晶体

（五）化学键和晶体类型

1、物质中所含化学键及所属晶体类型的分析

⑴化学键类型比较

类型 作用方式 成键元素

离子键 阴阳离子间的静电作用 活泼金属与活泼非金属

价键 极性键 共用电子对 共用电子对偏向吸引电子能力强的原子 不同的非金属元素原子

非极性键 共用电子对无偏移 同一非金属元素的原子

金属键 金属阳离子和自由电子之间

形成的化学键 金属原子

⑵晶体类型比较

晶体类型 构成微粒 作用类型 物质类别

分子晶体 分子 分子间作用力 常温下的气体及液体和部分固体物质

离子晶体 阴阳离子 离子键 活泼金属与活泼非金属元素形成的

离子化合物

原子晶体 原子 共价键 金刚石、晶体硅、SiC、SiO2等

金属晶体 金属阳离子和自由电子 金属键 金属单质

【注意】①形成分子晶体的物质能以分子形式存在，而形成离子晶体和原子晶体的物质不能以单个分子形式存在；

②晶体液化时，分子晶体中的化学键（稀有气体中不含化学键）不被破坏，离子晶体和原子晶体中的化学键要断裂；

③掌握NaCl、CsCl、CO2、金刚石、SiO2的晶体结构。

⒉晶体的熔沸点和硬度比较：根本依据：相互作用越强，熔沸点越高，硬度越大。

⑴不同晶型比较：一般地，原子晶体＞离子晶体、金属晶体＞分子晶体

⑵相同晶型比较：

①原子晶体中键长越短，键能越大，熔沸点和硬度越高。

②离子晶体：电荷数越多，半径越小，键越强。

③金属晶体：价电子数越多，原子半径越小，键越强。

此外，金属单质的熔点还可根据周期表递变规律比较；合金的熔点比各成分金属的熔点都低。

④分子晶体：组成和结构相似的分子，分子量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高。

例8、在下列化学反应中，既有离子键、极性键、非极性键的断裂，又有离子键、极性键、非极性键形成的是（ ）

（A）2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ （B）Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑

（C）CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ （D）NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O

⒊电子式及结构式书写

中学阶段及高考中对电子式书写的要求基本上都不脱离形成8电子稳定结构这一原则，不管是熟悉的物质还是不熟悉的物质，在书写电子式时应以此作为重要依据，当然，最根本的还是要从成键角度掌握电子式书写，根据其成键情况写出的电子式才是最为准确的。

【练习】写出水、氨气、氮气、甲烷、四氯化碳、乙烯、乙炔、二氧化碳、氢氧化钠、过氧化钠、双氧水、羟基的电子式。

例9、下列分子中所有原子都能满足8电子结构的是（ ）

（A）CO2 （B）PCl3 （C）CCl4 （D）NO2 （E）COCl2 （F）SF6

（G）XeF2 （H）BF3 （I）BeCl2 （J）PCl5 （K）N2

（六）极性分子与非极性分子、分子间作用力、氢键的概念

例10、在海洋底部存在大量被称为“可燃冰”的物质，其蕴藏量是地球上煤、石油的几百倍，因而是一种待开发的巨大能源物质，初步查明“可燃冰”主要是甲烷与水的结合物，有关“可燃冰”的下列推测中错误的是（ ）

（A）高压、低温有助于可燃冰的形成

（B）常温常压下可燃冰是一种稳定的物质

（C）甲烷和水分子是通过氢键而结合成为可燃冰的

（D）构成可燃冰的原子间存在着极性共价键

【答案】1、(2A－X+24+n)/2 2、B 3、A 4、AD 5、第七周期第ⅣA族 6、BC 7、A 8、A 9、ABCEK 10、B

第八讲 晶体结构试题分类解析

有关晶体结构的推断和计算是高中化学中的一个难点，这些题目能很好地考察学生的观察能力和三维想象能力，而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合，自然也就成为近年高考的热点之一。此类题目的解答，要求学生在熟练掌握NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金刚石等晶体结构的基础上，进一步理解和掌握一些重要的分析方法与原则。

一、教材中重要的晶体结构示意图

图1 NaCl的晶体结构 图2 CsCl的晶体结构 图3 干冰的晶体结构

图4 SiO2的晶体结构 图5 金刚石的晶体结构 图6石墨的晶体结构俯视图 练习图

1、请将上面练习图中NaCl晶体结构中代表Na+ 的圆圈涂黑（不考虑体积大小），以完成NaCl晶体的结构示意图。在该晶体中每个Na+ 周围与之最接近且距离相等的Na+ 共有 个；与每个Na+等距离且最近的Cl-所围成的空间几何构型为 。

2、在CsCl晶体中，每个Cs+ 周围与之最接近的且距离相等的Cs+ 有 个。

3、在干冰晶体中，每个CO2分子周围与之最接近的且距离相等的CO2分子有 个。

4、在金刚石的网状结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有 个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是 。

5、石墨是层状结构，每一层内，碳原子排列成 而成平面网状结构。每一个碳原子跟其它 个碳原子相连。

二、根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式

解答这类试题，通常采用分摊法。因为在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每一个晶胞只能按比例分摊。

分摊的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的1/n。

具体地，根据晶胞（晶体中最小重复单位）求晶体中粒子个数比的方法是：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于晶胞；②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于晶胞；③处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个粒子有1/2属于晶胞。

例⒈现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（ ）

AB2 EF2 XY3Z AB

（A） （B） （C） （D）

【分析】根据题意应选C、D。这类题解题的思维方法为平均法，即先分析基本结构单元中的一个点或一条边为几个结构单元所共有，若为n个基本结构单元共有，则这个基本结构单元就只占有这个点或这条边的1/n。

这种求晶胞中粒子个数的方法还可类推到求晶胞中化学键数目，如：

例⒉石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边形排列成平面网状结构，如果将每对相邻碳原子间的短线看成一个化学键，则石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是（ ）

（A）2∶3 （B）1∶3 （C）1∶1 （D）1∶2

【分析】据石墨的晶体结构可知：每个碳原子为三个正六边形共用，每个正六边形占有该碳原子的1/3，因此，每个正六边形占有碳原子数为6×个；晶体中每个C—C键即为每个正六边形的边，每个边为2个正六边形共用，每个正六边形占有该C—C键的，故每个正六边形占有C—C键数目为6×=3个，选（A）。

例⒊最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子（如下图所示），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 。

【分析】你的答案是TiC吗？这是错的，为什么呢？这只不过是一个具有规则结构的大分子，而不是一个空间结构中的最小重复单位，按例1的方法计算自然是错的了。在这个问题中，我们只需数出两种原子的数目就可以了（Ti14C13），而不必进行上面的计算。

练习：6、水分子间由于氢键的作用彼此结合而形成 (H2O)n，在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的四面体，通过氢键相互连接成晶体，其结构如下图所示。则1 mol冰中有 mol氢键。

7、科学家发现钇钡铜氧化合物在90 K具有超导性，若该化合物的结构如下图所示，则该化合物的化学式可能是（ ）

（A）YBa2Cu3O4 （B）YBa2Cu2O5 （C）YBa2Cu3O5 （D）YBaCu4O4

（例三题 图） （第6题图） （第7题图） （第8题图）

（第9题图） （第10题图）

8、石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其它3个碳原子相结合。上图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是（ ）

（A）10个 （B）18个 （C）24个 （D）14个

9、上图所示为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿的结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。试确定该结构单元的质量。（相对原子质量：Ca 40 Ti 48 O 16）

10、二氧化硅是立体的网状结构，其晶体模型如上图所示，请认真观察该晶体模型后回答以下问题：

（1）二氧化硅晶体中最小环为 元环；

（2）每个硅原子为 个最小环共有；

（3）每个最小环平均拥有 个硅原子， 个氧原子。

三、晶胞结构与晶体密度的计算

例⒊如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个最近的Cs+ 核间距为a cm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（ ）

A . B. C. D.

【分析】解法一：晶体的密度等于晶体的质量与晶体在该质量下的体积的比值（即晶体的密度= ），据式量可知，1 mol CsCl的质量为M克，故需求出1mol CsCl的体积。因晶体是由晶胞构成的，而1个CsCl晶胞的体积为a3 cm3。因此，此题解题的关键是找出1 mol CsCl晶体中的晶胞数目，由晶胞的示意图可知，1个晶胞中含1个Cs+ 和1个Clˉ，所以，在1 mol

CsCl晶体中含NA个的晶胞。由此可得，晶体的密度为。

解法二：一个晶胞的体积为a3 cm3，若求出一个晶胞的质量，则可以求出晶胞的密度，也就是晶体的密度（因为晶胞是晶体中最小的结构单元）。根据晶胞的结构示意图可知，1个晶胞中含1个Cs+ 和1个Clˉ，所以一个晶胞的质量也就是1个Cs+ 和1个Clˉ

的质量，所以晶胞的质量为+，即=，因此也可得出晶体的密度。

四、分子内或晶体中化学键数目及多面体面数等的计算

例⒋德国和美国科学家首次制造出了由20个碳原子组成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的（如右图所示）。请回答：

C20分子中共有_____个正五边形，共有_______条棱边。C20晶体属于___________（填晶体类型）。