晶体结构.doc

高中化学总复习
晶体结构
【知识技能】掌握三类晶体的代表物结构；学会在晶体中寻找晶胞；学会计算晶体中各种微粒的个数之比、晶体的密度等。
【能力培养】通过晶体（或晶胞）结构的观察，提高学生的观察能力。通过对“晶胞”概念的阐述，力求学生能够想像晶体结构，培养学生的想象能力。通过分析“晶体中的每个微粒为几个晶胞所共有”，计算“晶体中原子的个数、化学键的数目”等问题的训练，提高学生分析推理能力。
【科学思想】热爱科学，依靠科学解决实验问题
【科学品质】通过计算机软件或立体模型，刺激学生的感官，产生学习兴趣。通过教师的引导和精心设问，激发学生的求知欲。
【科学方法】由个别到一般的归纳法及运用一般规律解决个别问题的演绎法。
【重点、难点】三类代表物结构的观察；想象和分析推理能力的培养。
〖参考资料〗中化报02/4/8三版
【教学过程】
1．晶态氯化钠是　　　　　　晶体，晶体中，每个钠离子周围有　　　个氯离子，每个氯离子周围有　　　　个钠离子，钠离子半径比氯离子半径　　　　　。在氯化物MCl中，M在第六周期，是钠的同族元素，该晶体中，每个阳离子周期有　　　　　氯离子。钠的金属性比M　　　　。氯化钠的电子式是　　　　　　　　，熔融后　　　导电（填“能”或“不能”）。Na+(或Cl-)周围的6个Cl- (或Na+)相邻的连线构成的面是什么样的多面体?
每个Na+(或Cl-)周围与之距离最近且距离相等的Na+(或Cl-)有几个?
2.对立方晶型：晶体中最小的重复单元——晶胞，如
①凡处于立方体顶点的微粒，同时为 个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为 个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为 个晶胞共有；④凡处于立方体体心的微粒，同时为 个晶胞共有。
金刚石的基本单元是 体，每个碳原子紧邻另外 个碳原子，形成的最小环是
元环，每个碳原子上任意两个C-C键的夹角都是 ，其中n(C):n(C-C)= 。
石墨是层状结构，每个碳原子紧邻另外 个碳原子，每个碳原子为 个六边形共用，每条C-C键被 个六元环共用。
答案：（离子6　6　小　8　弱　　能　八面体 12个）
（8、4、2、1；正四面、4、六、10902，、1:2；3、3、2。）
O
Ti
Ba
【样板题】看看以前是怎样考的
一．求化学式：
例1．钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图为右图，它的化学式是（上海市2001年奥赛初赛试题）
A.BaTi8O12 B.BaTi4O6 C.BaTi2O4 D.BaTIO3
命题意图：结合识图考查晶体结构知识及空间想像能力。
解题关键：由一个晶胞想象出在整个晶体中，每个原子为几个晶胞共用是解题的关键。仔细观察钛酸钡晶体结构示意图可知：Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti为与之相连的8个立方体所共用，即只有1/8属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每条棱为四个立方体共用，故每个O只有1/4属于该晶胞。即晶体中Ba:Ti:O=1:(8×1/8):(12×1/4)=1:1:3。
易错剖析：如果以为钛酸钡晶体就是一个个孤立的如题图所示的结构，就会错选C
答案：D
二．密度、微粒间的距离、阿伏加德罗常数之间的换算
Na+
Cl-
例2．图为NaCl晶胞的结构示意图.它向三维空间延伸得到完美晶体.试回答: (中化报02/4-8)
(1)一个NaCl晶胞中有 个Na+, 个Cl-.
(2)在氯化钠晶胞中与Cl-距离相等且最近的Na+构成的几何形状是
(3)在一定温度下,用X----射线衍射法测得NaCl晶胞的边长为a cm,求该温度下NaCl晶胞的密度.
(4)若NaCl晶体的密度为d g/cm3，则NaCl晶体中Na+与Na+之间的最短距离是多少？
分析：(1)n(Na+)=8×1/8+6×/2=4 n(Cl-)=1+12×1/4=4 (2) 正八面体 (3)ρ=m/V=nM/V=58.5×4/(NAa3) （4）由（3）的结果得晶胞的边长为[(58.5×4)/ρNA]1/3;Na+与Na+之间最短距离为/2×[(58.5×4)/ρNA]1/3;
(5)纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。
分析：若氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好等于氯化钠晶胞的大小和形状，只要联想到氯化钠晶体结构模型就可以得出，表面上的离子总数为26个，离子总数为27个，所以这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比为：26/27×100%=96%。
（6）已知在晶体中钠离子的半径为116pm，氯离子的半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。
分析：晶胞体积V’=[2×(116pm+167pm)]3=181×106pm3，离子体积V=4×(4/3)π(116pm)3+4×(4/3)π(117pm)3=104×106pm3，V’/V=57.5%。
三．点、线、面的关系：
例3．石墨片层结构如图所示，问：
（1）平均多少个碳原子构成一个正六边形？
（2）n g碳原子可构成多少个正六边形？
分析：（1）方法1：利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子数：6×1/3=2；方法2：利用点、线、面的关系，每个碳原子提供的边数：3×1/2=1.5 (6×1/2)/1.5=2 （2）(n/12)NA/2.
【知识要点】嗯……现在……我们……讲一讲……
1． 每个晶胞涉及同类A数目m个，每个A为n个晶胞共有，则每个晶胞占有A：m×1/n。
2．计算方法
位置
顶点
棱边
面心
体心
贡献
1/8
1/4
1/2
1
〖拓展练习〗一不留神就把这部分内容掌握了
1．最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是 。（全国2000年奥赛预赛试题）
命题意图：考察学生对晶体结构、分子结构概念的理解、运用能力。
解题关键：本题是送给粗心同学的“礼物”，一些在省初赛中得分较高的同学，包括部分后来冲进冬令营的同学都在此题“载了跟头”。从题目本身来看，本题图形“就是”NaCl晶胞的图形，按顶点算1/8，棱中点算1/4，面心算1/2，中心算1的规则很快可算出Na:Cl=1:1，或一部分同学甚至已记住答案，就是1:1，所以，阅卷发现相当多的考生答案为TiC可CTi。
易错剖原析：部分考生把该分子当成晶体结构的一部分。其实，本题命题者一开始就清楚交待：它是一个小分子，而非像NaCl晶体那样的巨型分子。所以，审题清楚对考生来说是至关重要的。
答案：Ti14C13。
2．在一定温度下, 用X—射线衍射法测得干冰晶胞边长为a cm,则该温度下干冰的密度为 g/cm3. 中理应2000/4-38
3．设氯化钠的摩尔质量为Mg/mol,密度为g/cm3 ,阿伏加德罗常数为NA,则晶体中两个距离最近的Na+中心的距离为 .
4．观察教材中金刚石和石墨的晶体结构图,回答下列问题:中理应2000/10-41
（1）金刚石晶体中最小的碳环有几个碳原子构成?
（2）金刚石晶体中C原子数与形成的化学键数之比是多少?石墨晶体中C原子数与形成的化学键数之比又是多少?
（3）利用中学化学教材中给定数据,求石墨的密度。中理应2000/4-38
〖阅读材料〗
四种典型晶体组成的参数:
氯化钠-----每个Na+紧邻6个Cl-,每个Cl-紧邻6个Na+,(上,下,左,右,前,后)(设距离为a).每个Na+与12个Na+等距离相邻(同层4个,上层4个,下层4个)(距离为a).氯化铯----每个Cs+紧邻8个Cl-,每个Cl-紧邻8个Cs+(距离为).每个Cs+与6个Cs+等距离相邻(上,下,左,右,前,后)(距离为a).
干冰---每个CO2分子紧邻12个CO2分子(同层4个,上层4个,下层4个)(距离为).晶格的一个面上有5个CO2分子,还有1个CO2分子位于中央.
金刚石-----每个C原子与4个C原子紧邻,由5个C原子形成正四面体结构单元.由共价键构成最小环状结构中有6个C原子,不在同一平面上.晶体中每个C原子参与了4条C-C键的形成,而在每条键中的贡献只有一半,C原子个数与C-C键数之比为:1:(4×1/2)=1:2.
石墨---每个平面六边形有6个C原子.由共价键形成的6个C原子环为平面六边形.晶体中每个C原子由3个六边形共用,故C原子个数与C-C键之比为:1:( 3×1/2)=2:3.
二氧化硅----每个Si与4个O原子紧邻,每个O与2个Si原子紧邻.每n molSiO2晶体中,Si-O键最接近4nmol.
【能力训练】你的能力有提高！
1．测知NaCl晶体中Na+与Cl-平均距离为a cm该晶体密度为,则阿伏加德罗常数可表示为
A. B. C. D.117a3
解析:每个最小立方体分摊到1/2个NaCl分子,体积为a3.即每个NaCl分子体积为2 a3,则(NA2 a3) =58.5,选C.
2.将下列晶体熔化:氢氧化钠,二氧化硅,氧化钙,四氯化碳,需要克服的微粒间的相互作用力有:①共价键 ②离子键 ③分子间作用力.正确的顺序是 B
A.①②②③ B.②①②③ C.②③②① D.①①②③
3.在12g金刚石中,含碳碳键的物质的量是 B
A.1mol B.2mol C.3mol D.4mol
4.在12g石墨晶体中,用于形成共价键的电子为 C
A.1mol B.2mol C.3mol D.4mol
5.在60gSiO2晶体中,含有Si-O键的物质的量为 D
A.1mol B.2mol C.3mol D.4mol
6. 1987年2月，未经武（Paul Chu）教授等发现钛钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性。若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是 C
A.YBa2CuO7－x B.YBa2Cu2O7－x C.YBa2Cu3O7－x D.YBa2Cu4O7－x
7.在右面的分子结构式中，哪个说法是正确的 AC
A.所有的碳原子有可能处在同一个平面上
B.所有的碳原子不可能处在同一个平面上
C,所有的氧原子有可能同时处在苯环平面上
D.所有的氢原子有可能同时处在苯环平面上
8.许多事实都证明氯化铝是分子型共价化合物.请你设计一个实验证实这一结论.实验方案为:
(将其在一定温度和压强下熔化,然后测其导电性,若不导电,证明为分子型共价化合物)
9.右图为CsCl晶体的晶胞(晶体中最小重复单元)结构示意图,已知CsCl晶体中2个最近的Cs+离子的核间距为a cm,CsCl的式量为M,阿伏加德罗常数为NA,则CsCl晶体密度为 . .(河南99/4-49)
10.某晶体的1个晶胞含12个原子,已知1个原子与5个原子相连.且几何形状是三角形构成的正多面体.则该正多面体的面数是 ,棱数为 . (河南2000/7.8-100)（相似题：理考2000/1-48）
11.在一定条件下,用X—射线衍射法测得干冰的微小立方体的边长a=5.72×10-8cm,用其它更简单的方法测得干冰的密度为1.56 g/cm3试求阿伏加德罗常数NA为多少? （M/NAa3 g/cm3）中理应2000/10-41