《高中化學(xué)競(jìng)賽》PPT課件

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1、【第六講【第六講 晶體結(jié)構(gòu)】晶體結(jié)構(gòu)】【競(jìng)賽基本要求】【競(jìng)賽基本要求】1、晶胞。、晶胞。2、晶格能。、晶格能。3、晶胞的相關(guān)計(jì)算。、晶胞的相關(guān)計(jì)算。4、分子晶體、原子晶體、離子晶體和金屬晶體。、分子晶體、原子晶體、離子晶體和金屬晶體。5、常見的晶體結(jié)構(gòu)類型，如、常見的晶體結(jié)構(gòu)類型，如NaCl、CsCl、閃鋅礦、閃鋅礦（ZnS）、螢石（）、螢石（CaF2）、金剛石、石墨、硒、冰、）、金剛石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金紅石、鈣鈦礦、鉀、鎂、銅等。干冰、尿素、金紅石、鈣鈦礦、鉀、鎂、銅等。6、點(diǎn)陣的基本概念、晶系、宏觀對(duì)稱元素；十四種、點(diǎn)陣的基本概念、晶系、宏觀對(duì)稱元素；十四種空間點(diǎn)陣類型。空間點(diǎn)

2、陣類型。7、分子間作用力、范德華力、氫鍵的概念。、分子間作用力、范德華力、氫鍵的概念?！局R(shí)點(diǎn)擊】【知識(shí)點(diǎn)擊】一、離子鍵理論一、離子鍵理論 1916 年德國科學(xué)家年德國科學(xué)家Kossel(科塞爾科塞爾)提出離子鍵理論。提出離子鍵理論。（一）離子鍵的形成（一）離子鍵的形成 1、形成過程、形成過程（1）電子轉(zhuǎn)移形成離子）電子轉(zhuǎn)移形成離子（2）靠靜電吸引，形成化學(xué)鍵）靠靜電吸引，形成化學(xué)鍵.2、離子鍵的形成條件、離子鍵的形成條件（1）元素的電負(fù)性差要比較大）元素的電負(fù)性差要比較大 X 1.7形成離子鍵；形成離子鍵；X 1.7，實(shí)際上是指離子鍵的成分大于，實(shí)際上是指離子鍵的成分大于50%。（2）易形成

3、穩(wěn)定離子）易形成穩(wěn)定離子Na+（2s22p6），），Cl（3s23p6），達(dá)到稀有氣體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，），達(dá)到稀有氣體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，Ag+（4d10）d軌道全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以，軌道全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以，NaCl、AgCl均均為離子化合物；而為離子化合物；而C和和Si 原子的電子結(jié)構(gòu)為原子的電子結(jié)構(gòu)為ns2np2，要失去全，要失去全部?jī)r(jià)電子形成穩(wěn)定離子，比較困難，所以一般不形成離子鍵。部?jī)r(jià)電子形成穩(wěn)定離子，比較困難，所以一般不形成離子鍵。如如CCl4、SiF4 等，均為共價(jià)化合物。等，均為共價(jià)化合物。（3）形成離子鍵，釋放能量大）形成離子鍵，釋放能量大Nas+1/2 Cl2g=NaCls H=410

4、.9 kJmol 1在形成離子鍵時(shí)，以放熱的形式，釋放較大的能量。在形成離子鍵時(shí)，以放熱的形式，釋放較大的能量。（二）離子鍵的特征（二）離子鍵的特征1、作用力的實(shí)質(zhì)是靜電引力、作用力的實(shí)質(zhì)是靜電引力 F（q1q2）/r2 （q1、q2分別為正負(fù)離子所帶電量）分別為正負(fù)離子所帶電量）2、離子鍵無方向性、無飽和性、離子鍵無方向性、無飽和性因?yàn)槭庆o電吸引，所以無方向性；且只要是正負(fù)離子之間，因?yàn)槭庆o電吸引，所以無方向性；且只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無飽和性。則彼此吸引，即無飽和性。（三）離子鍵的強(qiáng)度（三）離子鍵的強(qiáng)度1、鍵能和晶格能、鍵能和晶格能以以 NaCl 為例：為例：鍵能：鍵能：1mo

5、l 氣態(tài)氣態(tài) NaCl 分子，離解成氣體原子時(shí)，所吸收的能分子，離解成氣體原子時(shí)，所吸收的能量。用量。用E i 表示。表示。NaClg=Na+g+Clg H=鍵能鍵能E i越大，表示離子鍵越強(qiáng)。越大，表示離子鍵越強(qiáng)。晶格能：氣態(tài)的正負(fù)離子，結(jié)合成晶格能：氣態(tài)的正負(fù)離子，結(jié)合成 1mol NaCl 晶體時(shí)，放出的晶體時(shí)，放出的能量。用能量。用 U 表示。表示。Na+g+Clg=NaCls H=U（U為正值）為正值）晶格能晶格能 U 越大，則形成離子鍵時(shí)放出的能量越多，離子鍵越強(qiáng)。越大，則形成離子鍵時(shí)放出的能量越多，離子鍵越強(qiáng)。鍵能和晶格能，均能表示離子鍵的強(qiáng)度，而且大小關(guān)系一致。通常，鍵能和晶格

6、能，均能表示離子鍵的強(qiáng)度，而且大小關(guān)系一致。通常，晶格能比較常用。如何求得晶格能晶格能比較常用。如何求得晶格能?2、玻恩、玻恩-哈伯循環(huán)哈伯循環(huán)(Born-Haber Circulation)Born 和和 Haber 設(shè)計(jì)了一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程，從已知的熱力學(xué)數(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程，從已知的熱力學(xué)數(shù)據(jù)出發(fā)，計(jì)算晶格能。具體如下：據(jù)出發(fā)，計(jì)算晶格能。具體如下：由蓋斯定律：由蓋斯定律：H6=H1+H2+H3+H4+H5所以：所以：H5=H6（H1+H2+H3+H4）即：即：U=H1+H2+H3+H4H6 =108.8+119.7+496348.7+410.9=186.7 kJmol 1以上關(guān)系

7、稱為以上關(guān)系稱為Born-Haber循環(huán)循環(huán) 3、影響離子鍵強(qiáng)度的因素、影響離子鍵強(qiáng)度的因素 從離子鍵的實(shí)質(zhì)是靜電引力從離子鍵的實(shí)質(zhì)是靜電引力 F (q1q2)/r2出發(fā)，影響出發(fā)，影響 F 大小的因素有：離子的電荷數(shù)大小的因素有：離子的電荷數(shù)q 和離子之間的距離和離子之間的距離 r（與離子半（與離子半徑的大小相關(guān)）。徑的大小相關(guān)）。（1）離子電荷數(shù)的影響）離子電荷數(shù)的影響 電荷高，離子鍵強(qiáng)。電荷高，離子鍵強(qiáng)。（2）離子半徑的影響）離子半徑的影響 半徑小，則作用力大。半徑小，則作用力大。（3）離子半徑概念）離子半徑概念 將離子晶體中的離子看成是相切的球體，正負(fù)離子的核間將離子晶體中的離子看成是

8、相切的球體，正負(fù)離子的核間距距 d 是是r+和和r 之和。之和。1926年，哥德希密特（年，哥德希密特（Goldschmidt）用光學(xué)方法測(cè)定，）用光學(xué)方法測(cè)定，得到了得到了F 和和O2 的半徑，分別為的半徑，分別為133 pm 和和132 pm，結(jié)合，結(jié)合X射線射線衍射數(shù)據(jù)得到一系列離子半徑：這種半徑為哥德希密特半徑。衍射數(shù)據(jù)得到一系列離子半徑：這種半徑為哥德希密特半徑。1927年，年，Pauling 用最外層電子到核的距離，定義為離子半徑，用最外層電子到核的距離，定義為離子半徑，并利用有效核電荷等關(guān)系，求出一套離子半徑數(shù)據(jù)，稱為并利用有效核電荷等關(guān)系，求出一套離子半徑數(shù)據(jù)，稱為 Pauli

9、ng 半徑。半徑。（四）離子晶體的特點(diǎn)（四）離子晶體的特點(diǎn)1、無確定的分子量、無確定的分子量 NaCl 晶體是個(gè)大分子，無單獨(dú)的晶體是個(gè)大分子，無單獨(dú)的NaCl分子存在于分子中。分子存在于分子中。NaCl是化學(xué)式，因而是化學(xué)式，因而 58.5 是式量，不是分子量。是式量，不是分子量。2、導(dǎo)電性、導(dǎo)電性 水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電，是通過離子的定向遷移導(dǎo)電，而不是水溶液或熔融態(tài)導(dǎo)電，是通過離子的定向遷移導(dǎo)電，而不是通過電子流動(dòng)而導(dǎo)電。通過電子流動(dòng)而導(dǎo)電。3、熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高、熔點(diǎn)沸點(diǎn)較高4、硬度高，延展性差、硬度高，延展性差因離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高。如果發(fā)生位錯(cuò)：因離子鍵強(qiáng)度大，所以硬度高。如果發(fā)生位錯(cuò)：

10、發(fā)生錯(cuò)位，正正離子相切，負(fù)負(fù)離子相切，彼此排斥，離子發(fā)生錯(cuò)位，正正離子相切，負(fù)負(fù)離子相切，彼此排斥，離子鍵失去作用，故無延展性。如鍵失去作用，故無延展性。如CaCO3可用于雕刻，而不可用于可用于雕刻，而不可用于鍛造，即不具有延展性。鍛造，即不具有延展性。（五）離子晶體的空間結(jié)構(gòu)（五）離子晶體的空間結(jié)構(gòu)1、對(duì)稱性、對(duì)稱性（1）旋轉(zhuǎn)和對(duì)稱軸）旋轉(zhuǎn)和對(duì)稱軸 n重軸，重軸，360度旋轉(zhuǎn)，可以重復(fù)度旋轉(zhuǎn)，可以重復(fù)n次。次。（2）反映和對(duì)稱面晶體中可以找到對(duì)稱面。）反映和對(duì)稱面晶體中可以找到對(duì)稱面。（3）反映和對(duì)稱中心晶體中可以找到對(duì)稱中心。）反映和對(duì)稱中心晶體中可以找到對(duì)稱中心。2、晶胞、晶胞 晶胞是晶

11、體的代表，是晶體中的最小單位，晶胞并置起來，晶胞是晶體的代表，是晶體中的最小單位，晶胞并置起來，則得到晶體。晶胞的代表性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是代表晶體則得到晶體。晶胞的代表性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是代表晶體的化學(xué)組成；二是代表晶體的對(duì)稱性，即具有相同的對(duì)稱元素的化學(xué)組成；二是代表晶體的對(duì)稱性，即具有相同的對(duì)稱元素（對(duì)稱軸，對(duì)稱面和對(duì)稱中心）。晶胞是晶體中具有上述代表性（對(duì)稱軸，對(duì)稱面和對(duì)稱中心）。晶胞是晶體中具有上述代表性的體積最小，直角最多的平行六面體。的體積最小，直角最多的平行六面體。3、離子晶體的空間結(jié)構(gòu)、離子晶體的空間結(jié)構(gòu)（1）離子晶體的堆積填隙模型）離子晶體的堆積填隙模型 在離子晶

12、體中，占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)的是正離子和負(fù)離子，負(fù)離子在離子晶體中，占據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)的是正離子和負(fù)離子，負(fù)離子半徑一般比正離子大，因此負(fù)離子在占據(jù)空間方面起著主導(dǎo)作用。半徑一般比正離子大，因此負(fù)離子在占據(jù)空間方面起著主導(dǎo)作用。在簡(jiǎn)單的二元離子晶體中，負(fù)離子只有一種，可以認(rèn)為負(fù)離子按在簡(jiǎn)單的二元離子晶體中，負(fù)離子只有一種，可以認(rèn)為負(fù)離子按一定的方式堆積，而正離子填充在其間的空隙中。常見的負(fù)離子一定的方式堆積，而正離子填充在其間的空隙中。常見的負(fù)離子堆積方式有三種：立方密堆積或稱面心立方密堆積，六方密堆積堆積方式有三種：立方密堆積或稱面心立方密堆積，六方密堆積和簡(jiǎn)單立方堆積。最后一種不是密堆積，它的晶胞是立方體

13、，八和簡(jiǎn)單立方堆積。最后一種不是密堆積，它的晶胞是立方體，八個(gè)角頂上各有一個(gè)負(fù)離子。在立方密堆積和六方密堆積中有兩種個(gè)角頂上各有一個(gè)負(fù)離子。在立方密堆積和六方密堆積中有兩種空隙：一種是四個(gè)相鄰的負(fù)離子所包圍的空隙，稱為四面體空隙；空隙：一種是四個(gè)相鄰的負(fù)離子所包圍的空隙，稱為四面體空隙；一種是由六個(gè)相鄰的負(fù)離子所包圍的空隙，稱為八面體空隙。這一種是由六個(gè)相鄰的負(fù)離子所包圍的空隙，稱為八面體空隙。這兩種密堆積結(jié)構(gòu)中，負(fù)離子數(shù)八面體空隙數(shù)四面體空隙數(shù)兩種密堆積結(jié)構(gòu)中，負(fù)離子數(shù)八面體空隙數(shù)四面體空隙數(shù)=112。在簡(jiǎn)單立方堆積中，只有一種空隙，即由八個(gè)相鄰的負(fù)。在簡(jiǎn)單立方堆積中，只有一種空隙，即由八個(gè)

14、相鄰的負(fù)離子離子 所包圍的立方體空隙，而負(fù)離子數(shù)立方體空隙數(shù)所包圍的立方體空隙，而負(fù)離子數(shù)立方體空隙數(shù)=11。正負(fù)離子配位數(shù)（正負(fù)離子配位數(shù)（CN）一般可由正負(fù)離子半徑比規(guī)則確定：）一般可由正負(fù)離子半徑比規(guī)則確定：r+/r=0.225 0.414時(shí)，時(shí)，CN為為4；r+/r=0.414 0.732時(shí)，時(shí)，CN為為6；r+/r=0.732 1時(shí)，時(shí)，CN為為8。結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式組成比組成比負(fù)離子堆積方式負(fù)離子堆積方式+/_正離子占據(jù)正離子占據(jù)空隙種類空隙種類正離子占據(jù)正離子占據(jù)空隙分?jǐn)?shù)空隙分?jǐn)?shù)NaCl型型11立方密堆積立方密堆積66八面體空隙八面體空隙1CsCl型型11簡(jiǎn)單立方堆積簡(jiǎn)單立方堆積8

15、8立方體空隙立方體空隙1立方立方ZnS型型11立方密堆積立方密堆積44四面體空隙四面體空隙1/2六方六方ZnS型型11六方密堆積六方密堆積44四面體空隙四面體空隙1/2CaF2型型12簡(jiǎn)單立方堆積簡(jiǎn)單立方堆積84立方體空隙立方體空隙1/2金紅石型金紅石型12（假）六方密堆積（假）六方密堆積63八面體空隙八面體空隙1/2（2）立方晶系）立方晶系A(chǔ)B型離子晶體的空間結(jié)構(gòu)型離子晶體的空間結(jié)構(gòu) 晶胞的平行六面體是正六面體時(shí)，我們稱它屬于立方晶系，晶胞的平行六面體是正六面體時(shí)，我們稱它屬于立方晶系，用來表示平行六面體的三度的三個(gè)軸，稱為晶軸，三個(gè)晶軸的長(zhǎng)用來表示平行六面體的三度的三個(gè)軸，稱為晶軸，三個(gè)晶

16、軸的長(zhǎng)度分別用度分別用a、b、c表示，三個(gè)晶軸之間的夾角分別用表示，三個(gè)晶軸之間的夾角分別用、表示。表示。立方晶系的正六面體晶胞的特點(diǎn)是：立方晶系的正六面體晶胞的特點(diǎn)是：按按a、b、c以及以及、之間的關(guān)系不同，分為之間的關(guān)系不同，分為7大晶系，大晶系，我們討論的我們討論的AB型晶體指正負(fù)離子數(shù)目相同，包括型晶體指正負(fù)離子數(shù)目相同，包括NaCl、CsCl、ZnS。首先看。首先看NaCl的晶胞：的晶胞：組成具有代表性，對(duì)稱性（軸、面、中心）也與晶體相同，所以組成具有代表性，對(duì)稱性（軸、面、中心）也與晶體相同，所以乙為乙為NaCl的晶胞。觀察配位數(shù)：最近層的異號(hào)離子有的晶胞。觀察配位數(shù)：最近層的異號(hào)

17、離子有4個(gè)，故配位個(gè)，故配位數(shù)為數(shù)為6；觀察晶胞類型：看空心圓點(diǎn)，正六面體的八個(gè)頂點(diǎn)及六個(gè)；觀察晶胞類型：看空心圓點(diǎn)，正六面體的八個(gè)頂點(diǎn)及六個(gè)面的面心各有一個(gè)，所以為面心立方晶系。面的面心各有一個(gè)，所以為面心立方晶系。再看再看CsCl的晶胞：的晶胞：組成和對(duì)稱性均有代表性。為簡(jiǎn)單立方晶胞，配位數(shù)為組成和對(duì)稱性均有代表性。為簡(jiǎn)單立方晶胞，配位數(shù)為8。ZnS的晶胞：的晶胞：組成和對(duì)稱性均有代表性?？纯招膱A點(diǎn)，除了立方體的頂點(diǎn)的組成和對(duì)稱性均有代表性?？纯招膱A點(diǎn)，除了立方體的頂點(diǎn)的8個(gè)，面中心個(gè)，面中心6個(gè)，也為面心立方，配位數(shù)為個(gè)，也為面心立方，配位數(shù)為4?？傊⒎骄涤锌傊?，立方晶系有 3 種

18、類型晶胞，面心立方、簡(jiǎn)單立方、體心立方。四方晶系，種類型晶胞，面心立方、簡(jiǎn)單立方、體心立方。四方晶系，2 種，種，正交晶系，正交晶系，4 種等，共有種等，共有14種類型的晶胞。種類型的晶胞。4、配位數(shù)與、配位數(shù)與 r+/r 的關(guān)系的關(guān)系 NaCl 六配體，六配體，CsCl八配體，八配體，ZnS 四配體，均為四配體，均為AB型晶體，型晶體，為何配位數(shù)不同為何配位數(shù)不同?（1）離子晶體穩(wěn)定存在的條件）離子晶體穩(wěn)定存在的條件（2）r+/r 與配位數(shù)與配位數(shù)0.2250.414 4配位配位 ZnS式晶體結(jié)構(gòu)式晶體結(jié)構(gòu)0.4140.732 6配位配位 NaCl式晶體結(jié)構(gòu)式晶體結(jié)構(gòu)0.7321.000 8

19、配位配位 CsCl式晶體結(jié)構(gòu)式晶體結(jié)構(gòu)且且r+再增大，則達(dá)到再增大，則達(dá)到12 配位；配位；r-再減小，則達(dá)到再減小，則達(dá)到3配位。配位。注意：討論中將離子視為剛性球體，為參考數(shù)據(jù)。我們可以用離注意：討論中將離子視為剛性球體，為參考數(shù)據(jù)。我們可以用離子間的半徑比值去判斷配位數(shù)。子間的半徑比值去判斷配位數(shù)。二、金屬鍵理論二、金屬鍵理論（一）金屬鍵的改性共價(jià)鍵理論（一）金屬鍵的改性共價(jià)鍵理論 金屬鍵的形象說法：金屬鍵的形象說法：“失去電子的金屬離子浸在自由電子的失去電子的金屬離子浸在自由電子的海洋中海洋中”。金屬離子通過吸引自由電子聯(lián)系在一起，形成金屬晶。金屬離子通過吸引自由電子聯(lián)系在一起，形成金

20、屬晶體，這就是金屬鍵。體，這就是金屬鍵。金屬鍵無方向性，無固定的鍵能，金屬鍵的強(qiáng)弱和自由電子金屬鍵無方向性，無固定的鍵能，金屬鍵的強(qiáng)弱和自由電子的多少有關(guān)，也和離子半徑、電子層結(jié)構(gòu)等其它許多因素有關(guān)，的多少有關(guān)，也和離子半徑、電子層結(jié)構(gòu)等其它許多因素有關(guān)，很復(fù)雜。金屬鍵的強(qiáng)弱可以用金屬原子化熱等來衡量。金屬原子很復(fù)雜。金屬鍵的強(qiáng)弱可以用金屬原子化熱等來衡量。金屬原子化熱是指化熱是指 1mol 金屬變成氣態(tài)原子所需要的熱量。金屬原子化熱金屬變成氣態(tài)原子所需要的熱量。金屬原子化熱數(shù)值小時(shí)，其熔點(diǎn)低，質(zhì)地軟；反之，則熔點(diǎn)高，硬度大。數(shù)值小時(shí)，其熔點(diǎn)低，質(zhì)地軟；反之，則熔點(diǎn)高，硬度大。金屬可以吸收波長(zhǎng)

21、范圍極廣的光，并重新反射出，故金屬晶金屬可以吸收波長(zhǎng)范圍極廣的光，并重新反射出，故金屬晶體不透明，且有金屬光澤。在外電壓的作用下，自由電子可以定體不透明，且有金屬光澤。在外電壓的作用下，自由電子可以定向移動(dòng)，故有導(dǎo)電性。受熱時(shí)通過自由電子的碰撞及其與金屬離向移動(dòng)，故有導(dǎo)電性。受熱時(shí)通過自由電子的碰撞及其與金屬離子之間的碰撞，傳遞能量，故金屬是熱的良導(dǎo)體。子之間的碰撞，傳遞能量，故金屬是熱的良導(dǎo)體。金屬受外力發(fā)生變形時(shí)，金屬鍵不被破壞，故金屬有很好金屬受外力發(fā)生變形時(shí)，金屬鍵不被破壞，故金屬有很好的延展性，與離子晶體的情況相反。的延展性，與離子晶體的情況相反。（二）金屬晶體的密堆積結(jié)構(gòu)（二）金屬

22、晶體的密堆積結(jié)構(gòu) 金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的，下面的剛性金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的，下面的剛性球模型來討論堆積方式。在一個(gè)層中，最緊密的堆積方式是，球模型來討論堆積方式。在一個(gè)層中，最緊密的堆積方式是，一個(gè)球與周圍一個(gè)球與周圍 6 個(gè)球相切，在中心的周圍形成個(gè)球相切，在中心的周圍形成 6 個(gè)凹位，將其個(gè)凹位，將其算為第一層。第二層對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)λ銥榈谝粚?。第二層?duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)準(zhǔn)1、3、5 位（若對(duì)準(zhǔn)位（若對(duì)準(zhǔn)2、4、6 位，其情形是一樣的）。位，其情形是一樣的）。關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，可以有兩種最緊密的堆關(guān)鍵是第三

23、層，對(duì)第一、二層來說，可以有兩種最緊密的堆積方式。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球，于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周積方式。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球，于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即期，即 ABAB 堆積方式，形成六方緊密堆積，配位數(shù)堆積方式，形成六方緊密堆積，配位數(shù)12（同層（同層 6，上下各上下各 3）。此種六方緊密堆積的前視圖：）。此種六方緊密堆積的前視圖：另一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的另一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2、4、6 位，不同于位，不同于 AB 兩層的兩層的位置，這是位置，這是 C 層。第四層再排層。第四層再排 A，于是形成，于是形成 ABCABC 三層一個(gè)三層一個(gè)周期。得到面心立方堆積，配位數(shù)周期。得到面心

24、立方堆積，配位數(shù) 12。這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為 74.05%。還有一種空間利用率稍低的堆積方式，立方體心堆積。立方還有一種空間利用率稍低的堆積方式，立方體心堆積。立方體體 8 個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置上的球相切，配位但均與體心位置上的球相切，配位數(shù)數(shù) 8，空間利用率為，空間利用率為 68.02%。（三）金屬鍵的能帶理論（三）金屬鍵的能帶理論.1、理論要點(diǎn)：、理論要點(diǎn)：（1）電子是離域的）電子是離域的 所有電子屬于金屬晶體，或說為整個(gè)金屬大分子所共有，不所有電子屬于金屬晶體，或說為整個(gè)金屬大分子所共有，不再屬

25、于哪個(gè)原子。我們稱電子是離域的。再屬于哪個(gè)原子。我們稱電子是離域的。（2）組成金屬能帶（）組成金屬能帶（Energy Band）Na2 有分子軌道：有分子軌道：Na 晶體中，晶體中，n個(gè)個(gè)3s 軌道組成軌道組成 n條分子軌道，這條分子軌道，這n 條分子軌道條分子軌道之間能量差小，由于躍遷所需能量小，這些能量相近的能級(jí)組成之間能量差小，由于躍遷所需能量小，這些能量相近的能級(jí)組成能帶。能帶的能量范圍很寬能帶。能帶的能量范圍很寬,有時(shí)可達(dá)數(shù)百有時(shí)可達(dá)數(shù)百 kJmol 1。能帶如下。能帶如下圖：圖：（4）能帶重疊）能帶重疊2、金屬的物理性質(zhì)、金屬的物理性質(zhì)（1）導(dǎo)電性）導(dǎo)電性 導(dǎo)電的能帶有兩種情形，一

26、種是有導(dǎo)帶，另一種是滿帶和空帶導(dǎo)電的能帶有兩種情形，一種是有導(dǎo)帶，另一種是滿帶和空帶有部分重疊。如有部分重疊。如 Be，也有滿帶電子躍遷，進(jìn)入空帶中，形成導(dǎo)帶，也有滿帶電子躍遷，進(jìn)入空帶中，形成導(dǎo)帶，使金屬晶體導(dǎo)電。使金屬晶體導(dǎo)電。沒有導(dǎo)帶，且滿帶和空帶之間的禁帶沒有導(dǎo)帶，且滿帶和空帶之間的禁帶 E 5eV，電子難以躍遷，電子難以躍遷，則為絕緣帶；若禁帶的則為絕緣帶；若禁帶的 E 3eV，在外界能量激發(fā)下，看作可以穿，在外界能量激發(fā)下，看作可以穿越禁帶進(jìn)入空帶，以至于能導(dǎo)電，則為半導(dǎo)體。越禁帶進(jìn)入空帶，以至于能導(dǎo)電，則為半導(dǎo)體。（2）其它物理性質(zhì)）其它物理性質(zhì) 金屬光澤：電子在能帶中躍遷，能量

27、變化的覆蓋范圍相當(dāng)廣泛，金屬光澤：電子在能帶中躍遷，能量變化的覆蓋范圍相當(dāng)廣泛，放出各種波長(zhǎng)的光，故大多數(shù)金屬呈銀白色。放出各種波長(zhǎng)的光，故大多數(shù)金屬呈銀白色。延展性：受外力時(shí)，金屬能帶不受破壞。延展性：受外力時(shí)，金屬能帶不受破壞。熔點(diǎn)和硬度：一般說金屬單電子多時(shí)，金屬鍵強(qiáng)，熔點(diǎn)高，硬熔點(diǎn)和硬度：一般說金屬單電子多時(shí)，金屬鍵強(qiáng)，熔點(diǎn)高，硬度大。如度大。如 W和和Re，m.p.達(dá)達(dá) 3500K，K 和和 Na 單電子少，金屬鍵弱，單電子少，金屬鍵弱，熔點(diǎn)低，硬度小。熔點(diǎn)低，硬度小。金屬能帶理論中，成鍵的實(shí)質(zhì)是，電子填充在低能量的能級(jí)中，金屬能帶理論中，成鍵的實(shí)質(zhì)是，電子填充在低能量的能級(jí)中，使晶

28、體的能量低于金屬原子單獨(dú)存在時(shí)的能量總和。金屬能帶理論使晶體的能量低于金屬原子單獨(dú)存在時(shí)的能量總和。金屬能帶理論屬于分子軌道理論的范疇。屬于分子軌道理論的范疇。二、分子間作用力二、分子間作用力（一）極性分子和非極性分子（一）極性分子和非極性分子1、極性分子和非極性分子、極性分子和非極性分子 雙原子分子的極性大小可由鍵矩決定。雙原子分子的極性大小可由鍵矩決定。在多原子分子中，分子的極性和鍵的極性有時(shí)并不一致，如在多原子分子中，分子的極性和鍵的極性有時(shí)并不一致，如果組成分子的化學(xué)鍵都是非極性鍵，分子也沒有極性，但在組成果組成分子的化學(xué)鍵都是非極性鍵，分子也沒有極性，但在組成分子的化學(xué)鍵為極性鍵時(shí)，

29、分子的極性就要取決于它的空間構(gòu)型。分子的化學(xué)鍵為極性鍵時(shí)，分子的極性就要取決于它的空間構(gòu)型。如在如在CO2分子中，氧的電負(fù)性大于碳，在分子中，氧的電負(fù)性大于碳，在CO鍵中，共用電子對(duì)鍵中，共用電子對(duì)偏向氧，偏向氧，CO是極性鍵，但由于是極性鍵，但由于CO2分子的空間結(jié)構(gòu)是直線型對(duì)分子的空間結(jié)構(gòu)是直線型對(duì)稱的（稱的（O=C=O），兩個(gè)），兩個(gè)CO鍵的極性相互抵消，其正負(fù)電荷中鍵的極性相互抵消，其正負(fù)電荷中心重合，因此心重合，因此CO2是非極性分子。同樣，在是非極性分子。同樣，在CCl4中雖然中雖然CCl鍵有鍵有極性，但分子為對(duì)稱的四面體空間構(gòu)型，分子沒有極性，我們可極性，但分子為對(duì)稱的四面體空間

30、構(gòu)型，分子沒有極性，我們可把鍵矩看成一個(gè)矢量，分子的極性取決于各鍵矢量加合的結(jié)果。把鍵矩看成一個(gè)矢量，分子的極性取決于各鍵矢量加合的結(jié)果。分子的偶極矩是衡量分子極性大小的物理量，分子偶極矩的分子的偶極矩是衡量分子極性大小的物理量，分子偶極矩的數(shù)據(jù)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。數(shù)據(jù)可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。2、永久偶極、誘導(dǎo)偶極和瞬時(shí)偶極、永久偶極、誘導(dǎo)偶極和瞬時(shí)偶極（1）永久偶極）永久偶極 極性分子的固有偶極稱永久偶極。極性分子的固有偶極稱永久偶極。（2）誘導(dǎo)偶極和瞬時(shí)偶極）誘導(dǎo)偶極和瞬時(shí)偶極 非極性分子在外電場(chǎng)的作用下，可以變成具有一定偶極的極非極性分子在外電場(chǎng)的作用下，可以變成具有一定偶極的極性分子，而極性分子在外電

31、場(chǎng)作用下，其偶極也可以增大。在電性分子，而極性分子在外電場(chǎng)作用下，其偶極也可以增大。在電場(chǎng)的影響下產(chǎn)生的偶極稱為誘導(dǎo)偶極。場(chǎng)的影響下產(chǎn)生的偶極稱為誘導(dǎo)偶極。誘導(dǎo)偶極用誘導(dǎo)偶極用表示，其強(qiáng)度大小和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，也和分表示，其強(qiáng)度大小和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，也和分子的變形性成正比。所謂分子的變形性，即為分子的正負(fù)電重心子的變形性成正比。所謂分子的變形性，即為分子的正負(fù)電重心的可分程度，分子體積越大，電子越多，變形性越大。的可分程度，分子體積越大，電子越多，變形性越大。非極性分子無外電場(chǎng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)、碰撞，原子核和電子的非極性分子無外電場(chǎng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)、碰撞，原子核和電子的相對(duì)位置變化，其正負(fù)電重心可有瞬

32、間的不重合；極性分子也會(huì)相對(duì)位置變化，其正負(fù)電重心可有瞬間的不重合；極性分子也會(huì)由于上述原因改變正負(fù)電重心。這種由于分子在一瞬間正負(fù)電重由于上述原因改變正負(fù)電重心。這種由于分子在一瞬間正負(fù)電重心不重合而造成的偶極叫瞬間偶極。瞬間偶極和分子的變形性大心不重合而造成的偶極叫瞬間偶極。瞬間偶極和分子的變形性大小有關(guān)。小有關(guān)。3、分子間作用力（范德華力）、分子間作用力（范德華力）分子間存在的一種較弱的相互作用。其結(jié)合力大約只有幾個(gè)分子間存在的一種較弱的相互作用。其結(jié)合力大約只有幾個(gè)到幾十個(gè)到幾十個(gè)kJmol-1。比化學(xué)鍵的鍵能小。比化學(xué)鍵的鍵能小12個(gè)數(shù)量級(jí)。氣體分子能個(gè)數(shù)量級(jí)。氣體分子能凝聚成液體或

33、固體，主要就是靠這種分子間作用力。凝聚成液體或固體，主要就是靠這種分子間作用力。范德華力包括：范德華力包括：（1）取向力）取向力極性分子之間靠永久偶極與永久偶極作用稱為極性分子之間靠永久偶極與永久偶極作用稱為取向力。僅存在于極性分子之間，且取向力。僅存在于極性分子之間，且F 2。（2）誘導(dǎo)力）誘導(dǎo)力誘導(dǎo)偶極與永久偶極作用稱為誘導(dǎo)力。極性分誘導(dǎo)偶極與永久偶極作用稱為誘導(dǎo)力。極性分子作用為電場(chǎng)，使非極性分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極或使極性分子的偶極子作用為電場(chǎng)，使非極性分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極或使極性分子的偶極增大增大(也產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極也產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極)，這時(shí)誘導(dǎo)偶極與永久偶極之間形成誘導(dǎo)力，這時(shí)誘導(dǎo)偶極與永久偶極之間形

34、成誘導(dǎo)力，因此誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間，也存在于極性分因此誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間，也存在于極性分子與極性分子之間。子與極性分子之間。（3）色散力）色散力瞬間偶極與瞬間偶極之間有色散力。由于各種瞬間偶極與瞬間偶極之間有色散力。由于各種分子均有瞬間偶極，故色散力存在于極性分子與極性分子、極性分子均有瞬間偶極，故色散力存在于極性分子與極性分子、極性分子與非極性分子及非極性分子與非極性分子之間。色散力不僅分子與非極性分子及非極性分子與非極性分子之間。色散力不僅存在廣泛，而且在分子間力中，色散力經(jīng)常是重要的。存在廣泛，而且在分子間力中，色散力經(jīng)常是重要的。取向力、誘導(dǎo)力和色散力

35、統(tǒng)稱范德華力取向力、誘導(dǎo)力和色散力統(tǒng)稱范德華力,它具有以下的共性它具有以下的共性:（1）它是永遠(yuǎn)存在于分子之間的一種作用力。）它是永遠(yuǎn)存在于分子之間的一種作用力。（2）它是弱的作用力（幾個(gè)）它是弱的作用力（幾個(gè)幾十個(gè)幾十個(gè)kJmol-1）。）。（3）它沒有方向性和飽和性。）它沒有方向性和飽和性。（4）范德華力的作用范圍約只有幾個(gè)）范德華力的作用范圍約只有幾個(gè)pm。（5）分子間的三種作用力。其中對(duì)大多數(shù)分子來說色散力是主）分子間的三種作用力。其中對(duì)大多數(shù)分子來說色散力是主要的，水分子除外。要的，水分子除外。分子分子取向力取向力誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力色散力色散力總和總和Ar0.0000.0008.498.4

36、9CO0.00290.00848.748.75HI0.0250.113025.8625.98HBr0.6860.50221.9223.09HCl3.3051.00416.8221.13NH313.311.54814.9429.58H2O36.381.9298.99647.28（二）氫鍵（二）氫鍵1、氫鍵的形成、氫鍵的形成 氫鍵的生成，主要是由偶極與偶極之間的靜電吸引作用。當(dāng)氫鍵的生成，主要是由偶極與偶極之間的靜電吸引作用。當(dāng)氫原子與電負(fù)性甚強(qiáng)的原子（如氫原子與電負(fù)性甚強(qiáng)的原子（如A）結(jié)合時(shí)，因極化效應(yīng)，其鍵間）結(jié)合時(shí)，因極化效應(yīng)，其鍵間的電荷分布不均，氫原子變成近乎氫正離子狀態(tài)。此時(shí)再與另一的

37、電荷分布不均，氫原子變成近乎氫正離子狀態(tài)。此時(shí)再與另一電負(fù)性甚強(qiáng)的原子（如電負(fù)性甚強(qiáng)的原子（如B）相遇時(shí)，即發(fā)生靜電吸引。因此結(jié)合可）相遇時(shí)，即發(fā)生靜電吸引。因此結(jié)合可視為以視為以H離子為橋梁而形成的，故稱為氫鍵。如下式中虛線所示。離子為橋梁而形成的，故稱為氫鍵。如下式中虛線所示。AH-B 其中其中A、B是氧、氮或氟等電負(fù)性大且原子半徑比較小的原是氧、氮或氟等電負(fù)性大且原子半徑比較小的原子。子。生成氫鍵時(shí)，給出氫原子的生成氫鍵時(shí)，給出氫原子的AH基叫做氫給予基，與氫原子基叫做氫給予基，與氫原子配位的電負(fù)性較大的原子配位的電負(fù)性較大的原子B或基叫氫接受基，具有氫給予基的分子或基叫氫接受基，具有氫

38、給予基的分子叫氫給予體。把氫鍵看作是由叫氫給予體。把氫鍵看作是由B給出電子向給出電子向H配對(duì)，電子給予體配對(duì)，電子給予體B是氫接受體，電子接受體是氫接受體，電子接受體AH是氫給予體。是氫給予體。氫鍵的形成，既可以是一個(gè)分子在其分子內(nèi)形成，也可以是氫鍵的形成，既可以是一個(gè)分子在其分子內(nèi)形成，也可以是兩個(gè)或多個(gè)分子在其分子間形成。例如：水揚(yáng)醛在其分子內(nèi)形成兩個(gè)或多個(gè)分子在其分子間形成。例如：水揚(yáng)醛在其分子內(nèi)形成了氫鍵，而氟化氫和甲醇則是在其分子之間形成氫鍵。了氫鍵，而氟化氫和甲醇則是在其分子之間形成氫鍵。一般來說，分子內(nèi)氫鍵在非極性溶劑的稀溶液里也能存在，而一般來說，分子內(nèi)氫鍵在非極性溶劑的稀溶液

39、里也能存在，而分子間氫鍵幾乎不能存在。因?yàn)樵诤芟〉娜芤豪铮瑑蓚€(gè)或兩個(gè)以上分子間氫鍵幾乎不能存在。因?yàn)樵诤芟〉娜芤豪?，兩個(gè)或兩個(gè)以上分子靠近是比較困難的，溶液越稀越困難，所以很難形成分子間氫分子靠近是比較困難的，溶液越稀越困難，所以很難形成分子間氫鍵。鍵。一般認(rèn)為，在氫鍵一般認(rèn)為，在氫鍵AH-B中，中，AH鍵基本上是共價(jià)鍵，而鍵基本上是共價(jià)鍵，而H-B鍵則是一種較弱的有方向性的范德華引力。因?yàn)樵渔I則是一種較弱的有方向性的范德華引力。因?yàn)樵覣的電負(fù)的電負(fù)性較大，所以性較大，所以AH的偶極距比較大，使氫原子帶有部分正電荷，的偶極距比較大，使氫原子帶有部分正電荷，而氫原于又沒有內(nèi)層電子，同時(shí)原子半

40、徑（約而氫原于又沒有內(nèi)層電子，同時(shí)原子半徑（約30pm）又很小，因）又很小，因而可以允許另一個(gè)帶有部分負(fù)電何的原子而可以允許另一個(gè)帶有部分負(fù)電何的原子B來充分接近它，從而產(chǎn)來充分接近它，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引作用，形成氫鍵。生強(qiáng)烈的靜電吸引作用，形成氫鍵。2、氫鍵的飽和性和方向性、氫鍵的飽和性和方向性 氫鍵不同于范德華引力，它具有飽和性和方向性。由于氫原氫鍵不同于范德華引力，它具有飽和性和方向性。由于氫原子特別小而原子子特別小而原子A和和B比較大，所以比較大，所以AH中的氫原子只能和一個(gè)中的氫原子只能和一個(gè)B原子結(jié)合形成氫鍵。同時(shí)由于負(fù)離子之間的相互排斥，另一個(gè)原子結(jié)合形成氫鍵。同時(shí)由于負(fù)離子

41、之間的相互排斥，另一個(gè)電負(fù)性大的原子電負(fù)性大的原子B就難于再接近氫原子。這就是氫鍵的飽和性。就難于再接近氫原子。這就是氫鍵的飽和性。氫鍵具有方向性則是由于電偶極矩氫鍵具有方向性則是由于電偶極矩AH與原于與原于B的相互作用，的相互作用，只有當(dāng)只有當(dāng)AH-B在同一條直線上時(shí)最強(qiáng)，同時(shí)原子在同一條直線上時(shí)最強(qiáng)，同時(shí)原子B一般含有未一般含有未共用電子對(duì)，在可能范圍內(nèi)氫鍵的方向和未共用電子對(duì)的對(duì)稱軸共用電子對(duì)，在可能范圍內(nèi)氫鍵的方向和未共用電子對(duì)的對(duì)稱軸一致，這樣可使原于一致，這樣可使原于B中負(fù)電荷分布最多的部分最接近氫原子，中負(fù)電荷分布最多的部分最接近氫原子，這樣形成的氫鍵最穩(wěn)定。這樣形成的氫鍵最穩(wěn)定

42、。3、影響氫鍵強(qiáng)弱的因素、影響氫鍵強(qiáng)弱的因素 不難看出，氫鍵的強(qiáng)弱與原子不難看出，氫鍵的強(qiáng)弱與原子A與與B的電負(fù)性大小有關(guān)。的電負(fù)性大小有關(guān)。A、B的電負(fù)性越大，則氫鍵越強(qiáng)；另外也與原子的電負(fù)性越大，則氫鍵越強(qiáng)；另外也與原子B的半徑大小有關(guān)，的半徑大小有關(guān)，即原子即原子B的半徑越小別越容易接近的半徑越小別越容易接近HA中的氫原子，因此氫鍵越中的氫原子，因此氫鍵越強(qiáng)，例如：氟原子的電負(fù)性最大而半徑很小，所以氫鍵中的強(qiáng)，例如：氟原子的電負(fù)性最大而半徑很小，所以氫鍵中的FH-F是最強(qiáng)的氫鍵。在是最強(qiáng)的氫鍵。在FH、OH、NH、CH系列中，形系列中，形成氫鍵的能力隨著與氫原子相結(jié)合的原子的電負(fù)性的降低

43、而遞降。成氫鍵的能力隨著與氫原子相結(jié)合的原子的電負(fù)性的降低而遞降。碳原子的電負(fù)性很小，碳原子的電負(fù)性很小，CH一般不能形成氫鍵，但在一般不能形成氫鍵，但在HCN或或HCCl3等中，由于氮原子和氯原子的影響，使碳原子的電負(fù)性增等中，由于氮原子和氯原子的影響，使碳原子的電負(fù)性增大，這時(shí)也可以形成氫鏈。例如大，這時(shí)也可以形成氫鏈。例如HCN的分子之間可以生成氫鍵，的分子之間可以生成氫鍵，三氯甲烷和丙酮之間也能生成氫鍵：三氯甲烷和丙酮之間也能生成氫鍵：4、氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響、氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響 氫鍵是一種很強(qiáng)的力，若在晶體內(nèi)分子之間形成氫鍵，則晶氫鍵是一種很強(qiáng)的力，若在晶體內(nèi)分子之間形成氫鍵，則晶

44、體變硬，同時(shí)熔點(diǎn)有升高的傾向，分子間以氫鍵相連的化合物，體變硬，同時(shí)熔點(diǎn)有升高的傾向，分子間以氫鍵相連的化合物，其晶體的硬度和熔點(diǎn)介于離子晶體和由色散力形成的晶體之間。其晶體的硬度和熔點(diǎn)介于離子晶體和由色散力形成的晶體之間。對(duì)于液體，分子間氫鍵使液體的粘度和表面張力增加，沸點(diǎn)升高。對(duì)于液體，分子間氫鍵使液體的粘度和表面張力增加，沸點(diǎn)升高。當(dāng)分子能與水形成分子間氫鍵時(shí)，則該分子易溶于水。若分子能當(dāng)分子能與水形成分子間氫鍵時(shí)，則該分子易溶于水。若分子能形成分子內(nèi)氫鍵時(shí)，則與水難于形成分子間氫鍵，因而這種分子形成分子內(nèi)氫鍵時(shí)，則與水難于形成分子間氫鍵，因而這種分子難溶于水。同樣由于分子形成分子內(nèi)氫鍵

45、，分子之間不再締合而難溶于水。同樣由于分子形成分子內(nèi)氫鍵，分子之間不再締合而凝聚力較小，因此這種化合物容易氣化，沸點(diǎn)偏低。例如，硝基凝聚力較小，因此這種化合物容易氣化，沸點(diǎn)偏低。例如，硝基苯酚的三個(gè)異構(gòu)體，其中鄰硝基苯酚生成分子內(nèi)氫鍵，不能再與苯酚的三個(gè)異構(gòu)體，其中鄰硝基苯酚生成分子內(nèi)氫鍵，不能再與其它鄰硝基苯酚分子和水分子生成分子間氫鍵，因此鄰硝基苯酚其它鄰硝基苯酚分子和水分子生成分子間氫鍵，因此鄰硝基苯酚容易揮發(fā)且不溶于水，間和對(duì)硝基苯酚不僅分子之間能生成氫鍵，容易揮發(fā)且不溶于水，間和對(duì)硝基苯酚不僅分子之間能生成氫鍵，且與水分子之間也能生成氫鍵。由于分子間氫鍵能夠降低物質(zhì)的且與水分子之間也

46、能生成氫鍵。由于分子間氫鍵能夠降低物質(zhì)的蒸氣壓，利用它們的這種差別，可用水蒸汽蒸餾方法將鄰位異構(gòu)蒸氣壓，利用它們的這種差別，可用水蒸汽蒸餾方法將鄰位異構(gòu)體與間、對(duì)位異構(gòu)體分開。體與間、對(duì)位異構(gòu)體分開。【例題【例題1】：實(shí)驗(yàn)測(cè)得石墨、苯、乙烯分子中】：實(shí)驗(yàn)測(cè)得石墨、苯、乙烯分子中CC鍵鍵長(zhǎng)依次為鍵鍵長(zhǎng)依次為142、140、133 pm。請(qǐng)對(duì)上述系列中鍵長(zhǎng)依次遞減的現(xiàn)象作出。請(qǐng)對(duì)上述系列中鍵長(zhǎng)依次遞減的現(xiàn)象作出合理的解釋。合理的解釋。【解析】：從石墨、苯、乙烯的分子結(jié)構(gòu)可知：【解析】：從石墨、苯、乙烯的分子結(jié)構(gòu)可知：石墨中石墨中1個(gè)個(gè)CC鍵平均有鍵平均有0.67個(gè)個(gè)電子；電子；苯分子中苯分子中1個(gè)

47、個(gè)CC鍵平均有鍵平均有1個(gè)個(gè)電子；電子；乙烯分子中乙烯分子中1個(gè)個(gè)CC鍵有鍵有2個(gè)個(gè)電子：電子：由于由于電子從電子從0.67、1增大到增大到2，所以鍵長(zhǎng)縮短。，所以鍵長(zhǎng)縮短。【例題【例題2 2】：】：X衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得，金屬銀屬于立方晶系，它的晶胞衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得，金屬銀屬于立方晶系，它的晶胞參數(shù)參數(shù)a=408 pm；又用比重瓶測(cè)出金屬銀的密度；又用比重瓶測(cè)出金屬銀的密度d=10.6 g/cm3。問。問金屬銀的點(diǎn)陣類型。金屬銀的點(diǎn)陣類型。【解析】：【解析】：晶胞體積晶胞體積 V=(408pm)3晶胞的質(zhì)量晶胞的質(zhì)量 m=10.6g/cm3(4.08108cm)3設(shè)晶胞含有設(shè)晶胞含有 x個(gè)銀原子，質(zhì)量為

48、個(gè)銀原子，質(zhì)量為x107.9/6.0221023x107.96g/6.0221023=10.6g/cm3 (4.08108cm)3 x=4.02因此，銀的點(diǎn)陣類型屬于面心立方點(diǎn)陣。因此，銀的點(diǎn)陣類型屬于面心立方點(diǎn)陣?！纠}【例題3】：某同學(xué)在學(xué)習(xí)等徑球最密堆積（立方最密堆積】：某同學(xué)在學(xué)習(xí)等徑球最密堆積（立方最密堆積A1和和六方最密堆積六方最密堆積A3）后，提出了另一種最密堆積形式）后，提出了另一種最密堆積形式Ax。如右圖所。如右圖所示為示為Ax 堆積的片層形式，然后第二層就堆積在第一層的空隙上。堆積的片層形式，然后第二層就堆積在第一層的空隙上。請(qǐng)根據(jù)請(qǐng)根據(jù)Ax 的堆積形式回答：的堆積形式回答

49、：（1）計(jì)算在片層結(jié)構(gòu)中球數(shù)、空隙數(shù)和切點(diǎn)數(shù)之比）計(jì)算在片層結(jié)構(gòu)中球數(shù)、空隙數(shù)和切點(diǎn)數(shù)之比 （2）在）在Ax 堆積中將會(huì)形成正八面體空隙和正四面體空隙。請(qǐng)堆積中將會(huì)形成正八面體空隙和正四面體空隙。請(qǐng)?jiān)谄瑢訄D中畫出正八面體空隙（在片層圖中畫出正八面體空隙（表示）和正四面體空隙（表示）和正四面體空隙（表示）表示）的投影，并確定球數(shù)、正八面體空隙數(shù)和正四面體空隙數(shù)之比的投影，并確定球數(shù)、正八面體空隙數(shù)和正四面體空隙數(shù)之比 （3）指出）指出Ax 堆積中小球的配位數(shù)堆積中小球的配位數(shù) （4）計(jì)算）計(jì)算Ax 堆積的原子空間利用率。堆積的原子空間利用率。（5）計(jì)算正八面體和正四面體空隙半徑（小球的最大半徑）

50、計(jì)算正八面體和正四面體空隙半徑（小球的最大半徑r）。）。（6）已知金屬）已知金屬Ni晶體結(jié)構(gòu)為晶體結(jié)構(gòu)為Ax 堆積形式，堆積形式，Ni原子半徑為原子半徑為124.6 pm，計(jì)算金屬，計(jì)算金屬Ni的密度。（的密度。（Ni的相對(duì)原子質(zhì)量為的相對(duì)原子質(zhì)量為58.70）（7）如果）如果CuH 晶體中晶體中Cu的堆積形式為的堆積形式為Ax 型，型，H 填充在空填充在空隙中，且配位數(shù)是隙中，且配位數(shù)是4。則。則H 填充的是哪一類空隙，占有率是多少？填充的是哪一類空隙，占有率是多少？（8）當(dāng)該同學(xué)將這種）當(dāng)該同學(xué)將這種Ax 堆積形式告訴老師時(shí)，老師說堆積形式告訴老師時(shí)，老師說Ax 就是就是A1或或A3的某一

51、種。你認(rèn)為是哪一種，為什么？的某一種。你認(rèn)為是哪一種，為什么？【解析】：（【解析】：（1）112 一個(gè)球參與四個(gè)空隙，一個(gè)空隙由一個(gè)球參與四個(gè)空隙，一個(gè)空隙由四個(gè)球圍成；一個(gè)球參與四個(gè)切點(diǎn)，一個(gè)切點(diǎn)由二個(gè)球共用。四個(gè)球圍成；一個(gè)球參與四個(gè)切點(diǎn)，一個(gè)切點(diǎn)由二個(gè)球共用。（2）圖略，正八面體中心投影為平面）圖略，正八面體中心投影為平面空隙中心，正四面體中空隙中心，正四面體中心投影為平面切點(diǎn)心投影為平面切點(diǎn) 112 一個(gè)球參與六個(gè)正八面體空隙，一一個(gè)球參與六個(gè)正八面體空隙，一個(gè)正八面體空隙由四個(gè)球圍成；一個(gè)球參與八個(gè)正四面體空隙，個(gè)正八面體空隙由四個(gè)球圍成；一個(gè)球參與八個(gè)正四面體空隙，一個(gè)正四面體空隙

52、由四個(gè)球圍成。一個(gè)正四面體空隙由四個(gè)球圍成。（3）小球的配位數(shù)為）小球的配位數(shù)為12 平面已配位平面已配位4個(gè)，中心球周圍的四個(gè)個(gè)，中心球周圍的四個(gè)空隙上下各堆積空隙上下各堆積4個(gè)，共個(gè)，共12個(gè)。個(gè)。（4）74.05%以以4個(gè)相鄰小球中心構(gòu)成底面，空隙上小球的中個(gè)相鄰小球中心構(gòu)成底面，空隙上小球的中心為上底面的中心構(gòu)成正四棱柱，設(shè)小球半徑為心為上底面的中心構(gòu)成正四棱柱，設(shè)小球半徑為r，則正四棱柱邊，則正四棱柱邊長(zhǎng)為長(zhǎng)為2 r，高為，高為 r，共包括，共包括1個(gè)小球（個(gè)小球（4個(gè)個(gè)1/4，1個(gè)個(gè)1/2），空間），空間利用率為：利用率為：2rrr223/423（5）正八面體空隙為）正八面體空隙為

53、0.414 r，正四面體空隙為，正四面體空隙為0.225 r。（6）8.91g/cm3 根據(jù)第（根據(jù)第（4）題，正四棱柱質(zhì)量為）題，正四棱柱質(zhì)量為58.70/NA g，體積為，體積為1.0941023cm3。（7）H 填充在正四面體空隙，占有率為填充在正四面體空隙，占有率為50%正四面體為正四面體為4配位，正八面體為配位，正八面體為6配位，且正四面體空隙數(shù)為小球數(shù)的配位，且正四面體空隙數(shù)為小球數(shù)的2倍。倍。（8）Ax 就是就是A1，取一個(gè)中心小球周圍的，取一個(gè)中心小球周圍的4個(gè)小球的中心為頂個(gè)小球的中心為頂點(diǎn)構(gòu)成正方形，然后上面再取兩層，就是頂點(diǎn)面心的堆積形式。點(diǎn)構(gòu)成正方形，然后上面再取兩層，

54、就是頂點(diǎn)面心的堆積形式。底面一層和第三層中心小球是面心，周圍四小球是頂點(diǎn)，第二底面一層和第三層中心小球是面心，周圍四小球是頂點(diǎn)，第二層四小球（四個(gè)空隙上）是側(cè)面心。層四小球（四個(gè)空隙上）是側(cè)面心。也可以以相鄰四小球?yàn)橐部梢砸韵噜徦男∏驗(yàn)檎叫芜叺闹悬c(diǎn)（頂點(diǎn)為正八面體空隙），再取兩層，構(gòu)成與正方形邊的中點(diǎn)（頂點(diǎn)為正八面體空隙），再取兩層，構(gòu)成與上面同樣大小的正方體，小球位于體心和棱心，實(shí)際上與頂點(diǎn)上面同樣大小的正方體，小球位于體心和棱心，實(shí)際上與頂點(diǎn)面心差面心差1/2單位。單位?！纠}【例題4】：層狀石墨】：層狀石墨“分子分子”按按ABAB方式堆積而成六方晶胞。方式堆積而成六方晶胞。（1）該晶胞

55、的碳原子個(gè)數(shù)）該晶胞的碳原子個(gè)數(shù) 。（。（2）寫出晶胞內(nèi)碳原子坐標(biāo)。）寫出晶胞內(nèi)碳原子坐標(biāo)。（3）石墨層距為）石墨層距為334.8 pm，CC鍵長(zhǎng)為鍵長(zhǎng)為142 pm，求石墨密度。，求石墨密度。充電反應(yīng)：充電反應(yīng)：Li1xC6x Lix e LiC6 其結(jié)果是，其結(jié)果是，Li嵌入嵌入石墨的石墨的A、B層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變，形成化學(xué)式層間，導(dǎo)致石墨的層堆積方式發(fā)生改變，形成化學(xué)式為為L(zhǎng)iC6的嵌入化合物。的嵌入化合物。（4）右圖給出了一個(gè)）右圖給出了一個(gè)Li沿沿C軸投影在軸投影在A層上的位置，試標(biāo)出與層上的位置，試標(biāo)出與該離子臨近的其他該離子臨近的其他6個(gè)個(gè)Li的投影位置。的投影位

56、置。（5）在）在LiC6中，中，Li與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬何種鍵型？與相鄰石墨六元環(huán)的作用力屬何種鍵型？（6）石墨每個(gè)六元環(huán)都對(duì)應(yīng)一個(gè)）石墨每個(gè)六元環(huán)都對(duì)應(yīng)一個(gè)Li，寫出它的化學(xué)式。，寫出它的化學(xué)式。鋰離子電池的正極材料為層狀結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的正極材料為層狀結(jié)構(gòu)的LiNiO2。已知。已知LiNiO2中中Li和和Ni3均處于氧離子組成的正八面體體心位置，但處于不同層中。均處于氧離子組成的正八面體體心位置，但處于不同層中。（7）將）將NiO和和LiOH在空氣中加熱到在空氣中加熱到770可得可得LiNiO2，試寫出反，試寫出反應(yīng)方程式。應(yīng)方程式。（8）寫出）寫出LiNiO2正極的充電反應(yīng)方程式。

57、正極的充電反應(yīng)方程式。（9）鋰離子完全脫嵌時(shí)）鋰離子完全脫嵌時(shí) LiNiO2 的層狀結(jié)構(gòu)會(huì)變得不穩(wěn)定，用鋁的層狀結(jié)構(gòu)會(huì)變得不穩(wěn)定，用鋁取代部分鎳形成取代部分鎳形成LiNi1y Al y O2?？煞乐估黼x子完全脫嵌而起到。可防止理離子完全脫嵌而起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，為什么？穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，為什么？【解析】：【解析】：（1）4個(gè)個(gè)（2）（）（0，0，0），（），（0，0，1/2），（），（1/3，2/3，0），），（2/3，1/3，1/2）（3）2.27 gcm3（4）（5）離子鍵或靜電作用）離子鍵或靜電作用 （6）LiC2 （7）4NiO4LiOHO24LiNiO22H2O （8）LiNiO2Li1xNiO2x Lix e （9）Al無變價(jià)，因此與之對(duì)應(yīng)的無變價(jià)，因此與之對(duì)應(yīng)的Li不能脫嵌。不能脫嵌。祝同學(xué)們學(xué)習(xí)進(jìn)步，祝同學(xué)們學(xué)習(xí)進(jìn)步，天天有個(gè)好心情！天天有個(gè)好心情！