高中化学 选修三 第三章 晶体结构与性质
一、晶体常识 1、晶体与非晶体比较
结构特性 晶体 结构微粒周期性有序排列 非晶体 结构微粒无序排列 性质特性 有自范性、固定熔点，对称性、各项异性 没有自范性、固定熔点，对称性、各项异性 2、获得晶体的三条途径 ①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。 ③溶质从溶液中析出。 3、晶胞
晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。 4、晶胞中微粒数的计算方法——均摊法
某粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于这个晶胞。中学常见的晶胞为立方晶胞。
立方晶胞中微粒数的计算方法如下：
①晶胞顶角粒子为8个晶胞共用，每个晶胞占1/8 ②晶胞棱上粒子为4个晶胞共用，每个晶胞占1/4 ③晶胞面上粒子为2个晶胞共用，每个晶胞占1/2 ④晶胞内部粒子为1个晶胞独自占有，即为1
注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状。 二、构成物质的四种晶体 1、四种晶体的比较
晶体类型 概念 分子晶体 分子间靠分子间作用原子晶体 金属晶体 金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体 离子晶体 阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体 原子间以共价键结合而形成的具力结合而形成的晶体 有空间网格结构的晶体 原子 共价键 较大 很硬 结构 性质 晶体质点分子 (构成粒子) 粒子间的相分子间作用力 互作用(力) 密度 硬度 较小 一般较软 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子 金属键（静电作用） 有的很大，有的很小 一般较硬，少部分软 离子键 较大 较硬 1 / 15
晶体类型 熔沸点 溶解性 导电传热性 延展性 很低 分子晶体 原子晶体 很高 难溶于任何溶剂 一般不具有导电性（除硅） 无 一部分非金属单质（如金刚石、硅、晶体硼），一部分非金属化合物（如SiC、SiO2） 金属晶体 一般较高，少部分低 难溶于常见溶剂（Na等与水反应） 电和热的良导体 良好 离子晶体 较高 大多易溶于水等极性溶剂 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 无 金属氧化物（如相似相溶 一般不导电，溶于水后有的导电 无 气态氢化物、酸（如HCl、H2SO4）、大多数非金属单质（如P4、金属单质与合金（Na、Mg、Al、青铜等） Na2O），强碱（如NaOH），绝大部分盐（如NaCl、CaCO3 等） 物质类别及实例 Cl2）、非金属氧化物（如SO2、CO2，SiO2除外）、绝大多数有机物（有机盐除外） 2、晶体熔、沸点高低的比较方法 （1）不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。 （2）原子晶体
由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅
（3）离子晶体
一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高。
（4）分子晶体
①分子间作用力越大，物质熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。 ②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，熔、沸点越高。 ④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 （5）金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。
三、几种典型的晶体模型 晶体 晶体结构示意图 晶体中粒子分布详解 每8个Cs、8个Cl各自构成立方体，在每个立方体的中心有一个异+-CsCl 晶体 种粒子（Cs或Cl）。在每个Cs周围最近的等距离（设为a/2）的Cl+++-+-有8个，在每个Cs周围最近的等距离（必为a）的Cs有6个（上下左右前后），在每个Cl周围最近的等距离的Cl也有6个 --2 / 15
每个Na+紧邻6个Cl，每个Cl紧邻6个Na（上、下、左、右、前、--+NaCl 晶体 后）这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na与Cl间的距离为a，每个Na与12个Na等距离紧邻（同层4个、上层4个、下层4个），距离为√2a。由均摊法可得，该晶胞中所拥有的Na数为4，Cl数为4，+-1，此晶胞中含有4个NaCl结构单元。 晶体中Na数与Cl数之比为1：+-+++-CO2 晶体每8个CO2构成立方体且再在6个面的中心又各占据1个CO2。在每个CO2周围等距离（a，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个、 上层4个、下层4个）金刚石晶 体每个C与另四个C以共价键结合，采取SP3杂化，前者位于正四面体中心，后者位于正四面体顶点。晶体中均为C-C，键长相等、键角相等（109°28’）；晶体中最小碳环由6个C组成且六者不在同一平面内；晶体中每个C参与的4条C-C键的形成，而在每个键中心的贡献只有一半，故C原子数与C-C键数之比为1:2 每个Si与4个O结合，前者在正四面体的中心，后四者在正四面体SiO2晶体 的顶点；通式每个O被两个正四面体所共用。正四面体键角为109°28’。每个正四面体占有一个完整的Si和四个“半O”，故晶体中Si原子与O原子个数比为1:（4*0.5）=1:2 层内存在共价键、金属键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、石墨 晶体金属晶体、分子晶体的特征。在层内，每个C与3个C形成C-C键，采取SP2杂化构成正六边形，键长相等，键角均为120°；在晶体中，每个C参与了3条C-C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，每个正六边形平均只占6*1/3=2个C，C原子个数与C-C键数之比为2:3 【分章节习题】
第一节 晶体的常识 [基础训练]
1.晶体与非晶体的严格判别可采用 ( )
A. 有否自范性 B.有否各向同性 C.有否固定熔点 D.有否周期性结构
2.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图1所示(其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为( ) A.1:3:1 B.2:3:1 C.2:2:1 D.1:3:3
图1 图2 图3
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3.1987年2月，未经武（Paul Chu）教授等发现钛钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性。若该化合物的结构如图2所示，则该化合物的化学式可能是（ ） A.YBa2CuO7－x B.YBa2Cu2O7－xC.YBa2Cu3O7－x D.YBa2Cu4O7－x
4.白磷分子如图3所示：则31 g白磷分子中存在的共价键数目为（ ） A．4NA B．NA C．1.5NA D．0.25NA
5．某离子化合物的晶胞如图4所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（ ） A、1∶8 B、1∶4 C、1∶2 D、1∶1
图4 图5 图6
6.如图5，石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（ ） A、2 B、3 C、4 D、6
7.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图6所示，则该物质的化学式为（ ） A．Ca4TiO3 B．Ca4TiO6 C．CaTiO3 D．Ca8TiO12 8.下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正确的是（ ） A 单晶一般都有各向异性 B 晶体有固定的熔点 C 所有晶体都有一定的规整外形 D 多晶一般不表现各向异性 9.晶体中最小的重复单元——晶胞，则
①凡处于立方体顶点的微粒，同时为 个晶胞共有； ②凡处于立方体棱上的微粒，同时为 个晶胞共有； ③凡处于立方体面上的微粒，同时为 个晶胞共有； ④凡处于立方体体心的微粒，同时为 个晶胞共有。
10.现有甲、乙、丙(如下图》三种晶体的晶胞：(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶体中x与y的个数比是_____，乙中a与b的个数比是____，丙晶胞中有____c离子，有____个d离子。
11.右图是超导化合物----钙钛矿晶体的晶胞结构。请回答：
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(1)该化合物的化学式为 。
(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有 个。
图7 图8
12．图8是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为 。原硅酸根离子SiO4的结构可表示为 ；二聚硅酸根离子Si2O7中，只有硅氧键，它的结构可表示为 。
13.在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的 CO2分子有______个，在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有_____个C02分子。 [拓展提高]
1996年，诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体(如图)，该结构的建立基于以下考虑：
①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键； ②C60分子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
据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30。 请回答下列问题：
15.固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是_________，理由是：
.
4－
6－
16.试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”)__________，并简述其理由：________________________________________________________。 17.通过计算，确定C60分子所含单键数。C60分子所含单键数为。
18. C70分子也已经制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑面推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。
第二节 分子晶体和原子晶体 [基础训练]
1．下列晶体中属于原子晶体的是( ) A. 氖 B．食盐 C．干冰 D．金刚石
2．下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是( ) A．固态氢 B．固态氖 C．磷 D．三氧化硫
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高中化学选修3-第三章晶体结构与性质--讲义及习题
