晶体化学的基础知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

晶体化学基础知识第第1 1页页第三节 晶体结构密堆积原理16，开普勒模型（开普勒从雪花六边形结构出发提出：固体是由球密堆积成）开普勒对固体结构推测 冰结构第第2 2页页密堆积定义密堆积定义密堆积：密堆积：由无方向性金属键、离子键和范德华由无方向性金属键、离子键和范德华力等结合晶体中，原子、离子或分子等微观力等结合晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间堆积密度最大那些结构。空间堆积密度最大那些结构。密堆积方式因充分利用了空间，而使体系势能密堆积方式因充分利用了空间，而使体系势能尽可能降低，而结构稳定。尽可能降低，而结构稳定。第第3 3页页常见密堆积类型常见密堆积类型最最密密非最密非最密常见密堆积型式常见密堆积型式面心立方最密堆积（面心立方最密堆积（A1）六方最密堆积（六方最密堆积（A3）体心立方密堆积（体心立方密堆积（A2）第第4 4页页晶体结构内容相互关系晶体结构内容相互关系密堆积原理是一个把中学密堆积原理是一个把中学化学晶体结构内容联络起化学晶体结构内容联络起来一个桥梁性理论体系来一个桥梁性理论体系。第第5 5页页1.1.面心立方最密堆积面心立方最密堆积(A1)(A1)和六方最密堆积和六方最密堆积(A3)(A3)第第6 6页页从上面等径圆球密堆积图中能够看出：从上面等径圆球密堆积图中能够看出：1.1.只有只有1 1种堆积形式种堆积形式;2.2.每个球和周围每个球和周围6 6个球相邻接个球相邻接,配位数位配位数位6,6,形形成成6 6个三角形空隙个三角形空隙;3.3.每个空隙由每个空隙由3 3个球围成个球围成;4.4.由由NN个球堆积成层中有个球堆积成层中有2N2N个空隙个空隙,即即球数：空隙数球数：空隙数=1=1：2 2。第第7 7页页两层球堆积情况图两层球堆积情况图第第8 8页页 1.1.在在第第一一层层上上堆堆积积第第二二层层时时，要要形形成成最最密密堆堆积积，必必须须把把球球放放在在第第二二层层空空隙隙上上。这这么么，仅仅有有半半数数三三角角形形空空隙隙放放进进了了球球，而而另另二二分分之之一一空空隙隙上上方方是是第第二层空隙。二层空隙。2.2.第第一一层层上上放放了了球球二二分分之之一一三三角角形形空空隙隙，被被4 4个个球球包包围围，形形成成四四面面体体空空隙隙；另另二二分分之之一一其其上上方方是是第第二二层层球球空空隙隙，被被6 6个个球球包包围围，形形成成八八面面体体空空隙。隙。两层堆积情况分析两层堆积情况分析第第9 9页页三层球堆积情况分析三层球堆积情况分析 第第二二层层堆堆积积时时形形成成了了两两种种空空隙隙：四四面面体体空空隙隙和和八八面面体体空空隙隙。那那么么，在在堆堆积积第第三三层层时时就就会会产产生两种方式：生两种方式：1.1.第三层等径圆球突出部分落在正四面体空隙第三层等径圆球突出部分落在正四面体空隙上，其排列方式与第一层相同，但与第二层上，其排列方式与第一层相同，但与第二层错开，形成错开，形成ABABABAB堆积。这种堆积方式能够堆积。这种堆积方式能够从中划出一个从中划出一个六方六方单位来，所以称为单位来，所以称为六方最六方最密堆积（密堆积（A3A3）。第第1010页页2.2.另一个堆积方式是第三层球突出部分落另一个堆积方式是第三层球突出部分落在第二层八面体空隙上。这么，第三层与在第二层八面体空隙上。这么，第三层与第一、第二层都不一样而形成第一、第二层都不一样而形成ABCABCABCABC结构。这种堆积方式能够从中划出一个结构。这种堆积方式能够从中划出一个立立方面心单位方面心单位来，所以称为来，所以称为面心立方最密堆面心立方最密堆积（积（A1A1）。第第1111页页六方最密堆积（六方最密堆积（A3）图）图第第1212页页六方最密堆积（六方最密堆积（A3）分解图）分解图第第1313页页面心立方最密堆积（面心立方最密堆积（A一）图一）图第第1414页页面心立方最密堆积（面心立方最密堆积（A1）分解图）分解图第第1515页页A1 型最密堆积图片型最密堆积图片将密堆积层相对位置按照将密堆积层相对位置按照ABCABC方式作方式作最密堆积，重复周期为最密堆积，重复周期为3层。这种堆积可划出面层。这种堆积可划出面心立方晶胞。心立方晶胞。第第1616页页A3型最密堆积图片型最密堆积图片将密堆积层相对位置按照将密堆积层相对位置按照ABABAB方式作最方式作最密堆积，这时重复周期为两层。密堆积，这时重复周期为两层。第第1717页页A1、A3型堆积小结型堆积小结第二层密堆积方式也只有一个，但这两层第二层密堆积方式也只有一个，但这两层形成空隙分成两种形成空隙分成两种 正四面体空隙（被四个球包围）正四面体空隙（被四个球包围）正八面体空隙（被六个球包围）正八面体空隙（被六个球包围）突出部分落在正四面体空隙突出部分落在正四面体空隙 ABAB堆积堆积 A3A3（六方）（六方）突出部分落在正八面体空隙突出部分落在正八面体空隙 ABCABC堆积堆积A1A1（面心立方）（面心立方）第三层第三层 堆积堆积 方式有两种方式有两种第第1818页页A1A1、A3A3型堆积比较型堆积比较以上两种最密堆积方式，每个球配位数为以上两种最密堆积方式，每个球配位数为12。有相同堆积密度和空间利用率有相同堆积密度和空间利用率(或堆积系数或堆积系数)，即，即球体积与整个堆积体积之比。均为球体积与整个堆积体积之比。均为74.05%。空隙数目和大小也相同，空隙数目和大小也相同，N个球（半径个球（半径R）；）；2N个四面体空隙，可容纳半径为个四面体空隙，可容纳半径为0.225R小球；小球；N个个八面体空隙，可容纳半径为八面体空隙，可容纳半径为0.414R小球。小球。第第1919页页A1、A3密堆积方向不一样：密堆积方向不一样：A1：立方体体对角线方向，共立方体体对角线方向，共4条，故条，故有有4个密堆积方向易向不一样方向滑动，个密堆积方向易向不一样方向滑动，而含有良好延展性。如而含有良好延展性。如Cu.A3：只有一个方向，即六方晶胞只有一个方向，即六方晶胞C轴方轴方向，延展性差，较脆，如向，延展性差，较脆，如Mg.第第2020页页空间利用率计算空间利用率计算空间利用率：指组成晶体原子、离子或分子在整空间利用率：指组成晶体原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有体积百分比。个晶体空间中所占有体积百分比。球体积球体积 空间利用率空间利用率=100%晶胞体积晶胞体积第第2121页页A3型最密堆积空间利用率计算型最密堆积空间利用率计算解：解：第第2222页页在在A3A3型堆积中取出六方晶胞，平行六面体底是型堆积中取出六方晶胞，平行六面体底是平行四边形，各边长平行四边形，各边长a=2ra=2r，则平行四边形面积：，则平行四边形面积：平行六面体高：平行六面体高：第第2323页页第第2424页页A1A1型堆积方式空间利用率计算型堆积方式空间利用率计算第第2525页页2.2.体心立方密堆积（体心立方密堆积（A2A2）A2不是最密堆积。每个球有八个最近配体（处不是最密堆积。每个球有八个最近配体（处于边长为于边长为a立方体立方体8个顶点）和个顶点）和6个稍远配体，分个稍远配体，分别处于和这个立方体晶胞相邻六个立方体中心。别处于和这个立方体晶胞相邻六个立方体中心。故其配体数可看成是故其配体数可看成是14，空间利用率为，空间利用率为68.02%.每个球与其每个球与其8个相近配体距离个相近配体距离与与6个稍远配体距离个稍远配体距离第第2626页页A2型密堆积图片型密堆积图片第第2727页页3.金刚石型堆积（金刚石型堆积（A4）配位数为配位数为4，空间利用率为，空间利用率为 34.01%，不是密堆积。这，不是密堆积。这 种堆积方式存在因为原种堆积方式存在因为原 子间存在着有方向性共子间存在着有方向性共 价键力。如价键力。如Si、Ge、Sn等。等。边长为边长为a单位晶胞含半径单位晶胞含半径 球球8个。个。第第2828页页4.堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结堆积方式堆积方式 点阵形式点阵形式 空间利用率空间利用率 配位数配位数 Z 球半径球半径面心立方面心立方最密堆积最密堆积(A1)面心立方面心立方 74.05%12 4 六方最密六方最密堆积堆积(A3)六方六方 74.05%12 2体心立方体心立方密堆积密堆积(A2)体心立方体心立方 68.02%8(或或14)2 金刚石型金刚石型 堆积堆积(A4)面心立方面心立方 34.01%4 8第第2929页页第四节第四节 晶体类型晶体类型依据形成晶体化合物种类不一样能够将依据形成晶体化合物种类不一样能够将晶体分为：离子晶体、分子晶体、原子晶体分为：离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体。晶体和金属晶体。第第3030页页1.1.离子晶体离子晶体离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中正、负离子尽可能地与异号离子接触，采正、负离子尽可能地与异号离子接触，采取最密堆积。取最密堆积。离子晶体能够看作大离子进行等径球密堆离子晶体能够看作大离子进行等径球密堆积，小离子填充在对应空隙中形成。积，小离子填充在对应空隙中形成。离子晶体各种多样，但主要可归结为离子晶体各种多样，但主要可归结为6 6种种基本结构型式。基本结构型式。第第3131页页（1）NaCl（1）立方晶系，面心立方晶胞；）立方晶系，面心立方晶胞；（2）Na+和和Cl-配位数都是配位数都是6；（3）Z=4（4）Na+，C1-，离子键。，离子键。（5）Cl-离子和离子和Na+离子沿（离子沿（111）周期为）周期为|AcBaCb|地堆积，地堆积，ABC表示表示Cl-离子，离子，abc表示表示Na+离子；离子；Na+填充在填充在Cl-正八面体空隙中。正八面体空隙中。第第3232页页NaCl晶胞结构和密堆积层排列晶胞结构和密堆积层排列第第3333页页(NaCl,KBr,RbI,MgO,CaO,AgCl)第第3434页页ZnS ZnS是是S2-最最密密堆堆积积，Zn2+填填充充在在二二分分之之一一四四面面体体空空隙隙中中。分分立立方方ZnS和和六六方方ZnS。第第3535页页立方立方ZnSZnS（1）立方晶系，面心立方晶胞；）立方晶系，面心立方晶胞；Z=4（2）S2-立方最密堆积立方最密堆积|AaBbCc|（3）Zn原子位于面心点阵阵点位置上；原子位于面心点阵阵点位置上；S原子也位于原子也位于另一个这么点阵阵点位置上，后一个点阵对于前一另一个这么点阵阵点位置上，后一个点阵对于前一个点阵位移是体对角线底个点阵位移是体对角线底1/4。原子坐标是：。原子坐标是：4S：0 0 0，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2；4Zn:1/4 1/4 1/4,3/4 3/4 1/4,3/4 1/4 3/4,1/4 3/4 3/4第第3636页页立方立方ZnSZnS晶胞图晶胞图第第3737页页六方六方ZnSZnS（1）六方晶系，简单六方晶胞。）六方晶系，简单六方晶胞。（2）Z=2（3）S2-六方最密堆积六方最密堆积|AaBb|。（4）配位数）配位数4：4。（6）2s：0 0 0，2/3 1/3 1/2；2Zn：0 0 5/8，2/3 1/3 1/8。第第3838页页六方六方ZnSZnS晶胞图晶胞图第第3939页页CaF2型型（萤石）（萤石）（1）立方晶系，面心立方晶胞。）立方晶系，面心立方晶胞。（2）Z=4（3）配位数）配位数8：4。（4）Ca2+，F-，离子键。，离子键。（5）Ca2+立方最密堆积，立方最密堆积，F-填充在全部填充在全部 四面体空隙中。四面体空隙中。第第4040页页（6）Ca2+离子配列在面心立方点阵阵点位置上，离子配列在面心立方点阵阵点位置上，F-离子配列在对离子配列在对Ca2+点阵位移各为对角线点阵位移各为对角线1/4与与3/4两个面心立方点阵阵点上。原子坐标是：两个面心立方点阵阵点上。原子坐标是：4Ca2+：0 0 0，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2；8F-：1/4 1/4 1/4，3/4 3/4 1/4，3/4 1/4 3/4，1/4 3/4 3/4，3/4 3/4 3/4，1/4 1/4 3/4，1/4 3/4 1/4，3/4 1/4 1/4。第第4141页页CaF2结构图片结构图片CaF2结构图第第4242页页CsCl型型:（1）立方晶系，简单立方晶胞。）立方晶系，简单立方晶胞。（2）Z=1。（3）Cs+，Cl-，离子键。，离子键。（4）配位数）配位数8：8。（5）Cs+离子位于简单立方点阵阵点上位置上，离子位于简单立方点阵阵点上位置上，Cl-离子也位于另一个这么点阵阵点位置上，它对离子也位于另一个这么点阵阵点位置上，它对于前者位移为体对角线于前者位移为体对角线1/2。原子坐标是：。原子坐标是：Cl-:0 0 0；Cs+:1/2 1/2 1/2 第第4343页页第第4444页页(CsCl,CsBr,CsI,NH4Cl)第第4545页页TiO2型型（1）四方晶系，体心四方晶胞。）四方晶系，体心四方晶胞。（2）Z=2（3）O2-近似堆积成六方密堆积结构，近似堆积成六方密堆积结构，Ti4+填入一填入一半八面体空隙，每个半八面体空隙，每个O2-附近有附近有3个个近似于正三角形近似于正三角形Ti4+配位。配位。（4）配位数）配位数6：3。第第4646页页TiO2结构图片结构图片第第4747页页2.2.分子晶体分子晶体定义：单原子分子或以共价键结合有限分定义：单原子分子或以共价键结合有限分子，由范德华力凝聚而成晶体。子，由范德华力凝聚而成晶体。范围：全部稀有气体单质、许多非金属单范围：全部稀有气体单质、许多非金属单质、一些非金属氧化物和绝大多数有机化质、一些非金属氧化物和绝大多数有机化合物都属于分子晶体。合物都属于分子晶体。特点：以分子间作用力结合，相对较弱。特点：以分子间作用力结合，相对较弱。除范德华力外，氢键是有些分子晶体中主除范德华力外，氢键是有些分子晶体中主要作用力。要作用力。第第4848页页氢键氢键定义：定义：，是极性很大共是极性很大共价键，、是电负性很强原子。价键，、是电负性很强原子。氢键强弱介于共价键和范德华力之间；氢键强弱介于共价键和范德华力之间；氢键由方向性和饱和性；氢键由方向性和饱和性；间距为氢键键长，间距为氢键键长，夹角夹角为氢键键角（通常为氢键键角（通常100100180 180 ）；普通）；普通来说，键长越短，键角越大，氢键越强。来说，键长越短，键角越大，氢键越强。氢键对晶体结构有着重大影响。氢键对晶体结构有着重大影响。第第4949页页3.原子晶体原子晶体定义：以共价键形成晶体。定义：以共价键形成晶体。共价键由方向性和饱和性，所以，原子晶共价键由方向性和饱和性，所以，原子晶体普通硬度大，熔点高，不具延展性。体普通硬度大，熔点高，不具延展性。代表：金刚石、代表：金刚石、Si、Ge、Sn等单质，等单质，C3N4、SiC、SiO2等。等。第第5050页页4.金属晶体金属晶体金属键是一个很强化学键，其本质是金属金属键是一个很强化学键，其本质是金属中自由电子在整个金属晶体中自由运动，中自由电子在整个金属晶体中自由运动，从而形成了一个强烈吸引作用。从而形成了一个强烈吸引作用。绝大多数金属单质都采取绝大多数金属单质都采取A1、A2和和A3型堆型堆积方式；而极少数如：积方式；而极少数如：Sn、Ge、Mn等采等采取取A4型或其它特殊结构型式。型或其它特殊结构型式。第第5151页页金属晶体ABABAB,配位数：配位数：12.例：例：MgandZn第第5252页页ABCABC,配为数配为数：12，例例:Al,Cu,Ag,Au立方密堆积，面心立方密堆积，面心第第5353页页金金(gold,Au)第第5454页页体心立方体心立方e.g.,Fe,Na,K,U第第5555页页简单立方（钋，简单立方（钋，Po）第第5656页页简单立方堆积简单立方堆积第第5757页页晶体结构题目分类解析晶体结构题目分类解析第第5858页页一、划分晶胞一、划分晶胞第第5959页页 长长久久以以来来人人们们一一直直认认为为金金刚刚石石是是最最硬硬物物质质，但但这这种种神神话话现现在在正正在在被被打打破破。19901990年年美美国国伯伯克克利利大大学学A.A.Y.Y.LiuLiu和和M.M.L.L.CohenCohen在在国国际际著著名名期期刊刊上上发发表表论论文文，在在理理论论上上预预言言了了一一个个自自然然界界并并不不存存在在物物质质 C C3 3NN4 4，理理论论计计算算表表明明，这这种种C C3 3NN4 4物物质质比比金金刚刚石石硬硬度度还还大大，不不但但如如此此，这这种种物物质质还还可可用用作作蓝蓝紫紫激激光光材材料料，并并有有可可能能是是一一个性能优异非线性光学材料。个性能优异非线性光学材料。例题例题1 1第第6060页页这这篇篇论论文文发发表表以以后后，在在世世界界科科学学领领域域引引发发了了很很大大轰轰动动，并并引引发发了了材材料料界界争争相相合合成成 C3N4C3N4热热潮潮，即即使使大大块块 C3N4C3N4晶晶体体至至今今还还未未合合成成出出来来，但但含含有有 C3N4C3N4晶晶粒粒薄薄膜膜材材料料已已经经制制备备成成功功并并验验证证了了理理论论预预测测正正确确性性，这这比比材材料料本本身身更更具具重重大大意意义义。其晶体结构见图其晶体结构见图1 1和图和图2 2。第第6161页页图图1 C3N4在在a-b平面平面上晶体结构上晶体结构图图2 C3N4晶胞结构晶胞结构第第6262页页（1）请请分分析析 C3N4晶晶体体中中，C原原子子和和N原原子子杂杂化类型以及它们在晶体中成键情况；化类型以及它们在晶体中成键情况；（2）请请在在图图1中中画画出出 C3N4一一个个结结构构基基元元，并并指指出该结构基元包含出该结构基元包含个碳原子和个碳原子和个氮原子；个氮原子；第第6363页页（3）试验测试表明，）试验测试表明，C3N4晶体属于六方晶系，晶体属于六方晶系，晶胞结构见图晶胞结构见图2（图示原子都包含在晶胞内），（图示原子都包含在晶胞内），晶胞参数晶胞参数a=0.64nm,c=0.24nm,请计算其晶体密请计算其晶体密度，度，（4）试简明分析）试简明分析 C3N4比金刚石硬度大原因比金刚石硬度大原因（已知金刚石密度为（已知金刚石密度为3.51g.cm-3）。）。第第6464页页答答 案案1 解：解：（1）C3N4晶晶体体中中，C原原子子采采取取sp3杂杂化化，N原原子子采采取取sp2杂杂化化；1个个C原原子子与与4个个处处于于四四面面体体顶顶点点N原原子子形形成成共共价价键键，1个个N原原子子与与3个个C原原子子在一个近似平面上以共价键连接。在一个近似平面上以共价键连接。第第6565页页（2）一个结构基元包含一个结构基元包含6个个C和和8个个N原子。原子。第第6666页页（3 3）从从图图2 2能能够够看看出出，一一个个 C C3 3NN4 4晶晶胞胞包包含含6 6个个C C原子和原子和8 8个个NN原子，其晶体密度为：原子，其晶体密度为：计计算算结结果果表表明明，C C3 3NN4 4密密度度比比金金刚刚石石还还要要大大，说说明明 C C3 3NN4 4原原子子堆堆积积比比金金刚刚石石还还要要紧紧密密，这这是是它它比比金刚石硬度大原因之一。金刚石硬度大原因之一。第第6767页页（4 4）C C3 3NN4 4比比金金刚刚石石硬硬度度大大，主主要要是是因因为为：（1 1）在在 C C3 3NN4 4晶晶体体中中，C C原原子子采采取取spsp3 3杂杂化化，NN原原子子采采取取spsp2 2杂杂化化，C C原原子子和和NN原原子子间间形形成成很很强强共共价价键键；（2 2）C C原原子子和和NN原原子子间间经经过过共共价价键键形形成成网网状状结结构构；（3 3）密密度度计计算算结结果果显显示示，C C3 3NN4 4晶晶体体中中原原子子采采取取最最紧紧密密堆堆积积方方式式，说说明明原原子间共价键长很短而有很强键协力。子间共价键长很短而有很强键协力。第第6868页页例题例题2 题题目目：今今年年3月月发发觉觉硼硼化化镁镁在在39K呈呈超超导导性性，可可能能是是人人类类对对超超导导认认识识新新里里程程碑碑。在在硼硼化化镁镁晶晶体体理理想想模模型型中中，镁镁原原子子和和硼硼原原子子是是分分层层排排布布，像像维维夫夫饼饼干干，一一层层镁镁一一层层硼硼地地相相间间，图图5l是是该该晶晶体体微微观观空空间间中中取取出出部部分分原原于于沿沿C轴轴方方向向投投影影，白白球球是是镁镁原原子子投投影影，黑黑球球是是硼硼原原子子投投影影，图图中中硼硼原原子子和和镁镁原原子子投投影影在在同同一一平面上。平面上。第第6969页页硼化镁晶体结构投影图硼化镁晶体结构投影图第第7070页页由图由图5l可确定硼化镁化学式为：可确定硼化镁化学式为：画画出出硼硼化化镁镁一一个个晶晶胞胞透透视视图图，标标出出该该晶晶胞胞内内面面、棱棱、顶顶角角上上可可能能存存在在全全部部硼硼原原子子和和镁镁原原子子（镁镁原原子子用用大大白白球球，硼硼原原子子用用小小黑黑球表示）。球表示）。第第7171页页解解 答答1 MgB2 2第第7272页页例题例题3最最近近发发觉觉，只只含含镁镁、镍镍和和碳碳三三种种元元素素晶晶体体竟竟然然也也含含有有超超导导性性。鉴鉴于于这这三三种种元元素素都都是是常常见见元元素素，从从而而引引发发广广泛泛关关注注。该该晶晶体体结结构构可可看看作作由由镁镁原原子子和和镍镍原原子子在在一一起起进进行行(面面心心)立立方方最最密密堆堆积积(ccp)(ccp)，它它们们排排列列有有序序，没没有有相相互互代代换换现现象象（即即没没有有平平均均原原子子或或统统计计原原子子），它它们们组组成成两两种种八八面面体体空空隙隙，一一个个由由镍镍原原子子组组成成，另另一一个个由由镍镍原原子子和和镁镁原原子子一一起起组组成成，两两种种八八面面体体数数量量比比是是1 1:3 3，碳碳原原子子只只填填充充在镍原子组成八面体空隙中。在镍原子组成八面体空隙中。6 61 1 画画出出该该新新型型超超导导材材料料一一个个晶晶胞胞（碳碳原原子子用用小小球，镍原子用大球，镁原子用大球）。球，镍原子用大球，镁原子用大球）。6 62 2 写出该新型超导材料化学式。写出该新型超导材料化学式。第第7373页页答案答案答案答案：61（5分）分）在在（面面心心）立立方方最最密密堆堆积积填填隙隙模模型型中中，八八面面体体空空隙隙与与堆堆积积球球百百分分比比为为1 1:1,1,在在如如图图晶晶胞胞中中，八八面面体体空空隙隙位位于于体体心心位位置置和和全全部部棱棱中中心心位位置置，它它们们百百分分比比是是1 1:3 3，体体心心位位置置八八面面体体由由镍镍原原子子组组成成，可可填填入入碳碳原原子子，而而棱棱心心位位置置八八面面体体由由2 2个镁原子和个镁原子和4 4个镍原子一起组成，不填碳原子。个镍原子一起组成，不填碳原子。第第7474页页62（1分）分）MgCNi3（化化学学式式中中元元素素次次序序可可不不一一样样，但但原子数目不能错）。原子数目不能错）。第第7575页页例题例题4 4C60发发觉觉开开创创了了国国际际科科学学界界一一个个新新领领域域，除除C60分分子子本本身身含含有有诱诱人人性性质质外外，人人们们发发觉觉它它金金属属掺掺杂杂体体系系也也往往往往展展现现出出各各种种优优良良性性质质，所所以以掺掺杂杂C60成成为为当当今今研研究究热热门门领领域域之之一一。经经测测定定C60晶晶体体为为面面心心立立方方结结构构，晶晶胞胞参参数数a1420pm。在在C60中中掺掺杂杂碱碱金金属属钾钾能能生生成成盐盐，假假设设掺掺杂杂后后K填填充充C60分分子子堆堆积积形形成成全全部部八八面面体体空空隙隙，在在晶晶体体中中以以K和和C60存存在在，且且C60可可近近似似看看作作与与C60半半径径相相同同球球体体。已已知知C范范德德华华半半径为径为170pm，K离子半径离子半径133pm。第第7676页页（1）掺掺杂杂后后晶晶体体化化学学式式为为；晶晶胞胞类类型型为为；假假如如C60为为顶顶点点，那那么么K所所处处位位置置是是；处处于于 八八 面面 体体 空空 隙隙 中中 心心 K到到 最最 邻邻 近近 C60中中 心心 距距 离离 是是 pm。（2）试试验验表表明明C60掺掺杂杂K后后晶晶胞胞参参数数几几乎乎没没有有发发生生改变，试给出理由。改变，试给出理由。（3）计算预测）计算预测C60球内可容纳半径多大掺杂原子。球内可容纳半径多大掺杂原子。第第7777页页解答解答这个题目标关键是掺杂这个题目标关键是掺杂C60晶胞构建。晶胞构建。C60形成形成以下列图所表示面心立方晶胞，以下列图所表示面心立方晶胞，K填充全部填充全部八面体空隙，依据本文前面分析，这就意味八面体空隙，依据本文前面分析，这就意味着着K处于处于C60晶胞体心和棱心，形成类似晶胞体心和棱心，形成类似NaCl晶胞结构。这么，掺杂晶胞结构。这么，掺杂C60晶胞确定后，下面晶胞确定后，下面问题也就迎刃而解了。问题也就迎刃而解了。第第7878页页第第7979页页（1 1）KCKC6060；面面心心立立方方晶晶胞胞；体体心心和和棱棱心心；710pm710pm（晶晶胞胞体体心心到到面面心心距距离离，边边长长二二分分之之一一。（2 2）C C6060分分子子形形成成面面心心立立方方最最密密堆堆积积，由由其其晶晶胞胞参数可得参数可得C C6060分子半径：分子半径：第第8080页页所以所以C C6060分子堆积形成八面体空隙可容纳球半径为：分子堆积形成八面体空隙可容纳球半径为：这这个个半半径径远远大大于于K K离离子子半半径径133pm133pm，所所以以对对C C6060分分子堆积形成面心立方晶胞参数几乎没有影响。子堆积形成面心立方晶胞参数几乎没有影响。（3 3）因因r rC60C60502pm502pm，所所以以空空腔腔半半径径，即即C C6060球球内内可可容容纳原子最大半径为：纳原子最大半径为：502502170170 2 2162pm162pm第第8181页页例题例题5 氯氯仿仿在在苯苯中中溶溶解解度度显显著著比比1，1，1三三氯氯乙乙烷烷大大，请给出一个可能原因（含图示）请给出一个可能原因（含图示）。第第8282页页解解 答答CHCl3氢原子与苯环共軛电子形成氢键。CHCl3氢原子与苯环共軛电子形成氢键。氢原子与苯环共軛电子形成氢键。第第8383页页例题例题6 氟硅酸氟硅酸H H2 2SiFSiF6 6含有很好防治小麦锈病药效，含有很好防治小麦锈病药效，但它易按下式分解而失效但它易按下式分解而失效:H:H2 2SiFSiF6 6(l)(l)SiFSiF4 4(g)+2HF(g)(g)+2HF(g)。以后人们将四氟化硅气。以后人们将四氟化硅气体通入尿素甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶体，体通入尿素甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶体，它易溶于水，和含量相同氟硅酸含有相同它易溶于水，和含量相同氟硅酸含有相同防锈药效，并有许多优越性能而成为氟硅防锈药效，并有许多优越性能而成为氟硅酸替换产品。酸替换产品。第第8484页页晶体结构测试表明，氟硅酸脲属四方晶系，晶体结构测试表明，氟硅酸脲属四方晶系，晶胞参数晶胞参数a=926.3pm,c=1789.8pm,晶体密度晶体密度1.66g.cm-3;晶体由晶体由(NH2)2CO2H+和和SiF62-两两种离子组成，其中种离子组成，其中(NH2)2CO2H+是由两个是由两个尿素分子俘获一个质子形成脲合质子。尿素分子俘获一个质子形成脲合质子。第第8585页页 （1 1）试试分分析析脲脲合合质质子子(NH(NH2 2)2 2COCO2 2H H+结结构构和和成键情况；成键情况；（2 2）计计算算说说明明一一个个氟氟硅硅酸酸脲脲晶晶胞胞中中包包含含多多少少个这么脲合质子；个这么脲合质子；（3 3）与与氟氟硅硅酸酸相相比比，氟氟硅硅酸酸脲脲能能有有效效地地保保持持药效并减小腐蚀性，请解释原因。药效并减小腐蚀性，请解释原因。第第8686页页答答 案案（1）或2个尿素分子俘获个尿素分子俘获1个质子个质子H+，在尿素分子，在尿素分子2个氧原子个氧原子间形成很强氢键间形成很强氢键OHO。第第8787页页（2）依据密度计算公式可得：）依据密度计算公式可得：依依 据据 计计 算算 结结 果果 可可 知知，一一 个个 晶晶 胞胞 中中 包包 含含 4个个(NH2)2CO2H2SiF6，即即一一个个晶晶胞胞中中有有8个个脲脲合合质子质子(NH2)2CO2H+。第第8888页页（3）因因为为在在氟氟硅硅酸酸脲脲晶晶体体每每2个个尿尿素素分分子子俘俘获获1个个质质子子H+形形成成脲脲合合质质子子(NH2)2CO2H+，被被俘俘获获质质子子与与2个个尿尿素素分分子子O原原子子间间形形成成很很强强氢氢键键OHO，这这就就使使得得氟氟硅硅酸酸脲脲迟迟缓缓地地释释放放质质子子，而而有有效效地地抑抑制制了了下下述述反反应应进进行行：H2SiF6(l)SiF4(g)+2HF(g)，从从而而能能有有效效地地保保持持药药效效并并减减小腐蚀性。小腐蚀性。第第8989页页