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晶体结构知识问答

来源:未知作者:安勃 点击:所属专题: 晶体结构

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1. 哪类晶体中存在单个分子? 只有分子晶体中存在单个分子,它们的化学式一般是分子式。其他各类晶体中都没有单个分子存在,在固态时,它们只有化学式。 2. 几类晶体或分子中,参与成键作用的电子的属性有何区别? 在离子晶体中,阴、阳离子以离子键结合,成键时,电子

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1.哪类晶体中存在单个分子?

只有分子晶体中存在单个分子,它们的化学式一般是分子式。其他各类晶体中都没有单个分子存在,在固态时,它们只有化学式。

2.几类晶体或分子中,参与成键作用的电子的属性有何区别?

在离子晶体中,阴、阳离子以离子键结合,成键时,电子被阴离子独有;在分子晶体中,共价分子内相邻的原子间以共价键结合,成键时,电子对被成键的两个原子共有;金属晶体中,金属离子与自由电子作用,自由电子均匀分布在整个晶体中,被许多金属离子共有,自由电子不专属某个或某几个特定的金属离子。

3.四类晶体的熔沸点高低一般是怎样的?

一般是:原子晶体>离子晶体~金属晶体>分子晶体。但要注意一些特例。如离子晶体中,氧化镁、氧化铝的熔点比有的原子晶体高;金属晶体中,钨的熔点比有的原子晶体高;金属晶体中,汞、铯等的熔点比很多分子晶体低等。原子晶体、离子晶体中,没有熔点特别低的,原子晶体的熔点一般在1000℃以上,、离子晶体熔点一般在400℃以上。分子晶体的熔点没有特别高的,一般在400℃以下。

对于离子晶体,离子的电荷越高,半径越小,离子键越牢,离子晶体的熔、沸点越高。如NaX的熔、沸点高低是:NaF>NaCl>NaBr>NaI。对于原子晶体,原子的半径越小,电子云重叠越多,共价键越牢,晶体的熔、沸点越高。如金刚石>碳化硅>晶体硅。对于金属晶体,原子的半径越小,价电子越多,金属键越牢,晶体的熔、沸点越高。如Li>Na>K>Rb>Cs,Na>Mg>Al。对于分子晶体,组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,分子间作用力越大,晶体的熔、沸点越高,如CF4<CCl4<CBr4<CI4;对于有氢键的分子,其晶体的熔、沸点反常高,如H2O>H2Te;对于同分异构体,分子极性强或分子的接触面大,分子间作用力大,沸点高,C2H5OH>CH3OCH3,正戊烷>异戊烷>新戊烷等。

4.判断晶体类型的依据是什么

看本质。看构成晶体的粒子是原子、分子还是离子;看粒子间的相互作用是离子键、共价键、氢键、分子间作用力还是金属离子与自由电子间的作用。

看物质的类型:一般活泼金属的氧化物、强碱、多数盐是离子晶体;多数非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸、多数有机物等是分子晶体;金属单质与合金是金属晶体;常见的原子晶体有金刚石、金刚砂(SiC)、晶体硅、晶体硼、二氧化硅等。

看特性。主要看物理特性:如硬度高低、熔沸点高低、导电性、机械加工性能、溶解性等。

5.典型晶体中存在哪些数量关系

在氯化铯晶体中,晶胞是一体心立方,每个晶胞拥有一个CsCl(8×1/8 和1×1)。晶体中,每个铯离子周围的氯离子是8个,每个氯离子周围的铯离子也是8个,阴、阳离子数的最简比是1:1,每个铯离子周围距离相等且最近的铯离子数为6个。

在氯化钠晶体中,晶胞是一立方体,每个晶胞拥有4个NaCl。晶体中,每个钠离子周围的氯离子是6个,每个氯离子周围的铯离子也是6个,阴、阳离子数的最简比是1:1,每个钠离子周围距离相等且最近的钠离子数为12个。

在金刚石晶体中,每个碳原子与四个碳原子以共价键结合,晶体中碳碳键的夹角为109028’,最小的碳环上有6个碳原子,碳原子数与碳碳键数之比为1:2。若有12克(1mol碳)金刚石,则含有的共价键(C—C键)数为2NA。

在石墨晶体中,每一层由无数个正六边形构成,在同一层内,平均每个正六边形实际占有的碳原子数为2个(6×1/3=2),碳原子数与碳碳键数之比为2:3。石墨晶体中,每个六棱柱实际占有的碳原子数也为2个(12×1/6),因为六棱柱中的每个碳原子被六个六棱柱共有。每个碳原子与三个碳原子以共价键结合,晶体中碳碳键的夹角为1200。

在干冰晶体中,晶胞是一面心立方体,一个面心立方晶胞实际拥有的二氧化碳分子数为4个(8×1/8+6×1/2),每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子数为12个。

在二氧化硅晶体中,1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键,每个氧原子和2个硅原子形成2个共价键,实际上,SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:2的比例所组成的立体网状的晶体,没有单个分子存在。在晶体中,最小的环上有12个原子,即6个硅原子和6个氧原子。若有60克(相当于1mol)SiO2,则含有的硅氧键数为4NA。

6.在晶体计算中如何运用均摊法则?

[例1]  食盐晶体是由钠离子和氯离子组成的,且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2g/cm3,阿伏加德罗常数为6.02×1023mol—1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于(  )。

A.3.0×10-8cm    B.3.5×10-8cm    C.4.0×10-8cm      D.5.0×10-8cm

解:根据均摊原则计算一个氯化钠晶胞拥有的离子数

1.立方体中处于顶点的粒子,同时为8个晶胞所共有,每个粒子有1/8属于该晶胞;

2.处于棱上的粒子,同时为4个晶胞所共有,每个粒子有1/4属于该晶胞;

3.处于表面上的粒子,同时为2个晶胞所共有,每个粒子有1/2属于该晶胞;

4.处于该晶胞内部的粒子,则完全属于该晶胞。

在一个氯化钠晶胞中,钠离子位置和数目是:顶点8个,面心6个。

n(Na)=8×1/8+6×1/2=4

氯离子位置和数目是:棱上12个,体心1个。

n(Cl)=12×1/4+1×1=4

由此计算,在一个氯化钠晶胞中,拥有4个钠离子和4个氯离子。

如右图,设该晶胞的边长为a,两个距离最近的钠离子中心间的距离为b,则

晶体结构知识问答

依据1mol氯化钠固体的体积建立等量关系式。

1mol氯化钠的质量为58.5g,由密度得体积为58.5g/2.2g·cm3,1mol氯化钠含有的晶胞数为NA/4,一个晶胞的体积是a3,故1mol氯化钠的体积是NA·a3/ 4。即:

58.5g/2.2g·cm3=NA·a3/ 4

a=5.6×10-8cm

b=晶体结构知识问答a/2=4.0×10-8cm

【例题2】在金刚石晶体中,碳碳键的键能是a kJ/mol,在石墨晶体中,碳碳键的键能是bkJ/mol。将等质量的金刚石晶体和石墨晶体中的碳碳键完全破坏需要的能量之比是(    )

A.4:3               B.a:b                C.1:l                       D.4a:3b

【解析】在金刚石晶体中,每个碳原子与四个碳原子以四根共价键结合,每个碳碳键被两个碳原子共有,碳原子数与碳碳键数之比为1:4/2=1:2。若有12克(1mol碳)金刚石,则含有的共价键(C—C键)数为2NA;在石墨晶体中,每一层由无数个正六边形构成,每个碳与另外三个碳原子以共价键相连,每个碳碳键被两个碳原子共有,所以碳原子数与碳碳键数之比为1:3/2。12克(1mol碳)金刚石和12克(1mol碳)石墨晶体中碳碳键数之比为2:3/2=4:3,将等质量的金刚石晶体和石墨晶体中的碳碳键完全破坏需要的能量之比即4a:3b

(责任编辑:化学自习室)
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