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19 化学物质的空间结构



晶体:有一定的几何外形,非晶体如玻璃等又称无定形体; 晶格:把晶体中规则排列的微粒抽象成几何学中的点,称为结点。把结点连结起来,得到描 述晶体内部结构的几何图像--晶体的空间格子,称为晶格。 晶胞:在晶格中,能表现出其结构的一切特征的最小部分称为晶胞。 离子晶体的特征和性质:静电作用力较大,故一般熔点较高,硬度较大、难挥发,但质脆, 一般易溶于水,其水溶液或熔融态能导电。 分子晶

体的物理特性:分子间以分子间作用力(范德华力,氢键)相结合的晶体叫分子晶体。 较低的熔点和沸点;较小的硬度。一般是绝缘体,熔融也不导电;溶于水时部分导电。 (1)熔点和沸点高 (2)硬度大 (3)一般不导电 (4)且难溶于一些常见的溶剂 金属晶体⑴组成粒子:金属阳离子和自由电子。 ⑵作用力:金属离子和自由电子之间的较强作用--金属键 1.典型晶体的空间结构 nacl 晶体 ①每个 na+周围有 个 cl?,每个 cl?周围有 个 na+ 。 ②每个 na+周围的 cl? 构成的空间图形是 ③每个 na+周围与之距离最近的 na+有 个,na+之间距离最近是 (设晶胞边长为 a)。 ④若将上面晶胞用 进行(均分)切割,可得 小立方体, 它们的顶 点应分别为 离子,由此每个晶胞中平均含有 离子各 个,在整个晶体中 单个的 nacl 分子。nacl 表示晶体内 的化学式。 小结:晶胞中微粒数目的计算 位于晶胞顶点的微粒,实际提供给晶胞的只有 ; 位于晶胞棱边的微粒,实际提供给晶胞的只有 ; 位于晶胞面心的微粒,实际提供给晶胞的只有 ; 位于晶胞中心的微粒,实际提供给晶胞的只有 。 cscl 晶体中,每个 cs+同时吸引着 个 cl-,每个 cl-同时 吸引着 个 cs+。它们的顶点应为 离子, 每个晶胞中平均含有 离子各 个。 例 1.⑴ nacl 晶胞向三维空间延伸就可得到完美晶体。 nio (氧化镍) 晶体结构与 nacl 相同, ni2+与最邻近 o2-的核间距离为 a×10-8cm,计算 nio 晶体密度(已知 nio 的摩尔质量为 74.7g·mol-1)。 ⑵ 天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷, 例如在某种 nio 晶体中就存在如下图 所示的缺陷:一个 ni2+空缺,另有两个 ni2+被两个 ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性但 化合物中 ni 和 o 的比值却发生了变化。 某氧化镍样品组成为 ni0.97o, 试计算该晶体中 ni3+ 与 ni2+的离子数之比。 过渡型晶体(混合型晶体)--石墨晶体 ①同一平面内碳原子之间的结合力 ⅰ同层间每个碳原子与 碳原子以 结合,键角 。 ⅱ最小环上有 个碳原子, 同一平面上。 ⅲ碳原子数与形成的化学键数之比为 。 ②层与层之间的结合力为 。 例 2.石墨的片层与层状结构如图 2-4 所示: 其中 c-c 键长为 142pm, 层间距离为 340pm (1pm=10 -12m) 。回答:

①.片层中平均每个六元环含碳原子数为 个;在层状结构中,平均每个六棱柱(如 abcdef-a1b1c1d1e1f1)含碳原子数 个。 ②.在片层结构中,碳原子数、c-c 键数、六元环数之比为 二氧化硅晶体中 二氧化碳晶体 二氧化碳是一种立方面心结构,二氧化碳分布在 8 个顶点 和 6 个面心上,每个晶胞中含 个二氧化碳分子,与每个 二氧化碳分子最近等距离( )的二氧化碳分子有 个。 例 3.分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型: a.碳化铝,黄色晶体,熔点 2200oc,熔融态不导电________________________; b.溴化铝,无色晶体,熔点 98oc,熔融态不导电__________________________; c.五氟化钒,无色晶体,熔点 19.5oc,易溶于乙醇、氯仿、丙酮中____________; d.溴化钾,无色晶体,熔融时或溶于水中都能导电_________________________。 例 4.1995 年美国 lagow 教授报道,他制得了碳的第四种同素异性体一链式炔碳...-c≡c-c ≡c-c≡c-...该物质的一个分子中含有 300~500 个碳原子,性质很活泼。据此判断,链式炔 碳固体形成的晶体应属于______________;其熔点估计比石墨的________。 例 5.已知氯化铝的熔点为 190oc(2.02×105pa),但它在 180oc 即开始升华。 (1)氯化铝是_________(填"离子化合物"或"共价化合物")。 (2)在 500k 和 1.01×105pa 时,它的蒸气密度(换算成标准状况时)为 11.92g/l,且已知它 的结构中还含有配位键,氯化铝的化学式为________ 。 (3)无水氯化铝在潮湿空气中强烈地"发烟",其原因是_________。 (4)如何通过其他实验来判别氯化铝是离子化合物还是共价化合物? 例 6.某离子晶体部分结构如图。 (1)晶体中每个 y 同时吸引着最近的________个 x,每个 x 同时吸引着 最近的________个 y,该晶体的化学式为________。 (2)晶体中每个 x 周围与它最近且距离相等的 x 共有________个; (3)晶体中距离最近的 2 个 x 与一个 y 形成的夹角∠xyx 的角度________; 例 7.如图所示为高温超导领域里的一种化合物--钙钛矿的结构。 该结构是具有代表性的最小 重复单元。确定该晶体结构中,元素钙、钛、氧的个 数比及该结构单元的质量。 (相对原子质量: ca 40.1 ti 47.9 o 16.0;阿佛加德罗常数:6.02×1023) 巩固练习 1.某离子晶体中,存在着 a(位于八个顶点) 、b(位于正六面体中的六个面上) 、c(位于体 心)三种元素的原子,其晶体结构中具有代表性的最小重复单位的排列方式如图所示,则该 晶体中 a、b、c 三种原子的个数比是 a. 8︰6︰1 b. 1︰1︰1 c. 1︰3︰1 d. 2︰3︰1 2.最近发现一种由钛原子(ti)和碳原子(c)构成的气态复杂 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 。 3. 现有甲、 乙、 丙、 丁四种晶胞 (如图所示) , 可推知: 甲晶体中 a 与 b 的离子个数比为_______; 乙 晶 体 的 化 学 式 为 _________ ; 丙 晶 体 的 化 学 式 为 _____________ ; 丁 晶 体 的 化 学 式 为 _______________。 4.晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体,其中含有 20 个等边三角形的面和一定数目的顶角,每个顶角各有一个硼原子,

如图所示。回答: (1)键角 ____________; (2)晶体硼中的硼原子数______________个; (3)b-b 键有_____________条。 5.c70 分子是形如椭球状的多面体,该结构的建立基于以下考虑: (1)c70 分子中每个碳原子只跟相邻的 3 个碳原子形成化学键; (2)c70 分子中只含有五边形和六边形; (3)多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2。



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