幾種晶體的空間構(gòu)型.ppt

施楊 沈陽(yáng)市第四中學(xué) 20190625 幾種晶體的空間結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)課 高中化學(xué)滬科版 2 典型晶體的結(jié)構(gòu)特征及代表物質(zhì) 常見(jiàn)考點(diǎn) 晶體中粒子的空間堆積方式 晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用 晶胞中粒子個(gè)數(shù) 粒子間距及晶胞邊長(zhǎng) 密度等的計(jì)算 晶胞空間利用率的計(jì)算 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 3 學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握典型晶體晶胞結(jié)構(gòu) 掌握晶體中粒子的空間堆積方式并能應(yīng)用 學(xué)會(huì)有關(guān)晶胞中粒子個(gè)數(shù) 粒子間距及晶胞邊長(zhǎng) 密度 空間利用率的簡(jiǎn)單計(jì)算 目標(biāo)A 目標(biāo)B 目標(biāo)C 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 4 01 分子晶體 02 原子晶體 03 金屬晶體 04 離子晶體 晶體結(jié)構(gòu) 學(xué)習(xí)內(nèi)容 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 1 分子的密堆積 干冰 2 分子的非密堆積 冰 一 典型的分子晶體 分子的密堆積 與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個(gè) 干冰的晶體結(jié)構(gòu)圖 要數(shù)出一個(gè)CO2周圍緊鄰多少個(gè)CO2 可以以晶胞圖中的任一頂點(diǎn)為體心在其周圍 無(wú)隙并置 8個(gè)CO2晶胞 周圍緊鄰的CO2分子數(shù)為12個(gè) 或利用晶胞進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算 與任意頂點(diǎn)CO2緊鄰的CO2是該頂點(diǎn)所處面的面心 共有三個(gè)分子 若以該頂點(diǎn)形成立方體 則需要八個(gè)與此相同的晶胞 則由3 8 24個(gè)緊鄰CO2 但每一個(gè)CO2都屬于兩個(gè)晶胞 所以總數(shù)應(yīng)為 24 2 12個(gè) 方法與技巧 原因 分子間作用力較弱 干冰晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 晶胞中CO2分子位于晶胞頂點(diǎn)及面心 2 每個(gè)晶胞中含有4個(gè)CO2分子 3 與CO2分子緊鄰且距離最近的CO2分子共有12個(gè) 兩個(gè)最近的CO2分子的間距為面對(duì)角線的一半 分子的密堆積 分子間只存在范德華力 與每個(gè)分子距離最近的相同分子共有12個(gè) 氧 O2 的晶體結(jié)構(gòu) 碳60的晶胞 冰中 個(gè)水分子周圍有 個(gè)水分子 冰的結(jié)構(gòu) 氫鍵具有方向性 分子的非密堆積 分子間存在氫鍵 只有范德華力 無(wú)分子間氫鍵 分子密堆積 這類晶體每個(gè)分子周圍一般有12個(gè)緊鄰的分子 如 C60 干冰 I2 O2 有分子間氫鍵 氫鍵具有方向性 使晶體中的空間利率不高 留有相當(dāng)大的空隙 這種晶體不具有分子密堆積特征 如 HF NH3 冰 每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)緊鄰的水分子 分子晶體結(jié)構(gòu)小結(jié) 1 密堆積 2 非密堆積 二 原子晶體 共價(jià)晶體 構(gòu)成晶體的粒子是原子 所有的相鄰原子間都以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體 金剛石 1 概念 109 28 共價(jià)鍵 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖 典型的原子晶體 1 每個(gè)碳原子與周圍4個(gè)碳原子形成4條共價(jià)鍵 鍵角109 28 金剛石中1molC原子平均形成2mol共價(jià)鍵 2 最小碳環(huán)為六元立體碳環(huán) 3 每個(gè)碳原子被12個(gè)碳環(huán)所共有 原子間作用力只有共價(jià)鍵 金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2020 3 25 1 碳原子位于頂點(diǎn) 面心 體內(nèi) 2 每個(gè)晶胞中含有8個(gè)碳原子 3 兩個(gè)碳原子的最近距離為體對(duì)角線的四分之一 原子間作用力只有共價(jià)鍵 金剛石晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 180 109 28 Si O 共價(jià)鍵 二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖 原子間作用力只有共價(jià)鍵 二氧化硅晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 每個(gè)硅原子與周圍4個(gè)氧原子形成4條硅氧共價(jià)鍵 鍵角109 28 1mol二氧化硅晶體中硅氧原子個(gè)數(shù)比為1 2 2 最小環(huán)為十二元立體環(huán) 6個(gè)硅原子 6個(gè)氧原子 3 平均每個(gè)硅原子被12個(gè)環(huán)所共有 氧原子被6個(gè)環(huán)所共有 4 每個(gè)晶胞中含有8個(gè)硅原子 16個(gè)氧原子 5 兩個(gè)硅 氧原子的最近距離為體對(duì)角線的八分之一 1 55 10 10m 石墨 金剛石 拓展一下 石墨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 石墨為層狀結(jié)構(gòu) 各層之間是范德華力結(jié)合 容易滑動(dòng) 所以石墨很軟 2 3 在石墨中各層均為平面正六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 碳原子之間存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵 大 鍵 C C鍵長(zhǎng)比金剛石的短 鍵的強(qiáng)度大 故其熔點(diǎn)比金剛石高 石墨為混合鍵型晶體 4 石墨晶體中平均每個(gè)碳原子被3個(gè)六元環(huán)所共有 每條碳碳鍵被2個(gè)六元環(huán)所共有 平均每個(gè)六元環(huán)擁有2個(gè)碳原子 3條共價(jià)鍵 金屬晶體的原子二維空間堆積模型 a 非密置層 b 密置層 三 金屬晶體的密堆積結(jié)構(gòu) 三維堆積 四種方式 簡(jiǎn)單立方堆積 鉀型體心立方 由非密置層一層一層堆積而成 2020 3 25 簡(jiǎn)單立方堆積 2020 3 25 體心立方堆積 配位數(shù) 8 2020 3 25 鎂型 銅型 金屬晶體的兩種最密堆積方式 金屬晶體的原子堆積模型 第二層對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1 3 5位 或?qū)?zhǔn)2 4 6位 其情形是一樣的 關(guān)鍵是第三層 對(duì)第一 二層來(lái)說(shuō) 第三層可以有兩種最緊密的堆積方式 下圖是此種六方緊密堆積的前視圖 A 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期 即ABAB堆積方式 形成六方緊密堆積 配位數(shù)12 同層6 上下層各3 六方最密堆積 鎂型 此種立方緊密堆積的前視圖 A 第四層再排A 于是形成ABCABC三層一個(gè)周期 得到面心立方堆積 配位數(shù)12 同層6 上下層各3 2020 3 25 面心立方最密堆積 銅型 解題思路 找準(zhǔn)幾何關(guān)系計(jì)算空間利用率 例 已知金屬銅原子的堆積方式如右圖 通過(guò)計(jì)算求該晶體的晶胞空間利用率P 解題思路 三 找準(zhǔn)幾何關(guān)系計(jì)算空間利用率 一 弄清晶體堆積方式轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)晶胞模型 二 均攤法數(shù)出晶胞中的粒子數(shù) 四 離子晶體 思考 氯化鈉晶體中鈉離子和氯離子分別處于晶胞的什么位置 1 氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 每個(gè)Cl 周圍與之最接近且距離相等的Na 共有個(gè) 6 這幾個(gè)Na 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為 正八面體 NaCl晶體中離子的配位數(shù) 1 鈉離子位于頂點(diǎn)和面心 或棱心和體心 2 鈉離子和氯離子配位數(shù)均為6 3 與一個(gè)鈉離子緊鄰且最近的鈉離子為12個(gè) 4 每個(gè)晶胞含有4個(gè)鈉離子4個(gè)氯離子 離子間作用力為離子鍵 氯化鈉晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 CsCl晶體的結(jié)構(gòu) 2 CsCl晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 每個(gè)晶胞含1個(gè)銫離子1個(gè)氯離子 2 在氯化銫晶體中 每個(gè)Cs 周圍與之最接近且距離相等的Cl 共有8個(gè) 這幾個(gè)Cl 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型為立方體 3 在每個(gè)Cl 周圍距離相等且最近的Cl 共有6個(gè) 這幾個(gè)Cl 在空間構(gòu)成的幾何構(gòu)型正八面體 CaF2的晶胞 3 CaF2的晶體中 Ca2 和F 的個(gè)數(shù)之比 電荷數(shù)之比 Ca2 配位數(shù)是 F 的配位數(shù)是 Ca2 F 的最近距離為晶胞體對(duì)角線的四分之一 1 2 2 1 8 4 2020 3 25 4 ZnS型晶胞 2 陽(yáng)離子的配位數(shù) 陰離子的配位數(shù) 1 一個(gè)ZnS晶胞中含 4個(gè)陽(yáng)離子和4個(gè)陰離子 4 4 42 回顧一下 常見(jiàn)典型晶胞 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 小結(jié) 47 練一練 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 1 下列有關(guān)晶體的敘述中不正確的是 A 金剛石的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中 由共價(jià)鍵形成的碳原子環(huán)中 最小的環(huán)上有6個(gè)碳原子B 氯化鈉晶體中 與每個(gè)Na 緊鄰且最近的Cl 有6個(gè)C 氯化銫晶體中 每個(gè)銫原子周圍緊鄰8個(gè)氯原子D 干冰晶體中 每個(gè)二氧化碳分子周圍緊鄰10個(gè)二氧化碳分子 48 練一練 2 KO2的晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相似 KO2可以看作是Na 的位置用K 代替 Cl 的位置用O2 代替 則下列對(duì)于KO2晶體結(jié)構(gòu)的描述正確的是 A 與K 距離相等且最近的O2 共有8個(gè)B 與K 距離相等且最近的O2 構(gòu)成的多面體是正八面體C 與K 距離相等且最近的K 有8個(gè)D 一個(gè)KO2晶胞中的K 和O2 粒子數(shù)均為8個(gè) 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 49 練一練 幾種晶體的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí) 3 已知CsCl晶體的密度為 g cm 3 NA為阿伏加德羅常數(shù) 相鄰的兩個(gè)Cs 的核間距為acm 如圖所示 則CsCl的式量可以表示為 NA a3 B NA a