高中化學教學論文幾種常見晶體結構分析Word版

1、幾種常見晶體結構分析一、氯化鈉、氯化銫晶體離子晶體由于離子鍵無飽和性與方向性，所以離子晶體中無單個分子存在。陰陽離子在晶體中按一定的規(guī)則排列，使整個晶體不顯電性且能量最低。離子的配位數(shù)分析如下：圖2 NaCl晶體圖1離子數(shù)目的計算：在每一個結構單元（晶胞）中，處于不同位置的微粒在該單元中所占的份額也有所不同，一般的規(guī)律是：頂點上的微粒屬于該單元中所占的份額為，棱上的微粒屬于該單元中所占的份額為，面上的微粒屬于該單元中所占的份額為，中心位置上（嚷里邊）的微粒才完全屬于該單元，即所占的份額為1。1.氯化鈉晶體中每個Na+周圍有6個Cl，每個Cl周圍有6個Na+，與一個Na+距離最近且相等的Cl圍成

2、的空間構型為正八面體。每個Na+周圍與其最近且距離相等的Na+有12個。見圖1。晶胞中平均Cl個數(shù)：8 + 6 4；晶胞中平均Na+個數(shù)：1 + 12 4 圖3 CsCl晶體因此NaCl的一個晶胞中含有4個NaCl（4個Na+和4個Cl）。2.氯化銫晶體中每個Cs+周圍有8個Cl，每個Cl周圍有8個Cs+，與一個Cs+距離最近且相等的Cs+有6個。晶胞中平均Cs+個數(shù)：1；晶胞中平均Cl個數(shù)：8 1。因此CsCl的一個晶胞中含有1個CsCl（1個Cs+和1個Cl）。圖4 金剛石晶體二、金剛石、二氧化硅原子晶體1.金剛石是一種正四面體的空間網(wǎng)狀結構。每個C原子以共價鍵與4個C原子緊鄰，因而整個晶

3、體中無單個分子存在。由共價鍵構成的最小環(huán)結構中有6個碳原子，不在同一個平面上，每個C原子被12個六元環(huán)共用，每CC鍵共6個環(huán)，因此六元環(huán)中的平均C原子數(shù)為6 ，平均CC鍵數(shù)為6 1。C原子數(shù): CC鍵鍵數(shù) 1:2； C原子數(shù): 六元環(huán)數(shù) 1:2。 2.二氧化硅晶體結構與金剛石相似，C被Si代替，C與C之間插氧，即為SiO2晶體，則SiO2晶體中最小環(huán)為12環(huán)（6個Si，6個O），最小環(huán)的平均Si原子個數(shù)：6 ；平均O原子個數(shù)：6 1。即Si : O 1 : 2，用SiO2表示。在SiO2晶體中每個Si原子周圍有4個氧原子，同時每個氧原子結合2個硅原子。一個Si原子可形成4個SiO鍵，1mol

4、Si原子可形成4mol SiO鍵。但是由此有許多學生認為二氧化硅晶體結構中一個最小的環(huán)是由8個原子構成的。實際上，在二氧化硅晶體中每個硅原子與周圍的四個氧原子的成鍵情況與金剛石晶體中的碳原子與周圍的其它碳原子連接的情況是相同的。即每個硅原子與周圍的四個氧原子構成一個正四面體。只是每個氧原子又處在由另一個硅原子為中心的一個正四面體上。即每個氧原子為兩個硅氧四面體共用。如上圖所示。從此圖中可以明確看出，構成二氧化硅晶體結構的最小環(huán)是由12個原子構成的椅式環(huán)，注意圖中OSiO=10928。三、干冰分子晶體圖7 CO2晶體干冰晶體是一種立方面心結構，立方體的八個頂點及六個面的中心各排布一個CO2分子，

5、晶胞是一個面心立方。一個晶胞實際擁有的CO2分子數(shù)為四個（均攤法），每個CO2分子周圍距離相等且最近的CO2分子共有12個。分子間由分子間作用力形成晶體。每個CO2分內存在共價鍵，因此晶體中既有分子間作用力，又有化學鍵，但熔、沸點的高低由分子間的作用力決定，重要因素是相對分子質量，因此當晶體熔化時，分子內的化學鍵不發(fā)生變化。每個結構單元中含CO2分子數(shù)目為：8 + 6 4四、石墨混合型晶體圖8 石墨的結構石墨晶體是層狀結構，在每一層內有無數(shù)個正六邊形，同層碳原子間以共價鍵結合，晶體中CC的夾角為120,層與層之間的作用力為范德瓦爾斯力，每個C原子被六個棱柱共用，每六個棱柱實際占有的C原子數(shù)為2

6、個。每個正六邊形擁有的C原子數(shù)為：6 2 ；每個C原子平均形成 個共價鍵，C原子數(shù)與CC鍵數(shù)之比為2 : 3。石墨的獨特結構決定了它的獨特性質，該晶體實際介于原子晶體、分子晶體、金屬晶體之間，因此具有各種晶體的部分性質特點，是一種混合型晶體。如熔點高、硬度小、能導電等。五、固態(tài)金屬單質金屬晶體金屬（除金屬汞外）在常溫下都是晶體，在金屬中，金屬原子好像許多硬球一樣一層一層緊密地堆積著。每個金屬原子周圍都有許多相同的金屬原子圍繞著。其實由于金屬原子的最外層電子都較少，故金屬原子容易失去電子變成金屬離子。金屬原子釋放電子后形成的離子按一定規(guī)律堆積，釋放的電子則在這個晶體里自由運動，這就是自由電子。在

7、金屬晶體的內部，金屬離子和自由電子之間存在較強的相互作用力，這個作用力便是金屬鍵。因此有人形象地將金屬鍵比喻為金屬陽離子沉浸在自由電子的海洋里。例題分析：【例題1】現(xiàn)有四種晶體，其離子排列方式如下圖所示，其中化學式正確的是ABABXZYXY3ZFEEF2ABAB2 A B C D解析：A選項中處于頂點的B原子8個，處于體心的A原子1個，故A的化學式為AB。B選項中E和F均為4 ，故B的化學式為EF。C選項中位于體心的X原子1個，位于面心的Y原子為 6 3，位于頂點的Z原子8 1，故C的化學式為XY3Z。D選項與NaCl的結構相同，故D的化學式為AB。答案：C、D點撥：均攤法確定某些晶體的化學式

8、的方法：均攤法是指每個晶體中平均擁有的離子數(shù)目。例如立方晶體中粒子個數(shù)比的求法：處于頂點的粒子，同時為8個晶胞共有，每個粒子有屬于該晶胞；處于棱上的粒子，同時為4個晶胞共有，每個粒子有屬于該晶胞；處于面上的粒子，同時為2個晶胞共有，每個粒子有屬于該晶胞；處于晶胞內的粒子，則完全屬于該晶胞。對于非長方體或正方體晶胞中粒子對晶胞的貢獻看具體情況而定。如石墨晶體，晶胞每一層內碳原子排列成正六邊形，其頂點對六邊形的貢獻為 。NaCl【例題2】NaCl的晶胞如圖，每個NaCl晶胞中含有的Na離子和Cl離子的數(shù)目分別是A. 14，13 B. 1，1 C. 4，4 D. 6，6【解析】Na離子的數(shù)目：8 +

9、 6 4個；Cl離子的數(shù)目：1+12 4個答案：C【例題3】（2010年全國卷）下面關于SiO2晶體網(wǎng)狀結構的敘述正確的是A最小的環(huán)上，有3個Si原子和3個O原子B最小的環(huán)上，Si和O原子數(shù)之比為1 : 2C最小的環(huán)上，有6個Si原子和6個O原子D存在四面體結構單元，O處于中心，Si處于4個頂角解析：二氧化硅是原子晶體，結構為空間網(wǎng)狀，存在硅氧四面體結構，硅處于中心，氧處于4個頂角，在SiO2晶體中，每6個Si和6個O形成一個12元環(huán)（最小環(huán)），所以C選項正確，A、B、D選項均錯誤。答案：C點撥：該題考查的是考生的空間想象能力和信息遷移能力，實際上第三冊課本第一單元里面有SiO2晶體網(wǎng)狀結構結

10、構示意圖。再次說明了化學學習要重視課課本，以本為本。【例題4】（2010江蘇高考）乙炔是有機合成工業(yè)的一種原料。工業(yè)上曾用CaC2與水反應生成乙炔。(1) CaC2中C22-與O22+互為等電子體，O22+的電子式可表示為 ；1mol O22+中含有的鍵數(shù)目為 。(2)將乙炔通入Cu(NH3)2Cl溶液生成Cu2C2紅棕色沉淀。Cu+基態(tài)核外電子排布式為 。(3)乙炔與氫氰酸反應可得丙烯腈（H2CCHCN）。丙烯腈分子中碳原子軌道雜化類型是 ；分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為 。(4) CaC2晶體的晶胞結構與NaCl晶體的相似（如右圖所示），但CaC2晶體中含有的中啞鈴形C22-的存在，

11、使晶胞沿一個方向拉長。CaC2晶體中1個Ca2+周圍距離最近的C22-數(shù)目為 。解析：（1）根據(jù)等電子體原理可知，O22+的電子式，在1mol三鍵含有2mol的鍵和1mol的鍵，故1mol O22+中，含有2NA個鍵（2）Cu為29號元素，要注意3d軌道寫在4s軌道的前面同時還有就是它的3d結構，Cu+ 的基本電子排布式為1s22s22p63s23p63d10（3）通過丙烯氰的結構可以知道碳原子的雜化軌道類型為sp和sp2雜化，同一直線上有3個原子。（4）依據(jù)晶胞示意圖可以看出，從晶胞結構圖中可以看出，1個Ca2+ 周圍距離最近的C22-有4個，而不是6個，要特別主要題給的信息。答案：（1）2

12、NA （2）1s22s22p63s23p63d10 （3）sp雜化 sp2雜化 3 （4）4【例題5】石墨烯是由碳原子構成的單層片狀結構的新材料（結構示意圖如下），可由石墨剝離而成，具有極好的應用前景。下列說法正確的是A.石墨烯與石墨互為同位素B.0.12g石墨烯中含有6.02*1022個碳原子C石墨烯是一種有機物D.石墨烯中的碳原子間以共價鍵結合【解析】同位素的研究對象是原子，A選項錯誤；0.12g石墨烯的物質的量為0.01mol，所含碳原子個數(shù)為0.01NA，B選項錯誤；有機物一般含有碳、氫元素，C選項錯誤；由圖示可知，石墨烯中碳原子間均為共價鍵結合，D選項正確。 答案：D【例題6】（20

13、10江蘇高考）乙炔是有機合成工業(yè)的一種原料。工業(yè)上曾用CaC2與水反應生成乙炔。(1) CaC2中C22-與O22+互為等電子體，O22+的電子式可表示為 ；1mol O22+中含有的鍵數(shù)目為 。(2)將乙炔通入Cu(NH3)2Cl溶液生成Cu2C2紅棕色沉淀。Cu+基態(tài)核外電子排布式為 。(3)乙炔與氫氰酸反應可得丙烯腈（H2CCHCN）。丙烯腈分子中碳原子軌道雜化類型是 ；分子中處于同一直線上的原子數(shù)目最多為 。OO2+(4) CaC2晶體的晶胞結構與NaCl晶體的相似（如右圖所示），但CaC2晶體中含有的中啞鈴形C22-的存在，使晶胞沿一個方向拉長。CaC2晶體中1個Ca2+周圍距離最近

14、的C22-數(shù)目為 。解析：（1）根據(jù)等電子體原理可知，O22+的電子式 ，在1mol三鍵含有2mol的鍵和1mol的鍵，故1mol O22+中，含有2NA個鍵（2）Cu為29號元素，要注意3d軌道寫在4s軌道的前面同時還有就是它的3d結構，Cu+ 的基本電子排布式為1s22s22p63s23p63d10（3）通過丙烯氰的結構可以知道碳原子的雜化軌道類型為sp和sp2雜化，同一直線上有3個原子。OO2+（4）依據(jù)晶胞示意圖可以看出，從晶胞結構圖中可以看出，1個Ca2+ 周圍距離最近的C22-有4個，而不是6個，要特別主要題給的信息。答案：（1） 2NA （2）1s22s22p63s23p63d1

15、0 （3）sp雜化 sp2雜化 3 （4）4【例題7】 銅單質及其化合物在很多領域有重要的用途，如金屬銅用來制造電線電纜，五水硫酸銅可用作殺菌劑。（1）Cu位于元素周期表第I B族。Cu2+ 的核外電子排布式為_。（2）右圖是銅的某種氧化物的晶胞結構示意圖，可確定該晶胞中陰離子的個數(shù)為_。（3）膽礬CuSO45H2O可寫成Cu(H2O4)SO4 H2O，其結構示意圖如下：下列說法正確的是_（填字母）。A. 在上述結構示意圖中，所有氧原子都采用sp3雜化B. 在上述結構示意圖中，存在配位鍵、共價鍵和離子鍵C. 膽礬是分子晶體，分子間存在氫鍵D. 膽礬中的水在不同溫度下會分步失去（4）往硫酸銅溶液

16、中加入過量氨水，可生成Cu(NH3)42+ 配離子。已知NF3與NH3的空間構型都是三角錐形，但NF3不易與Cu2+ 形成配離子，其原因是_。（5）Cu2O的熔點比Cu2S的_（填“高”或“低”），請解釋原因_。解析：（1）Cu（電子排布式為：【Ar】3d104s1） Cu2+ 的過程中，參與反應的電子是最外層的4s及3d上各一個電子，故Cu2+ 離子的電子是為：【Ar】3d9 或1s22s22p63s23p63d9；（2）從圖中可以看出陰離子在晶胞有四類：頂點（8個）、棱上（4個）、面上（2個）、體心（1個），根據(jù)立方體的分攤法，可知該晶胞中有4個陰離子；（3）膽礬是由水合銅離子及硫酸根離子

17、構成的，屬于離子化合物，C不正確；（4）N、F、H三種元素的電負性：FNH，所以NH3中共用電子對偏向N，而在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子；（5）由于氧離子的例子半徑小于硫離子的離子半徑，所以亞銅離子與氧離子形成的離子鍵強于亞銅離子與硫離子形成的離子鍵，所以Cu2O的熔點比Cu2S的高。答案：（1）【Ar】3d9或1s22s22p63s23p63d9；（2）4個；（3）B、D（4）N、F、H三種元素的電負性：FNH，在NF3中，共用電子對偏向F，偏離N原子使得氮原子上的孤對電子難于與Cu2形成配位鍵；（5）高， Cu2O與Cu2S相比陽離子相同，陰離子所帶的電荷數(shù)也相同，但O2半徑比

18、S2半徑小，所以Cu2O的晶格能更大，熔點更高。【例題8】在NaCl晶體中，Na+ 和Cl的最短平均距離為a cm，NaCl晶體的密度為b g/cm3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為A. B. C. D. 【解析】由于題目只給出了NaCl晶體中Na+ 和Cl的最短平均距離，并未給出晶體的結構，顯得較為抽象，不知從何處入手形成解題思路。如果先將NaCl晶體結構中的最小立方體畫出來，問題就會變得直觀而具體。由小立方體可以求出其中實際含有的NaCl“分子”為12個（離子均處于立方體的頂點4 ），其體積為 (acm)3，已知晶體的密度為b g/cm3，則一個“NaCl”分子的質量為 (acm)3b g/cm

19、3a3b g。題目要求阿伏加德羅常數(shù)，從概念出發(fā)，即求1mol中含有的“NaCl”分子數(shù)，為了和上面所得數(shù)據(jù)建立起了解，還需利用1mol NaCl的質量58.5g。分子數(shù) 質量NA 58.5g a3bg因此：NA : 58.5 g : a3b g 解得：NA ，所以選B。答案：B。 點撥：靈活運用解題策略處理復雜、抽象、一般性的問題，往往可以使問題變得簡單、具體、特殊，而易于形成解題思路?！纠}9】 最近科學家發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，則它的化學式是：A. TiC B. Ti6C7 C. Ti14C13 D.

20、Ti13C14【解析】由于是構成的氣態(tài)團簇分子結構，而非晶胞結構，故只需數(shù)出 Ti和C的數(shù)目，即可得它的化學式。答案：C點撥：解題時要看清題意，不要機械類比，不能把氣態(tài)團簇分子當成晶胞處理，而解出：Ti有：8 + 6 4個；C有：1+12 4個。而錯選A?！纠}9】（09江蘇卷21）生物質能是一種潔凈、可再生的能源。生物質氣（主要成分為CO、CO2、H2等）與H2混合，催化合成甲醇是生物質能利用的方法之一。（1）上述反應的催化劑含有Cu、Zn、Al等元素。寫出基態(tài)Zn原子的核外電子排布式 。（2）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子結構式 。（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛與新制Cu（OH）2的堿性

21、溶液反應生成Cu2O沉淀。甲醇的沸點比甲醛的高，其主要原因是 ；甲醛分子中碳原子軌道的雜化類型為 。甲醛分子的空間構型是 ；1mol甲醛分子中鍵的數(shù)目為 。在1個Cu2O晶胞中（結構如圖所示），所包含的Cu原子數(shù)目為 。解析：（1）Zn的原子序數(shù)為30，注意3d軌道寫在4s軌道的前面；（2）依據(jù)等電子原理，可知CO與N2為等電子體，N2分子的結構式為：互為等電子體分子的結構相似，可寫出CO的結構式；（3）甲醇分子之間形成了分子間氫鍵，甲醛分子間只是分子間作用力，而沒有形成氫鍵，故甲醇的沸點高；甲醛分子中含有碳氧雙鍵，故碳原子軌道的雜化類型為sp2雜化；分子的空間構型為平面型；1mol甲醛分子中

22、含有2mol碳氫鍵，1mol碳氧鍵，故含有鍵的數(shù)目為 3NA；依據(jù)晶胞示意圖可以看出Cu原子處于晶胞內部，所包含的Cu原子數(shù)目為4答案：（1）1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s2 或 Ar 3d10 4s2 （2）CO（3）甲醇分子之間形成氫鍵 sp2雜化 平面三角形 3NA 4點撥：本題主要考查核外電子排布式、等電子體原理、分子間作用力、雜化軌道、共價鍵類型、分子的平面構型。【例題10】下圖是超導化合物鈣鈦礦晶體中最小重復單元(晶胞)的結構。請回答：（1）該化合物的化學式為 。（2）在該化合物晶體中，與某個鈦離子距離最近且相等的其他鈦離子共有_個。（3）設該化合物的式量為M，密

23、度為ag/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中鈣離子與鈦離子之間的最短距離為_。【解析】（1）這個晶胞對位于頂點上的每個鈦原子占有的份額為，所以，它單獨占有的鈦原子個數(shù)為8 = 1個；它對位于棱上的每個氧原子占有的份額為，所以，它單獨占有的氧原子個數(shù)為12 3個；它全部擁有體內的那一個鈣原子，所以，該晶胞中單獨占有的鈦原子、氧原子和鈣原子的個數(shù)分別為：1、3、1；所以，該化合物的化學式為CaTiO3。（2）鈦位于立方體的頂點上，與一個鈦離子距離最近的鈦離子是與它共棱的。從上面立方晶胞進行堆積圖可以看出，與它共棱的離子都是二個，所以共6個。（3）這是個綜合性較大的習題。設這種立方晶胞的邊長是b

24、，那么，鈣離子與鈦離子之間的距離是體對角線的一半，即b。然后求b。因為每個立方體的體積為b3，而NA個這樣的立方體堆積到一起就是1mol晶體，其質量為Mg，故有NAab3 NAab3 M g/mol。所以，NAb3M/a cm3，所以， cm，3 cm，3b故有，題中所求距離為： cm，3答案：（1）CaTiO3 （2）6 （3）點撥：要看清圖形，把數(shù)學知識遷移到化學題當中?！纠}11】單質硼有無定形和晶體兩種，參考下列數(shù)據(jù)：金剛石晶體硅晶體硼熔點（K）382316382573沸點（K）510026282823硬度（Moh）107.09.5（1）晶體硼的晶體類型屬于_晶體，理由是_。（2）已知

25、晶體硼的基本結構單元是由硼原子組成的正二十面體（如圖所示），其中含有二十個等邊三角形和一定數(shù)目的頂角，每個頂角上各有一個硼原子。通過觀察圖形及計算確定：該基本結構單元是由_個硼原子構成的；其中BB鍵的鍵角為_；所含BB鍵的的數(shù)目是_。若將晶體硼結構單元中的每一個頂角均削去，余下的部分就和C60晶體的結構相同，據(jù)此確定：C60是由_個正六邊形和_個正五邊形構成。HOBOHOH硼酸分子的結構式為 和Al(OH)3的結構相似，已知0.01 mol硼酸與20 mL 0.5 mol/L的NaOH溶液反應的化學方程式為_。【解析】由于晶體硼的熔點、沸點都很高，硬度也很大，所以晶體硼的晶體類型屬于原子晶體。

26、觀察圖形，在晶體硼中，每個硼原子為五個等邊三角形所共有，因此每個三角形所含硼原子的數(shù)目為3 ，該基本結構單元中含硼原子的數(shù)目為：20 12；所以BB鍵的鍵角為60，該基本結構單元所含BB鍵的的數(shù)目是203 30。若將晶體硼結構單元中的每一個頂角均削去，則得一個正五邊形（數(shù)學上，一個平行于正五棱錐底面的平面與正五棱錐相截，所得一截面為正五邊形）。由此可知，所得正五邊形的數(shù)目為12；另外，一個等邊三角形切去相同的三個頂點所剩下的圖形是正六邊形，則正六邊形的數(shù)目為20個。由題給信息硼酸結構與Al(OH)3的結構相似，推知硼酸的性質與Al(OH)3的性質相似，也為一元酸，根據(jù)NaOH的物質的量為0.01 mol，故其反應的化學方程式為：B(OH)3 + NaOH NaBO2 + 2H2O。答案：（1）原子 晶體硼的熔點、沸點都很高，硬度也很大 （2）12 60 30 20 12 B(OH)3 + NaOH NaBO2 + 2H2O點撥：物質的分子有各種幾何構型，應用數(shù)學中的幾何思想，分析分子結構，能使抽象的變?yōu)榫唧w的，枯燥的變?yōu)槊篮玫?，因此在化學學習過程中，要把數(shù)學知識滲透其中，達到相互融合，互相促進，形成立體化知識結構，有利于發(fā)散思維、創(chuàng)新思維的形成，解題是為了培養(yǎng)我們的能力，在