简论高中晶体结构的推断和计算

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1、2010年度高中化学论文姓名：谢志军单位：湖北襄樊东风中学邮编：441004简论高中晶体结构的推断和计算摘要：有关晶体结构的推断和计算是高中化学中的一个难点，这些题目能很好地考察学生的观察能力和三维想象能力，而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合，自然也就成为近年高考的热点之一。此类题目的解答，要求学生在熟练掌握NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金刚石、石墨等晶体结构的基础上，进一步理解和掌握一些重要的分析方法与原则。关键词：晶体结构推断计算（一）教材中重要的晶体结构示意图            

2、   图1NaCl的晶体结构   图2CsCl的晶体结构             图3干冰的晶体结构              图5 石墨的晶体结构俯视图图4SiO2的晶体结构                                           图6金刚石的晶体结构        图7氯化钠的晶体结构俯视图         （二）根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式解答这类试题，通常采用分摊法。因为在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每

3、一个晶胞只能按比例分摊。分摊的根本原则是：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。具体地，根据晶胞（晶体中最小重复单位）求晶体中粒子个数比的方法是：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于晶胞；②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于晶胞；③处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个粒子有1/2属于晶胞。例⒈现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（   ）                           AB2   

4、                  EF2                     XY3Z                     AB（A）                    （B）            （C）               （D）AB【分析】根据题意应选C、D。这类题解题的思维方法为平均法，即先分析基本结构单元中的一个点或一条边为几个结构单元所共有，若为n个基本结构单元共有，则这个基本结构单元就只占有这个点或这条边的1/n。这种求晶胞中粒子个数的方法还可类推到求晶胞中化学键数目，如：例

5、⒉石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边形排列成平面网状结构，如果将每对相邻碳原子间的短线看成一个化学键，则石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是（    ）（A）2∶3　　　　（B）1∶3　　　　（C）1∶1　　　　（D）1∶2【分析】据石墨的晶体结构可知：每个碳原子为三个正六边形共用，每个正六边形占有该碳原子的1/3，因此，每个正六边形占有碳原子数为6×个；晶体中每个C—C键即为每个正六边形的边，每个边为2个正六边形共用，每个正六边形占有该C—C键的，故每个正六边形占有C—C键数目

6、为6×=3个，选（A）。例⒊最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子（如下图所示），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          。【分析】你的答案是TiC吗？这是错的，为什么呢？这只不过是一个具有规则结构的大分子，而不是一个空间结构中的最小重复单位，按例1的方法计算自然是错的了。在这个问题中，我们只需数出两种原子的数目就可以了（Ti14C13），而不必进行上面的计算。（三）晶胞结构与晶体密度的计算例4.如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两

7、个最近的Cs+核间距为acm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为（    ） A .   B.    C.      D.  【分析】解法一：晶体的密度等于晶体的质量与晶体在该质量下的体积的比值（即晶体的密度=），据式量可知，1molCsCl的质量为M克，故需求出1molCsCl的体积。因晶体是由晶胞构成的，而1个CsCl晶胞的体积为a3 cm3。因此，此题解题的关键是找出1molCsCl晶体中的晶胞数目，由晶胞的示意图可知，1个晶胞中含1个Cs+和1个Clˉ，所以，在1molCsCl

8、晶体中含NA个的晶胞。由此可得，晶体的密度为。解法二：一个晶胞的体积为a3 cm3，若求出一个晶胞的质量，则可以求出晶胞的密度，也就是晶体的密度（因为晶胞是晶体中最小的结构单元）。根据晶胞的结构示意图可知，1个晶胞中含1个Cs+和1个Clˉ，所以一个晶胞的质量也就是1个Cs+和1个Clˉ的质量，所以晶胞的质量为+，即=，因此也可得出晶体的密度。(四)分子内或晶体中化学键数目及多面体面数