO2构成立方体，且在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离( ，a

7、为立方体棱长)的最近的CO2有12个(同层4个，上层4个、下层4个)碘的晶胞与干冰晶胞类似，同属于面心立碘的晶胞与干冰晶胞类似，同属于面心立方结构。方结构。 二）原子晶体二）原子晶体 1.结构特点 (1)晶体中只含原子。 (2)原子间以 结合。 (3) 结构。 2.典型的原子晶体金刚石 (1)碳原子以 杂化轨道形成共价键，碳碳键之间夹角为 。 (2)每个碳原子与相邻的 个碳原子结合。共价键共价键空间网状空间网状sp3109.54晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解金刚石晶体金刚石晶体是一种空间网状结构每个C与另外4个C以共价键结合，前者位于正四面体的中心。晶体中所有CC键键长相等，键角相等(均

8、为10928)；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个CC键的形成，C原子数与CC键数之比为12金刚石的晶胞8个顶点各有1个粒子，6个面心各有1个粒子，体内共有4个粒子。晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解SiO2晶体每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后者在正四面体的顶点；同时每个O被两个正四面体所共用。每个正四面体占有一个完整的Si原子，四个“半O原子”，故晶体中Si原子与O原子个数比为1(4 )12晶体硅与金刚石结构类似。二氧化硅晶体可以看成是晶体硅的每两个硅原子之间插入一个氧原子。三）离子晶体晶三）离子晶体晶胞类型：胞类型：（1）钠离子和氯离子的

9、位置：）钠离子和氯离子的位置：钠离子和氯离子在空间交替排钠离子和氯离子在空间交替排列。列。氯离子：体心和棱中点；钠离氯离子：体心和棱中点；钠离子：面心和顶点，子：面心和顶点，或者反之。或者反之。1、氯、氯化钠型晶胞化钠型晶胞（2 2）NaClNaCl晶体中阴、阳离子配位数晶体中阴、阳离子配位数与与Cl- 等距离且最近的等距离且最近的Na+ 有：有： 个个, 这些这些Na+能构成能构成 型型与与Na+等距离且最近的等距离且最近的Cl- 有：有： 个个, 这些这些Cl-构成构成 型型 66正八面体正八面体正八面体正八面体（3）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数每个晶胞含钠离子、氯离子的个数（4）与）与

10、Na+等距离且最近的等距离且最近的Na+ 有：有： 个个 与与Cl-等距离且最近的等距离且最近的Cl-有：有： 个个12122、氯、氯化铯型晶胞化铯型晶胞-Cs+-Cl-CsClCsCl的晶体结构及晶胞构示意图的晶体结构及晶胞构示意图CsCl晶胞晶胞（1）铯离子和氯离子的位置：）铯离子和氯离子的位置：铯离子：体心铯离子：体心氯离子：顶点；或者反之。氯离子：顶点；或者反之。（2）每个晶胞含铯离子、氯）每个晶胞含铯离子、氯离子的个数离子的个数铯离子：铯离子：1个个 ；氯离子：；氯离子：1个个（3）与铯离子等距离且最近）与铯离子等距离且最近的铯离子、氯离子各有几个？的铯离子、氯离子各有几个？铯离子：

11、铯离子：6个个 ；氯离子：；氯离子：8个个晶体晶体结构示意图晶体中粒子分布详解氯化铯晶体每8个Cs、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(Cs或Cl)。在每个Cs周围最近的等距离(设为 )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Cl也有6个3 3、CaFCaF2 2型晶胞型晶胞Ca2+的配位数：的配位数：8F- -的配位数：的配位数：4一个一个CaFCaF2 2晶胞中含：晶胞中含： 4 4个个CaCa2+2+和和8 8个个F F- -CaCa2+2+F F- -4 4、ZnSZnS型晶胞型晶胞阳离

12、子的配位数：阳离子的配位数：4阴离子的配位数：阴离子的配位数：4一个一个ZnS晶胞中含：晶胞中含：4 4个阳离子和个阳离子和4 4个阴离子个阴离子该晶胞类似于金刚石晶胞该晶胞类似于金刚石晶胞各类型离子晶体晶胞的比较各类型离子晶体晶胞的比较晶体晶体类型类型晶胞晶胞类型类型晶胞结构晶胞结构示意图示意图配位数配位数距离最近距离最近且相等的且相等的相反离子相反离子每个晶每个晶胞含有胞含有离子数离子数实例实例NaCl型型 ABCsCl型型ZnS型型AB2 2CaF2 2型型NaNa+ +：6ClCl- -：6CsCs+ +：ClCl- -：8 88 8ZnZn2+2+：S S2-2-：4 44 4CaC

13、a2+2+：F F- -： 4 48 8NaNa+ +：ClCl- -：CsCs+ +：ClCl- -：ZnZn2+2+：S S2-2-：CaCa2+2+：F F- -：NaNa+ +：ClCl- -：CsCs+ +：ClCl- -：ZnZn2+2+：S S2-2-：CaCa2+2+：F F- -：668 88 84 44 44 48 8441 11 14 44 48 84 4KBr AgCl、MgO、CaS、BaSeZnS、AgI、 BeOCsCl、CsBr、CsI、TlCl碱土金属卤化碱土金属卤化物、碱金属氧物、碱金属氧化物。化物。四）金属晶体晶胞四）金属晶体晶胞1.1.简单立方堆积：简单

14、立方堆积：边长边长 = 2r= 2r非最紧密堆积，非最紧密堆积，空间利用率低空间利用率低1 1简单立方堆积简单立方堆积 钋型钋型 例：例：金属钾、钠、铁等金属钾、钠、铁等2 2、体心立方堆积：、体心立方堆积：体对角线体对角线 = 4r= 4r3 3边长边长=4 r/3=4 r/32体心立方堆积体心立方堆积 钾、钠、铁型钾、钠、铁型配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%3 3、六方最密堆积：、六方最密堆积：123456于是每两层形成一个周期，即：于是每两层形成一个周期，即：ABAB、 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。堆积方式，形成六方紧密堆积。 各层均为密置层各层均为密置

15、层A AB BA AB BA A33六方最密堆积六方最密堆积边长边长 = 2r= 2r高高 = 4 r/3= 4 r/36 6六方最密堆积Zn、Ti、Mg配位数：124 4、面心立方最密堆积：、面心立方最密堆积：123456123456123456A AB BC CABCAABC44面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积123456BCA边长边长 = 2 r= 2 r面对角线面对角线 = 4r= 4r2 2配位数：配位数：12四、晶体中有关计算四、晶体中有关计算 1.晶胞中质点个数的计算晶胞中质点个数的计算体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8立方晶胞立方晶胞体心：体心：1面心：面心：1/2棱

16、边：棱边：1/4顶点：顶点：1/8小结：晶胞对质点的占有率小结：晶胞对质点的占有率棱边数棱边数814121练习：练习：如图依次为Na、Zn晶胞的示意图，数一数，它们平均分别含几个原子？练习：练习：如图依次为I2、金刚石晶胞的示意图，数一数，它们平均分别含几个原子？2、金属晶体空间利用率的计算、金属晶体空间利用率的计算(1)简单立方：在立方体顶点的微简单立方：在立方体顶点的微粒为粒为8个晶胞共享，个晶胞共享，空间利用率：空间利用率：(2r)(2r)3 344r r3 3/3/3= 52.36%= 52.36%微粒数为：微粒数为：81/8 = 1（2）体心立方：在立方体顶）体心立方：在立方体顶点的

17、微粒为点的微粒为8个晶胞共享，处个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于于体心的金属原子全部属于该晶胞。该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2体心为4r，边长a=4 r/3 ，空间利用率：V原子/V晶胞 =（24r3/3）/(4 r/3 )3 = 67.98 =68% 微粒数：8 1=2 （3）六方晶胞：在六方体顶）六方晶胞：在六方体顶点的微粒为点的微粒为6个晶胞共有，在个晶胞共有，在面心的为面心的为2个晶胞共有，在体个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 空间利用率：74%（4）面心立方：在立方体顶

18、点的微粒为）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 空间利用率：空间利用率：(2(21.414r)1.414r)3 34 444r r3 3/3/3= 74.05%= 74.05%面对角线为4r，边长a= 22r 3、晶体密度的计算、晶体密度的计算晶胞晶胞Vm(1)立方晶胞的密度：立方晶胞的密度：3LM晶胞晶粒晶粒n3ALNMN晶胞晶粒晶粒其中，N晶粒晶胞中均摊的晶粒数目；M晶粒晶粒的摩尔质量；NA阿伏伽德罗常数 ；L晶胞立方晶胞的边长。 例：已知Cu的晶胞为面心立方结构。Cu原子

19、半径为r，NA代表阿伏伽德罗常数，Cu的相对原子质量为M，请回答：(1)晶胞中Cu原子的配位数为 ，(2)一个晶胞中Cu原子的数目为 ；(3)该晶体的密度为 （用字母表示）ANrM382124解析：(1)Cu的晶胞为面心立方，紧邻的Cu原子分上层4个、中层4个、下层4个，所以配位数为12；(2)处于立方体顶点的质点有1/8属于该晶胞，处于面心的质点有1/2属于该晶胞，所以一个晶胞中Cu原子的数目为8（1/8）(1/2)=4；(3)晶胞密度 ，一个晶胞中Cu的数目为4，即N晶粒=4，晶胞面对角线为4r，边长为L，则有 ，即 ，代入公式即可。 222)4(Lr24rL (2)其它平行六面体型晶胞的计算：其它平行六面体型晶胞的计算：晶胞晶胞Vm晶胞晶粒晶粒VMn晶胞晶粒晶粒VNMNA当求解六方最密堆积型晶胞密度时，因为该类晶胞不是标准的立方体，需要用上面的公式。此时，晶胞晶胞晶胞h SV