第八章晶体结构习题
一.选择题
1.下列离子中，半径依次变小的顺序是( )
2. A. F-，Na+，Mg2+，Al3+ B. Na+，Mg2+，Al3+，F-
3. C. Al3+，Mg2+，Na+，F- D. F-，Al3+，Mg2+，Na+
4.NaCl晶体中钠和氯离子周围都是由六个相反离子按八面体形状排列的，解
释这样的结构可以用( )
A. 杂化轨道
B. 键的极性
C. 离子大小
D. 离子电荷
5.石墨晶体是( )
A. 原子晶体
B. 金属晶体
C. 分子晶体
D. 前三种晶体的混合型.
6.关于离子晶体的性质，以下说法中不正确的是( )
A. 所有高熔点的物质都是离子型的物质;
B. 离子型物质的饱和水溶液是导电性很好的溶液;
C. 熔融的碱金属氯化物中，导电性最好的是CsCl;
D. 碱土金属氧化物的熔点比同周期的碱金属氧化物的熔点高.
7.下列物质中，熔点最低的是( )
A. NaCl
B. AlCl3
C. KF
D. MgO
8.关于离子极化下列说法不正确的是( )
A. 离子正电荷越大，半径越小，极化作用越强;
B. 离子极化作用增强，键的共价性增强;
C. 离子极化的结果使正负离子电荷重心重合;
D. 复杂阴离子中心离子氧化数越高，变形性越小.
9.下列离子最易变形的是( )
A. F-
B. CN-
C. NO3-
D. Br-
10.下列阳离子变形性最大的是( )
A. Na+
B. K+
C. Li+
D. Ag+
11.下列各组离子中，既有较强的极化性又有较强的变形性的一组是( )
A. Li+、Na+、K+
B. Mg2+、Ca2+、Ba2+
C. Ag+、Pb2+、Hg+
D. Cl-、Br-、I-
12.下列化合物熔点最高的是( )
A. MgCl2
B. NaCl
C. ZnCl2
D. AlCl3
13.下列化合物在水中溶解度最大的是( )
A. AgF
B. AgCl
C. AgBr
D. AgI
14.下列化合物哪个熔沸点最低( )
A. KCl
B. CaCl2
C. AlCl3
D. GeCl2
15.下列氧化物属于离子型的是( )
A. Ag2O
B. ZnO
C. PbO2
D. BaO
二.填空题
1.离子的结构特征一般包括<1>.离子电荷<2>._________
<3>.______________三个方面.
2.简单离子的电子层构型(除2e.8e，18e外)还有:
<1>.___________ <2>.___________.
3.同周期元素离子电子层构型相同时，随离子电荷数增加，阳离子半径____，
阴离子半径________.
4.指出下列离子的外层电子构型(8e. 18e (18+2)e (9-17)e )
<1>. Cr___________ <2>. Pb_____________
5.在同一周期中主族元素随着族数的递增，正离子的电荷数增大，离子半径
___________，例如_____________________.
6.同一元素其阴离子半径________原子半径.阳离子半径________原子半径.
7.晶体的特性有三: <1>.有固定的几何外形; <2>.__________________________;
3.________________________.
8.NaCl MgCl2AlCl3SiCl4自左向右各化合物熔点依次
__________，其原因是____________________________________
9.填下表:
物质晶格结点上质点质点内作用力晶体类型预测熔点高低
CaO 离子.Ca 2+.O 2- 离子键离子晶体高
SiC
HF
10.离子的极化力是某种离子使异号离子被极化而变形的能力，极化力与离子电
荷，__________，以及___________等因素有关.
11.复杂阴离子的中心原子氧化数越高，该阴离子的变形性________，阳离子电
荷越大，半径越小，其极化作用_________.
12.离子极化使键型由离子键向共价键转化，化合物的晶型也相应由________向
__________转化.
13.在晶格内仍能表示晶格特征的最基本部分称为单位晶格或称________所以
__________ 在空间做有规律的重复排列就是晶格.
14.当某离子型化合物的r+/r-≈0.512时，其空间构型可能是________型，配位数
则为_______.
15.NaCl型离子化合物晶胞中正负离子配位数为6，ZnS型离子化合物晶胞中正
负离子配位数为________，CsCl型离子化合物晶胞中正负离子配位数为________.
三.问答题
1.离子半径本应指离子电子云分布范围，但电子云分布无断然界面，所以严格
的说，离子半径是不定的，我们通常所了解的离子半径是怎样得来的?
2.金属晶体有哪三种紧密堆积?其晶格中金属原子配位数各为多少?
3.为什么SiO2的熔点高于SO2?金刚石和石墨都是碳的同素异形体，石墨可导
电，金刚石不能，为什么?
4.在离子化合物中，离子电荷和离子半径怎样影响离子晶体的性质?
5.离子晶体一般硬度虽大，但比较脆，延展性差，为什么?
6.根据半径比规则预测下列化合物的晶体的空间构型(依半径比值说明). BeO.
MgO. CsI
(已知r(Be2+)=35，r(Mg2+)=66，r(Cs+)=167，
r(O2-)=132，r(I-)=220 单位:pm )
7.为什么AgI按离子半径比(126/220=0.573)，应该是配位数为6的NaCl型结
构，而实际上是配位数为4的ZnS型结构?
8.试从离子极化观点解释，HgCl为白色，溶解度较大，HgI为黄色或红色，
溶解度较小.
9.试比较下列两组化合物中正离子极化能力的大小.
10.<1>. ZnCl2、CaCl2、FeCl3、KCl
11.<2>. SiCl4、AlCl3、PCl5、MgCl2、NaCl
12.如何解释下列颜色变化?
13.AgF 无色AgCl 白色AgBr 浅黄色AgI 黄色
14.ZnCl2的沸点和熔点低于CaCl2，如何解释?
第八章晶体结构习题答案
一.选择题
1. A
2. C
3. D
4. A
5. B
6. C
7. D
8. D
9. C 10.B 11.A 12.D
13.D
二．填空题
1. 2. 离子半径 3. 离子的电子层结构
2. 1. (18+2)e 2. (9-17)e
3.减小增大
4. 1. (9-17)e 2. (18+2)e
5.依次减小Na+>Mg2+>Al3+
6.大于小于
7.有固定的熔点各向异性
8.递降阳离子电荷自左向右升高，极化力增强，Cl是第三周期元素，半
径较大，变形性大，正负离子间相互极化能力渐增，致使离子键向共价键过渡，晶体类型从离子型向共价型过渡的结果.9
9.
物质晶格结点上质点质点内作用力晶体类型预测熔点高低CaO 离子.Ca 2+.O 2- 离子键离子晶体高
SiC Si 2+ C 2-共价键原子晶体很高
HF 极性分子.HF 分子间力.氢键分子晶体低
10.离子半径离子电子层结构
11.越小越强
12.离子晶体分子晶体
13.晶胞晶胞
14.NaCl 6
15.4 8
三.问答题
1.答:假定离子晶体中正负离子的核间距是正负离子半径和，即
2.d=r++ r-d可通过x射线分析实验测得并规定实验测来的r(F-) =133pm，
r(O2-)=132pm为标准，依此计算其它各离子半径.
3.面心立方紧密堆积配位数为12
4.体心立方紧密堆积配位数为8
六方紧密堆积配位数为12
5.SiO2为原子晶体，SO2为分子晶体，所以，前者熔点高，后者熔点低；石墨
为层状晶体，层与层之间有离域的π电子，所以它能导电，金刚石为原子晶体，不能导电.
6.根据库仑定律，离子电荷越高，半径越小，正负离子彼此间静电作用力越大，
因而该离子化合物的熔沸点越高，硬度越大.
7.答:由于离子晶体中正负离子交替的有规则的排列，当晶体受外力时，各层离
子位置发生错动，而使离子间引力减小，斥力加大，因而易碎.
8.BeO属ZnS型(r+/r-=0.265)
MgO属NaCl型( r+/r-=0.500) CsI属CsCl型(r+/r-=0.759)
9.答:因Ag+(18e型)有较强的极化力和变形性，而I-半径比较大，变形性强.
所以在AgI晶体中Ag+与I-间有较强的相互极化变形作用而使离子强烈靠近电子云发生重叠，造成配位数减小，晶型改变.
10.答:Hg+为18e构型的，极化力较强，变形性也比较强，而Cl-与I-相比，
I-离子半径更大，变形性更强，所以Hg+与I-间附加极化作用很强，其结果使晶体中共价成分增大，而难溶于水和颜色加深.
11.<1>. ZnCl2>FeCl3>CaCl2>KCl
<2>. PCl5>SiCl4>AlCl3>MgCl2>NaCl
12.答:根据离子极化作用增强可使化合物的颜色加深的道理，F-、Cl-、Br-、I-
的半径依次增大，变形性增大，Ag+为18e型，有较强的极化力，则Ag+X-之间的相互极化作用依次增强，而使AgF.AgCl.AgBr.AgI的颜色依次加深. 11．答:由于Zn2+的半径比Ca2+的小，Zn2+是18e型，而Ca2+是8e，所以Zn2+离子极化作用强于Ca2+，使得ZnCl2共价成分高于CaCl2，
所以熔沸点低于CaCl 2.
化学性质相似
D. 质量数不相等，原子序数相等，化学性质不同
1. 原子的摩尔质量，正确的描述是指( )
A. 任何一摩尔原子的质量
B. 标况下，一摩尔原子的质量
C. 含有阿佛加德罗数目个原子的质量
D. 数值上等于原子量，单位为g·mol -1的质量
2. 一种未知气体，在一台扩散仪内以15.0mL·s -1的速度扩散，而此仪器内甲烷
气体以30.0mL·s -1的速度扩散，则未知气体的分子量为( )
A. 64
B. 32
C. 144
D. 72
3. 完全中和10升0.01mol·L -1 H 2SO 4需NaOH 的物质的量为( )
A. 0.2mol
B. 2mol
C. 0.5mol
D. 0.4mol
4. 与20克SO 3所含氧原子个数相同的CO 2的质量为( )
A. 33克
B. 44克
C. 16.5克
D. 22克
5. 3.1克磷与氯气反应，生成PCl m 和PCl n 混合物，已知PCl m 和PCl n 的物质的
量之比为3:2，则PCl m 和PCl n 的物质的量分别为( )
A. 3
B. 2
C. 0.06
D. 0.04
E. 0.05
6. 一定量的某气体于300K 时装入10升密闭容器中，此时压力为91.2kPa ，若
温度升高为360K ，容器压缩为原来的3/4，此时压力将变为( )
A. 68.4kPa
B. 121.6kPa
C. 146kPa
D. 73kPa
7. 将等体积的氧气和氢气放入钢瓶中，此时的温度为423K ，压力为20.26kPa ，
经点燃爆炸并恢复到原来的温度，则P 总， P 2O 分别为( )kPa
A. 10.133
B. 15.199
C. 5.066
D. 0.1
E. 0.05
8. 将100kPa 压力下的氢气150mL 和45kPa 压力的氧气75mL 装入250mL 的真
空瓶，则氢气和氧气的分压分别为( )
A. 13.5
B. 27
C. 60
D. 72.5
E. 145
9. 实际气体接近理想气体的条件是( )
A. 低压高温
B. 高压低温
C. 低温低温
D. 高温高压
10.下列关于分子论的论点，正确的是( )
A. 一切物质都是由分子组成的
B. 分子是保持原物质性质的最小微粒
C. 分子是保持原物质化学性质的微粒
D. 以上论述都不正确
11.分子和原子的本质区别是( )
A. 原子比分子的体积小
B. 原子比分子的质量小
C. 分子能不断地运动，原子则不能
D. 分子在化学反应中，可以变成另一种分子，而原子则不能
12.下列叙述错误的是( )
A. 由同种元素的原子构成的纯净物称单质
B. 由不同种元素的原子构成的纯净物称化合物
C. 纯净的石墨晶体由C-12，C-13，C-14构成碳单质
D. 纯净的氧中含少量的臭氧构成氧单质
13.某元素的原子序数为83，该元素的一个原子必然含有( )
A. 42个质子和41个中子
B. 1个中子，41个质子和41个电子
C. 83个电子
D. 42个中子和41个质子
14.多核素元素的几种核素，在其原子核中具有( )
A. 相同的质子数，但中子数不同
B. 相同的质量数，但原子序数不同
C. 相同的质子数，电子数不同
D. 相同的中子数，但质子数不同
15.H-1，H-2，H-3与O-16，O-17，O-18六种核素，组成水的分子类型总
数是( )
A. 9种
B. 8种
C. 18种
D. 27种
16.核素C-12的原子质量为12.0000u，丰度为98.89%，核素C-13的原子质量为
13.0033u，丰度为1.109%，则碳的平均原子量为( )
A. 13.0008，
B. 12.011
C. 13.0045
D. 12.050
17.分子量为58的化合物，含5/29(质量)的氢，其余为碳，这个化合物的一个分
子中氢原子的数目为( )
A. 5
B. 4
C. 8
D. 10
18.有一元素X，它与氧化合形成分子式为X4O的化合物，如果8.40千克的X
与6.50千克的氧恰好完全化合，则元素X的原子量是( )
A. 24.0
B. 31.0
C. 54.4
D. 70.3
19.一定温度和压力下，2.00克CO2体积为1.12升，同温同压下，2.00克某气
体体积为0.77升，已知CO2分子量为44，则该气体的分子量为( )
A. 64
B. 34
C. 18.8
D. 80
20.氯的平均原子量为35.453，自然界存在的氯的同位素仅有Cl-35，Cl-37则
Cl-35，Cl-37在自然界的丰度比近似为( )
A. 1:4
B. 3:1
C. 4:3
D. 3:2
21.标状下，25升气体的质量是0.050kg，则与气体的分子量最接近的数值是
( )
A. 22:
B. 34:
C. 45:
D. 56.
22.下列叙述正确的是( )
A. "物质的量"就是某物质的摩尔质量
B. "物质的量"的单位是摩尔
C. 标况下，1摩尔物质的质量才是摩尔质量
D. "物质的量"与物质的质量的关系是通过摩尔质量联系起来的
23.下列说法正确的是( )
A.1mol任何气体的体积都是22.4L
B.1mol任何气体的体积都约是22.4L
C. 标准状态下，1mol任何气体的体积都约是22.4L
D. 标准状态下，1mol任何气体的体积都是22.4
24.一定量的某气体，压力增为原来的4倍，绝对温度是原来得2倍，那么气
体体积变化的倍数是( )
A. 8
B. 2
C. 1
2 D.
1
8
25.下列叙述错误的是( )
A. 一种气体产生的压力，与其它气体的存在有关
B. 一种气体产生的压力，与其它气体的存在无关
C. 混合气体的总压力为各气体的分压力之和
D. 各组分气体的分压力等于总压与该组分的摩尔分数之积
26.初始压力为101.3kPa的N2(g) 1升和CO2(g) 1升装入一个单向抽空的0.5升
容器中，如温度保持不变，N2(g)的分压为( )
A. 101.3kPa
B. 202.6kPa
C. 303.9kPa
D. 405.2kPa
27.一敞开烧瓶在280K时充满气体，要使1
3 气体逸出，则应将温度升高到
( )
A. 400K
B. 300K
C. 420K
D. 450K
28.合成氨原料气中，H2，N2比为3:1(体积比)，除此二种气体外，还含有杂质
气体4%，原料气总压为15198.75kPa，则N2，H2的分压分别为( )
A. 4217.0kPa
B. 3647.7kpa
C. 3500kpa
D. 11399.1kPa
E. 10943.1kPa
29.可使气体扩散速度增大的因素为( )
A. 增加气体的质量
B. 加入催化剂
C. 升高气体的温度
D. 恒温恒压下加入其它气体
30.标况下某气体1.12升，质量为1.25克，则H2的扩散速度是同条件下该气体
扩散速度的( )倍
A. 12.50
B. 0.08
C. 3.54
D. 0.35
31.一未知气体在一台扩散仪器内以10米/秒的速度扩散，在此仪器内，CH4气
体以30米/秒的速度扩散，此未知气体的分子量为( )
32.银有质量为106.902u和108.900u两种同位素，以知银元素的原子量为
107.870，求质量为106.902u的同位素的丰度为( )
A. 51.35%
B. 48.65%
C. 60.25%
D. 39.75%
33.用氢还原某n价金属氧化物时，1克氢气能还原m克氧化物，则该氧化物中
金属的原子量是( )
A. (m-8)n
B. (8-m)n
C. mn+8n
D. (m-16)n
34.某主族元素最高价含氧酸的化学式为HRO3，该元素R能与氢生成氢化物，
其中氢的含量为17.76%，那R的原子量为( )
A. 7
B. 14
C. 31
D. 75
35.用足量的金属还原m克某金属氧化物R2O3 ，得n克金属R，则R的原子量
为( )
A.
48n
(m-n) B.
24n
(m-n)
C. (m-n)
24n D.
(m-n)
48n
36.欲配制1升含NH310%的氨水，(d=0.96g·mL-1)，标准状况下，需NH3的体积
为( )
A. 253升
B. 126.5升
C. 63.25升
D. 0.1265升
37.373K与98658.6Pa压力下，一物质蒸气密度d=0.5977克/升，该物质的分子
量( )
A. 64
B. 34
C. 144
D. 18.8
38.关于摩尔的概念，下列说法正确的是( )
A. 摩尔是计量一系统物质中所含基本单元数量多少的数量单位
B. 摩尔既是计量一系统物质中所含基本单元数量多少的数量单位，又是表
示它们质量大小的质量单位
C. 摩尔是"物质的量"的单位，它是一系统的物质的量，该系统中所含的基
本单元数与0.012kg C-12的原子数目相等
D. 摩尔是一个质量单位
39.在相同条件下，2.00L某气体质量为3.04克，8L的N2的质量为10克，则该
气体的分子量为( )
A. 17
B. 34
C. 68
D. 136
40.一个20升的氧气钢瓶，未使用前其压力为1.52×107Pa，(室温293K时) 使用
一段时间后，钢瓶内压力降为2.03×105Pa，则用掉的氧气的质量为( )
A. 3.461
B. 1.825
C. 1.731
D. 0.913
二.计算题
1.将含有硝酸铜和铜粉的混合物若干克在空气中加热，使其充分反应，结果反
应前后质量未变，求原混合物中铜和硝酸铜的摩尔百分组成. (原子量: N:14 O:16 Cu: 64)
2.300K，101.325kPa下，一烧瓶充满氮气的质量为0.050426kg，在相同条件下，
充满氢气为0.049888kg，则烧瓶的体积为多少升?
3.将含等摩尔氮气和氢气的混合气体通入一反应器，在30397.5kPa下反应，若
氢气反应掉20%，这时反应器内的压力为多少？
4.将等体积混合的SO2(g)，O2(g)的混合气体，通过接触器，有90%的SO2变
为SO3，求混合气体中各气体的体积分数。
5.将两团棉花塞子，一个用浓氨水湿润，另一个用浓盐酸湿润，同时塞入一根
长0.97M的玻璃管两端，在氨气和氯化氢气体首先接触的地方，生成一个NH4Cl环，问这一环在距氨棉塞一端多远处出现?若V(NH3) =30ml·s-1则V(HCl)是多少?
6.0.3263克某金属的氢化物MH2与水作用，MH2 + H2O →M(OH)2 +H2↑，在
294K，101.3kPa条件下得干燥H20.345升，求此金属的原子量。
7.在300K和101kPa时，一块0.136克的Al-Zn合金与盐酸完全反应，得到干
燥的氢气为0.129升，试计算合金中铝的百分含量。
原子量: Al:27 Zn: 65 Cl: 35.5
第三章晶体结构与性质 第一节晶体常识 第一课时 教学目标： 1、通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。 2、学会分析、理解、归纳和总结的逻辑思维方法，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。 3、了解区别晶体与非晶体的方法，认识化学的实用价值，增强学习化学的兴趣。 教学重难点： 1、晶体与非晶体的区别 2、晶体的特征 教学方法建议：探究法 教学过程设计： ［新课引入］:前面我们讨论过原子结构、分子结构，对于化学键的形成也有了初步的了解，同时也知道组成千万种物质的质点可以是离子、原子或分子。又根据物质在不同温度和压强 下，物质主要分为三态：气态、液态和固态，下面我们观察一些固态物质的图片。 ［投影］:1、蜡状白磷；2、黄色的硫磺；3、紫黑色的碘；4、高锰酸钾 ［讲述］:像上面这一类固体，有着自己有序的排列，我们把它们称为晶体；而像玻璃这一类 固体，本身原子排列杂乱无章，称它为非晶体，今天我们的课题就是一起来探究晶体与非晶体的有关知识。［板书］:—、晶体与非晶体 ［板书］:1、晶体与非晶体的本质差异 ［提问］:在初中化学中，大家已学过晶体与非晶体，你知道它们之间有没有差异？ ［回答］:学生：晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点。 ［讲解］:晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点，这只是晶体与非晶体的表观现象，那么他 们在本质上有哪些差异呢？ ［投影］晶体与非晶体的本质差异 ［板书］:自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 ［解释］:所谓自范性即“自发”进行，但这里得注意，“自发”过程的实现仍需一定的条件。例如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻。 ［板书］:注意：自范性需要一定的条件，其中最重要的条件是晶体的生长速率适当。 ［投影］:通过影片播放出，同样是熔融态的二氧化硅，快速的冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到水晶过程。［设问］:那么得到晶体的途径，除了用上述的冷却的方法，还有没有其它途径呢？你能列举 哪些？ ［板书］:2、晶体形成的一段途径： （1）熔融态物质凝固； （2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）； （3）溶质从溶液中析出。
第 3 章晶体结构 1．结合下列物质讨论键型的过渡。 解： NaF AgI HCl Cl2 离子键离子极化结果极性共价键非极性共价键 离子键向共价键过渡 2．比较下列各项性质，并予以简单解释。 （1）SiO2，KI, FeCl3,CCl4的熔点； （2）BF3, BBr3的熔点； （3）SiC、CO2、BaO的硬度。 解：（1）熔点：SiO2>KI>FeCl3>CCl4 SiO2是典型的原子晶体，晶体微粒间以牢固的共价键结合，熔点很高。KI为离子晶体，晶体微粒间以离子键相结合。熔点较原子晶体低。FeCl3是过渡型晶体，因而熔点更低。CCl4是分子晶体，且为非极性分子，微粒之间以色散力结合，因而熔点相对最低。 （2）熔点：BF3
解： BeS：r+/r-=43/180＝0.239，ZnS型，Be处于四面体空隙，面心立方晶格，正负离子数4，4； CdO：r+/r-=100/140＝0.714，NaCl型，Cd2+处在八面体空隙，面心立方晶格，正负离子数4，4； NH4CN：r+/r-= CsC1型，NH4+处在立方体空隙，简单立方晶格，正负离子数1，1。 4．试用离子极化讨论Cu+与Na+虽然半径相近，但CuCl在水中溶解度比NaCl小得多的原因。 解 CuCl与NaCl虽然半径相近、电荷相同，但离子的电子层构型不同： Na+ 2s22p6 8电子构型 Cu+ 3s 23p 63d1018电子构型 由于8电子构型的Na+离子的极化能力和变形性都较弱，在NaCl晶体中以离子键为主，而18电子构型的Cu+ 离子有较强的极化能力，又有较大的变形性，因此CuCl的键型由离子键向共价键过渡，故NaCl晶体有较大的溶解度，而CuCl却是难溶物质。 5．C和Si在同一族，为什么CO2形成分子晶体而SiO2形成原子晶体？ 解：CO2为分子晶体而SiO2为原子晶体，无论从宏观上还是从微观上来讨论，结果都是一样的。从宏观上看，C与O形成双键的键能比形成单键的键能的二倍要大，因而C与O形成双键时，以CO2形成存在更稳定；而Si与O形成双键的键能要比形成单键的键能的二倍要小，因而Si与O以单键相结合形成巨型的原子晶体而不是分子晶体。从微观角度看，C 的半径小，C与O的p轨道以肩并肩形式重叠能形成较强的π键，因而CO2分子中C与O 之间以双键相结合，CO2为分子晶体；而Si与O间只能形成稳定的σ单键，每个Si采取sp3 杂化并与4个O形成SiO2四面体，无限联接而构成原子晶体。 6．下列说法是否正确？举例说明并解释原因。 （1）非极性分子中只有非极性共价键； （2）极性分子中的化学键都有极性； （3）形成离子晶体的化合物中不可能有共价键； （4）全由共价键结合形成的化合物只能形成分子晶体； （5）相对分子质量越大，分子间力越大； （6）色散力只存在于非极性分子之间；
第三章晶体结构与性质 第二节分子晶体与原子晶体（第1课时） 【学习目标】 1.说出分子晶体的定义、构成微粒、粒子间的作用力及哪些物质是典型的分 子晶体。 2.以冰和干冰为典型例子描述分子晶体的结构与性质的关系，解释氢键对冰晶 体结构和和物理性质的影响。 【预学能掌握的内容】 【自主学习】 一．分子晶体 1．定义：________________________________ 2.构成微粒________________ 3.粒子间的作用力：____________________ 4. 较典型的分子晶体有：①②_______ 单质 ③氧化物④⑤ 此外，还有少数盐是分子晶体，如 5.分子晶体的物理性质：熔沸点较____、易升华、硬度____。固态和熔融状态 下都。 6.分子间作用力对物质的性质有怎么样的影响？ 一般说来，对与组成和结构相似的物质，相对分子量越大，分子间作用力越 ____，物质的熔沸点也越____。但是有些氢化物的熔点和沸点的递变却与此不 完全符合，如：NH 3 ，H 2 O和HF的沸点就出现反常,因 为这些分子间存在____键。 7.分子晶体的结构特征： （１）只有范德华力，无分子间氢键－分子晶体的结构特征 为。如：C60、干冰、I2、O2。 如右图所示，每个CO2分子周围有个紧邻的 CO2分子。 （２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征。如：冰 中每个水分子周围只有个紧邻的水分子，这一 排列使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大 的空隙。 【预学中的疑难问题】 【合作探究】 1.大多数分子晶体的结构特征 （1）大多数分子晶体采用堆积 （2）若用一个小黑点代表一个分子，试画出大多数分子晶体的晶胞图 (3)干冰晶体 ①二氧化碳分子在晶胞中处于什么位置？ ②一个干冰晶胞中含有几个分子？ ③每个CO2分子周围有几个距它最近的分子？ ④干冰晶体中CO 2 分子的排列方向有几种 ④干冰和冰，那种晶体密度大？试从晶体结构特征解释。
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几种常见晶体结构分析 河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131 栾春武：中学高级教师，张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。 联系电话： E-mail ： 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下： 离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该 单元中所占的份额为18，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为1 4，面上 的微粒属于该单元中所占的份额为1 2，中心位置上（嚷里边）的微粒才完 全属于该单元，即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个Cl －，每个Cl －周围有6个Na +，与一个Na +距离最近且相等的Cl －围成的空间构型为正八面体。每个Na +周围与其最近且距离相等的Na +有12个。见图1。 图1 图2 NaCl
晶胞中平均Cl－个数：8×1 8 + 6× 1 2 ＝ 4；晶胞中平均Na+个数：1 + 12×1 4 ＝ 4 因此NaCl的一个晶胞中含有4个NaCl（4个Na+和4个Cl－）。 2.氯化铯晶体中每个Cs+周围有8个Cl－，每个Cl－周围有8个Cs+，与一个Cs+距离最近且相等的Cs+有6个。 晶胞中平均Cs+个数：1；晶胞中平均Cl－个数：8×1 8 ＝ 1。 因此CsCl的一个晶胞中含有1个CsCl（1个Cs+和1个Cl－）。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体 1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4个C原子紧邻，因而整个晶体中无单 个分子存在。由共价键构成的最小环结构中有6个碳原 子，不在同一个平面上，每个C原子被12个六元环共用，每C—C键共6 个环，因此六元环中的平均C原子数为6× 1 12 ＝ 1 2 ，平均C—C键数为 6×1 6 ＝ 1。 C原子数: C—C键键数＝ 1:2； C原子数: 六元环数＝ 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C被Si代替，C与C之间插 氧，即为SiO 2晶体，则SiO 2 晶体中最小环为12环（6个Si，6个O）， 图3 CsCl 晶 图4 金刚石晶
第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗
第二章晶体结构及常见晶体结构类型 1、名词解释 （a）晶体与晶体常数（b）类质同晶和同质多晶（c）二八面体型与三八面体型（d）同晶取代与阳离子交换（e）尖晶石与反尖晶石（f）晶胞与晶胞参数（g）配位数与配位体（h）同质多晶与多晶转变（i）位移性转变与重建性转变（j）晶体场理论与配位场理论 解：（a）晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。或晶体是具格子构造的固体。晶体常数：晶轴轴率或轴单位，轴角。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。（c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构。 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体 结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 （f）任何晶体都对应一种布拉菲格子，因此任何晶体都可划分出与此种布拉菲格子平行六面体相对应的部分，这一部分晶体就称为晶胞。晶胞是能够反映晶体
第3章晶体结构 1. 填写下表 2. 试推测下列物质中何者熔点高？何者熔点低？ ①NaCl KBr KCl MgO ②N2Si NH3 答：①这些物质都是离子化合物，离子键越短，离子键越强，熔点越高，反之熔点越低，MgO 离子键最短，KBr离子键最长，所以MgO熔点最高，KBr熔点最低。 ②Si是原子晶体，它的熔点最高，N2、NH3都是分子晶体，分子晶体主要靠范德华力结合在一起，摩尔质量越大，范德华力越大，但是NH3之间还存在氢键，氢键比范德华力要大得多，所以N2的熔点最小。 3. 结合下列物质讨论键型的过渡。 Cl2HCl AgI NaF 答：Cl2是由共价键结合起来的非极性分子，键的共价性最强。NaF由离子键结合在一起，键的极性最强。HCl分子中的化学键虽然还是共价键，但是由于H、Cl电负性相差较大，电子对偏离较大，已经具有一定的离子键的性质。AgI中的化学键已经处于离子键和共价键的过渡状态，属于过渡键型。 4. 已知各离子的半径如下： 离子Na＋Rb＋Ag＋Ca2＋Cl －I－O2－ 离子半径/ pm 95 148 126 99 181 216 140
根据半径比规则，试推算RbCl ，AgCl ，NaI ，CaO 的晶体构型。 答： 5. 试推测下列物质分别属于哪一类晶体 物质 B LiCl BCl 3 熔点/ ℃ 2300 605 －107.3 答：B 是原子晶体，LiCl 是离子晶体，BCl 3是分子晶体。 6. 已知KI 的晶格能U = 649 kJ·mol － 1，K 的升华热ΔS H Θ=90kJ·mol － 1，K 的电离能I 1 = 418.9 kJ·mol － 1，I 2 的键（理）解能 D Θ(I —I) =152.549kJ·mol － 1，I 2的升华热 △S H Θ= 62.4kJ·mol － 1，I 的电子亲和能Y =295.29kJ·mol -1，求KI 的生成焓△f H m Θ。 解： )()(2 1)(m f H 2 s KI s I s K ??→?+?θ ↓ θ 2H ?↓ θ 5H ?↑ ↓?θ 1H I （g ）+e ??→??θ 4 H I -（g ） ↓ + K （g ） - e ??→??θ3 H K +（g ） △f H m θ=θ 1H ?+θ2H ?+θ3H ?+θ4H ?+θ 5H ? =ΔS H Θ（K ）+0.5 D Θ(I —I)+0.5△S H Θ（I 2）+I 1-Y-U =90+0.5?62.4+0.5?152.549+418.9-295.29-649 =-327.9 kJ·mol -1 7. 写出下列各种离子的电子分布式，并指出它们各属于何种离子电子构型？ Fe 3＋ 、Ag ＋ 、 Ca 2＋ 、Li ＋ 、 Br － 、 S 2－ 、Pb 2＋ 、 Pb 4＋ 、 Bi 3＋ 答：
第二章材料中的晶体结构 基本要求：理解离子晶体结构、共价晶体结构。掌握金属的晶体结构和金属的相结构，熟练掌握晶体的空间点阵和晶向指数和晶面指数表达方法。 重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。 §2.1 晶体与非晶体 1.晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。 2. 非晶体：非晶体在整体上是无序的；近程有序。 3. 晶体的特征 周期性 有固定的凝固点和熔点 各向异性 4.晶体与非晶体的区别 a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列 b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围 c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”） 5.晶体与非晶体的相互转化 思考题： 常见的金属基本上都是晶体,但为什么不显示各向同性? §2.2 晶体学基础 §2.2.1 空间点阵和晶胞 1.基本概念 阵点、空间点阵 晶格 晶胞：能保持点阵特征的最基本单元
2.晶胞的选取原则： （1）晶胞几何形状能够充分反映空间点阵的对称性； （2）平行六面体内相等的棱和角的数目最多； （3）当棱间呈直角时，直角数目应最多； （4）满足上述条件，晶胞体积应最小。 3. 描述晶胞的六参数 §2.2.2 晶系和布拉菲点阵 1.晶系 2. 十四种布拉菲点阵 晶体结构和空间点阵的区别 §2.2.3 晶面指数和晶向指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 1.晶向指数的标定 (1)建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边
第三章晶体结构与性质 课标要求 1. 了解化学键和分子间作用力的区别。 2. 理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。 3. 了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。 4. 理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。 5. 了解分子晶体与原子晶体、离子晶体、金属晶体的结构微粒、微粒间作用力的区别。 要点精讲 一.晶体常识 1. 晶体与非晶体比较 2. 获得晶体的三条途径 ①熔融态物质凝固。 ②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。 ③溶质从溶液中析出。 3. 晶胞晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置” 。 4. 晶胞中微粒数的计算方法——均摊法 如某个粒子为n 个晶胞所共有，则该粒子有1/n 属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞 立方晶胞中微粒数的计算方法如下： 注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状 二.四种晶体的比较
2.晶体熔、沸点高低的比较方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体〉离子晶体＞分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 (2)原子晶体 由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高.如熔点：金刚石〉碳化硅〉硅 (3)离子晶体 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强, 相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高。
（4）分子晶体 ①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 ③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。 ④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 （5）金属晶体 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。 三?几种典型的晶体模型
典型晶体晶胞结构1.原子晶体 (金刚石 ) 2.分子晶体
3.离子晶体 ＋ Na － Cl
4.金属晶体 堆积模型简单立方钾型镁型铜型典型代表Po Na K Fe Mg Zn Ti Cu Ag Au 配位数 6 8 12 12 晶胞 5.混合型晶体——石墨 1.元素是Cu 的一种氯化物晶体的晶胞结构如图 13 所示，该氯化物的化学 式，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物H n WCl 3，反应的化 学方程式为。 2.（ 2011 山东高考）CaO 与NaCl 的晶胞同为面心立方结构，已知CaO 晶体密度为ag·cm-3，N A表示阿伏加德罗常数，则CaO 晶胞体积为cm3。 2.（ 2011 新课标全国）六方氮化硼BN 在高温高压下，可以转化为立方氮化硼，其结构与金刚石相似，硬度与金刚 石相当，晶苞边长为361.5pm ，立方氮化硼晶胞中含有______各氮原子、 ________各硼原子，立方氮化硼的密度是_______g ·cm-3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏伽德罗常数为N A）。
解析：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，金刚石晶胞是立方体，其中8 个顶点有8 个碳原子， 6 个面各有 6 个碳 原子，立方体内部还有 4 个碳原子，如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数＝ 8×1/8+6 ×1/2+4=8 ，因此立方氮化硼晶胞中应该含有 4 个 N 和 4 个 B 原子。由于立方氮化硼的一个晶胞中含有 4 个 4 25g 是，立方体的体积是(361.5cm)3，因此立方氮化硼的密度是 N 和 4 个 B 原子，其质量是 1023 6.02 g·cm-3。 3.（ 4）元素金（ Au ）处于周期表中的第六周期，与Cu 同族， Au 原子最外层电子排布式为______；一种铜合金晶体具有立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu 原子处于面心， Au 原子处于顶点位置，则该合金中Cu 原子与 Au 原子数量之比为 _______；该晶体中，原子之间的作用力是________； （ 5）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu 原子与 Au 原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构为CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为_____。 4.（ 2010 山东卷）铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是：Pb4+处于立方晶胞顶点，Ba2+处于晶胞中心， O2-处于晶胞棱边中心，该化合物化学式为，每个 Ba2+与个 O2-配位。 5.(4) CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似（如右图所示），但 CaC2晶体中含有的中哑 铃形 C 22 的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC 2晶体中1个 Ca 2 周围距离最近的 C 22 数目 为。 6．（ 09 江苏卷 21 A ）③在 1 个 Cu2O 晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu 原子数目 为。
第三章 晶体结构习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四 面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空 隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置 的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四 面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何 种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子 及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。 解：参见2-9题。 3-4 Li2O 晶体，Li+的半径为0.074nm ，O2-的半径为0.140nm ，其密度为1.646g/cm3，求晶胞常数a0；晶
第三章晶体结构习题与解答 3-1 名词解释 （a）萤石型和反萤石型 （b）类质同晶和同质多晶 （c）二八面体型与三八面体型 （d）同晶取代与阳离子交换 （e）尖晶石与反尖晶石 答：（a）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布 在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面 体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离 子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若 干四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干 （b）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各 需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a）参见2-5题解答。 （b）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价 离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。 3-3 MgO晶体结构，Mg2+半径为，O2-半径为，计算MgO晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO的密度。 解：参见2-9题。
第六章分子结构与晶体结构 教学内容： 1.掌握杂化轨道理论、 2.掌握两种类型的化学键（离子键、共价键）。 3.了解现代价键理论和分子轨道理论的初步知识，讨论分子间力和氢键对物质性质的影响。 教学时数：6学时 分子结构包括： 1.分子的化学组成。 2.分子的构型：即分子中原子的空间排布，键长，键角和几何形状等。 3.分子中原子间的化学键。 化学上把分子或晶体中相邻原子（或离子）之间强烈的相互吸引作用称为化学键。化学键可 分为：离子键、共价键、金属键。 第一节共价键理论 1916年，路易斯提出共价键理论。 靠共用电子对，形成化学键，得到稳定电子层结构。 定义：原子间借用共用电子对结合的化学键叫做共价键。 对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分子轨道理论。 1.1共价键的形成 1.1.1 氢分子共价键的形成和本质（应用量子力学） 当两个氢原子（各有一个自旋方向相反的电子）相互靠近，到一定距离时，会发生相互作用。每个H原子核不仅吸引自己本身的1s电子还吸引另一个H原子的1s电子，平衡之前，引力＞排斥力，到平衡距离d，能量最低：形成稳定的共价键。 H原子的玻尔半径：53pm，说明H2分子中两个H原子的1S轨道必然发生重叠，核间形成一个 电子出现的几率密度较大的区域。这样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了两核间斥力，体系能量降低，更稳定。（核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低）。
1.1.2 价键理论要点 ①要有自旋相反的未配对的电子 H↑+ H↓ -→ H↑↓H 表示：H:H或H-H ②电子配对后不能再配对即一个原子有几个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相反的未成对电子成键。如：N：2s22p3，N≡N或NH3 这就是共价键的饱和性。 ③原子轨道的最大程度重叠 （重叠得越多，形成的共价键越牢固） 1.1.3 共价键的类型 ①σ键和π键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） s-s ：σ键，如：H-H s-p ：σ键，如：H-Cl p-p ：σ键，如：Cl-Cl π键， 单键：σ键 双键：一个σ键，一个π键 叁键：一个σ键，两个π键 例：N≡N σ键的重叠程度比π键大，∴π键不如σ键牢固。 σ键π键 原子轨道重叠方式头碰头肩并肩 能单独存在不能单独存在 沿轴转180O符号不变符号变 牢固程度牢固差 含共价双键和叁键的化合物的重键容易打开，参与反应。
第三章晶体结构 1． 极化能力最强的离子应具有的特性是………………………………………………（） (A) 离子电荷高、离子半径大(B) 离子电荷高、离子半径小 (C) 离子电荷低、离子半径小(D) 离子电荷低、离子半径大 答：(B) 2． 按顺序(用符号>或<)排列下列各组物质的性质： (1)BaO，CaO，NaI，MgO，NaBr的晶格能大小：______________________________； (2)K，As，Cl，Cs，Ni的电离能大小：________________________________________。答：(1) MgO > CaO > BaO > NaBr > NaI (2) Cs < K < Ni < As < Cl 3． CO2是非极性分子，SO2是_________分子，BF3是__________分子，NF3是_________分子，PF5是_________分子。 答：SO2极性分子BF3非极性分子NF3极性分子PF5非极性分子 4． 根据电负性的概念，判断下列化合物：AlCl3、Al2O3、Al2S3、AlF3中，键的极性大小顺序是______________________________________。 答：AlF3> Al2O3> AlCl3> Al2S3 5． 下列分子中属极性分子的是…………………………………………………………（） (A) SiCl4(g) (B) SnCl2(g) (C) CO2(D) BF3 答：(B) 6． 氯苯的偶极矩是1.73D，预计对二氯苯的偶极矩应当是……………………………（） (A) 4.36 D (B) 1.73 D (C) 0 (D) 1.00 D 答：(C) 7． 下列化合物中，极性最大的是…………………………………………………………（） (A) CS2(B) H2S (C) SO3(D) SnCl4 答：(B) 8． BF3分子的偶极矩数值( D )为…………………………………………………………（） (A) 2 (B) 1 (C) 0.5 (D) 0
§1-2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞 1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc) 它所构成的晶格为布喇菲格子。例如氧、硫固体。基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体。 其特点有: 三个基矢互相垂直（），重复间距相等，为a， 亦称晶格常数。其晶胞=原胞；体积= ；配位数(第一近邻数) =6。（见图1-7） 图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元 2) 简单晶体的体心立方( body-centered cubic, bcc ) , 例如，Li，K， Na，Rb，Cs,αFe，Cr，Mo，W，Ta，Ba等。其特点有：晶胞基矢, 并且，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成：（见图1-9 b） (1-2) 其体积为；配位数=8；（见图1-8）
图1-8体心立方堆积与体心立方结构单元 图1-9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b) 3) 简单晶体的面心立方( face-centered cubic, fcc ) , 例如，Cu，Ag， Au，Ni，Pd，Pt，Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等。晶胞基矢， 并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成（见图1-10 b）： (1-3)
其体积=；配位数=12。，（见图1-10） 图1-10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b) 4) NaCl结构（Sodium Chloride structure），复式面心立方（互为fcc），配位数=6（图1-11 a)。 表1-1 NaCl结构晶体的常数 5) CsCl结构（Cesuim Chloride structure），复式简单立方（互为sc），配位数=8（图1-11 b）。 表1-2 CsCl结构晶体的常数
金属键和金属晶体结构理论 在高中化学课本“金属键”一节中，简略地讲了金属键的自由电子理论和金属晶体的圆球密堆积结构。在本节中将介绍这两种理论的有关史实，并对理论本身进一步加以阐述。 一、金属键理论及其对金属通性的解释 一切金属元素的单质，或多或少具有下述通性：有金属光泽、不透明，有良好的导热性与导电性、有延性和展性，熔点较高（除汞外在常温下都是晶体），等等。这些性质是金属晶体内部结构的外在表现。 金属元素一般比较容易失去其价电子变为正离子，在金属单质中不可能有一部分原子变成负离子而形成离子键。由于Ｘ射线衍射法测定金属晶体结构的结果可知，其中每个金属原子与周围8到12个同等（或接近同等）距离的其它金属原子相紧邻，只有少数价电子的金属原子不可能形成８到12个共价键。金属晶体中的化学键应该属于别的键型。 1916年，荷兰理论物理学家洛伦兹（Lorentz．H．A．1853－1928）提出金属“自由电子理论”，可定性地阐明金属的一些特征性质。这个理论认为，在金属晶体中金属原子失去其价电子成为正离子，正离子如刚性球体排列在晶体中，电离下来的电子可在整个晶体范围内在正离子堆积的空隙中“自由”地运行，称为自由电子。正离子之间固然相互排斥，但可在晶体中自由运行的电子能吸引晶体中所有的正离子，把它们紧紧地“结合”在一起。这就是金属键的自由电子理论模型。 根据上述模型可以看出金属键没有方向性和饱和性。这个模型可定性地解释金属的机械性能和其它通性。金属键是在一块晶体的整个范围内起作用的，因此要断开金属比较困难。但由于金属键没有方向性，原子排列方式简单，重复周期短（这是由于正离子堆积得很紧密），因此在两层正离子之间比较容易产生滑动，在滑动过程中自由电子的流动性能帮助克服势能障碍。滑动过程中，各层之间始终保持着金属键的作用，金属虽然发生了形变，但不至断裂。因此，金属一般有较好的延性、展性和可塑性。 由于自由电子几乎可以吸收所有波长的可见光，随即又发射出来，因而使金属具有通常所说的金属光泽。自由电子的这种吸光性能，使光线无法穿透金属。因此，金属一般是不透明的，除非是经特殊加工制成的极薄的箔片。关于金属的良好导电和导热性能，高中化学课本中已用自由电子模型作了解释。 上面介绍的是最早提出的经典自由电子理论。1930年前后，由于将量子力学方法应用于研究金属的结构，这一理论已获得了广泛的发展。在金属的物理性质中有一种最有趣的性质是，包括碱金属在内的许多金属呈现出小量的顺磁性，这种顺磁性的大小近似地与温度无关。泡利曾在1927年对这一现象进行探讨，正是这一探讨开辟了现代金属电子理论的发展。它的基本概念是：在金属中存在着一组连续或部分连续的“自由”电子能级。在绝对零度时，电子（其数目为Ｎ个）通常成对地占据Ｎ／2个最稳定的能级。按照泡利不相容原理的要求，每一对电子的自旋方向是相反的；这样，在外加磁场中，这些电子的自旋磁矩就不能有效地取向。 当温度比较高时，其中有一些配对的电子对被破坏了，电子对中的一个电子被提升到比较高的能级。未配对的电子的自旋磁矩能有效地取向，所以使金属具有顺磁性。（前一节中介绍价键理论的局限性时已指出，顺磁性物质一般是具有自旋未配对电子的物质。）未配对电子的数目随着温度的升高而增多；然而，每个未配对电子的自旋对顺磁磁化率的贡献是随着温度的升高而减小的。对这二种相反的效应进行定量讨论，解释了所观察到的顺磁性近似地与温度无关。 索末菲与其他许多研究工作者，从1928年到30年代广泛地发展了金属的量子力学理论，建立起现代金属键和固体理论──能带理论，可以应用分子轨道理论去加以理解。（可参看大学《结构化学》教材有关部分） 二、等径圆球密堆积模型和金属单质的三种典型结构 在高中化学课本“金属键”一节中，讲到金属晶体内原子的排列，好象许多硬球一层一层地紧密地堆积在一起，形成晶体。课本中还画出了示意图。所谓等径圆球紧密堆积，就是要把许多直径相同的圆球堆积起来做到留下的空隙为最小。
《晶体结构与性质》总结 一、分子晶体： 1．间以（，）相结合的晶体叫分子晶体 （1）构成分子晶体的粒子是。 （2）粒子间的相互作用是。 （3）分子间作用力（范德华力＜氢键）远化学键的作用； （4）分子晶体熔化破坏的是。 2．典型的分子晶体： （1）非金属氢化物：例 （2）酸：例 （3）部分非金属单质:：例 （4）部分非金属氧化物: 例 （5）大多数有机物：例 3．分子晶体结构： （1）只有范德华力，无分子间氢键的——分子密集堆积，如：C60、干冰、O2每个分子周围有个紧邻的分子，面心立方构型 （2）有分子间氢键的——不具有分子密集堆积特征，如：HF 、冰、NH3 冰中１个水分子周围有个水分子，1mol冰周围有mol氢键。 4．分子晶体熔沸点判断： 的物质，越大，分子间作用力越大；分子量相等或相近，性分子的范德华力大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越。含有分子间氢键的，熔沸点较。在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越。 二、原子晶体： 1．所有的相邻间都以相结合而形成空间立体网状结构的晶体。 （1）构成原子晶体的粒子是， （2）原子间以较强的相结合。
（3）整块晶体是一个三维的共价键网状结构， （4）原子晶体熔化破坏的是。 2．常见的原子晶体 （1）某些非金属单质：硼（B） （2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）氮化硼（BN） （3）某些氧化物：Al2O3晶体 3．原子晶体结构： 金刚石晶体中：每个碳原子以与周围个碳原子结合,成为正四面体结构,碳以杂化轨道形成键。向空间发展,彼此联结的立体网状结构,其中形成的最小环 中含个碳原子。每个碳原子被12个环共用。1mol金刚石中含有的C-C共价键数mol。 在SiO2晶体中：①每个Si原子以个共价键结合个O原子；同时，每个O原子结合个Si原子。SiO2晶体是由Si原子和O原子按的比例所组成的立体网状的 晶体。②最小的环是由个Si原子和个O原子组成的元环。③1mol SiO2中含mol Si—O键。 4．原子晶体熔沸点判断： 结构相似的原子晶体，越小，键长越，键能越，晶体熔点越 例：金刚石碳化硅晶体硅 三、金属晶体： 1．和通过键结合形成的晶体。 （1）组成粒子：和 金属键（电子气理论）：金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用，没有方向性，也没有 饱和性，成键电子可以在金属中自由流动， （2）微粒间作用力：键 2．常见的金属晶体：单质和都属于金属晶体 3．金属晶体结构： 金属晶体的四种堆积模型对比 堆积方式晶胞类型：六面体空间利用率配位数实例