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晶体结构分析中的无序、绝对结构和

晶体结构分析中的无序、绝对结构和
晶体结构分析中的无序、绝对结构和

高中化学选修三选修物质结构与性质第三章第章常见晶体结构晶胞分析归纳整理总结

个六元环共有。每个六元环实际拥有的碳原子数为 ______个。C-C键夹角:_______。C原子的杂化方式是______ SiO2晶体中,每个Si原子与个O原子以共价键相结合,每个O原子与个Si 原子以共价键相结合,晶体中Si原子与O原子个数比为。晶体中Si原子与Si—O键数目之比为。最小环由个原子构成,即有个O,个Si,含有个Si-O键,每个Si原子被个十二元环,每个O被个十二元环共有,每个Si-O键被__个十二元环共有;所以每个十二元环实际拥有的Si原子数为_____个,O原子数为____个,Si-O键为____个。硅原子的杂化方式是______,氧原子的杂化方式是_________. 知该晶胞中实际拥有的Na+数为____个 Cl-数为______个,则次晶胞中含有_______个NaCl结构单元。 3. CaF2型晶胞中,含:___个Ca2+和____个F- Ca2+的配位数: F-的配位数: Ca2+周围有______个距离最近且相等的Ca2+ F- 周围有_______个距离最近且相等的F——。 4.如图为干冰晶胞(面心立方堆积),CO2分子在晶胞中的位置为;每个晶胞含二氧化碳分子的个数为;与每个二氧化碳分子等距离且最近的二氧化

碳分子有个。 5.如图为石墨晶体结构示意图, 每层内C原子以键与周围的个C原子结合,层间作用力为;层内最小环有 _____个C原子组成;每个C原子被个最小环所共用;每个最小环含有个C原子,个C—C键;所以C原子数和C-C键数之比是_________。C原子的杂化方式是__________. 6.冰晶体结构示意如图,冰晶体中位于中心的一个水分子 周围有______个位于四面体顶角方向的水分子,每个水分子通过 ______条氢键与四面体顶点上的水分子相连。每个氢键被_____个 水分子共有,所以平均每个水分子有______条氢键。 7.金属的简单立方堆积是_________层通过_________对 _________堆积方式形成的,晶胞如图所示:每个金属阳离子的 配位数是_____,代表物质是________________________。 8.金属的体心立方堆积是__________层通过 ________对________堆积方式形成的,晶胞如图: 每个阳离子的配位数是__________.代表物质是 _____________________。

晶体结构分析的历史发展

晶体结构分析的历史发展 (一)X射线晶体学的诞生 1895年11月8日德国维尔茨堡大学物理研究所所长伦琴发现了X射线。自X射线发现后,物理学家对X射线进行了一系列重要的实验,探明了它的许多性能。根据狭缝的衍射实验,索末菲(Som-merfeld)教授指出,X射线如是一种电磁波的话,它的波长应当在1埃上下。 在发现X射线的同时,经典结晶学有了很大的进展,230个空间群的推引工作使晶体构造的几何理论全部完成。当时虽没有办法测定晶胞的形状和大小以及原子在晶胞中的分布,但对晶体结构已可臆测。根据当时已知的原子量、分子量、阿伏伽德罗常数和晶体的密度,可以估计晶体中一个原子或一个分子所占的容积,晶体中原子间距离约1—2埃。1912年,劳厄(Laue)是索末菲手下的一个讲师,他对光的干涉现象很感兴趣。刚巧厄瓦耳(P.Ewald)正随索末菲进行结晶光学方面的论文,科学的交流使劳厄产生了一种极为重要的科学思想:晶体可以用作X射线的立体衍射光栅,而X射线又可用作量度晶体中原子位置的工具。刚从伦琴那里取得博士学位的弗里德里克(W.Friedrich)和尼平(P.Knipping)亦在索末菲教授处工作,他们自告奋勇地进行劳厄推测的衍射实验。他们使用了伦琴提供的X射线管和范克罗斯(Von.Groth)提供的晶体,最先对五水合硫酸铜晶体进行了实验,费了很多周折得到了衍射点,初步证实了劳厄的预见。后来他们对辉锌矿、铜、氯化钠、黄铁矿、沸石和氯化亚铜等立方晶体进行实验,都得到了正面的结果,为了解释这些衍射结果,劳厄提出了著名的劳厄方程。劳厄的发现导致了X射线晶体学和X射线光谱学这二门新学科的诞生。 劳厄设计的实验虽取得了正面的结果,但X射线晶体学和X射线光谱学成为新学科是一些得力科学家共同努力的结果。布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)、莫塞莱(Moseley)、达尔文(Darwin)完成了主要的工作,通过他们的工作认识到X射线具有波粒二重性;X射线中除了连续光谱外,还有波长取决于阴极材料的特征光谱,发现了X射线特征光谱频率和元素在周期表中序数之间的规律;提出了镶嵌和完整晶体的强度公式,热运动使衍射线变弱的效应,发展了X射线衍射理论。W·L·布拉格在衍射实验中发现,晶体中显得有一系列原子面在反射X射线。他从劳厄方程引出了布拉格方程,并从KCl和NaCl的劳厄衍射图引出了晶体中的原子排列方式,W·L·布拉格在劳厄发现的基础上开创了X射线晶体结构分析工作。 伦琴在1901年由于发现X射线成为世界上第一个诺贝尔物理奖获得者,而劳厄由于发现X射线的晶体衍射效应也在1914年获得了诺贝尔物理奖。 (二)X射线晶体结构分析促进了化学发展 W·L·布拉格开创的X射线晶体结构分析工作把X射线衍射效应和化学联系在一起。当NaCl等晶体结构被测定后,使化学家恍然大悟,NaCl的晶体结构中没有用NaCl表示的分子集团,而是等量的Na+离子和Cl-离子棋盘交叉地成为三维结构。当时X射线结构分析中的位相问题是通过强度数据和强度公式用试差法来解决的,只能测定含二三十个参数的结构,这些结构虽简单,但使无机物的结构化学有了真正的开始。 从1934年起,帕特孙(Patterson)法和其他应用付里叶级数的方法相继提出,位相问题可通过帕特孙函数找出重原子的位置来解决,使X射线晶体结构分析摆脱了试差法。1940年后计算机的使用,使X射线晶体结构分析能测定含重原子的复杂的化合物的结构。X射线晶体结构分析不但印证了有机物的经典结构化学,也为有机物积累了丰富的立体化学数据,

浅谈有关晶体结构的分析和计算

浅谈有关晶体结构的分 析和计算 Revised as of 23 November 2020

浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘要:晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一,本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定,晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面,探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词:晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中,有三个题目是现行中学化学教材中选学内容,它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题,由于是选学内容,学生对选学内容往往重视不够,所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结,或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助,若有不妥这处,敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 (一)、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 (1)金刚石晶体中微粒分布: ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C 键的形成,碳原子与C-C 键之比为1:2。 (2)二氧化硅晶体中微粒分布 ①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合,形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ,4个“2 1氧”,n(Si):n(O)=1:2。 ③、最小环上有12个原子,即:6个氧原子和6个硅原子.

2、分子晶体:干冰(CO 2)晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 (1)、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +(Cl -)周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每 个Na +周围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和4个Cl -。 (2)、CsCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Cs +周围等距离且紧邻的Cl -有8个,每个Cs +(Cl -) 周围等距离且紧邻的Cs +(Cl -)有6个。 ②、如图为8个晶胞,每个晶胞中含有1个Cs +和1个Cl - 。 3、金属晶体 (1)、简单立方晶胞:典型代表Po ,空间利用率52%,配位数为6 (2)、体心立方晶胞(钾型):典型代表Na 、K 、Fe ,空间利用率60%,配位数为8。 (3)、六方最密堆积(镁型):典型代表Mg 、Zn 、Ti ,空间利用率74%,配位数为12。 (4)、面心立方晶胞(铜型):典型代表Cu 、Ag 、Au ,空间利用率74%,配位数为12。 (二)、晶胞中微粒的计算方法——均摊法 1、概念:均摊法是指每个图形平均拥有的粒子数目,如某个粒子为n 个晶胞所共有,则 该粒子有n 1属于一个晶胞。 2、解题思路:首先应分析晶胞的结构(该晶胞属于那种类型),然后利用“均摊法”解题。

几种常见晶体结构分析

几种常见晶体结构分析文档编制序号:[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

几种常见晶体结构分析 河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131 栾春武:中学高级教师,张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。 联系电话: E-mail : 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性,所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列,使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下: 离子数目的计算:在每一个结构单元(晶胞)中,处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同,一般的规律是:顶点上的微粒属于该 单元中所占的份额为18,棱上的微粒属于该单元中所占的份额为1 4,面上 的微粒属于该单元中所占的份额为1 2,中心位置上(嚷里边)的微粒才完 全属于该单元,即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个Cl -,每个Cl -周围有6个Na +,与一个Na +距离最近且相等的Cl -围成的空间构型为正八面体。每个Na +周围与其最近且距离相等的Na +有12个。见图1。 图1 图2 NaCl

晶胞中平均Cl-个数:8×1 8 + 6× 1 2 = 4;晶胞中平均Na+个数:1 + 12×1 4 = 4 因此NaCl的一个晶胞中含有4个NaCl(4个Na+和4个Cl-)。 2.氯化铯晶体中每个Cs+周围有8个Cl-,每个Cl-周围有8个Cs+,与一个Cs+距离最近且相等的Cs+有6个。 晶胞中平均Cs+个数:1;晶胞中平均Cl-个数:8×1 8 = 1。 因此CsCl的一个晶胞中含有1个CsCl(1个Cs+和1个Cl-)。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体 1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4个C原子紧邻,因而整个晶体中无单 个分子存在。由共价键构成的最小环结构中有6个碳原 子,不在同一个平面上,每个C原子被12个六元环共用,每C—C键共6 个环,因此六元环中的平均C原子数为6× 1 12 = 1 2 ,平均C—C键数为 6×1 6 = 1。 C原子数: C—C键键数= 1:2; C原子数: 六元环数= 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似,C被Si代替,C与C之间插 氧,即为SiO 2晶体,则SiO 2 晶体中最小环为12环(6个Si,6个O), 图3 CsCl 晶 图4 金刚石晶

常见的金属晶体结构

第二章作业 2-1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答:常见晶体结构有 3 种:⑴体心立方:-Fe、Cr、V ⑵面心立方:-Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方:Mg、Zn -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。第三章作业3-2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件;⑷浇注时采用振动与不采用振动;⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答:晶粒大小:⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4-4 在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答:晶粒细小而均匀,不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。原因是:(1)强度高:Hall-Petch 公式。晶界越多,越难滑移。(2)塑性好:晶粒越多,变形均匀而分散,减少应力集中。(3)韧性好:晶粒越细,晶界越曲折,裂纹越不易传播。 4-6 生产中加工长的精密细杠(或轴)时,常在半精加工后,将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天,然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来,是细长工件的一种存放形式吊个7 天,让工件释放应力的时间,轴越粗放的时间越长。 4-8 钨在1000℃变形加工,锡在室温下变形加工,请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)答:W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =(~×(3410+273)-273 =(1200~1568)(℃)>1000℃ TR(Sn) =(~×(232+273)-273 =(-71~-20)(℃) <25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工,Sn 在室温下为热加工 4-9 用下列三种方法制造齿轮,哪一种比较理想为什么(1)用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮;(2)由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮;(3)由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮。答:齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则,同时也要根据实际情况具体而定,总的原则是满足使用要求;加工便当;性价比最佳。对齿轮而言,要看是干什么用的齿轮,对于精度要求不高的,使用频率不高,强度也没什么要求的,方法 1、2 都可以,用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮,方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯,金属内部晶粒更加细化,内应力均匀,材料的杂质更少,相对材料的强度也有所提高,经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定,强度更好。 4-10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉,并随工件一起加热到1000℃,保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂,试分析原因答:由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度,那么再吊重物时才有足够的强度,当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后,等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理,所以使钢丝绳的性能大大下降,所以再吊重物时发生断裂。 4-11 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,而稍隔一段时间再行弯折,铅板又像最初一样柔软这是什么原因答:铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5-3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体:从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体:从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体:经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗

晶体结构的分析与计算训练题

晶体结构的分析与计算训练题 1.(2015·全国卷Ⅰ)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示: (1)在石墨烯晶体中,每个C 原子连接________个六元环,每个六元环占有________个C 原子。 (2)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。 解析:(1)由石墨烯的结构可知,每个C 原子连接3个六元环,每个六元环占有的C 原子数为1 3 ×6=2。 (2)由金刚石的结构可知,每个C 可参与形成4条C —C 键,其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组,6×2=12。因此每个C 原子连接12个六元环。六元环中C 原子采取sp 3 杂化,为空间六边形结构,最多有4个C 原子位于同一平面。 答案:(1)3 2 (2)12 4 2.(2016·全国卷Ⅱ)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 (1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。 (2)若合金的密度为d g·cm -3 ,晶胞参数a =________nm 。 解析:(1)由晶胞结构图可知,Ni 原子处于立方晶胞的顶点,Cu 原子处于立方晶胞的面心,根据均摊法,每个晶胞中含有Cu 原子的个数为6×12=3,含有Ni 原子的个数为8×1 8= 1,故晶胞中Cu 原子与Ni 原子的数量比为3∶1。 (2)根据m =ρV 可得, 1 mol 晶胞的质量为(64×3+59)g =a 3 ×d g·cm -3 ×N A ,则a =? ????2516.02×1023×d 1 3 cm =? ?? ??2516.02×1023×d 1 3×107 nm 。 答案:(1)3∶1 (2)? ?? ? ?2516.02×1023×d 1 3×107 3.(2017·全国卷Ⅰ)(1)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a =0.446 nm ,晶胞中K 、I 、O 分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K 与O 间的最短距离为______

几种典型晶体结构的特点分析(精)

几种典型晶体结构的特点分析 徐寿坤 有关晶体结构的知识是高中化学中的一个难点,它能很好地考查同学们的观察能力和三维想像能力,而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合,是近年高考的热点之一。熟练掌握NaCl 、CsCl 、CO 2、SiO 2、金刚石、石墨、C 60等晶体结构特点,理解和掌握一些重要的分析方法与原则,就能顺利地解答此类问题。 通常采用均摊法来分析这些晶体的结构特点。均摊法的根本原则是:晶胞任意位置上的原子如果是被n 个晶胞所共有,则每个晶胞只能分得这个原子的1/n 。 1. 氯化钠晶体 由下图氯化钠晶体结构模型可得:每个Na +紧邻6个- Cl ,每个- Cl 紧邻6个+ Na (上、下、左、右、前、后),这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na +-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a 2。由均摊法可得:该晶胞中所拥有的Na +数为4216818=?+? ,-Cl 数为44 1 121=?+,晶体中Na +数与Cl -数之比为1:1 2. 氯化铯晶体 每个Cs +紧邻8个-Cl -紧邻8个Cs +,这8个离子构成一个正立方体。设紧邻 的Cs +与Cs +间的距离为 a 2 3 ,则每个Cs +与6个Cs +等距离紧邻(上、下、左、右、前、后)。在如下图的晶胞中Cs +数为812 164112818=+?+?+?,- Cl 在晶胞内其数目为8, 晶体中的+Cs 数与- Cl 数之比为1:1,则此晶胞中含有8个CsCl 结构单元。

3. 干冰 每个CO 2分子紧邻12个CO 2分子(同层4个、上层4个、下层4个),则此晶胞中的CO 2分子数为42 1 6818=?+? 。 4. 金刚石晶体 每个C 原子与4个C 原子紧邻成键,由5个C 原子形成正四面体结构单元,C-C 键的夹角为'28109?。晶体中的最小环为六元环,每个C 原子被12个六元环共有,每个C-C 键被6个六元环共有,每个环所拥有的C 原子数为211216=?,拥有的C-C 键数为16 1 6=?,则C 原子数与C-C 键数之比为 2:11:2 1 =。 5. 二氧化硅晶体 每个Si 原子与4个O 原子紧邻成键,每个O 原子与2个Si 原子紧邻成键。晶体中的

几种常见晶体结构分析.

几种常见晶体结构分析 河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131 栾春武:中学高级教师,张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。 联系电话::: 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性,所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列,使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下: 离子数目的计算:在每一个结构单元(晶胞) 中,处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有 所不同,一般的规律是:顶点上的微粒属于该单元中 所占的份额为18 ,棱上的微粒属于该单元中所占的份额为14,面上的微粒属于该单元中所占的份额为12 ,中心位置上(嚷里边)的微粒才完全属于该单元,即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个C l -,每个Cl -周围有6个Na +,与一个Na +距离最近且相等的 Cl -围成的空间构型为正八面体。每个N a +周围与其最近且距离相等的Na + 有12个。见图1。 晶胞中平均Cl -个数:8×18 + 6×12 = 4;晶胞中平均Na +个数:1 + 12×14 = 4 因此NaCl 的一个晶胞中含有4个NaCl (4个Na +和4个Cl -)。 2.氯化铯晶体中每个Cs +周围有8个Cl -,每个Cl -周围有8个Cs +,与 一个Cs +距离最近且相等的Cs +有6个。晶胞中平均Cs +个数:1;晶胞中平 均Cl -个数:8×18 = 1。 因此CsCl 的一个晶胞中含有1个CsCl (1个Cs +和1个Cl -)。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体 1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4 个C 原子紧邻,因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成的最小 环结构中有6个碳原子,不在同一个平面上,每个C 原子被12个六元环 共用,每C —C 键共6个环,因此六元环中的平均C 原子数为6× 112 = 12 ,平均C —C 键数为6×16 = 1。 C 原子数: C —C 键键数 = 1:2; C 原子数: 六元环数 = 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似,C 被Si 代替,C 与C 之间插氧,即为SiO 2晶体,则SiO 2晶体中最小环为12环(6个Si ,6个O ), 最小环的平均Si 原子个数:6×112 = 12;平均O 原子个数:6×16 = 1。 即Si : O = 1 : 2,用SiO 2表示。 在SiO 2晶体中每个Si 原子周围有4个氧原子,同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si 原子可形 图 1 图 2 NaCl 晶体 图3 CsCl 晶体 图4 金刚石晶体

常见典型晶体晶胞结构.doc

典型晶体晶胞结构1.原子晶体 (金刚石 ) 2.分子晶体

3.离子晶体 + Na - Cl

4.金属晶体 堆积模型简单立方钾型镁型铜型典型代表Po Na K Fe Mg Zn Ti Cu Ag Au 配位数 6 8 12 12 晶胞 5.混合型晶体——石墨 1.元素是Cu 的一种氯化物晶体的晶胞结构如图 13 所示,该氯化物的化学 式,它可与浓盐酸发生非氧化还原反应,生成配合物H n WCl 3,反应的化 学方程式为。 2.( 2011 山东高考)CaO 与NaCl 的晶胞同为面心立方结构,已知CaO 晶体密度为ag·cm-3,N A表示阿伏加德罗常数,则CaO 晶胞体积为cm3。 2.( 2011 新课标全国)六方氮化硼BN 在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚 石相当,晶苞边长为361.5pm ,立方氮化硼晶胞中含有______各氮原子、 ________各硼原子,立方氮化硼的密度是_______g ·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏伽德罗常数为N A)。

解析:描述晶体结构的基本单元叫做晶胞,金刚石晶胞是立方体,其中8 个顶点有8 个碳原子, 6 个面各有 6 个碳 原子,立方体内部还有 4 个碳原子,如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数= 8×1/8+6 ×1/2+4=8 ,因此立方氮化硼晶胞中应该含有 4 个 N 和 4 个 B 原子。由于立方氮化硼的一个晶胞中含有 4 个 4 25g 是,立方体的体积是(361.5cm)3,因此立方氮化硼的密度是 N 和 4 个 B 原子,其质量是 1023 6.02 g·cm-3。 3.( 4)元素金( Au )处于周期表中的第六周期,与Cu 同族, Au 原子最外层电子排布式为______;一种铜合金晶体具有立方最密堆积的结构,在晶胞中Cu 原子处于面心, Au 原子处于顶点位置,则该合金中Cu 原子与 Au 原子数量之比为 _______;该晶体中,原子之间的作用力是________; ( 5)上述晶体具有储氢功能,氢原子可进入到由Cu 原子与 Au 原子构成的四面体空隙中。若将Cu原子与Au原子等同看待,该晶体储氢后的晶胞结构为CaF2的结构相似,该晶体储氢后的化学式应为_____。 4.( 2010 山东卷)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是:Pb4+处于立方晶胞顶点,Ba2+处于晶胞中心, O2-处于晶胞棱边中心,该化合物化学式为,每个 Ba2+与个 O2-配位。 5.(4) CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如右图所示),但 CaC2晶体中含有的中哑 铃形 C 22 的存在,使晶胞沿一个方向拉长。CaC 2晶体中1个 Ca 2 周围距离最近的 C 22 数目 为。 6.( 09 江苏卷 21 A )③在 1 个 Cu2O 晶胞中(结构如图所示),所包含的Cu 原子数目 为。

浅谈有关晶体结构的分析和计算讲解学习

浅谈有关晶体结构的分析和计算

浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘要:晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一,本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定,晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面,探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词:晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中,有三个题目是现行中学化学教材中选学内容,它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题,由于是选学内容,学生对选学内容往往重视不够,所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结,或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助,若有不妥这处,敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 (一)、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 (1)金刚石晶体中微粒分布: ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合,形成正四面体 结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C键的形成,碳原子与C-C键之比为1:2。 (2)二氧化硅晶体中微粒分布

①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合,形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ,4个“2 1氧”,n(Si):n(O)=1:2。 ③、最小环上有12个原子,即:6个氧原子和6个硅原子. 2、分子晶体:干冰(CO 2)晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个 CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 (1)、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +(Cl -)周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每 个Na +周围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和 4个Cl -。 (2)、CsCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Cs +周围等距离且紧邻的Cl -有 8个,每个Cs +(Cl -) 周围等距离且紧邻的Cs +(Cl -)有6个。 ②、如图为8个晶胞,每个晶胞中含有1个Cs +和1个Cl - 。 3、金属晶体 (1)、简单立方晶胞:典型代表Po ,空间利用率52%,配位数为6

高中化学 晶体结构的分析与计算

晶体结构的分析与计算 1.(2015·全国卷Ⅰ)碳有多种同素异形体,其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示: (1)在石墨烯晶体中,每个C 原子连接________个六元环,每个六元环占有________个C 原子。 (2)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。 解析:(1)由石墨烯的结构可知,每个C 原子连接3个六元环,每个六元环占有的C 原子数为13 ×6=2。 (2)由金刚石的结构可知,每个C 可参与形成4条C —C 键,其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组,6×2=12。因此每个C 原子连接12个六元环。六元环中C 原子采取sp 3杂化,为空间六边形结构,最多有4个C 原子位于同一平面。 答案:(1)3 2 (2)12 4 2.(2016·全国卷Ⅱ)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 (1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。 (2)若合金的密度为d g·cm - 3,晶胞参数a =________nm 。 解析:(1)由晶胞结构图可知,Ni 原子处于立方晶胞的顶点,Cu 原子处于立方晶胞的 面心,根据均摊法,每个晶胞中含有Cu 原子的个数为6×12=3,含有Ni 原子的个数为8×18 =1,故晶胞中Cu 原子与Ni 原子的数量比为3∶1。 (2)根据m =ρV 可得, 1 mol 晶胞的质量为(64×3+59)g =a 3×d g·cm - 3×N A ,则a =????2516.02×1023×d 13cm =??? ?2516.02×1023×d 1 3×107 nm 。 答案:(1)3∶1 (2)??? ?2516.02×1023×d 13×107 3.(2017·全国卷Ⅰ)(1)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材 料,具有钙钛矿型的立方结构,边长为a =0.446 nm ,晶胞中K 、I 、O 分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示。K 与O 间的最短距离为 ______ nm ,与K 紧邻的O 个数为_____。

晶体结构分析与计算

晶体结构分析与计算 湖南省浏阳市第一中学潘丹张水强410300 在2005年高考考纲中,在思维能力中增加了“对原子、分子、化学键等 微观结构有一定的三维想象能力”的要求。三维想象能力可能通过“晶体结构”试题来体现,而“晶体结构”这一知识点前几年是高考的热点之一(如 92年的金刚石、96年的SiO2 、97年的C60、98年的GBO、99年的NiO等等)。间隔了几年,笔者认为有必要引起广大考生足够的重视。本文从最常见的几 种晶体结构题型入手,分析晶体结构有关的问题,帮助同学们更好地掌握晶 体结构的内容,培养空间想象能力和形象思维能力。 一、常见的几种晶体结构分析 (一)、氯化钠晶体 1、NaCl晶体是一种简单立方结构——Na+和Cl-交替占据立 方体的顶点而向空间延伸。 2、在每个Na+周围最近且等距离(设边长为a)的Cl-有6 个,在每个Cl-周围最近且等距离的Na+有6个。 3、在每个Na+周围最近且等距离(平面对角线为2a)的Na+有12 个,在每个Cl-周围且最近等距离(平面对角线为2a)的Cl-有12 个。 (二)、氯化铯晶体 1、CsCl晶体是一种立方体心结构—— 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种离子 (Cl-或Cs+)。 2、在每个Cs+周围最近且等距离的Cl- (设为3a/2)有8个。在每个Cl-周 围最近且等距离的Cs+有8个。 3、在每个Cs+周围最近且等距离(必为a)的Cs+有6个,在每个Cl-周围最近且等距离的Cl-有6个。 (三)、金刚石晶体 1、金刚石晶体是一种空间网状结构——每个C原子与另4个C原子以共价键结 合,前者位于正四面体中心,后者位于正四面体顶点。 2、晶体中所有C—C键键长相等(1.55×10-10m),键角 相等(均为109028'),晶体中最小碳环由6个C组成 且六者不在同一平面内。 3、晶体中每个C原子参与了4条C—C键的形成,而 在每条键中的贡献只有一半,故C原子个数与C—C键

晶体结构解析基本步骤

晶体结构解析基本步骤 Steps to Crystallographic Solution (基于SHELXL97结构解析程序的SHELXTL软件,尚需WINGX和DIAMOND程序配合) 注意:每一个晶体数据必须在数据所在的目录(E:\STRUCT)下建立一子目录(如E:\STRUCT\AAA),并将最初的数据备份一份于AAA目录下的子目录ORIG,形成如右图所示的树形结构。 一. 准备 1. 对IP收录的数据, 检查是否有inf、dat和f2(设为, 并更名为文件; 对CCD收录的数据, 检查是否有同名的p4p和hkl(设为文件 2. 对IP收录的数据, 用EDIT或记事本打开dat或inf文件, 并于记录本上记录下相关数据(下面所说的记录均指记录于记录本上): ⊕从% crystal data项中,记下晶胞参数及标准偏差(cell);晶体大小(crystal size);颜色(crystal color);形状(crystal habit);测量温度(experiment temperature); ⊕从 total reflections项中,记下总点数;从R merge项中,记下Rint=. % (IP收录者常将衍射数据转化为独立衍射点后传给我们); ⊕从unique reflections项中,记下独立点数 对CCD收录的数据, 用EDIT或记事本打开P4P文件, 并于记录下相关数据: ⊕从CELL和CELLSD项中,记下晶胞参数及标准偏差; ⊕从CCOLOR项中,记下晶体颜色; 总点数;从CSIZE项中,记下晶体大小; ⊕从BRAVAIS和SYMM项中,记下BRAVAIS点阵型式和LAUE群 3. 双击桌面的SHELXTL图标(打开程序), 呈 4. New, 先在“查找范围”选择数据所在的文件夹(如E:\STRUCT\AAA), 并选择衍射点数据文件(如,单击Project Open,最后在“project name”中给一个易于记忆和区分的任务名称(如050925-znbpy). 下次要处理同一结构时, 则只需Project 在任务项中选择050925-znbpy便可 5. 单击XPREP , 屏幕将显示DOS式的选择菜单: ⊕对IP收录的数据, 输入晶胞参数后回车(下记为) (建议在一行内将6个参数输入, 核对后) ⊕在一系列运行中, 注意屏幕内容(晶胞取向、格子型式、消光规律等), 一般的操作动作是按。之后,输入分子式(如, Cu2SO4N2C4H12。此分子式仅为估计之用。注意:反应中所有元素都应尽可能出现,以避免后续处理的麻烦 ⊕退出XPREP运行之前,如果机器没有给出默认的文件名[sss],此时, 晶胞已经转换, 一定要输入文件名,且不与初始的文件名同名。另外,不要输入扩展名。如可输入aaa 6. 在数据所在文件夹中,检查是否产生有PRP、PCF和INS文件(PRP文件内有机器对空间群确定的简要说明) 7. 在第5步中若重新输入文件名, 则要重做第4步, 并在以后将原任务名称(如050925-znbpy)删除 8. 用EDIT 打开文件,在第二~三行中,用实际的数据更改晶胞参数及其偏差(注意:当取向改变了,晶胞参数也应随之对应),波长用实际波长,更正测量温度TEMP C)。(单位已设为

高中化学专题3微型专题四晶体类型的判断及晶体结构的分析与计算教案苏教版选修3

微型专题(四)晶体类型的判断及晶体结构的分析与计算 [核心素养发展目标]1.能辨识常见物质的晶体类型,能从微观角度分析各种晶体的构成微粒及微粒间的作用力,并解释各类晶体性质的差异。 2.熟知各类晶体的结构特点及堆积模型, 能利用均摊法对晶胞进行结构分析和计算。 |微型专题 克难解疑精准高效一、晶体类型的判断 例1 (2018 ?上海杨浦区检测)四种物质的一些性质如下表: 晶体类型:单质硫是______________________ 晶体;单质硼是_______________ 晶体;氯化铝是 ___________________ 晶体;苛性钾是_____________ 晶体。 答案分子原子分子离子 解析单质硫为非金属单质,其熔、沸点都较低,则晶体为分子晶体;单质硼为非金属单质,其熔、沸点都很高,则晶体为原子晶体;氯化铝为化合物,其熔、沸点都较低,并能在较低温度下升华,则晶体为分子晶体;苛性钾为化合物,其熔点较高,沸点很高,晶体不导电,熔融态导电,则晶体为离子晶体。 -方迭规律■----------------------------------------------------------------------------- "三看” 确定晶体类型 (1)看构成微粒或作用力类型四类晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下:

(2)看物质类别 ①单质类:a.金属单质和合金属于金属晶体; b.大多数非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅、 晶体硼等除外)属于分子晶体。 ②化合物类:a.离子化合物一定为离子晶体; b.共价化合物绝大多数为分子晶体,但SiO2、SiC等为原子晶体。 (3)看物理性质 变式1 (2018 ?成都高二月考)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构 所表示的物质最有可能是分子晶体的是() A. ①③ B.②⑤ C.⑤⑥ D.③④⑤⑥ 答案B 解析从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合, 所以最有可能是分子晶体。 二、晶体熔、沸点的比较

晶胞结构的分析与计算

晶胞结构的分析与计算 ——晶体结构与性质章复习(第2课时) 【学习目标】 1.能根据分摊法确定晶体的组成;提高抽象思维能力,提升宏观辨识与微观探析的发展水平。(重难点) 2.通过典型晶胞再认识,学会利用晶胞的基本特点分析晶体中微粒配位数。 3.建立解晶胞的一般观念、思维模型,能类比迁移相关知识解决新情境新问题;提升解决复杂问题的能力。(重难点) ,则晶胞中最邻近两个金属原子间的距离为? 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如 顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子, 它的化学式是? 分摊法能解决哪些问题?使用分摊法时应注意什么问题? 石英晶体的晶胞如图,确定其化学式的方法有哪些? 晶胞中,配位情况对比 CsCl晶胞数目NaCl晶胞数目CaF2晶胞数目 +Ca2+配位数

1.有下列某晶体的空间结构示意图。图中●和化学式中M分别代表阳离子,图中○和化学式中N分别 代表阴离子,则化学式为MN2的晶体结构为() A B C D 2.下列说法正确的是()(N A表示阿伏加德罗常数) A.1mol冰中含有氢键的个数为2 N A B.12g石墨中含有C-C键的个数为3N A C.二氧化硅晶体中存在四面体网状结构,O处于中心,Si处于4个顶点 D.密置层在三维空间堆积可得体心立方堆积和面心立方最密堆积 3.氮化碳结构如下图所示,其硬度超过金刚石,下列有关氮化碳的说法不正确的是() A.氮化碳属于原子晶体 B.氮化碳中碳显-4价,氮显+3价 C.氮化碳的化学式为C3N4 D.每个碳原子与四个氮原子相连,每个氮原子与三个碳原子相连 4.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540.0 pm.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(列示表示) 5.晶胞有两个基本要素: ①原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置,下图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0, 0,0);B为(1/2,0,1/2);C为(1/2,1/2,0)。则D原子的坐标参数为_________。 ②晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为____g·cm-3(列出计算式即可) 6.Na的密度小于Mg,从空间利用率角度如何解释?(提示:Na、Mg的空间利用率分别为68%、74%)

浅谈有关晶体结构的分析和计算

浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘 要:晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一,本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定,晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面,探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词:晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中,有三个题目是现行中学化学教材中选学内容,它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题,由于是选学内容,学生对选学内容往往重视不够,所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结,或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助,若有不妥这处,敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 (一)、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 (1)金刚石晶体中微粒分布: ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合,形成正四面体结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C 键的形成,碳原子与C-C 键之比为1:2。 (2)二氧化硅晶体中微粒分布 ①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合,形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ,4个“ 2 1 氧”,n(Si):n(O)=1:2。 ③、最小环上有12个原子,即:6个氧原子和6个硅原子. 2、分子晶体:干冰(CO 2)晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 (1)、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +(Cl -)周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每个Na +周 围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和 4个Cl -。

几种常见晶体结构的特点分析

几种常见晶体结构的特点分析 通常采用均摊法来分析这些晶体的结构特点。均摊法的根本原则是:晶胞任意位置上的原子如果是被n 个晶胞所共有,则每个晶胞只能分得这个原子的1/n 。 1. 氯化钠晶体 由下图氯化钠晶体结构模型可得:每个Na +紧邻6个-Cl ,每 个-Cl 紧邻6个+Na (上、下、左、右、前、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a 2。 由均摊法可得:该晶胞中所拥有的Na +数为4216818=?+? ,-Cl 数为44 1121=? +,晶体中Na +数与Cl -数之比为1:1,则此晶胞中含有4个NaCl 结构单元。 2. 氯化铯晶体 每个Cs +紧邻8个Cl -,每个Cl -紧邻8个Cs +,这8个离子构成一个正立方体。设紧邻的Cs +与Cs +间的距离为 a 2 3,则每个Cs +与6个Cs +等距离紧邻(上、下、左、右、前、后)。在如下图的晶胞中Cs +数为812164112818=+?+?+?,-Cl 在晶胞内其数目为8,晶体中的+Cs 数与- Cl 数之比为1:1,则此晶胞中含有8个CsCl 结构单元。 3. 干冰 每个CO 2分子紧邻12个CO 2分子(同层4个、上层4个、下层4个),则此晶胞中的 CO 2分子数为4216818=?+?。 4. 金刚石晶体(晶体硅同)

每个C 原子与4个C 原子紧邻成键,由5个C 原子形成正四面体结构单元,C-C 键的夹角为'28109?。晶体中的最小环为六元环,每个C 原子被12个六元环共有,每个C-C 键被6个六元环共有,每个环所拥有的C 原子数为211216=? ,拥有的C-C 键数为1616=?,则C 原子数与C-C 键数之比为2:11:2 1=。 5. 二氧化硅晶体 每个Si 原子与4个O 原子紧邻成键,每个O 原子与2个Si 原子紧邻成键。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;每个十二元环所拥有的Si 原子数为211216=?,拥有的O 原子数为16 16=?,拥有的Si-O 键数为26 112=?,则Si 原子数与O 原子数之比为1:2。 6. 石墨晶体 在石墨晶体中,层与层之间是以分子间作用力结合,同层之间是C 原子与C 原子以共价键结合成的平面网状结构,故石墨为混合型晶体或过渡型晶体。在同层结构中,每个C 原子与3个C 原子紧邻成C-C 键,键角为?120,其中最小的环为六元环,每个C 原子被3个六元环共有,每个C-C 键被2个六元环共有;每个六元环拥有的C 原子数为2316=?,拥有的C-C 键数为32 16=?,则C 原子数与C-C 键数之比为2:3。

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