浅谈有关晶体结构的分析和计算剖析.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“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（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。 （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。如图