內(nèi)蒙古赤峰市巴林左旗林東一中(025450)

王曉波●

剖析高中常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)

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王曉波●

有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)的推斷和計(jì)算是高中化學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，這些題目能很好地考察學(xué)生的觀察能力和三維想象能力，而且又很容易與數(shù)學(xué)、物理特別是立體幾何知識(shí)相結(jié)合，自然也就成為近年高考的熱點(diǎn)之一.此類題目的解答，要求學(xué)生在熟練掌握NaCl、CsCl、CaF2、CO2、SiO2、金剛石、石墨等晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步理解和掌握一些重要的分析方法與原則.

通常采用均攤法來(lái)分析這些晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).均攤法的根本原則是：晶胞任意位置上的原子如果是被n個(gè)晶胞所共有，則每個(gè)晶胞只能分得這個(gè)原子的1/n.

1. 氯化鈉晶體

圖1

2. 氯化銫晶體

圖2

3. 硫化鋅晶體

ZnS晶體結(jié)構(gòu)有兩種型式，即立方ZnS和六方ZnS.立方ZnS晶胞中，有4個(gè)S原子，4個(gè)Zn原子，如圖3所示立方晶系，每個(gè)S2-離子周圍與4個(gè)相反電荷的Zn2+聯(lián)成四面體，同樣每個(gè)Zn2+離子也與周圍的4個(gè)S2-離子聯(lián)成四面體，即該晶體的配位數(shù)之比為4∶4=1∶1.

圖3

4. 氟化鈣晶體

圖4

在氟化鈣晶胞中，Ca2+位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面上，8個(gè)F-位于立方體的內(nèi)部，根據(jù)圖4中晶胞結(jié)構(gòu)計(jì)算：每個(gè)Ca2 +周圍最鄰近的F-有8個(gè)，表明Ca2 +的配位數(shù)為8.每個(gè)F-周圍最鄰近的Ca2 +有4個(gè)，表明F-的配位數(shù)是4.由此可見(jiàn)，在CaF2晶體中，Ca2 +和F-個(gè)數(shù)比為1:2,剛好與Ca2 +和F-的電荷數(shù)之比相等.

整個(gè)晶體的結(jié)構(gòu)與前面兩例的結(jié)構(gòu)完全不相同.

圖5

5. 干冰

6. C60分子

圖6

7. 二氧化硅晶體

圖7

8. 金剛石晶體(晶體硅同)

圖8

9.石墨晶體

圖9

立方晶系的晶胞中, 原子個(gè)數(shù)比的計(jì)算:

(1)處于體心的原子: 完全屬于該晶胞;

(5)晶胞中微粒個(gè)數(shù)= 晶胞中可視的微粒個(gè)數(shù)×晶胞占有值;

非立方結(jié)構(gòu)單元中包含粒子數(shù)的確定：

(4)處于結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部的粒子，完全屬于該結(jié)構(gòu)單元.

例 (2013·山東卷，節(jié)選)鹵族元素包括F、Cl、Br、I等.

(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷，圖10為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，則每個(gè)晶胞中含有B原子的個(gè)數(shù)為_(kāi)___，該功能陶瓷的化學(xué)式為_(kāi)___.

答案：(2)2，BN

圖10

解析 (2)同周期元素原子半徑隨核電荷數(shù)的遞增逐漸減小，故B原子的半徑大于N原子，也就是B原子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)和中間，其每個(gè)晶胞中含有8×1/8+1=2個(gè)；N原子位于晶胞中和棱上，故每個(gè)晶胞中含有4×1/4+1=2個(gè)，化學(xué)式可寫為：BN.

G632

B

1008-0333(2017)01-0093-02