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第24讲
晶体结构与性质
诊断性评价
(2021·天津，2)下列各组物质的晶体类型相同的是
A.SiO2和SO3 B.I2和NaCl
C.Cu和Ag D.SiC和MgO
√
[2021·浙江6月选考，26(1)]已知3种共价晶体的熔点数据如下表：
?
金刚石
碳化硅
晶体硅
熔点/℃
>3 550
2 600
1 415
金刚石熔点比晶体硅熔点高的原因是_________________________________________
_________________________________________________________________________。
共价晶体中，原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高，原子半径：C＜Si(或键长：C—C＜Si—Si)，键能：C—C＞Si—Si
一、物质的聚集状态 晶体与非晶体
物质的聚集状态有哪些？
等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子（分子或原子）组成的整体上呈电中性的气态物质。
离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液态物质。
由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶
{77D5D866-21FD-475E-8EC7-EAEDDA05492D}?
晶体
非晶体
结构特征
原子在三维空间里呈______排列
原子排列_________
性质特征
自范性
_____
____
熔点
______
_________
异同表现
__________
_________
周期性
有序
相对无序
有
无
固定
不固定
各向异性
各向同性
晶体、非晶体的比较与鉴别
利用自范性鉴别
利用各向异性鉴别
利用熔点鉴别
利用x射线衍射仪鉴别（最可靠）
获得晶体的几种方法？
从熔融态结晶出来的硫晶体
凝华得到的碘晶体
从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体
熔融态物质凝固
气态物质冷却不经液态
直接凝固(凝华)
溶质从溶液中析出
二、典型晶体回顾
基本重复单元:晶胞（crystal cell）
形状单一
无隙并置
平移复原
晶胞
金刚石
碳原子采取 杂化，键角为________
每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成__________结构，向空间伸展形成_______________
最小碳环由___个碳原子组成，每个碳原子被____个六元环共用
金刚石晶胞的每个______和_____均有1个C原子，晶胞内部有__个C原子，内部的C在晶胞的体对角线的 处，每个金刚石晶胞中含有___个C原子
sp3
109°28′
正四面体
空间网状结构
6
顶点
面心
12
4
8
Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′
每个Si原子与___个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被__个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为______
最小环上有____个原子，包括___个O原子和___个Si原子
1 mol SiO2晶体中含Si—O数目为______
SiO2晶胞中有___个Si原子位于立方晶胞的顶点，有___个Si原子位于立方晶胞的面心，还有___个Si原子与____个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有___个Si原子和___个O原子
4
2
1∶2
12
6
6
4NA
6
8
4
16
8
16
SiO2
SiC
BN
干冰
C60
I2
H2O
O2
ZnS
NaCl
CaF2
CsCl
混合晶体
反射性能（金属光泽）
导热性
导电性
金属晶体
具
有
结构中含有
离域大 π 键
石
墨
晶
体
决
定
质软（硬度小）
层与层间
范德华力
决定
分子晶体
具有
熔点高
层内部
共价键
决定
共价晶体
具有
（传热材料）
（储能材料）
（润滑材料）
（耐火材料）
2014年，中国科学技术大学陈仙辉与复旦大学张远波合作利用黑磷实现了高速场效应晶体管的应用尝试，为研究黑磷的广泛应用拉开了序幕。
晶体类型？
P的杂化类型？
性质可能有？
混合晶体
sp3
氧化物
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
离子键百分数%
62
50
41
33
四种氧化物的化学键中离子键成分逐渐减少
离子晶体
共价晶体
趋向于
第三周期的后几种氧化物P2O5、SO3、Cl2O7属于分子晶体
Na2O MgO Al2O3 SiO2
离子晶体 共价晶体
P2O5 SO3 Cl2O7
分子晶体
TiCl4 这类高价态的金属氯化物往往倾向于形成以共价键为主的过渡型晶体，其熔点仅为
-25℃，与分子晶体性质类似
像 TiO2 这类高价态的金属氧化物也倾向于形成以共价键为主的过渡型晶体，但其性质偏向于共价晶体，熔点可以高达 1 830℃
四类晶体都有过渡型
三、常见晶体微观结构、性质比较
{E364DEFD-1D1D-45AC-B6A7-0296249E4342}　　
构成晶体粒子
微粒间作用力
熔沸点
硬度
溶解性
分子间作用力
共价键
离子键
金属键
分子
原子
阳离子+阴离子
金属阳离子+电子
较低
很高
较高
差异较大
较小
很大
较大
差异较大
相似相溶+氢键
一般不溶
大多易溶
大多不溶
有些反应
判断熔沸点的步骤
判断晶体类型
（一般共价晶体＞离子晶体＞分子晶体）
同种晶体，判断影响因素（半径大多都可以作为判定要素）
分子晶体：（①有氢键＞无氢键；②有氢键，分子间氢键作用大于分子内氢键作用；③无氢键时，M越大，熔沸点越高；④无氢键时，M接近，极性越大，熔沸点越高；）
判断以下物质熔沸点高低，并解释原因
NH3与PH3，CO2与CS2，CO与N2，对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛
共价晶体：（比较键长，进而比较原子半径，原子半径越小，键长越短，熔沸点越高）
判断以下物质熔沸点高低，并解释原因
硅单质与碳化硅
离子晶体：（比较晶格能，离子电荷数越大，离子半径越小，熔沸点越高）
判断以下物质熔沸点高低，并解释原因
ZnO与ZnS，FeO与Fe2O3
判断溶解性的依据
相似相溶
是否含有氢键
解释吡啶在水中的溶解度大于在苯中的原因？
①相似相溶，极性分子易溶于极性溶剂
②能与水分子间形成氢键
四、常见晶体相关计算——化学式推导（均摊法）
BA2
CuH
MgB2
多硼酸根离子符号
天然硅酸盐组成复杂，阴离子的基本结构单元是 四面体，如图(a)，通过共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构，图(b)为一种无限长双链的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为________，化学式为___________(用n代表聚合度)。
2∶5.5
四、常见晶体相关计算——配位数
Si的配位数
B的配位数
V、O的配位数
每个CO2周围有
多少个紧密相邻的CO2？
四、常见晶体相关计算——晶胞密度与空间关系
已知铜的晶胞结构如图（a）所示，若铜原子的半径为1.29×10-10m，试求晶胞的边长即AB的长度。
面心立方堆积4r＝????a(r为原子半径)
?
如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为d g·cm－3，铁原子的半径为_____________
______nm(用含有d、NA的代数式表示)。
×107
体心立方堆积4r＝????a(r为原子半径)
?
ρ＝m/V＝（N×M）/（NA×a3）
1 pm＝1×10－10 cm；1 nm＝1×10－7cm
已知立方氮化硼密度为d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，立方氮化硼晶胞中面心上6个N原子相连构成正八面体，该正八面体的边长为__________________ pm(列式即可)。
四、常见晶体相关计算——空间利用率
已知：立方氮化硼的密度为d g·cm－3，B原子半径为x pm，N原子半径为y pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的空间利用率为_____________________(列出化简后的计算式)。
四、常见晶体相关计算——坐标参数
原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为金刚石的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为(1/2，1/2，0)；C为(1，1/2，1/2)。则D原子的坐标参数为__________。
A
B
C
D
2
四、常见晶体相关计算——投影问题
[2022·湖南，18(4)]钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
①该超导材料的最简化学式为__________。
KFe2Se2
②Fe原子的配位数为______。
4
③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为
________________________g·cm－3(列出计算式)。
x、y平面上投影
简单立方
体心立方
面心立方
沿体对角线投影
体心立方
面心立方
四、常见晶体相关计算——缺陷问题
铑掺杂SrTiO3形成的催化剂，在光催化CO2还原反应中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞结构如图所示。 ①其中Sr2+位于晶胞的体心，则Ti4+所处的位置为晶胞的_____(填“顶角”或“棱心”)；每个Ti4+周围紧邻的O2-共有_____个。②当有1%的Ti4+被Rh3+替代后，晶体中会失去部分O2-产生缺陷，此时平均每个晶胞所含O2-数目为_____(保留三位小数)。
顶角
6
2.995
终结性评价
1.(2021·辽宁，7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是
A.S位于元素周期表p区
B.该物质的化学式为H3S
C.S位于H构成的八面体空隙中
D.该晶体属于分子晶体
√
Ti4＋
sp3
3.[2022·辽宁，18(6)]某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·
mol－1，则M元素为______(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价层电子排布式
为______。
Fe
3d6

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