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,欢迎进入化学课堂,第三章晶体结构与性质,一、晶体的特征本质:晶体内质点在三维空间内的有序排列1.自范性：晶体在适当条件下自发地形成几何多面体的性质2.均一性：化学组成、密度各部分相同3.各向异性：强度、导热性、光学性质4.重复性：5.最小内能：形成晶体时内能最小(小于液、气)6.稳定性：内能最小，稳定7.有熔点：8.能使X射线产生衍射的实验,晶体的形成的三条途径：1.熔融态物质凝固；2.气态物质凝华；3.溶质从溶液中析出,均摊法解析晶体的计算：,顶点:由8个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/8,棱上:由4个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/4,面心:由2个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/2,体内:由1个晶胞拥有，该晶胞独自拥有该粒子,长正方体,正六边形顶点:石墨中的每个C被3个共用，各环分享1/3,不规则,正六棱柱顶点:晶体中原子被6个共用，各环分享1/6,正六棱柱纵棱:晶体中原子被3个共用，各环分享1/3,正三角形顶点:每个原子被12个共用，各环分享1/12,不规则,正三角形纵棱:晶体中原子被6个共用，各环分享1/6,ABC,练习：某晶体的一部分如上图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子之比是。,1：4：2,二、分子晶体和原子晶体,概念：分子间以分子间作用力（范德华力,氢键）相结合的晶体要点：构成分子晶体的粒子是分子，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间的相互作用是范德华力特点：低熔沸点、硬度小、易升华、不导电,1.分子晶体,(1)所有非金属氢化物：H2O,H2S,NH3,CH4,HX(2)部分非金属单质：X2,O2,H2,S8,P4,C60(除B、Si、等的单质)(3)部分非金属氧化物:CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10(除SiO2等）(4)几乎所有的酸：H2SO4,HNO3,H3PO4(5)绝大多数有机物晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖,那些晶体属于分子晶体呢？,(1)只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积,分子晶体结构有何特征？,如果分子间作用力只是范德华力，若以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。分子晶体的这一特征称为分子密堆积。,每个分子周围有12个紧邻的分子,为什么冰的密度小于水？,在冰的晶体中，水分子之间的主要作用力是氢键（范德华力为次）。这会对冰晶体的结构造成什么样的影响呢？,氢键具有方向性,分子非密堆积,每个水分子的周围只有4个紧邻的水分子。这一排列使冰晶体中的水分子的利用率不高，留有相当大的空隙。,为什么冰的密度小于干冰？,干冰晶体内只存在范德华力，一个分子周围有12个紧邻分子。形成分子密堆积。在冰晶体中分子间作用力主要是氢键，一个水分子周围只有4个紧邻的水分子，形成分子非密堆积。所以干冰的密度大于冰的密度。,为什么水在40C时的密度最大？,当冰刚刚融化成液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子的空隙减小，密度增大。超过40C时，由于热运动加剧，分子间距离加大，密度逐渐减小，所以40C时水的密度最大。,2.分子间作用力包括范德华力和氢键作用范围小，只有分子与分子充分接近时，才有明显的作用，气态分子一般不再考虑分子间作用力的存在分子间作用力很弱，能量很小，易被破坏，克服它需能量少，这就是干冰易气化、碘易升华的原因分子间作用力能使分子间的排列有序化，不能改变分子内的结构，因此只影响物质的物理性质,1.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是A.干冰B.氯化钠C.氢氧化钠D.碘2.在解释下列物质性质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与键能无关的变化规律是A.HF、HCI、HBr、HI的热稳定性依减弱B.N2比白磷化学性质稳定C.F2、C12、Br2、I2的熔、沸点逐渐升高D.H2S的熔沸点小于H2O的熔、沸点,课堂练习,B,CD,3.下列物质在变化过程中，只需克服分子间作用力的是()A.食盐溶解B.铁的熔化C.干冰升华D.氯化铵受热分解4.当SO3晶体熔化或气化时，下述各项中发生变化的是()A.分子内化学键B.分子间距离C.分子构型D.分子间作用力5.支持固态氨是分子晶体的事实是A.氮原子不能形成阳离子B.铵离子不能单独存在C.常温下，氨是气态物质D.氨极易溶于水,C,BD,C,6.下列有关共价化合物的说法：具有较低的熔、沸点不是电解质固态时是分子晶体都是由分子构成液态时不导电，其中一定正确的是()A.B.C.D.7.下列分子晶体：HClHBrHICON2H2熔沸点由高到低的顺序是()A.B.C.D.,D,C,.概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的共价键相结合。,2原子晶体（共价晶体）,金刚石,10928,共价键,在金刚石晶体里，每个碳原子都被相邻的4个碳原子所包围，以共价键跟这4个碳原子结合，形成正四面体。最小的碳环上有6个碳原子。,金刚石里的C-C键的键长很短（154pm），键能很大（347.7KJ/mol）,所以金刚石在所有晶体中硬度最大，而且熔点也很高（35500C）。,练习1：金刚石晶体是一种立体的空间网状结构，试分析；（1）晶体中最小碳环由个C原子组成？（2）晶体中每个C原子参与了条CC键的形成？（3）原子个数与CC键数之比为？,6,4,1：2,常见的原子晶体某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体某些氧化物：二氧化硅（SiO）晶体、Al2O3,练习2：有下列八种物质：水晶、冰醋酸、白磷、氩晶体、碳化硅、干冰、金刚石和过氧化氢晶体。填空：属于原子晶体的化合物是：；直接由原子构成的晶体是：；含有极性键和非极性键的分子晶体是是：；属于分子晶体的单质是：；受热熔化后化学键不发生变化的是：；受热熔化需破坏化学键的是：。,水晶碳化硅,水晶碳化硅、金刚石,冰醋酸过氧化氢晶体,氩晶体、白磷,冰醋酸、氩晶体白磷干冰过氧化氢晶体,水晶碳化硅金刚石,练习3：下列物质不存在氢键的是A.冰醋酸中醋酸分子之间B.液态HF中的HF分子之间C.一水合氨分子中的氨分子与水分子之间D.可燃冰(CH48H2O)中甲烷分子与水分子之间,练习4：有关晶体的下列说法正确的是A.晶体中分子间作用越大，分子越稳定B.原子晶体中原子间键长越短，晶体越稳定C.原子晶体中共价键越强，熔沸点越高D.分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点越高E.微粒间通过共价键形成的晶体，具有高的熔沸点F.冰融化时水分子中共价键发生断裂G.分子晶体内一定存在共价键,D,BCE,5.下列有关晶体的叙述，属于原子晶体的是：A.由分子间作用力结合而成，熔点低；B.固体熔融后容易导电，熔点在1000左右；C.由共价键结合形成空间网状结构；D.熔沸点高，硬度大。6.某单质组成的晶体一定不是：A.离子晶体；B.分子晶体；C.原子晶体；D.金属晶体,C,A,三、金属晶体一、金属键：1.金属键：在金属单质晶体中,使金属原子相互结合的强烈作用（金属离子与自由电子间的强烈的相互作用）叫金属键2.金属晶体:金属阳离子和自由电子之间通过金属键结合而形成的晶体构成微粒：金属阳离子与自由电子；微粒间的作用：金属键物性特点：大部分金属熔点较高、质硬（少数质软），难溶于水（K、Na、Ca等与水反应），能导电、导热、有延展性等,3.金属晶体Po周围相切的Po为6,4.金属晶体碱金属或Fe周围相切的原子为8,5.金属晶体Mg、Zn、Ti周围相切的原子为12,6.金属晶体Cu、Ag、Au周围相切的原子为12,NaCl晶胞,CsCl晶胞,离子晶体中存在的微粒是：,阴、阳离子,微粒间的作用力是：,离子键(离子内可能存在共价键),哪些是离子晶体：,大多数盐、碱、金属氧化物,强调：离子晶体一定是化合物离子键无饱和性、无方向性,四、离子晶体,两种晶体中阳离子和阴离子的配位数是否相等？,6,8,8,6,离子晶体的性质,在离子晶体中，离子间存在较强的离子键，使离子晶体的硬度较大，难于压缩，具有较高的熔沸点。,一般来说：熔沸点的顺序是原子晶体离子晶体分子晶体,离子晶体的熔点高低取决于离子键的强弱,离子键的强弱取决于离子半径和所带电荷,NaCl晶体是个大分子，晶体中无单独的NaCl分子存在。NaCl是化学式，因而58.5可以认为是式量，不是分子量。,离子晶体中没有分子式，只有化学式。化学式是微粒的配位数之比。,分子,原子,金属离子和自由电子,阴、阳离子,范德华力,共价键,金属键,离子键,可能的化学键,共价键,共价键,低,很高,变化大,高,小,很大,变化大,较大,差,差,良好,差,不导电,不导电,良好的导电性,不导电,NaCl、CsCl、CaF2,干冰、冰、Ne、HCl等,金刚石、水晶等,钋、钾、镁、铜,四种晶体比较,最近原子个数求算或空间构型判断：,1.求离Na+最近的Cl个数求离Cl最近的Na个数,方法三:配位数为6，配位原子空间构型为正八面体,方法一：找点法(x、y、z),方法二：排除重复计算法,2.求离Cs+最近的Cl个数求离Cl最近的Cs个数,方法：配位数为8，配位原子空间构型为正方体,3.求离Ca2最近的F个数求离F最近的Ca2+个数,方法:Ca2+的配位数为8，配位原子构型为正方体F的配位数为4，配位原子构型为正四面体,F,Ca2,4.求离Na+最近的Na个数求离Cl最近的Cl个数,方法一：找点法(x、y、z),方法二：排除重复计算法,5.求离CO2最近的CO2个数,方法一：找点法(x、y、z),方法二：排除重复计算法,6.冰中，求离H2O最近的H2O个数,氢键具有方向性,冰的结构,1下列化学式能真实表示物质分子组成的是（）ANaOHBSiO2CCsClDSO32下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是（）ASO2与SiO2BCO2与H2OCNaCl与HClDCCl4与KCl,D,B,课堂检测,3下面有关离子晶体的叙述中，不正确的是（）A1mol氯化钠中有NA个NaCl分子B氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的Na+共有6个C氯化铯晶体中，每个CS+周围紧邻8个Cl-D平均每个NaCl晶胞中有4个Na+、4个Cl-,AB,520世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子。(如图1-5)：下列说法错误的是A金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高B据估计C60熔点比金刚石和石墨要高C无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体D球碳分子是碳的同素异形体，而管状碳分子、洋葱状碳分子则不一定,BD,6下列数据是对应物质的熔点据此做出的下列判断中错误的是A铝的化合物的晶体中有的是离子晶体B表中只有BCl3和干冰是分子晶体C同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体D不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体,B,7.某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：(1)晶体中每个Y同时吸引着_个X，每个x同时吸引着_个Y，该晶体的化学式为_。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_个。(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹XYX的度数为_。(4)设该晶体的摩尔质量为Mgmol-1，晶体密度为cm-3，阿伏加德罗常数为NA则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为_。,4,8,XY2,12,10928,8.二氧化硅晶体是立体的网状结构，其晶体模型如右图所示。认真观察晶体模型并回答下列问题：(1)二氧化硅晶体中最小的环为元环。(2)每个硅原子为个最小环共有。(3)每个最小环平均拥有_个氧原子。,12,12,1,密度、摩尔质量、晶胞边长三者的关系,五.晶胞边长的求法：,NaCl晶胞,1.求晶胞的边长2.求Na最近的Cl的距离3.求相邻两个最近的Na间或相邻两个最近的Cl间的距离,四、密度的计算、空间利用率(金属晶体)：,利用率密度,四、密度的计算、空间利用率(金属晶体)：,利用率密度,晶体Po,利用率密度,碱金属或Fe,利用率密度,CuAgAu,NaCl晶胞,NaCl晶胞,CsCl晶胞,CaF2晶胞,石墨,练习.1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。(1)根据图示晶胞结构，推算晶体中Y，Cu，Ba和O原子个数比，确定其化学式(2)根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中Cu原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比,(1)YBa2Cu3O7(2)Cu2+:Cu3+=2:1,Cu,练习：食盐晶体是由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间按3个垂直方向都是等距离地交错排列。已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol，密度是2.2g/cm3则食盐中相邻的钠离子核间距离的数值_,4.0108cm,A3.010-8cmB3.510-8cmC4.010-8cmD5.010-8cm,练习3：如图2，最近Cs+和Cl-间的距离是3.5510-8cm，算出CsCl晶体的密度。,(3.99gcm-3),练习：晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一个硼原子，如图2-10所示，回答：（1）键角；（2）晶体硼中的硼原子数个；BB键条。,600,12,30,多面体中：面数+顶点数-棱数2,欧拉公式：,常见的原子晶体某些非金属单质：金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等某些非金属化合物：碳化硅、氮化硼某些氧化物：二氧化硅、Al2O3,晶体的判断方法方法一:从晶体的硬度、熔沸点等物理性质进行判断方法二:从晶体的构成微粒及微粒间作用力进行判断方法三:从物质的类别，如：金属对应的晶体是金属晶体，离子化合物对应的晶体是离子晶体，记住常见的原子晶体，其余的就是分子晶体。,晶体类别的判断：,(1)所有非金属氢化物：H2O,H2S,NH3,CH4,HX(2)部分非金属单质：X2,O2,H2,S8,P4,C60(除B、Si、Ge等的单质)(3)部分非金属氧化物:CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10(除SiO2、Al2O3等的单质)(4)几乎所有的酸：H2SO4,HNO3,H3PO4(5)绝大多数有机物晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖,分子晶体的常见类型,晶体类别的判断：,晶体与单质、化合物的交叉关系：金属单质一般金属晶体(除Ge)、非金属单质一般分子晶体(除C、Si、Ge、B)金属氧化物一般离子晶体(除Al2O3等)、非金属氧化物一般分子晶体(除SiO2等)所有酸类都属于分子晶体碱类(除氨水)一般都是离子晶体盐类(除AlCl3)一般都是离子晶体,晶体中存在的作用力：分子晶体中一般存在范德华力(受相对分子质量和分子极性影响)、存在分子内共价键(稀有气体不存在共价键)、HF/H2O/NH3/-OH/-NH2还存在氢键(不是化学键)原子晶体中只存在共价键(单质是非极性键)金属晶体中只存在金属键离子晶体中存在离子键、可能存在共价键(如NH4Cl、NaOH、Na2O2中)石墨晶体存在共价键、金属键、范德华力,熔沸点大小比较：一般，原子晶体离子晶体分子晶体固态液态气态，合金单质原子晶体：组成相似，原子半径越小、键能越大，熔沸点越高，如金刚石SiC单晶硅离子晶体：组成相似，阴阳离子半径和越小，离子电荷越多，离子键越强，熔沸点越高金属晶体：金属阳离子半径越小、自由电子越多，金属键越强，熔沸点越高分子晶体：首先考虑氢键，再结构相似时考虑范德华力，有机物要考虑支链数目,常见的非晶体有：玻璃、松香、塑料、明胶、沥青,大多数固体是晶体,二、晶胞的分析和计算,（1）均摊法,对于长方形（正方形）顶点1/8、棱上1/4、面上1/2、体内1,（2）晶胞的计算,确定化学式,求出一个晶胞所含各微粒的个数，确定最简比。,确定边长、密度、摩尔质量,NA,晶胞中微粒个数,晶胞的体积,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,同学们,来学校和回家的路上要注意安全,
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