實驗三分子結構和晶體結構模型一、實驗目的1.熟悉一些典型的無機物分子（離子）的空間構型；2.熟悉金屬晶體三種緊密堆積的排列方式；復習晶胞，配位數等概念；3.熟悉四種晶體的空間結構，了解它們正負離子的堆積情況，配位情況以及晶胞中離子個數之比；4.金剛石，石墨和干冰的結構；比較四類晶體質點間作用力的異同及共同性質的影響。二、實驗材料分子球棍，晶體模型，雜化軌道模型，輔助材料三、實驗內容1.子結構模型用塑料小球代替分子中的原子，塑料棒代替化學鍵，搭成無機分子模型。分子（離子）化學式電子對構型分子空間構型理論說明HgCl2直線性直線性配位數=2BF3平面三角形平面三角形配位數=3CCl4正四面體正四面體配位數=4H2O正四面體V型配位數=2NH3正四面體三角錐配位數=3PCl5三角雙錐三角雙錐配位數=5SF4三角雙錐蹺蹺板型配位數=4BrF3三角雙錐T型配位數=3SF6正八面體正八面體配位數=6XeF4正八面體平面正方形配位數=42、晶體結構模型組成晶體的質點在空間的排列一般服從最緊密堆積原理，金屬晶體主要有面心立方、體心立方和六方三種緊密堆積方式。在化合物（合金）晶體中，常把大的原子看作球的緊密堆積，小的看作處于大的原子緊密堆積的空隙中，當四個離子占據四個頂點時，形成四面體空隙。當六個原子處于八面體六個頂點時，形成八面體空隙。當八個離子占據立方體八個頂點是，形成立方體空隙。3、金屬原子的緊密堆積（1）面心立方緊密堆積（2）六方緊密堆積（3）體心立方堆積名稱配位數晶胞中的質點數空間利用率面心立方緊密堆積12474.05%六方緊密堆積12674.05%體心立方緊密堆積8268.2%4、二元離子化合物的空間結構空間結構晶格類型正離子占負一個晶胞中晶胞中正負化合物類型離子什么空隙空隙數配位數離子個數（+/-）最簡式CsCl型體心立方立方體空隙1811ABNaCl型面心立方八面體空隙4644AB立方ZnS面心立方四面體空隙4444ABCaF2型面心立方立方體空隙4848AB2四、思考題（1）價層電子對互斥理論可否用來普遍地判斷無機分子化合物的分子構型？答：不可以，因為它只強調電子對的斥力，未考慮鍵的本性。對于強極性分子Li2O某些含有惰性電子對的分子（離子）如SbCl63-等均不能判斷。（2）中心原子sp3d2（或d2sp3）雜化軌道成鍵的多原子分子，其分子構型是否都是正八面體？為什么？答：不都是。等性sp3d2雜化，分子構型為正八面體，但不等性sp3d2雜化就不是正八面體，如XeF4分子空間構型為平面四方形。（3）AB3型的共價化合物，其中心原子都采用sp3雜化軌道成鍵，當A不含孤電子對時，如BF3可能采用sp3雜化。（4）某離子處于四面體或八面體空隙中，配位數分別是多少？答：處于四面體空隙中時，配位數是4，處于八面體空隙中時，配位數是6，晶胞在三重空間重復時，處于相鄰晶胞的面邊、角上，屬于兩個或多個晶體所共有。（5）如果是立方晶體，占據角頂的原子（離子）對一個單元晶胞的貢獻是多少？答：立方晶系中，占據角頂的原子（離子）對一個單元晶胞的貢獻是1/6。（6）在三種金屬原子堆積中，面心和立方常被稱為“最緊密堆積”，為什么？答：最緊密堆積要求質點占據最小空間而具有最大的配位數。對于金屬晶體，第一層等徑圓球的最緊密堆積排列為一個球周圍有六個，第二層緊密堆積為每個球放入第一層三個球的空隙上。第三堆積層有兩種方式：可與第一層對齊產生ABAB排列；為六方緊密堆積或與第一層有錯位，為ABCABC排列，即面心立方堆積。這兩種堆積，空間利用率大于體心立方緊密堆積，故稱為“最緊密堆積”。（7）比較CaF2和ZnS結構異同，為什么會產生這種差異？試從離子半徑大小比較。答：與離子半徑有關，形成離子晶體時，只有當正負離子緊靠在一起，晶體才穩定。對于CaF2，r+/r-=99/1320.732,故Ca2+表面可接觸更多F-，配位數為8，而F-相應為4，對于ZnS,r+/r-=74/1840.414,由于負離子互相接觸，使結構不穩定，故使晶體轉為較少配位數4，所以由于離子半徑不同，最終導致二者構型不同。四、實驗習題1、在多原子分子中，當中心原子周圍分別有3對、4對、5對、6對（成鍵電子對和孤電子對）時，可能有哪些不同的分子構型？試加以總結2、銅和金組成的合金其晶胞結構是：金原子占據立方體角的位置，銅原子占據面心位