loading第11章 固体结构
1、指出下列物质哪些是金属晶体？哪些是离子晶体？哪些是共价键晶体(又称原子晶体)？哪些是分子晶体？
Au (s) AlF3 (s) Ag (s) B2O3 (s) BCl3 (s) CaCl2 (s) H2O (s) BN (s) C (石墨) H2C2O4 (s) Fe (s) SiC (s) CuC2O4 (s) KNO3 (s) Al (s) Si (s) 解：金属晶体：Au(s) Ag(s) Fe(s) Al(s)
离子晶体：AlF3(s) 共价键晶体：BN(s) 分子晶体：B2O3(s)
CaCl 2(s) C(石墨) BCl3(s)
CuC2O4(s) SiC(s)
H2O(s)
KNO3(s) Si(s) H2C2O4(s)
2、大多数晶态物质都存在同质多晶现象。即在不同的热力学条件(温度、压力等)下，由于晶体内部粒子(原子、离子或分子)的热运动，它们在三维空间的排列方式将会发生一些变化。例如： α-Fe (体心立方) α-CsCl (简单立方) 906℃
γ-Fe (面心立方)
445℃
β-CsCl (面心立方， NaCl型结构) β-NH4Cl (面心立方，NaCl型结构)
α-NH4Cl (简单立方) 184℃
试问，同一种物质的不同类型的晶体，它们的晶面角是否相同或者守恒？晶面角守恒的本质原因是什么？
解：根据晶面角守恒定律，同一种晶体晶面大小和形状会随外界的条件不同而变化，但同一
种晶体的相应晶面（或晶棱）间的夹角却不受外界条件的影响，它们保持恒定不变的值。晶面角守恒决定于晶体内部的周期性结构。 3、根据下列物质的晶胞参数判断其所属的晶系： 物质 I2 H2C2O4 NaCl β-TiCl3 α-As Sn(白锡) a/nm 0.714 0.610 0.564 0.627 0.413 0.583 b/nm 0.467 0.350 0.564 0.627 0.413 0.583 c/nm 0.798 1.195 0.564 0.582 0.413 0.318 α 90o 90o 90o 90o 54.12o 90o β 90o 105.78o 90o 90o 54.12o 90o γ 90o 90o 90o 120o 54.12o 90o 晶系 97.58o 107.17o 77.55o CuSO4·5H2O 0.612 1.069 0.596
解：I2，正交晶系；H2C2O4，单斜晶系；NaCl，立方晶系；β-TiCl3，正交晶系； α-As，三方晶系；Sn（白锡），四方晶系；CuSO4.5H2O，三斜晶系。
4、试画出金属Na和Mg单质的分子轨道能级图，并据此解释其导电性。 解：根据金属能带理论,金属Na和Mg基态时的电子填充情况如下图所示:
1
Na的3s能带半充满，在电场的作用下其电子获得能量可借助空轨道发生定向移动，所以能够导电。Mg的3p空带中没有电子，3s能带全充满，似乎不具有导电性，但Mg原子的3s轨道与3p轨道的能级差很小，导致金属Mg的3s能带与3p能带部分重叠，3s满带中的电子在电场的作用下可借助3p能带中的空轨道发生定向移动，因此金属Mg也可以导电。 5、试画出等径圆球密堆积模型中的二维密置层，以及二维密置层叠加形成的四面体空隙和八面体空隙，并计算四面体空隙和八面体空隙可容纳的圆球半径(既原子半径)的大小。它们对解释合金和离子晶体的结构是非常重要的。 解：
（1）图中等径圆球所组成的四面体为正四面体，每条边长为2r，四面体空隙可容纳的圆球半径为正四面体的中心到每个面的距离，根根据立体几何知识计算可得： 四面体空隙可容纳的圆球半径=(62?1)r=0.225r,
（2）图中等径圆球所组成的八面体为正八面体，每条边长为2r，八面体的中截面为正方形，边长为2r，此正方形中心到正方形顶点的距离为等径圆球的半径与八面体可容纳圆球的半径之和，所以有：
八面体空隙可容纳的圆球半径=2r?r=0.414r。
6、判断下列各组化合物中哪一化合物的化学键具有更强的极性？
(1) H2O ， H2S (2) CCl4 ， SiCl4 (3) NH3 ， PCl3 (4) Na2O ， Ag2O (5) ZnO ， ZnS (6) AlCl3 ， BF3
2
解：可根据电负性差值判断题中各组化合物化学键的极性，电负性差值越大，则化学键极性越大。所以有：
(1) H2O Δχ=3.44-2.18=1.26 H2S Δχ=2.58-2.18=0.40 则化学键的极性为 H2O＞H2S (2) CCl4 Δχ=3.16-2.55=0.61 SiCl4 Δχ=3.16-1.90=1.26 则化学键的极性为 SiCl4＞CCl4 (3) NH3 Δχ=3.04-2.18=0.86 PCl3 Δχ=2.19-2.18=0.01
则化学键的极性为 NH3＞PCl3 (4) Na2O Δχ=3.44-093=2.51 Ag2O Δχ=3.44-1.93=1.51
则化学键的极性为 Na2O＞Ag2O (5) ZnO Δχ= 3.44-1.65=1.79
ZnS Δχ=3.44-2.58=0.86
则化学键的极性为 ZnO＞ZnS (6) AlCl3 Δχ=3.16-1.61=1.55
BF3 Δχ=3.98-2.04=1.94
则化学键的极性为 BF3＞AlCl3
+
7、通过下列各AB型二元化合物中正、负离子的半径比的计算，推断其晶体的结构类型(NH4、Cd2＋、Tl+的鲍林离子半径分别为151pm、97pm、140pm)： (1) NaF KF RbF CsF KCl RbCl (2) CsBr CsI RbCl TlCl TlBr NH4Cl (3) CuBr CdS MnS BN AlAs AlP 解：根据离子晶体的半径比规则有： (1) NaF
r(Na)r(F)r(K)r(F)??????95136133?0.70 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
KF ?136?0.98 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型
RbF
r(Rb)r(F?)?148?1.0 9 实际晶体结构为NaCl型 136169136133181149181 CsF
r(Cs)r(F)r(K)r(Cl)r(Rb)r(Cl)????????1.24 实际晶体结构为NaCl型
KCl ??0.73在 0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
RbCl
??0.82 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型
3
(2) CsBr
r(Cs)r(Br)????169 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型 ?0.87195 CsI
r(Cs)r(I)r(Rb)r(Cl)r(Tl)r(Cl)r(Tl)r(Br)????????169216148181140181?0.78 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型
RbCl ??0.82 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型
TlCl ??0.77 在0.732～1.00之间 晶体结构为CsCl型
TlBr ?140195?0.71 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
NH4Cl
r(NH4)r(Cl)r(Cu)r(Br)r(Cdr(S2??????15118196?0.83 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
(3) CuBr ?19597?0.49 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
CdS
)2?))?18480184?0.53 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
MnS BN
r(Mnr(S2?2?)??0.43 在0.414～0.732之间 晶体结构为NaCl型
r(Br(N3?3?))?20171?0.12 实际为原子晶体，其结构为与石墨结构相似的层状结构
AlAs
r(Alr(As3?3?3?))?50222?0.225 在0.225～0.414之间 晶体结构为 ZnS型
AlP
r(Alr(P)3?)?50212?0.24 在0.225～0.414之间 晶体结构为ZnS
8、写出下列各组离子的电子排布式，并指出它们的外层电子属哪种构型 [ 2e-、8e-、18e-、(18+2)e-、
(9～17)e]，判断各组极化力的大小：
(1) Na+ ， Ca2+ (2) Pb2+ ， Bi3+ (3) Ag+ ， Hg2+ (4) Ni2+ ， Fe3+ (5) Li+ ， Be2+
4
-
解：(1) Na：1s2s2p 属8e构型
2+
2
2
6
2
6
-
+ 226-
Ca：1s2s2p3s3p属8e构型
离子的电子构型相同，但由于Ca2+离子的电荷相对较高，所以极化力Ca2+＞Na+
2+226261026101426102 -(2) Pb：1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d6s属(18+2)e构型
Bi3+：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2 属 (18+2)e-构型
离子的电子构型相同，由于Bi的电荷高，所以极化力Bi＞Pb
(3) Ag+ ：1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 属18e-构型 Hg: 1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d属18e构型
2+2++
离子的电子构型相同，由于Hg的电荷高，所以极化力Hg＞Ag
(4) Ni2+：1s22s22p63s23p63d8 属(9～17)e-构型 Fe： 1s2s2p3s3p3d
+3+
2
2
6
2
6
5
3+
2+
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
10
-3+
3+
2+
属(9～17)e构型
3+
2+ -
-
离子的电子构型相同，由于Fe的电荷高，所以极化力Fe＞Ni
2
(5) Li：1s属2e构型 Be2+：1s2 属2e-构型 离子的电子构型相同，由于Be2+的电荷高，所以极化力Be2+＞Li+
9、离子的极化不仅可以使离子晶体中的共价键成分增多，而且键长缩短，晶体结构发生变化，并影响到晶体的颜色、溶解性、熔点、沸点和导电性等。下表列出了一些AB型二元晶体的实际晶型，试根据阴、阳离子的半径比预测其理论晶型，并用离子极化理论解释两者的差别：
化合物 实际晶型 颜色 r+/r- 理论晶型
解： CuBr
r(Cu)r(Br)???CuBr ZnS型 白 CuI ZnS型 白 AgCl AgBr AgI NaCl型 NaCl型 ZnS型 白 浅黄色 棕黄色 CdS ZnS型 黄色 ?9619596?0.49 预测的理论晶型为NaCl型
CuI
r(Cu)r(I)r(Ag)r(Cl)r(Ag)r(Br)???????216126181?0.44 预测的理论晶型为NaCl型
AgCl ??0.69 预测的理论晶型为NaCl型
AgBr ?126195?0.65 预测的理论晶型为NaCl型
AgI
r(Ag)r(I?)2??126?0.58 预测的理论晶型为NaCl型 21697184CdS
r(Cdr(S)2?)??0.53 预测的理论晶型为NaCl型
Cu+、Ag+、Cd2+ 3种离子都为18e-电子构型，离子的极化力强，与半径大、所带负电荷多
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