高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座：第6讲《晶体结构》VIP免费

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高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第6讲晶体结构【竞赛要求】晶胞。原子坐标。晶格能。晶胞中原子数或分子数的计算及化学式的关系。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。点阵的基本概念。晶系。宏观对称元素。十四种空间点阵类型。分子的极性。相似相溶规律。分子间作用力。范德华力。氢键。其他分子间作用力的一般概念。【知识梳理】一、离子键理论1916年德国科学家Kossel(科塞尔)提出离子键理论。（一）离子键的形成1、形成过程以NaCl为例：（1）电子转移形成离子Na－eˉ=Na+Cl+eˉ=Clˉ相应的电子构型变化：2s22p63s1→2s22p6；3s23p5→3s23p6分别达到Ne和Ar的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。（2）靠静电吸引，形成化学键，体系的势能与核间距之间的关系如图所示：注：横坐标——核间距r。纵坐标——体系的势能V。纵坐标的零点——当r无穷大时，即两核之间无限远时，势能为零。下面来考察Na+和Clˉ彼此接近时，势能V的变化。图中可见：r>r0时，随着r的不断减小，正负离子靠静电相互吸引，V减小，体系趋于稳定。r=r0时，V有极小值，此时体系最稳定，表明形成了离子键。r1.7，发生电子转移，形成离子键；△X<1.7，不发生电子转移，形成共价键。但离子键和共价键之间，并非严格截然可以区分的。可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端为非极性共价键。如图所示：用心爱心专心极性增大非极性共价键极性共价键离子键化合物中不存在百分之百的离子键，即使是NaF的化学键之中，也有共价键的成分，即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。△X>1.7，实际上是指离子键的成分(百分数)大于50%。（2）易形成稳定离子Na+（2s22p6），Clˉ（3s23p6），达到稀有气体稳定结构，Ag+（4d10）d轨道全充满的稳定结构。所以，NaCl、AgCl均为离子化合物；而C和Si原子的电子结构为ns2np2，要失去全部价电子形成稳定离子，比较困难，所以一般不形成离子键。如CCl4、SiF4等，均为共价化合物。（3）形成离子键，释放能量大Na)(s+1/2Cl)(2g=NaCl)(s△H=－410.9kJ·mol–1在形成离子键时，以放热的形式，释放较大的能量。（二）离子键的特征1、作用力的实质是静电引力F∝（q1q2）/r2（q1、q2分别为正负离子所带电量）2、离子键无方向性、无饱和性因为是静电吸引，所以无方向性；且只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。（三）离子键的强度1、键能和晶格能以NaCl为例：键能：1mol气态NaCl分子，离解成气体原子时，所吸收的能量。用Ei表示。NaCl)(g=Na)(g+Cl)(g△H=键能Ei越大，表示离子键越强。晶格能：气态的正负离子，结合成1molNaCl晶体时，放出的能量。用U表示。Na+)(g+Cl–)(g=NaCl)(s△H=－U（U为正值）晶格能U越大，则形成离子键时放出的能量越多，离子键越强。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。通常，晶格能比较常用。如何求得晶格能?2、玻恩-哈伯循环(Born-HaberCirculation)Born和Haber设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，计算晶格能。具体如下：△H1等于Na)(s的升华热（S），即△H1=S=–108.8kJ·mol–1△H2等于Cl2)(g的离解能（D）的一半，即△H2=（1/2）D=–119.7kJ·mol–1△H3等于Na)(g的第一电离能（I1），即△H3=I1=496kJ·mol–1用心爱心专心△H4等于Cl)(g的电子亲和能（E）的相反数，即△H4=–E=–348.7kJ·mol–1△H5等于NaCl的晶格能（U）的相反数，即△H5=–U=？△H6等于NaCl的标准生成热（△fH0m），即△H6=△fH0m=–410.9kJ·mol–1由盖斯定律：△H6=△H1+△H2+△H3+△H4+△H5所以：△H5=△H6－（△H1+△H2+△H3+△H4）即：U=△H1+△H2+△H3+△H4－△H6=108.8+119.7+496－348.7+410.9=186.7kJ·mol–1以上关系称为Born-Haber...

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高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座：第6讲《晶体结构》

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第6讲晶体结构【竞赛要求】晶胞

晶胞中原子数或分子数的计算及化学式的关系

分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体

晶体的堆积与填隙模型

常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等

点阵的基本概念

宏观对称元素

十四种空间点阵类型

相似相溶规律

分子间作用力

其他分子间作用力的一般概念

【知识梳理】一、离子键理论1916年德国科学家Kossel(科塞尔)提出离子键理论

（一）离子键的形成1、形成过程以NaCl为例：（1）电子转移形成离子Na－eˉ=Na+Cl+eˉ=Clˉ相应的电子构型变化：2s22p63s1→2s22p6；3s23p5→3s23p6分别达到Ne和Ar的稀有气体原子的结构，形成稳定离子

（2）靠静电吸引，形成化学键，体系的势能与核间距之间的关系如图所示：注：横坐标——核间距r

纵坐标——体系的势能V

纵坐标的零点——当r无穷大时，即两核之间无限远时，势能为零

下面来考察Na+和Clˉ彼此接近时，势能V的变化

图中可见：r>r0时，随着r的不断减小，正负离子靠静电相互吸引，V减小，体系趋于稳定

r=r0时，V有极小值，此时体系最稳定，表明形成了离子键

7，发生电子转移，形成离子键；△X1

7，实际上是指离子键的成分(百分数)大于50%

（2）易形成稳定离子Na+（2s22p6），Clˉ（3s23p6），达到稀有气体稳定结构，Ag+（4d10）d轨道全充满的稳定结构

所以，NaCl、AgCl均为离子化合物；而C和Si原子的电子结构为ns2np2，要失去全部价电子形成稳定离子，比较困难，所以一般不形成离子键

如CCl4、SiF4等，均为共价化合物

（3）形成离子键，释放能量大N

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