晶体结构分类题型解析ppt课件

1、晶体构造标题分类解析晶体构造标题分类解析一、划分晶胞一、划分晶胞1、一维晶胞解答2、二维晶胞答案简单六方晶胞Graphite consists of staggered layers of hexagonal rings of sp2 hybirdized carbon atoms.(Soft and slippery)石石墨墨例题4 (2019年省赛)解答 长期以来人们不断以为金刚石是最硬的物质，但这种神话如今正在被突破。1990年美国伯克利大学的A. Y. Liu和M. L. Cohen在国际著名期刊上发表论文，在实际上预言了一种自然界并不存在的物质C3N4，实际计算阐明，这种C3N4物质

2、比金刚石的硬度还大，不仅如此，这种物质还可用作蓝紫激光资料，并有能够是一种性能优良的非线性光学资料。这篇论文发表以后，在世界科学领域引起了很大的惊动，并引发了资料界争相合成C3N4的热潮，虽然大块的C3N4晶体至今尚未合成出来，但含有C3N4晶粒的薄膜资料曾经制备胜利并验证了实际预测的正确性，这比资料本身更具艰苦意义。其晶体构造见图1和图2。例题例题5图1 C3N4在a-b平面上的晶体构造图2 C3N4的晶胞构造 1请分析C3N4晶体中，C原子和N原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情况； 2请在图1中画出C3N4的一个构造基元，并指出该构造基元包括 个碳原子和 个氮原子； 3实验测试阐明，C

3、3N4晶体属于六方晶系，晶胞构造见图2图示原子都包含在晶胞内，晶胞参数a=0.64nm, c=0.24nm, 请计算其晶体密度， 4试简要分析C3N4比金刚石硬度大的缘由知金刚石的密度为3.51g-3。答案 1 解： 1C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化；1个C原子与4个处于四面体顶点的N原子构成共价键，1个N原子与3个C原子在一个近似的平面上以共价键衔接。2一个构造基元包括6个C和8个N原子。3从图2可以看出，一个C3N4晶胞包括6个C原子和8个N原子，其晶体密度为：计算结果阐明，C3N4的密度比金刚石还要大，阐明C3N4的原子堆积比金刚石还要严密，这是它比金刚石硬度

4、大的缘由之一。372723.59. 31024. 060sin)1064. 0(1002. 6814612cmg4C3N4比金刚石硬度大，主要是由于：1在C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化，C原子和N原子间构成很强的共价键；2C原子和N原子间经过共价键构成网状构造；3密度计算结果显示，C3N4晶体中原子采取最严密的堆积方式，阐明原子间的共价键长很短而有很强的键合力。解答解答3 3、三维晶胞、三维晶胞 例题例题1 标题：今年标题：今年3月发现硼化镁在月发现硼化镁在39K呈超导性，呈超导性， 能能够是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶够是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁

5、晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图5l是该晶体微观空间中取出的部分原于沿是该晶体微观空间中取出的部分原于沿C轴方向轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。硼化镁的晶体构造投影图 由图由图5l可确定硼化镁的化学式为：可确定硼化镁的化学式为： 画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上能够存在的一切

6、硼晶胞内面、棱、顶角上能够存在的一切硼原子和镁原子镁原子用大白球，硼原子原子和镁原子镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示。用小黑球表示。解答 1 MgB2 2例题2 第6题6分最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的构造可看作由镁原子和镍原子在一同进展(面心)立方最密堆积(ccp)，它们的陈列有序，没有相互代换的景象即没有平均原子或统计原子，它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一同构成，两种八面体的数量比是1 : 3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。 61 画出该新型超导资料的一个晶胞碳原子

7、用小球，镍原子用大球，镁原子用大球。 62 写出该新型超导资料的化学式。 答案答案答案：答案： 6 61 15 5分分在面心立方最密堆积填隙模型中，八面体在面心立方最密堆积填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为空隙与堆积球的比例为1 : 1, 1 : 1, 在如图晶胞中，八在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和一切棱的中心位置，它面体空隙位于体心位置和一切棱的中心位置，它们的比例是们的比例是1 : 31 : 3，体心位置的八面体由镍原子构，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2 2个镁个镁原子和原子和4 4个镍原子一同构成，不填

8、碳原子。个镍原子一同构成，不填碳原子。 62 1分 MgCNi3化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错。二、与堆积方式有关的计算1、空间占有率的计算 例题1 标题：研讨离子晶体，常调查以一个离子为中心时，其周围不同间隔的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的间隔为d，以钠离子为中心，那么： 1第二层离子有 12 个，离中心离子的间隔为 ，它们是 钠 离子。d2 2知在晶体中Na+离子的半径为116pm，CI-离子的半径为167pm，它们在晶体中是严密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。 3纳米资料的外表原子占总原于数的比例极大，这是它的许多特殊性

9、质的缘由，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和外形恰等于氯化钠晶胞的大小和外形，求这种纳米颗粒的外表原子占总原子数的百分比。 4假设某氯化钠颗粒外形为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算外表原子占总原子数的百分比。解答1 12， ，钠离子2 V晶胞=2(116pm+167pm)3=181 106pm3 V离子=4 (4/3)(116pm)3+ 4 (4/3)(167pm)3 =104106 pm3 V离子/ V晶胞=57.5%3 26/27=96%d2解答4 10倍晶胞的纳米颗粒的离子总数:213=9261 9倍晶胞的纳米颗粒的离子总数:193=6859 10倍晶胞的纳米颗粒的外表离子数: 6

10、959-9261=2402 外表原子数所占比例：2402/9261=26%2、推断化学式、空隙、晶胞类型例1有一种蓝色晶体，它的构造特征是有一种蓝色晶体，它的构造特征是Fe2+ Fe2+ 和和Fe3+ Fe3+ 分别占据立方体互不相分别占据立方体互不相邻的顶点，而邻的顶点，而CN-CN-位于立方体棱上。位于立方体棱上。1 1此蓝色晶体的化学式。此蓝色晶体的化学式。2 2此化学式带何种电荷？用什么样的离子此化学式带何种电荷？用什么样的离子M+M+ 或或M-M-与其结合成电中性的化学式？并写出与其结合成电中性的化学式？并写出 其电中性的化学式。其电中性的化学式。3 3指出需添加的离子在晶体中的立方

11、体构造占据指出需添加的离子在晶体中的立方体构造占据 什么位置。什么位置。解答1 1n nFe2+ Fe2+ ：n nFe3+Fe3+：n nCN-CN-= = 4 4* *1/81/8：4 4* *1/81/8：1212* *1/41/4 化学式为化学式为Fe2Fe2CNCN6-6-， 2 2负，负，M+M+，MFe2MFe2CNCN6 6解答3 3间隔的立方体中心间隔的立方体中心3 3、粒子间间隔的计算以及晶胞参、粒子间间隔的计算以及晶胞参数的计算数的计算例例1 1一个一个CaCa和和C C的二元化合物具有四方晶胞：的二元化合物具有四方晶胞：a=b=3.87a=b=3.87，c=6.37 c

12、=6.37 ，=90=90，晶胞，晶胞图如图，图中钙原子用较大的黑圆圈表示图如图，图中钙原子用较大的黑圆圈表示，碳原子用空心圆圈表示碳原子用空心圆圈表示。在位于原点的钙原。在位于原点的钙原子上面的碳原子的坐标为子上面的碳原子的坐标为x=0,y=0,z=0.406x=0,y=0,z=0.406。1 1 =10-8cm=10-8cm 导出这个化合物的化学式为；一个晶胞中所含的化学式单位的数目为；C2基团中CC键长为；最短的CaC间隔为；最短的两个非键CC间间隔为、；这一构造与型离子化合物的构造亲密相关。解答1 1晶胞中晶胞中CaCa的个数个，的个数个，C2C2基团数。基团数。 此化合物的化学式为此

13、化合物的化学式为CaC2CaC22 24 4个个 (3)z (3)z0.406,0.406,即为即为0.4066.370.4066.37 C-C C-C键键长键键长6.376.37 1.20 1.20 120pm120pm解答4 4最短的最短的CaCaC C间隔可经过角顶点沿或的间隔可经过角顶点沿或的Ca Ca 与与C2 C2 组成的等腰三角形的一半直角三角形求得：组成的等腰三角形的一半直角三角形求得： 最短最短CaCaC C间隔间隔2.03 2.03 203pm203pm5 5最短的两个非键最短的两个非键CCCC间的间隔，实践就是间的间隔，实践就是C2 C2 和和C2C2之间的最短间隔，那么

14、之间的最短间隔，那么d=d=2.74 2.74 274pm274pm (6) (6)与与NaClNaCl晶体构造亲密相关晶体构造亲密相关三、原子坐标例例1 1一石墨晶体由层状石墨一石墨晶体由层状石墨“分子按分子按ABABABAB方式方式堆积而成，如图一所示，图中用虚线标出了石堆积而成，如图一所示，图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。墨的一个六方晶胞。1 1试确定该晶胞的碳原子个数。试确定该晶胞的碳原子个数。2 2知石墨的层间距为知石墨的层间距为 334 3348 pm8 pm，C CC C键长键长为为 142 pm 142 pm，计算石墨晶体的密度。，计算石墨晶体的密度。解答14个2 2.27gcm-3 二石墨可用作锂离子电池的负极资料，二石墨可用作锂离子电池的负极资料，充电时发生下述反响：充电时发生下述反响： Li1-xC6 + xLi+ + xe- Li C6 Li1-xC6 + xLi+ + xe- Li C6其结果是，其结果是，Li+Li+嵌入石墨的嵌入石墨的A A、B B层间，导致石层间，导致石墨的层堆积方式发生改动，构成