晶体晶胞结构

1/17物质结构要点1、核外电子排布式外围核外电子排布式价电子排布式价电子定义：1、对于主族元素，最外层电子2、第四周期，包括3d与4S电子电子排布图熟练记忆ScFeCrCu2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有3种纺锤形d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种一个电子在空间就有一种运动状态例1：N电子云在空间的伸展方向有4种N原子有5个原子轨道电子在空间的运动状态有7种未成对电子有3个------------------------结合核外电子排布式分析例2、基态Si原子中，电子占据的最高能层符号为M，该能层具有的原子轨道数为9、电子数为4。3、区的划分按构造原理最后填入电子的能级符号如Cu最后填入3d与4s故为ds区Ti最后填入能级为3d故为d区4、第一电离能：同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：S2与P3半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）例3、比较C、N、O、F第一电离能的大小---------------F＞N＞O＞C2/17例4、某元素的全部电离能(电子伏特)如下：I1I2I3I4I5I6I7I823.635.154.977.4113.9138.1739.1871.1回答下列各问：(1)I6到I7间，为什么有一个很大的差值?这能说明什么问题?_________________________(2)I4和I5间，电离能为什么有一个较大的差值_________________________________(3)此元素原子的电子层有__________________层。最外层电子构型为______________5、电负性：同周期从左到右电负性逐渐增大（无反常）------------F＞O＞N＞C6、对角线规则：某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：锂和镁在空气中燃烧的产物，铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱7、共价键：按原子轨道重叠形式分为：σ键和π键(具有方向性和饱和性)单键--------1个σ键双键------1个σ键和1个π键三键---------1个σ键和2个π键8、等电子体：原子总数相等，价电子总数相等----------具有相似的化学键特征例5、N2COCN--C22-互为等电子体CO2CS2N2OSCN--CNO--N3-互为等电子体从元素上下左右去找等电子体，左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。9、应用VSEPR理论判断下表中分子或离子的构型。化学式σ键电子对数中心原子含有孤对电子对数VSEPR模型分子立体构型杂化类型ABnSO33/17对于给出结构的分子或离子，根据中心原子成四个价键（8个电子），直接判断.(B原子六个电子)例6、N原子的杂化类型PO42-P的杂化类型_________________CH3CHOC原子的杂化类型____________Ni(CO)4中心原子的杂化_________________10、配合物配位键也是共价键，属于σ键。例7、中心原子或离子配体配位原子或离子配位数Fe(CO)5Fe(SCN)3Zn(CN)4--AlF6--规律：一般是电负性较大的原子吸引电子能力较强，电子对不易给出，不作为配位原子11、分子间作用力:①一般分子间作用力—范德华力②氢键例8、Na2B4O7.10H2O晶体中存在的作用力________________________________________12、氢键①存在：一个分子的X-H中的H原子与另外的X原子相结合而成（X表示N、O、F）②表示方法：A━H┄B例9、写出氨水中氢键的种类N━H┄NN━H┄OO━H┄OO━H┄N共4种4/17③H2O分子中氢键的数目---1个水分子形成4个氢键---1molH2O分子含氢键2NAHF分子中氢键的数目---1个HF分子形成2个氢键---1molHF分子含氢键NA④氢键对某些现象的解释i．解释分子熔沸点的大小II．解释物质溶解性的大小III．解释冰融化为水密度减小，体积增大：氢键的存在使处于中心的水分子与其他水分子呈四面体，空间利用率较低，溶化后空隙减小iv．解释邻羟基苯甲醛与对羟基苯甲醛沸点的高低v．解释接近水的沸点的水蒸气的Mr测定值比用化学式计算的值大一些：13、比较物质熔沸点的大小⑴先考虑晶体类型。原子晶体＞离子晶体＞分子晶体⑵对于属于同种晶型，再具体分析①离子晶体：（含有离子键---金属和NH4+的出现），晶格能（电荷，半径）②原子晶体：从共价键的键长分析③分子晶体：优先考虑氢键的存在，存在氢键的分子相对熔沸点高对于不存在氢键的分子晶体，再从Mr来比较。例10、比较Si、SiC、NacL、KcL、H2O、H2S、HCL沸点高低14、无机含氧酸①属于几元酸，看结构中所含━OH的数目，或者看与NaOH生成盐的种类②同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高（显正价）则正电性高，则含氧酸酸性强（该元素的化合价高与含氧酸的氧化性无直接联系）对于跟多含氧酸，中心元素不同，━OH的数目也不同，(HO)mROn,非羟基氧原子数目越多，含氧酸酸性越强。5/17NaCl型(一个晶胞中四个Na+，四个Cl-)6/17CsCl型正负离子配位数均为8与铯离子等距离且最近的铯离子有6个、氯离子有8个CaF2型•CaF2晶体属立方面心点阵，F－作简单立方堆积，Ca2＋数目比F－少一半，所以填了一半的立方体空隙，每一个Ca2＋由八个F－配位，而每个F－有4个Ca2＋配位ZnS型7/17TiO2（金红石型）AB2型晶体中，最常见的重要结构是四方金红石（TiO2）结构。在此结构中Ti4＋处在略有变形的氧八面体中，即氧离子作假六方堆积，Ti4＋填在它的准八面体空隙中一、分子晶体的一般宏观性质①较低的熔沸点②较小的硬度8/17③固态或熔融状态下都不导电构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键二、.晶体分子结构特征（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2）----晶胞结构都属于面心立方（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）9/17原子晶体晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个C原子。每个C原子被4个碳碳键所共用；每个碳碳键含有2个C原子，平均每个碳碳键含有1/2个C原子。故平均每个最小环含有1个碳碳键10/17金刚石是立体网状结构，每个碳原子形成4个共价键，任意抽出2个共价键，每两个单键归两个六元环所有，而不是只归一个六元环所有（如图所示，红色的两个碳碳单键，可以构成蓝色和紫红色的两个六元环）。每个碳原子连出4个共价键，任意抽出2个共价键能决定两个6元环，4个共价键总共能抽出6组。所以6组碳碳键实际上可以构成12个六元环，所以一个碳归十二个六元环共用。6×1/12=1/211/17晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；2015年全国理综能力测试卷中第37题是[物质结构与性质]选考题，其中有一个小题的内容是：“在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接（）个六元环，六元环中最多有（）个C原子在同一平面。”从不同观察和分析角度的观察金刚石的晶体结构模型，可以对上述问题的第1问做如下两种盘判断：（1）晶体中每个C原子和它周围的4个C原子以共价键相连，金刚石晶体结构的观察分析形成空间正四面体结构，晶体中每个碳原子都和其他碳原子构成空间正六边形的碳环。由于每个C原子和它周围的4个C原子连接，因此它必然同处于4个六元环上，而与之相连的4个C原子的每一个又和另外3个C原子相连。因而，它必然又在另外3个碳原子所在的环上。所以这个碳原子连接3×4=12个六元环。12/17（2）晶体中每个碳原子以四个碳碳单键分别其他碳原子连接，这个碳原子上的每两个碳碳单键可以分属于两个六元环（右图中用红色描出的环）。每个碳原子的四个碳碳单键，每两个键组合成环，依据组合排列规律，可以知道有C42种（即6种）组合，因此，每个碳原子可以处于2×C42=12个六元环。金属晶体面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。微粒数为：8×1/8+6×1/2=413/17晶体密度=m晶胞/v晶胞m晶胞=摩尔质量除以阿伏伽德罗常数乘以晶胞中所含的原子或离子数体心立方晶胞14/17四点间的夹角均为60°15/17C60的形状类似于足球，1个顶点引出3条边（其中1个是双键，另2个是单键），1条边被两个顶点共用，因此1个C60有60个顶点和90个边。假设1molC60有xmol碳碳双键（C=C），ymol碳碳单键（C-C）从每个顶点来看，y=2x从边的数量来看，x+y=90解得x=30,y=60因此1molC60有60mol碳碳单键（C-C）,30mol碳碳双键（C=C）设正六边形x个正五边形y个由欧拉公式60+（x+y）-(6x+5y)/2=2欧拉公式顶点+面—棱=2每个正五边形有5个键每个正六边形有6个键6x/2+5y/2=60×3÷2(有一个双键)解得x=20,y=1216/17习题1、最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态分子，如右图所示。顶角和面心的原于是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是()A．TiCB．Ti4C4，C．Ti14C13D．Ti13C142、硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm—（含B、O、H三种元素）的球棍模型如右下图所示：①在Xm—中，硼原子轨道的杂化类型有；配位键存在于原子之间（填原子的数字标号）；m=（填数字）。②硼砂晶体由Na+、Xm—和H2O构成，它们之间存在的作用力有。A．离子键B.共价键C.金属键D.范德华力E.氢键（4）①1,3,5，6代表氧原子，2,4代表B原子，2号B形成3个键，则B原子为SP2杂化,4号B形成4个键，则B原子为SP3杂化；B一般是形成3个键，4号B形成4个键，其中1个键很可能就是配位键，配位键存在4号与5号之间。观察模型，可知Xm—是（H4B4O9）m—，依据化合价H为+1，B为+3，O为—2，可得m=2,这问有一定难度，思维能力，空间能力要求比较高。②钠离子与Xm—形成离子键,结晶水分子间存在氢键和范德华力题目是问钠离子、Xm—、水分子之间的作用力，而不是硼砂晶体中的作用力，可能会多选B。3、下列关于金属及金属键的说法正确的是_。a.金属键具有方向性与饱和性b.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用c.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子d.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光(1)金属键没有方向性和饱和性，a错；金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，b对；金属导电是因为在外加电场作用下发生定向移动，c错；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收并放出可见光，d错。4、过渡金属配合物Ni(CO)n的中心原子价电子数与配体提供电子总数之和为18，则n=。17/175、ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为540.0pm，其密度为(列式并计算)，a位置S2-离子与b位置Zn2+离子之间的距离为pm(列式表示)。7、肼能与硫酸反应生成N2H6SO4。N2H6SO4晶体类型与硫酸铵相同，则N2H6SO4的晶体内不存在__________(填标号)a.离子键b.共价键c.配位键d.范德华力8、图1表示某种含氮有机化合物的结构，其分子内4个氮原子分别位于正四面体的4个顶点（见图2），分子内存在空腔，能嵌入某离子或分子并形成4个氢键予以识别。下列分子或离子中，能被该有机化合物识别的是_________（填标号）。a.CF4b.CH4