1、晶體類型及性質（授課講義）晶體類型及性質（授課講義）授課教師：湯平發授課教師：湯平發 人類對晶體的最初認識也許是從采集石器時人類對晶體的最初認識也許是從采集石器時發現外形規則或光彩奪目的天然礦物開始的，進發現外形規則或光彩奪目的天然礦物開始的，進而把它們作為玩物和飾物。世界各地的考古發掘而把它們作為玩物和飾物。世界各地的考古發掘表明，人類使用玉類寶石至少已有七千年的歷史。表明，人類使用玉類寶石至少已有七千年的歷史。我國西漢時期劉勝夫婦墓葬中的兩套金縷玉衣就我國西漢時期劉勝夫婦墓葬中的兩套金縷玉衣就用了用了46004600多玉片。唐詩、宋詞中更出現了多玉片。唐詩、宋詞中更出現了“云母云母屏風燭影

2、深屏風燭影深”,“,“水晶簾不下，云母屏開水晶簾不下，云母屏開”之類的之類的佳句。佳句。物質狀態物質狀態氣體氣體液體液體固體固體等離子態等離子態等離子體等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質形態，廣泛存在于宇宙中，常被視為是物質的第四態，被稱為等離子態，或者“超氣態”，也稱“電漿體”。 準晶體準晶體，亦稱為“準晶”或“擬晶”，是一種介于晶體和非晶體之間的固體結構。晶體晶體非晶體非晶體準晶體準晶體液晶液晶是介于液態與結晶態之間的一種物質狀態。它除了兼有液體和晶體的某些性質（如流動性、各向異性等）外，還有其獨特的性質。 地球上的晶態物質比比皆是，僅礦物中，就有地球上的晶

3、態物質比比皆是，僅礦物中，就有98%是晶體。有長達是晶體。有長達1m、上噸重的水晶，也有以克拉（、上噸重的水晶，也有以克拉（=0.2g)計的鉆石計的鉆石;有晶瑩剔透、光彩奪目的紅、藍、黃、綠寶石，有晶瑩剔透、光彩奪目的紅、藍、黃、綠寶石，也有金屬、沙土等不像是晶體的物質；有日常生活中用的也有金屬、沙土等不像是晶體的物質；有日常生活中用的食鹽、奎寧和青霉素，也有尖端科學技術中才會遇到的鍺食鹽、奎寧和青霉素，也有尖端科學技術中才會遇到的鍺酸鉍、鈮酸鋰、磷酸氧鈦鉀酸鉍、鈮酸鋰、磷酸氧鈦鉀 動物的骨骼、毛發中也有動物的骨骼、毛發中也有結晶組織。脫離了營養介質的病毒會形成結晶，例如結晶組織。脫離了營養介

4、質的病毒會形成結晶，例如“番番茄停育癥茄停育癥”病毒會結晶成漂亮的大塊斜十二面體，若與寶病毒會結晶成漂亮的大塊斜十二面體，若與寶石擺在一起，也許會以假亂真石擺在一起，也許會以假亂真晶體的性質之一晶體的性質之一: : 均勻性均勻性v 一塊晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的（化學組成、一塊晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的（化學組成、密度、硬度等）密度、硬度等）, ,稱為晶體性質的均勻性。稱為晶體性質的均勻性。v 非晶體也有均勻性。盡管二者起因不同，但均勻性仍只非晶體也有均勻性。盡管二者起因不同，但均勻性仍只是晶體的一種性質是晶體的一種性質, ,而不是區別于非晶體的特性。而不是區別于非晶體的特性。

5、晶體的性質之二晶體的性質之二: : 有規則的幾何外形有規則的幾何外形晶體的理想外形具有特定的對稱性晶體的理想外形具有特定的對稱性,這是內部結構對稱這是內部結構對稱性的反映。性的反映。晶體的性質之三晶體的性質之三: : 各向異性各向異性晶體的物理性質，如電導率、熱導率、膨脹系數、折射率等隨方晶體的物理性質，如電導率、熱導率、膨脹系數、折射率等隨方向不同而不同向不同而不同, , 稱為晶體的稱為晶體的異向性異向性, , 也稱各向異性。也稱各向異性。v 石墨的電導率在兩個方向上相差石墨的電導率在兩個方向上相差6000倍：平行于層的方向上電導倍：平行于層的方向上電導率高（率高（3104S .cm-1,2

6、5oC），），且隨溫度上升而減小，為半金屬性且隨溫度上升而減小，為半金屬性導電導電; 垂直于層的方向上電導率卻很低（垂直于層的方向上電導率卻很低（5S . cm-1, 25oC），），且隨且隨溫度上升而增大，為半導體性導電。溫度上升而增大，為半導體性導電。圖圖中中紅紅、藍藍球球均均為為C原原子子晶體的性質之四晶體的性質之四: : 長程有序長程有序晶態結構示意圖晶態結構示意圖非晶態結構示意圖非晶態結構示意圖晶體的性質之五晶體的性質之五: : 有確定的熔點有確定的熔點v 非晶體加熱時則是逐步軟非晶體加熱時則是逐步軟化成流體，沒有明確的熔化成流體，沒有明確的熔點。點。 陰、陽離子通過離子鍵陰、陽離子

7、通過離子鍵 陰離子和陽離子陰離子和陽離子 離子鍵離子鍵相反電荷相反電荷 分子分子離子的個數比離子的個數比一、離子晶體：一、離子晶體：(1)概念：概念： 而形成的晶體而形成的晶體;(2)構成離子晶體的微粒是構成離子晶體的微粒是 ;(3)微粒間的作用力是微粒間的作用力是 。由于離子間存在著無方向性的靜電作用，每個離子周圍會盡可能多地吸引由于離子間存在著無方向性的靜電作用，每個離子周圍會盡可能多地吸引帶帶 的離子以達到降低體系能量的目的。所以，離子晶體中不存的離子以達到降低體系能量的目的。所以，離子晶體中不存在單獨的在單獨的 ，其化學式表示的是，其化學式表示的是 ，而不是分子組成。，而不是分子組成。

8、(4)物理性質：物理性質：硬度較硬度較 ；熔沸點較；熔沸點較 ；大多易溶于水等極性溶劑；晶；大多易溶于水等極性溶劑；晶體體 導電，水溶液或熔融態導電，水溶液或熔融態 導電導電 。(5)熔化時破壞的作用力：熔化時破壞的作用力： 。(6)強堿、活潑金屬氧化物、大多數鹽類都是強堿、活潑金屬氧化物、大多數鹽類都是 化合物。它們在通常條化合物。它們在通常條件下都是件下都是 ，都屬于離子晶體。，都屬于離子晶體。(7)一般說來，陰、陽離子的電荷數一般說來，陰、陽離子的電荷數 ，離子半徑，離子半徑 ，則離子鍵越，則離子鍵越強，離子晶體的熔、沸點強，離子晶體的熔、沸點 ，如：，如：Al2O3MgO，NaClCs

9、Cl等。等。大大高高不不能能離子鍵離子鍵離子離子固體固體越多越多越小越小越高越高物質物質NaFNaIMgO離子電荷數離子電荷數112離子間距離離子間距離/1010m2.313.182.10B 1NaF、NaI、MgO晶體均為離子晶體，根據下列數據，這三種晶體均為離子晶體，根據下列數據，這三種晶體的熔點高低順序是晶體的熔點高低順序是 ()A BC D解析解析NaF、NaI、MgO均為離子晶體，它們熔點高低由離子鍵強均為離子晶體，它們熔點高低由離子鍵強弱決定，而離子鍵的強弱與鍵長和離子電荷數有關，弱決定，而離子鍵的強弱與鍵長和離子電荷數有關，MgO中鍵長中鍵長最短，離子電荷數最高，故離子鍵最強。最

10、短，離子電荷數最高，故離子鍵最強。二、分子晶體二、分子晶體(1)定義：分子間通過定義：分子間通過 相結合形成的晶體叫分子晶體。如：干相結合形成的晶體叫分子晶體。如：干冰、碘晶體、冰等。冰、碘晶體、冰等。(2)構成粒子：構成粒子： 。(3)微粒間的作用力：微粒間的作用力： 。(4)物理性質：分子晶體的熔、沸點物理性質：分子晶體的熔、沸點 ，密度，密度 ，硬度較小，較易，硬度較小，較易熔化和揮發。固體和熔化狀態不導電，部分溶于水能導電。熔化和揮發。固體和熔化狀態不導電，部分溶于水能導電。 (5)熔化破壞的作用力：熔化破壞的作用力： 。(6)常見的典型的分子晶體有：常見的典型的分子晶體有：所有非金屬

11、氫化物，如水、氨、甲烷等；所有非金屬氫化物，如水、氨、甲烷等； ，如鹵素、，如鹵素、O2、S8、P4、C60等；等；部分非金屬氧化物，如部分非金屬氧化物，如 等；等；幾乎所有的酸；幾乎所有的酸；絕大多數絕大多數 的晶體。（有機鹽除外）的晶體。（有機鹽除外）(7)分子晶體熔、沸點高低的比較規律分子晶體熔、沸點高低的比較規律分子晶體分子間作用力分子晶體分子間作用力 ，物質熔、沸點，物質熔、沸點 ，反之，反之 ；具有氫；具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點鍵的分子晶體，熔、沸點 。如如H2OH2TeH2SeH2S。組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔沸點越高。例如組成和結構相似的分子晶體，相對分子

12、質量越大，熔沸點越高。例如SnH4GeH4SiH4CH4。分子間作用力分子間作用力 分子分子 分子間作用力（氫鍵）分子間作用力（氫鍵） 較低較低 較小較小 分子間作用力（氫鍵）分子間作用力（氫鍵） 部分非金屬單質部分非金屬單質 干冰、冰、干冰、冰、SO3、P2O5 有機物有機物 越大越大 越高越高越低越低反常反常在分子晶體中，分子內的原子間以共價鍵結合，分子間靠分子間作用力相互在分子晶體中，分子內的原子間以共價鍵結合，分子間靠分子間作用力相互吸引。稀有氣體單質是單原子分子，在固態時屬于分子晶體，但不存在共價吸引。稀有氣體單質是單原子分子，在固態時屬于分子晶體，但不存在共價鍵，不包含化學鍵。鍵，

13、不包含化學鍵。B 2下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是下列各組物質各自形成晶體，均屬于分子晶體的化合物是 ()ANH3、HD、C10H8 BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5 DCCl4、Na2S、H2O2解析解析A中中HD是單質，不是化合物；是單質，不是化合物；C中中SiO2為原子晶體，不是分子晶體；為原子晶體，不是分子晶體；D中中Na2S是離子晶體，不是分子晶體。是離子晶體，不是分子晶體。3下列物質，按沸點降低順序排列的一組是下列物質，按沸點降低順序排列的一組是 ()AHF、HCl、HBr、HI BF2、Cl2、Br2、I2CH2O、H2S、H2Se、

14、H2Te DCI4、CBr4、CCl4、CF4解析解析A、C中中HF和和H2O分子間含有氫鍵，沸點反常；對結構相似的物質，分子間含有氫鍵，沸點反常；對結構相似的物質，B中沸點隨相對分子質量的增加而增大；中沸點隨相對分子質量的增加而增大；D中沸點依次降低。中沸點依次降低。D 4下表列舉了幾種物質的性質，據此判斷屬于分子晶體的是下表列舉了幾種物質的性質，據此判斷屬于分子晶體的是_。物質物質性質性質X熔點為熔點為10.31 ，液態不導電，水溶液導電，液態不導電，水溶液導電Y易溶于易溶于CCl4，熔點為，熔點為11.2 ，沸點為，沸點為44.8 Z常溫下為氣態，極易溶于水，溶液常溫下為氣態，極易溶于水

15、，溶液pH7W常溫下為固體，加熱變為紫紅色蒸汽，遇冷變為紫黑色固體常溫下為固體，加熱變為紫紅色蒸汽，遇冷變為紫黑色固體M熔點為熔點為1 170 ，易溶于水，水溶液導電，易溶于水，水溶液導電N熔點為熔點為97.81 ，質軟，導電，密度為，質軟，導電，密度為0.97 gcm3解析解析分子晶體熔、沸點一般比較低，硬度較小，固態不導電。分子晶體熔、沸點一般比較低，硬度較小，固態不導電。M的熔點高的熔點高，肯定不是分子晶體；，肯定不是分子晶體；N是金屬鈉的性質；其余是金屬鈉的性質；其余X、Y、Z、W均為分子晶體均為分子晶體。X、Y、Z、W D4干冰熔點很低是由于干冰熔點很低是由于 ()ACO2是非極性分

16、子是非極性分子 BC=O鍵的鍵能很小鍵的鍵能很小CCO2化學性質不活潑化學性質不活潑 DCO2分子間的作用力較弱分子間的作用力較弱5SiCl4的分子結構與的分子結構與CCl4相似，對其進行的下列推測不正確的是相似，對其進行的下列推測不正確的是()ASiCl4晶體是分子晶體晶體是分子晶體B常溫、常壓下常溫、常壓下SiCl4是氣體是氣體CSiCl4的分子是由極性鍵形成的非極性分子的分子是由極性鍵形成的非極性分子DSiCl4的熔點高于的熔點高于CCl4解析解析由于由于SiCl4具有分子結構，所以一定屬于分子晶體。影響分子晶體熔具有分子結構，所以一定屬于分子晶體。影響分子晶體熔、沸點的因素是分子間作用

17、力的大小，在這兩種分子中都只有范德華力，、沸點的因素是分子間作用力的大小，在這兩種分子中都只有范德華力，SiCl4的相對分子質量大于的相對分子質量大于CCl4，所以，所以SiCl4的分子間作用力更大一些，熔的分子間作用力更大一些，熔、沸點更高一些。、沸點更高一些。CCl4的分子是正四面體結構，的分子是正四面體結構，SiCl4與它結構相似，因此與它結構相似，因此也應該是正四面體結構，是含極性鍵的非極性分子。也應該是正四面體結構，是含極性鍵的非極性分子。B B 6下列有關分子晶體熔點高低的敘述中，正確的是下列有關分子晶體熔點高低的敘述中，正確的是 ()A氯氣氯氣碘單質碘單質 B四氯化硅四氯化硅四氟

18、化硅四氟化硅CNH3正戊烷正戊烷解析解析A、B選項屬于無氫鍵存在，分子結構相似的情況，相對分子質量大選項屬于無氫鍵存在，分子結構相似的情況，相對分子質量大的物質熔、沸點高；的物質熔、沸點高；C選項屬于有氫鍵存在，分子結構相似的情況，存在氫選項屬于有氫鍵存在，分子結構相似的情況，存在氫鍵的物質熔、沸點高；鍵的物質熔、沸點高；D選項屬于相對分子質量相同的同分異構體，支鏈多選項屬于相對分子質量相同的同分異構體，支鏈多的物質熔、沸點低。的物質熔、沸點低。7下列物質在室溫下均是分子晶體的是下列物質在室溫下均是分子晶體的是 ()AH2O、CH4、HFB紅磷、硫、碘紅磷、硫、碘CCO2、SO2、NO2DH2

19、SO4、CH3CH2OH、HCHOB 三、原子晶體三、原子晶體(1)概念：相鄰原子間以概念：相鄰原子間以 相結合形成的具有相結合形成的具有 結構的晶體，稱結構的晶體，稱為原子晶體。為原子晶體。(2)構成微粒：構成微粒： ；(3)微粒間的作用力：微粒間的作用力： ；(4)常見的原子晶體：常見的非金屬單質，如金剛石常見的原子晶體：常見的非金屬單質，如金剛石(C)、硼、硼(B)、 等。某些非金屬化合物，如等。某些非金屬化合物，如 、氮化硼、氮化硼(BN)、二氧化硅二氧化硅(SiO2)等。等。(5)原子晶體中不存在單個原子晶體中不存在單個 ，化學式僅僅表示的是物質中的，化學式僅僅表示的是物質中的 關關

20、系，不是分子式。系，不是分子式。(6)熔化時破壞的作用力：熔化時破壞的作用力： 。(7)物理性質：熔、沸點物理性質：熔、沸點 ，硬度，硬度 ，一般，一般 導電，導電， 溶溶于溶劑。于溶劑。(8)原子晶體熔沸點的比較：原子晶體熔沸點的比較：由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點高。如熔點：金剛石點高。如熔點：金剛石石英石英碳化硅碳化硅硅。硅。共價鍵共價鍵 空間網狀空間網狀原子原子 共價鍵共價鍵 晶體硅晶體硅(Si) 碳化硅碳化硅(SiC) 分子分子 原子個數比原子個數比 共價鍵共價鍵 很高很高大大 不

21、不 難難 8下列關于原子晶體和分子晶體的說法不正確的是下列關于原子晶體和分子晶體的說法不正確的是 ()A原子晶體硬度通常比分子晶體大原子晶體硬度通常比分子晶體大B原子晶體的熔、沸點較高原子晶體的熔、沸點較高C分子晶體中有的水溶液能導電分子晶體中有的水溶液能導電D金剛石、水晶和干冰都屬于原子晶體金剛石、水晶和干冰都屬于原子晶體解析解析由于原子晶體中粒子間以共價鍵結合，而分子晶體中分子間以分子間由于原子晶體中粒子間以共價鍵結合，而分子晶體中分子間以分子間作用力結合，故原子晶體比分子晶體的熔、沸點高，硬度大。有些分子晶體作用力結合，故原子晶體比分子晶體的熔、沸點高，硬度大。有些分子晶體溶于水后能電離

22、出自由移動的離子而導電，如溶于水后能電離出自由移動的離子而導電，如H2SO4、HCl等；等；D選項中的干選項中的干冰冰(CO2)是分子晶體，是分子晶體，D錯。錯。D 9下列晶體性質的比較中不正確的是下列晶體性質的比較中不正確的是 ()A熔點：金剛石熔點：金剛石碳化硅碳化硅晶體硅晶體硅 B沸點：沸點：NH3PH3C硬度：白磷硬度：白磷冰冰二氧化硅二氧化硅 D熔點：熔點：SiI4SiBr4SiCl4解析解析A項中三種物質都是原子晶體，因原子半徑項中三種物質都是原子晶體，因原子半徑r(C)r(Si)，所以鍵長：，所以鍵長：CCCSiCSiSiSi。鍵能越大，原子晶體。鍵能越大，原子晶體的熔點越高，的

23、熔點越高，A項正確；因為項正確；因為NH3分子間存在氫鍵，所以分子間存在氫鍵，所以NH3的沸點大于的沸點大于PH3的沸點，的沸點，B項正確；二氧化硅是原子晶體，硬度大，白磷和冰都是分子項正確；二氧化硅是原子晶體，硬度大，白磷和冰都是分子晶體，硬度較小，晶體，硬度較小，C項錯誤；鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結構相似，項錯誤；鹵化硅為分子晶體，它們的組成和結構相似，分子間不存在氫鍵，故相對分子質量越大，熔點越高，分子間不存在氫鍵，故相對分子質量越大，熔點越高，D項正確。項正確。C 10氮化硼氮化硼(BN)是一種新型結構材料，具有超硬、耐磨、耐高溫等優良是一種新型結構材料，具有超硬、耐磨、耐高溫等

24、優良特性，下列各組物質熔化時，所克服的微粒間作用與氮化硼熔化時克服的微特性，下列各組物質熔化時，所克服的微粒間作用與氮化硼熔化時克服的微粒間作用都相同的是粒間作用都相同的是 ()A硝酸鈉和金剛石硝酸鈉和金剛石 B晶體硅和水晶晶體硅和水晶C冰和干冰冰和干冰 D苯和萘苯和萘解析解析因為因為BN為原子晶體，熔化時克服的微粒間的相互作用是共價鍵。為原子晶體，熔化時克服的微粒間的相互作用是共價鍵。A中中硝酸鈉為離子晶體；硝酸鈉為離子晶體；C、D中物質均為分子晶體，只有中物質均為分子晶體，只有B中物質均為原子晶體中物質均為原子晶體。B 11固體熔化時，必須破壞非極性共價鍵的是固體熔化時，必須破壞非極性共價

25、鍵的是 ()A冰冰 B晶體硅晶體硅 C溴溴 D二氧化硅二氧化硅解析解析冰在融化時克服的是分子間作用力，晶體硅克服的是非極性共價鍵，冰在融化時克服的是分子間作用力，晶體硅克服的是非極性共價鍵，溴克服的是分子間作用力，二氧化硅克服的是極性共價鍵。選項溴克服的是分子間作用力，二氧化硅克服的是極性共價鍵。選項B符合題意。符合題意。B 12下列物質熔點的比較正確的是下列物質熔點的比較正確的是 ()AF2Cl2Br2 B金剛石金剛石P4O2CSHBr金剛石金剛石 DI2CH4冰冰解析解析A項中項中F2、Cl2、Br2均是分子晶體，由相對分子質量可知熔點：均是分子晶體，由相對分子質量可知熔點：F2Cl2離子

26、晶體離子晶體分子晶體。分子晶體。金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等沸點很高，如汞、鎵、銫等沸點金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等沸點很高，如汞、鎵、銫等沸點很低，金屬晶體一般不參與比較。很低，金屬晶體一般不參與比較。2原子晶體原子晶體由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸由共價鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點高。如熔點：金剛石點高。如熔點：金剛石石英石英碳化硅碳化硅硅。硅。3離子晶體離子晶體一般地說，陰、陽離子所帶電荷數越多，離子半徑越小，則離子間的作用就一般地說，陰、陽離子所帶電荷數越多，離子半徑越小，則離子間的作用就越強，其

27、離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：越強，其離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgOMgCl2NaClCsCl。4分子晶體分子晶體(1)分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體，熔、分子間作用力越大，物質的熔、沸點越高；具有氫鍵的分子晶體，熔、沸點反常得高。如沸點反常得高。如H2OH2TeH2SeH2S。(2)組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，如組成和結構相似的分子晶體，相對分子質量越大，熔、沸點越高，如SnH4GeH4SiH4CH4，F2Cl2Br2N2，CH3OHCH3CH3。晶體熔、沸點高低的比較晶體熔、沸點高低的比較(4)同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。同分異構體，支鏈越多，熔、沸點越低。例如例如：CH3CH2CH2CH2CH3(5)同分異構體的芳香烴，其熔、沸點高低順序是鄰同分異構體的芳香烴，其熔、沸點高低順序是鄰間間對位化合物。對位化合物。5金屬晶體金屬晶體金屬離子半徑越小，離子電荷數越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，金屬離子半徑越小，離子電荷數越多，其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高，如熔、沸點：如熔、沸點：NaMgNaKRbCs。注意注意(1)(1)金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等熔點很高，如汞、鎵、金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鎢、鉑等