1、第十九講 化學(xué)物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)晶體：有一定的幾何外形，非晶體如玻璃等又稱無(wú)定形體；晶格：把晶體中規(guī)則排列的微粒抽象成幾何學(xué)中的點(diǎn)，稱為結(jié)點(diǎn)。把結(jié)點(diǎn)連結(jié)起來(lái)，得到描述晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何圖像晶體的空間格子，稱為晶格。晶胞：在晶格中，能表現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)的一切特征的最小部分稱為晶胞。離子晶體的特征和性質(zhì)：靜電作用力較大，故一般熔點(diǎn)較高，硬度較大、難揮發(fā)，但質(zhì)脆，一般易溶于水，其水溶液或熔融態(tài)能導(dǎo)電。分子晶體的物理特性：分子間以分子間作用力（范德華力,氫鍵）相結(jié)合的晶體叫分子晶體。較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)；較小的硬度。一般是絕緣體，熔融也不導(dǎo)電；溶于水時(shí)部分導(dǎo)電。原子晶體的物理性質(zhì)：原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，而且形

2、成空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（1）熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高 （2）硬度大 （3）一般不導(dǎo)電 （4）且難溶于一些常見(jiàn)的溶劑 金屬晶體組成粒子：金屬陽(yáng)離子和自由電子。作用力：金屬離子和自由電子之間的較強(qiáng)作用金屬鍵1典型晶體的空間結(jié)構(gòu)NaCl晶體每個(gè)Na+周圍有 個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-周圍有 個(gè)Na+ 。每個(gè)Na+周圍的Cl- 構(gòu)成的空間圖形是 每個(gè)Na+周圍與之距離最近的Na+有個(gè)，Na+之間距離最近是 (設(shè)晶胞邊長(zhǎng)為a)。若將上面晶胞用 進(jìn)行(均分)切割，可得 小立方體， 它們的頂點(diǎn)應(yīng)分別為 離子，由此每個(gè)晶胞中平均含有 離子各 個(gè)，在整個(gè)晶體中 單個(gè)的NaCl分子。NaCl表示晶體內(nèi) 的化學(xué)式。小結(jié)：晶胞中微粒數(shù)目

3、的計(jì)算 位于晶胞頂點(diǎn)的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有；位于晶胞棱邊的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有；位于晶胞面心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有； 位于晶胞中心的微粒，實(shí)際提供給晶胞的只有。CsCl晶體中，每個(gè)Cs+同時(shí)吸引著個(gè)Cl，每個(gè)Cl同時(shí)吸引著 個(gè)Cs+。它們的頂點(diǎn)應(yīng)為 離子，每個(gè)晶胞中平均含有 離子各 個(gè)。例1. NaCl晶胞向三維空間延伸就可得到完美晶體。NiO（氧化鎳）晶體結(jié)構(gòu)與NaCl相同，Ni2+與最鄰近O2的核間距離為a×108cm，計(jì)算NiO晶體密度(已知NiO的摩爾質(zhì)量為74.7g·mol1)。 天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷，例如在某種NiO晶體

4、中就存在如下圖所示的缺陷：一個(gè)Ni2+空缺，另有兩個(gè)Ni2+被兩個(gè)Ni3+所取代。其結(jié)果晶體仍呈電中性但化合物中Ni和O的比值卻發(fā)生了變化。某氧化鎳樣品組成為Ni0.97O，試計(jì)算該晶體中Ni3+與Ni2+的離子數(shù)之比。金剛石晶體中，每個(gè)碳原子都以共價(jià)鍵與相鄰的 個(gè)碳原子結(jié)合成結(jié)構(gòu)，最小碳環(huán)上有個(gè)碳原子，每個(gè)碳原子為 個(gè)環(huán)共用。這些環(huán)向空間伸展得到立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)晶體過(guò)渡型晶體（混合型晶體）石墨晶體同一平面內(nèi)碳原子之間的結(jié)合力同層間每個(gè)碳原子與 碳原子以 結(jié)合，鍵角 。最小環(huán)上有 個(gè)碳原子，同一平面上。碳原子數(shù)與形成的化學(xué)鍵數(shù)之比為 。 層與層之間的結(jié)合力為。例2.石墨的片層與層狀結(jié)構(gòu)如圖2-4所

5、示：其中CC鍵長(zhǎng)為142pm，層間距離為340pm（1pm=1012m）。回答：片層中平均每個(gè)六元環(huán)含碳原子數(shù)為 個(gè)；在層狀結(jié)構(gòu)中，平均每個(gè)六棱柱（如ABCDEFA1B1C1D1E1F1）含碳原子數(shù) 個(gè)。在片層結(jié)構(gòu)中，碳原子數(shù)、CC鍵數(shù)、六元環(huán)數(shù)之比為 二氧化硅晶體中每個(gè)硅原子都以共價(jià)鍵與 個(gè)氧原子結(jié)合成 結(jié)構(gòu)，每個(gè)氧原子都以共價(jià)鍵與 個(gè)硅原子結(jié)合，最小環(huán)上有 個(gè)硅原子和 個(gè)氧原子，這些環(huán)向空間伸展得到立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)晶體。二氧化碳晶體二氧化碳是一種立方面心結(jié)構(gòu)，二氧化碳分布在8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心上，每個(gè)晶胞中含 個(gè)二氧化碳分子，與每個(gè)二氧化碳分子最近等距離（ ）的二氧化碳分子有 個(gè)。例3分析下列物

6、質(zhì)的物理性質(zhì)，判斷其晶體類型：A碳化鋁，黃色晶體，熔點(diǎn)2200OC，熔融態(tài)不導(dǎo)電_；B溴化鋁，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)98OC，熔融態(tài)不導(dǎo)電_；C五氟化釩，無(wú)色晶體，熔點(diǎn)19.5OC，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中_；D溴化鉀，無(wú)色晶體，熔融時(shí)或溶于水中都能導(dǎo)電_。例41995年美國(guó)Lagow教授報(bào)道，他制得了碳的第四種同素異性體一鏈?zhǔn)饺蔡?CC-CC-CC-該物質(zhì)的一個(gè)分子中含有300500個(gè)碳原子，性質(zhì)很活潑。據(jù)此判斷，鏈?zhǔn)饺蔡脊腆w形成的晶體應(yīng)屬于_；其熔點(diǎn)估計(jì)比石墨的_。例5已知氯化鋁的熔點(diǎn)為190OC(2.02×105Pa)，但它在180OC即開(kāi)始升華。(1)氯化鋁是_(填“離子化合物”或“

7、共價(jià)化合物”)。(2)在500K和1.01×105Pa時(shí)，它的蒸氣密度(換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí))為11.92g/L，且已知它的結(jié)構(gòu)中還含有配位鍵，氯化鋁的化學(xué)式為_(kāi) 。(3)無(wú)水氯化鋁在潮濕空氣中強(qiáng)烈地“發(fā)煙”，其原因是_。(4)如何通過(guò)其他實(shí)驗(yàn)來(lái)判別氯化鋁是離子化合物還是共價(jià)化合物？例6某離子晶體部分結(jié)構(gòu)如圖。(1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著最近的_個(gè)X，每個(gè)X同時(shí)吸引著最近的_個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式為_(kāi)。(2)晶體中每個(gè)X周圍與它最近且距離相等的X共有_個(gè)；(3)晶體中距離最近的2個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角XYX的角度_；例7.如圖所示為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域里的一種化合物鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是具有代表性

8、的最小重復(fù)單元。確定該晶體結(jié)構(gòu)中，元素鈣、鈦、氧的個(gè)數(shù)比及該結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量。（相對(duì)原子質(zhì)量：Ca 40.1 Ti 47.9 O 16.0；阿佛加德羅常數(shù)：6.02×1023）鞏固練習(xí) 1.某離子晶體中，存在著A（位于八個(gè)頂點(diǎn)）、B（位于正六面體中的六個(gè)面上）、C（位于體心）三種元素的原子，其晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單位的排列方式如圖所示，則該晶體中A、B、C三種原子的個(gè)數(shù)比是A. 861 B. 111 C. 131 D. 2312.最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子（Ti）和碳原子（C）構(gòu)成的氣態(tài)復(fù)雜分子（如右圖所示），頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式是 。3現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四種晶胞（如圖所示），可推知：甲晶體中A與B的離子個(gè)數(shù)比為_(kāi)；乙晶體的化學(xué)式為_(kāi)；丙晶體的化學(xué)式為_(kāi)；丁晶體的化學(xué)式為_(kāi)。4晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體，其中含有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)硼原子，如圖所示。回答：（1）鍵角 _；（2）晶體硼中的硼原子數(shù)_個(gè)；（3）BB鍵有_條。5C70分子是形如橢球狀的多面體，該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考