浅谈有关晶体结构的分析和计算.doc

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****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“氧”,n(Si):n(O)=1:2。③、最小环上有12个原子,即:、分子晶体:干冰(CO2)晶体中微粒分布①、8个CO2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个CO2分子。②、每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2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。3、中学化学常见晶胞类型:长方体形(正方体形)晶胞、正六棱柱形晶胞、非长方体形(正方体形)晶胞.(1)、长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献①、处于顶点的粒子,同时为8个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。②、处于棱上的粒子,同时为4个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。③、处于面上的粒子,同时为2个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。④、处于体内的粒子,则完全属于该晶胞,对晶胞的贡献为1。(2)、正六棱柱形晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献①、处于顶点的粒子,同时为6个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。②、处于棱上的粒子,同时为3个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。③、处于面上的粒子,同时为2个晶胞共有,每个粒子对晶胞的贡献为。④、处于体内的粒子,则完全属于该晶胞,对晶胞的贡献为1.(3)、非长方体形(正方体形)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定。常见如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)对六边形的贡献为。(三)、例题解析:某离子晶体晶胞结构如图1-1所示:X位于立方体的顶点,Y位于立方体中心。试分析:(1)晶体中每个Y同时吸引着_____个X,每个X同时吸引着_____个Y,该晶体的化学式为________________。(2)晶体中每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_____个。图1-1(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX的度数为_____。(4)设该晶体的摩尔质量为M?g·mol-1,晶体的密度为ρ?g·cm-3,阿伏加德罗常数为NA,则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为_____cm。解析:本题目考查了学生的空间想象力和对晶胞粒子的确定方法。(1)、如图1-2所示:由于X粒子位于晶胞的顶点,只有1/8X属于该晶胞,而Y粒子位于晶胞内部,完全属于该晶胞,故该晶体中X∶Y=(×4)∶1,即化学式为XY2或Y2X。每个Y同时吸引着4个X,每个X同时吸引着8个Y(1个X被8个晶胞所共有,每个晶胞体心有1个Y)。(2)、每个X周围与X最接近且距离相等的X应为8×