《矿石学》习题
Ⅰ矿物通论
第三章 矿物的晶体化学
一、基本概念
离子半径 配位多面体 晶格类型 类质同象 同质多象 多型
二、问答题
1、离子类型划分的依据是什么?三种离子类型的电子层结构有何特点？
2、完全类质同象系列的两端员矿物，它们的晶体结构为什么必定是等结构的?反之，两种等结构的化合物是否都能形成类质同象混晶?为什么?
3、为什么有些离子如Ca和Hg，Cu和Na半径相近，电价一样，但不能进行类质同象置换?
4、写出下列化学成分的同质多象矿物的名称及形成条件:
(1)C;
(2)Al
2
Si05
(3)KAlSi
3O
8
5、举例说明类质同象概念、条件及其研究意义。
6、已知镁橄榄石Mg
2[SiO
4
]晶体结构中，O2-近似六方最紧密堆积，Mg2+和Si4+分别
充填于八面体和四面体两种不同的空隙中。试问:(1)两种阳离子应分别占据哪一种空隙?(2)它们各自占据相应空隙总数的几分之几?
7、为什么同一元素在不同结构，甚至在同一结构中可以出现不同的配位数?
8、为什么有些离子如Ca和Hg，Cu和Na半径相近，电价一样，但不能进行类质同象置换?
矿物晶体化学式计算方法 一、有关晶体化学式的几个基本问题 1.化学通式与晶体化学式 化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。 晶体化学式(crystal-chemical formula)是指能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征。 举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSi3O8或K2O?Al2O3?6SiO2，而其晶体化学式则必须表示为K[AlSi3O8]； (2)磁铁矿的化学式可以写为：Fe3O4，但其晶体化学式为：FeO?Fe2O3。 (3)具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化学式： 2. 矿物中的水 自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。 吸附水：吸附水以机械吸附方式成中性水分子状态存在于矿物表面或其部。吸附水不参加矿物晶格，可以是薄膜水、毛细管水、胶体水等。当温度高于110?C时则逸散，它可以呈气态、液态和固态存在于矿物中。吸附水不写入矿物分子式。 结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格并占据一定构造位置。常作为配位体围绕某一离子形成络阴离子。结晶水的数量与矿物的其它组份呈简单比例。如石膏：Ca[SO4] ?2H2O。 结构水(或称化合水)：常以H2O+表示，结构水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。占据一定构造位置，具有一定比例。通常以OH-最常见。H3O+离子少见，也最不稳定，易分解：H3O+→H++ H2O。结构水如沸石水、层间水等。由于H3O+与K+大小相近，白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2在风化过程中K+易被H3O+置换形成水云母(K, H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2。 由于结晶水和结构水要占据一定的矿物晶格位置，所以在计算矿物晶体化学式要考虑它们的数量。
四种晶体类型的比较
物质熔沸点高低的比较方法 物质的熔沸点的高低与构成该物质的晶体类型及晶体内部粒子间的作用力有关，其规律如下： 1、在相同条件下，不同状态的物质的熔、沸点的高低是不同的，一般有：固体>液体>气体。例如：NaBr （固）>Br2>HBr（气）。 2、不同类型晶体的比较规律 一般来说，不同类型晶体的熔沸点的高低顺序为：原子晶体>离子晶体>分子晶体，而金属晶体的熔沸点有高有低。这是由于不同类型晶体的微粒间作用不同，其熔、沸点也不相同。原子晶体间靠共价键结合，一般熔、沸点最高；离子晶体阴、阳离子间靠离子键结合，一般熔、沸点较高；分子晶体分子间靠范德华力结合，一般熔、沸点较低；金属晶体中金属键的键能有大有小，因而金属晶体熔、沸点有高（如W）有低（如Hg）。例如：金刚石>食盐>干冰 3、同种类型晶体的比较规律 A、原子晶体：熔、沸点的高低，取决于共价键的键长和键能，原子半径越小，键长越短，键能越大共价键越稳定，物质熔沸点越高，反之越低。如：晶体硅、金刚石和碳化硅三种晶体中，因键长C—C
晶体学基础知识点及 思维导图
HOMEWORKS 知识点 晶体结构Crystal structure 点阵结构Lattice 晶胞Unit cells 晶系Crystal systems 布拉菲格子The Bravais lattices 点群 point group 空间群space group
关系Relationships/思维导图Mind mapping
具体中文解释 粒子抽象成点，形成了点阵结构，而这些点连接起来就形成了晶格，可以说点阵和晶格具有同一性，但区别于点阵具有唯一性，晶格不具有。同样我们需要区别“lattice”的意义 它在这应该准确的代表点阵结构而不是单单的点阵，点阵结构是具体的客观存在的而点阵是人为抽象出来的，相比于点阵对应的点阵点，点阵结构对应的就是结构基元。 晶胞堆砌成了点阵结构，晶胞又具有晶胞参数和晶胞内容两方面，也就是说可以这么表示晶胞=点阵格子+结构基元。根据晶胞的晶胞参数我们可以把晶体的结构从宏观上分为七个方面，也就是七大晶系.七大晶系结合晶胞类型产生了14种Bravais晶格 点群表示的是晶体中所包含所有点对称操作的（旋转、反应、反演）的集合。（晶体的宏观性质不变)。点群描述了分子结构和晶体的宏观对称性（后来老师讲点群只是对于结构基元里的原子的对称排布，我个人后来查阅思考了一下，这是局限的，点群所描述的对称性正是可以描述宏观的晶格以及肉眼可见 的晶体的对称性，所以它才被 引为宏观对称性。） 微观对称元素：点阵、滑移面、旋转轴（无数阶次） 而晶体的宏观对称元素和微观对称元素在内的全部对称元素的一种组合就构成晶体的一种微观对称类型也就是空间群，它反应的是内部微观结构的对称性（结构基元内部原子）或者是微观的晶胞堆积方式的不同。 晶体的宏观对称性就是晶体微观对称性的宏观表现。 晶系与对称的关系：七种晶系从宏观的对称操作来看，有旋转、反射、反演，这些构成的是32种点群。而晶系必须符合平移操作（晶体对称定律的要求），结合平移我们限定了它有14种Bravais 格子。再结合微观对称元素，就会得到230种空间群。
课时跟踪检测（十一）金属晶体1．下列有关金属键的叙述中，错误的是() A．金属键没有饱和性和方向性 B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 C．金属键中的电子属于整块金属 D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 解析：选B金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无饱和性和方向性；金属阳离子和自由电子之间的强烈作用，既包括静电吸引作用，也存在静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键的强弱有关。 2．金属能导电的原因是() A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 解析：选B根据电子气理论，电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下发生了定向移动从而导电，B项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，A 项错误；金属导电是靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动，C项错误；金属导电是物理变化，而不是失去电子的化学变化，D项错误。 3．关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的 是() A．是密置层的一种堆积方式
B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 解析：选C体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体 ＋1＝2。 形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×1 8 4．金属键的强弱与金属价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是() A．Li Na K B．Na Mg Al C．Li Be Mg D．Li Na Mg 解析：选B金属熔点的高低与金属阳离子半径大小及金属价电子数有关，价电子数越多，阳离子半径越小，金属键越强。B项中三种金属在同一周期，价电子数分别为1、2、3，且半径由大到小，故熔点由高到低的顺序是Al>Mg>Na。 5.对图中某晶体结构的模型进行分析，有关说法正确的是() A．该种堆积方式为六方最密堆积 B．该种堆积方式称为体心立方堆积 C．该种堆积方式称为面心立方堆积 D．金属Mg就属于此种最密堆积方式 解析：选C由图示知该堆积方式为面心立方堆积，A、B错误，C正确；Mg是六方堆积，D错误。 6．下列金属的密堆积方式与对应晶胞正确的是() A．Na面心立方B．Mg六方 C．Cu六方D．Au体心立方
1、晶体类型判别： 分子晶体：大部分有机物、几乎所有酸、大多数非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物。 原子晶体：仅有几种，晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石、金刚砂（SiC）、氮化硅 （Si3N4）、氮化硼（BN）、二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、石英等； 金属晶体：金属单质、合金； 离子晶体：含离子键的物质，多数碱、大部分盐、多数金属氧化物； 2、分子晶体、原子晶体、金属晶体、离子晶体对比表 晶体类型分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体 定义分子通过分子间 作用力形成的晶 体 相邻原子间 通过共价键 形成的立体 网状结构的 晶体 金属原子通 过金属键形 成的晶体 阴、阳离子通 过离子键形成 的晶体 组成晶体的粒子分子原子金属阳离子 和自由电子 阳离子和 阴离子 组成晶体粒子间的相互作用范德华力或氢键共价键 金属键（没 有饱和性方 向性） 离子键（没有 饱和性方向 性） 典型实例冰（H2O）、 P4、I2、干冰 （CO2）、S8 金刚石、晶 体硅、 SiO2、SiC Na、Mg、 Al、Fe NaOH、 NaCl、K2SO4 特征熔点、 沸点 熔、沸点较低熔、沸点高 一般较高、 部分较低 熔、沸点较高导热性不良不良良好不良 导电性 差，有些溶 于水可导电 多数差良好 固态不导电， 熔化或溶于水 能导电 机械加 工性能 不良不良良好不良 硬度硬度较小高硬度 一般较高、 部分较低 略硬而脆 溶解性相似相溶不溶 不溶，但有 的反应 多数溶于水， 难溶于有机溶 剂 3、不同晶体的熔沸点由不同因素决定： 离子晶体的熔沸点主要由离子半径和离子所带电荷数（离子键强弱）决定，分子晶体的熔沸点主要由相对分子质量的大小决定，原子晶体的熔沸点主要由晶体中共价键的强弱决定，且共价键越强，熔点越高。 4、金属熔沸点高低的比较： （1）同周期金属单质，从左到右（如Na、Mg、Al）熔沸点升高。
金属晶体 同步练习 1．金属的下列性质中，不能用金属晶体结构加以解释的是 ( ) A ．易导电 B ．易导热 C ．有延展性 D ．易锈蚀 2．金属能导电的原因是 ( ) A ．金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用较弱 B ．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C ．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D ．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 3.金属晶体具有延展性的原因（ ） A ．金属键很微弱 B ．金属键没有饱和性 C ．密堆积层的阳离子容易发生滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键 D ．金属阳离子之间存在斥力 4．在金属中，自由移动的电子所属的微粒 （ ） A ．与电子最近的金属阳离子 B ．整块金属的所有金属阳离子 C ．在电子附近的金属阳离子 D ．与电子有吸引力的金属阳离子 5．组成金属晶体的微粒 （ ） A ．金属原子 B ．金属阳离子和电子 C ．金属原子和电子 D ．阳离子和阴离子 6．下列各组物质中，按熔点由低到高排列正确的是（ ） A ．O 2、I 2、Hg B ．CO 2、KCl 、SiO 2 C ．Na 、K 、Rb D ．SiC 、NaCl 、SO 2 7．下列各组物质中都存在非极性键的是（ ） A ．H 2、H 2O 、H 2O 2 B ．H 2O 2、Cl 2、Na 2O 2 C ．金刚石、石墨、Na 2O 2 D ．CH 4、NaOH 、Br 2 8．下列微粒在固态时形成分子晶体的是（ ） A ．2MgCl B ．CO 2 C ．NaOH D ．He 9．下列各组物质的熔点比较正确的是（ ） A ．金刚石＞硫 B ．NaCl ＞金刚石 C ．MgO ＞I 2 D ．CO 2＞SiO 2 10．下列各组物质气化或熔化时，所克服的微粒间作用力，属同种类型的是（ ）
晶体类型与结构 知识梳理 一、晶体 1．定义： 晶体是指具有规则的几何外形的固体，它具有固定的熔点。 2．类型： 根据化学键的种类不同，我们把晶体分为_________________________ 二、离子晶体 1．定义：由_______形成的晶体是离子晶体，主要包括______________________________ 2．代表物 （1）氯化钠晶体 由图可知，在氯化钠晶体中，每个Na+周围有_____个Cl-，而每个Cl-周围也有____个Na+，它们之间通过离子键的作用结合，并在空间有规律地排列，形成规则的几何形状。 注：NaCl指的是化学式，而不是分子式，其晶体中不存在NaCl分子 （2）CsCl晶体 CsCl晶体是立方体结构，每个Cs+周围有____个Cl-与它距离相等且最近；每个Cl-周围有 ____个Cs+与它距离相等且最近；每个Cl-周围有_____个Cl-与它距离相等且最近。
【思考】构成氯化钠晶体和氯化铯晶体的微粒是什么？ 3．离子晶体的构成微粒：____________________ 4．离子晶体的特点 在离子晶体中，由于阴阳离子间存在较强的离子键，所以离子晶体的结构一般比较____，密度____，且具有较_____的熔点、沸点和硬度。 【思考】如何判断某物质属于离子晶体？ 三、分子晶体 1．定义 分子晶体的基本结构微粒是__________，是分子间通过___________形成的晶体。主要包括：__________________________________________________________________________________ 2．代表物 （1）干冰 干冰晶体中，二氧化碳分子分布于立方体的每个顶点和每个面心上。与每个二氧化碳分子最相邻的二氧化碳分子共有_____个。 （2）C60（富勒烯）：1985年发现，荣获1996年度诺贝尔化学奖 分子中碳原子组成12个五元环和20个六元环，被称为足球烯。
第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识知识归纳 一、晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的本质差异： 2．获得晶体的三条途径 （1）______物质凝固； （2）______物质冷却不经液态直接凝固（______）； （3）______从溶液中析出。 3．晶体的特点 （1）自范性 ①定义：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现规则的______，这称为晶体的______。非晶体物质没有这个特性。 ②形成条件：晶体______适当。 ③本质原因：晶体中粒子在______里呈现______的______排列。 （2）晶体在不同的方向上表现出不同的物理特质即______。 （3）晶体的______较固定。 （4）区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行______实验。 二、晶胞 1．概念 晶胞是晶体中最小的______。 2．结构 晶胞一般都是______，晶体是由无数晶胞“______”而成。 （1）无隙：相邻晶胞之间无任何______。 （2）并置：所有晶胞都是______排列的，取向______。 （3）所有晶胞的______及内部的原子______及几何排列是完全相同的。
【答案】一、1．有周期性没有相对无序 2．（1）熔融态（2）气态凝华（3）溶质 3．（1）多面体外形性质自范性生长的速率三维空间周期性有序 （2）各向异性（3）熔点（4）X－射线衍射 二、1．结构重复单元 2．平行六面体无隙并置（1）间隙（2）平行相同（3）形状种类 知识重点 与晶体有关的计算 晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、N A、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解答这类题时，一要掌握晶体“均摊法”的原理，二要有扎实的立体几何知识，三要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。 1．“均摊法”原理 晶胞中任意位置上的一个原子如果被n个晶胞所共有，则每个晶胞对这个原子分得的份额就是1 n 。 非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用“均摊法”，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共 有。例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）对六边形的贡献为1 3 ，那么一个六 边形实际有6×1 3 =2个碳原子。又如，在六棱柱晶胞（如下图所示的MgB2晶胞）中，顶点上的原子为6个 晶胞(同层3个，上层或下层3个)共有，面上的原子为2个晶胞共有，因此镁原子个数为12×1 6 +2×
第二章晶体学基础 1、晶体结构与空间点阵 2、晶向、晶面及指标 3、晶面间距 4、晶面族 5、倒易空间以及倒易点阵
教学目标 通过本章学习，掌握表达晶体周期性结构与它的点阵的各种概念；掌握晶面指数与晶向指数的标定，晶面间距与晶面夹角的表达；倒易点阵。 学习要点 ⑴⑵⑶(4) 晶体结构周期性与点阵。 7个晶系和14种Bravias空间格子。 晶胞，晶带，晶向，晶面，晶面间距，晶面夹角。倒易点阵 学时安排 学时----- 2学时
2.1、晶体结构与空间点阵 2.1.1空间点阵（Space Lattice） 晶体结构的几何特征是其结构基元（原子、离子、分子或其它原子集团）一定周期性的排列。通常将结构基元看成一个相应的几何点，而不考虑实际物质内容。 这样就可以将晶体结构抽象成一组无限多个作周期性排列的几何点。这种从晶体结构抽象出来的，描述结构基元空间分布周期性的几何点，称为晶体的空间点阵。几何点为阵点。
结构基元 在晶体的点阵结构中每个阵点所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为晶体的结构基元。结构基元是指重复周期中的具体内容。 点阵点 点阵点是代表结构基元在空间重复排列方式的抽象的点。如果在晶体点阵中各点阵点位置上，按同一种方式安置结构基元，就得整个晶体的结构。 所以可简单地将晶体结构示意表示为： 晶体结构= 点阵+ 结构基元
2.1.2 基本矢量与晶胞 一个结点在空间三 个方向上，以a , b , c 重 复出现即可建立空间点 阵。重复周期的矢量a , b , c 称为点阵的基本矢 量。 由基本矢量构成的 平行六面体称为点阵的 单位晶胞。
导学提纲：（自学、讨论）什么是金属键？金属键有没有方向性和饱和性？金属键的强弱与哪些因素有关？为什么碱金属的熔点从Li→Cs逐渐降低？ 1.（自学、讨论）金属晶体的物理通性有哪些？ 金属共同的物理性质：容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。 2.（自学、讨论）什么是“电子气理论”？请你“电子气理论”解释金属为什 么具有良好的延展性、导电性、导热性？ “电子气理论”：把金属键形象地描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量自由电子形成可与气体相比拟的带负电的“电子气”，金属原子则“浸泡” 在“电子气”的“海洋”之中。 ⑴延展性：当金属受到外力作用时，晶体中各原子层就会发生相对滑动，但 不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的“电子气”可以起到类似轴承中滚球之间润滑剂的作用，即金属的离子和自由电子之间的较强作用仍然存在，因而金属都有良好的延展性。 ⑵导电性：金属内部的原子之间的“电子气”的流动是无方向性的，在外加
电场的作用下，电子气在电场中定向移动形成电流。金属导电的带电微粒是电子，离子晶体熔化或 3.（自学、讨论）将直径相等的圆球有序地排列在水平桌面上（二维平面上）， 使球面紧密接触，可能有几种排列方式?两种排列方式小球的配位数分别是多少？ 取16个直径相等的球体，在平面上排成一正方形，每排都有4个球体。在这种放置方式中，每个球体周围都有4个球体与其紧密接触，得到配位数与其紧密接触，得到配位数为4的试，称为非密置层放置。 同样取16个球体，在平面上也排成4排，第二排球体排在第一排球体的间隙中，每排均照此方式排列。在这种放置方式中，每个球体周围都有6个球体与其紧密接触，得到配位数为6的放置方式，称为密置层放置。 4.（思考、讨论）在金属晶体中金属原子的堆积方式有哪几种基本模式？每种 模式是如何堆积的？每种堆积模式的空间利用率是多少？是如何计算出来的？每种堆积模式的配位数是多少？
高中化学晶体的结构与性质知识点及相关例题 讲解 自然界中的固体可以分为两种存在形式：晶体和非 晶体。晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的 固体。晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排 列，从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的，而且具 有固定的熔点和规则的几何外形。 一、晶体 固体可以分为两种存在形式：晶体和非晶体。 晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数 是晶体。气体、液体和非晶体在一定条件下也可转变为晶体。 晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的 固体。晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排 列，从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的，而且具 有固定的熔点和规则的几何外形。 二、晶体结构 1．几种晶体的结构、性质比较 2．几种典型的晶体结构： （1）NaCl晶体（如图1）：每个Na+周围有6个Cl-，每个Cl-周围有6个Na+，离子个数比为1：1。 （2）CsCl晶体（如图2）：每个Cl-周围有8个Cs+，每个Cs+周围有8个Cl-；距离Cs+最近的且距离相等的Cs+
有6个，距离每个Cl-最近的且距离相等的Cl-也有6个，Cs+和Cl-的离子个数比为1：1。 （3）金刚石（如图3）：每个碳原子都被相邻的四个碳原子包围，以共价键结合成为正四面体结构并向空间发展， 键角都是109o28'，最小的碳环上有六个碳原子。 （4）石墨（如图4、5）：层状结构，每一层内，碳原子以正六边形排列成平面的网状结构，每个正六边形平均拥有 两个碳原子。片层间存在范德华力，是混合型晶体。熔点比 金刚石高。 （5）干冰（如图6）：分子晶体，每个CO2分子周围紧邻其他12个CO2分子。
XRD,以及晶体结构的相关基础知识(ZZ) Theory 2009-10-25 17:55:42 阅读355 评论0 字号：大中小 做XRD有什么用途啊，能看出其纯度?还是能看出其中含有某种官能团？ X射线照射到物质上将产生散射。晶态物质对X射线产生的相干散射表现为衍射现象，即入射光束出射时光束没有被发散但方向被改变了而其波长保持不变的现象，这是晶态物质特有的现象。 绝大多数固态物质都是晶态或微晶态或准晶态物质，都能产生X射线衍射。晶体微观结构的特征是具有周期性的长程的有序结构。晶体的X射线衍射图是晶体微观结构立体场景的一种物理变换，包含了晶体结构的全部信息。用少量固体粉末或小块样品便可得到其X射线衍射图。 XRD（X射线衍射）是目前研究晶体结构(如原子或离子及其基团的种类和位置分布，晶胞形状和大 小等)最有力的方法。 XRD 特别适用于晶态物质的物相分析。晶态物质组成元素或基团如不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就显现出差异。因此，通过样品的X射线衍射图与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定；通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析； XRD还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向（材料的织构）...等等，应用面十分普遍、广泛。 目前XRD主要适用于无机物，对于有机物应用较少。 关于XRD的应用，在[技术资料]栏目下有介绍更详细的文章，不妨再深入看看。 如何由XRD图谱确定所做的样品是准晶结构？XRD图谱中非晶、准晶和晶体的结构怎么严格区分？ 三者并无严格明晰的分界。 在衍射仪获得的XRD图谱上，如果样品是较好的"晶态"物质，图谱的特征是有若干或许多个一般是彼此独立的很窄的"尖峰"（其半高度处的2θ宽度在0.1°~0.2°左右，这一宽度可以视为由实验条件决定的晶体衍射峰的"最小宽度"）。如果这些"峰"明显地变宽，则可以判定样品中的晶体的颗粒尺寸将小于300nm，可以称之为"微晶"。晶体的X射线衍射理论中有一个Scherrer公式，可以根据谱线变宽的量估算晶粒在 该衍射方向上的厚度。 非晶质衍射图的特征是：在整个扫描角度范围内（从2θ 1°~2°开始到几十度）只观察到被散射的X 射线强度的平缓的变化，其间可能有一到几个最大值；开始处因为接近直射光束强度较大，随着角度的增加强度迅速下降，到高角度强度慢慢地趋向仪器的本底值。从Scherrer公式的观点看，这个现象可以视为由于晶粒极限地细小下去而导致晶体的衍射峰极大地宽化、相互重叠而模糊化的结果。晶粒细碎化的极限就是只剩下原子或离子这些粒子间的"近程有序"了，这就是我们所设想的"非晶质"微观结构的场景。非晶质衍射图上的一个最大值相对应的是该非晶质中一种常发生的粒子间距离。
晶体结构与性质 一、晶体的常识 1.晶体与非晶体 得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出 特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等） ③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法） 2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分 一个晶胞平均占有的原子数=×晶胞顶角上的原子数+×晶胞棱上的原子+×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数 思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I 2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？ eg ：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al 2O 3·SiO 2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（ ） ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO 2一定是晶体 3.下图是CO 2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？
二、分子晶体与原子晶体 1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体 注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 ①物理性质 a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度 c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电 d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 ②典型的分子晶体 a.非金属氢化物：H 2O、H 2 S、NH 3 、CH 4 、HX等 b.酸：H 2SO 4 、HNO 3 、H 3 PO 4 等 c.部分非金属单质:：X 2、O 2 、H 2 、S 8 、P 4 、C 60 d.部分非金属氧化物：CO 2、SO 2 、NO 2 、N 2 O 4 、P 4 O 6 、P 4 O 10 等 f.大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等 ③结构特征 a.只有范德华力--分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子） CO 2 晶体结构图 b.有分子间氢键--分子的非密堆积以冰的结构为例，可说明氢键具有方向性 ④笼状化合物--天然气水合物
晶体结构与性质 一、晶体的常识1.晶体与非晶体 晶体与非晶体的本质差异 晶体非晶体 自范性 有（能自发呈现多面体外形）无（不能自发呈现多面体外形） 微观结构 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 晶体呈现自范性的条件：晶体生长的速率适当 得到晶体的途径：熔融态物质凝固；凝华；溶质从溶液中析出特性：①自范性；②各向异性（强度、导热性、光学性质等）③固定的熔点；④能使X-射线产生衍射（区分晶体和非晶体最可靠的科学方法）2.晶胞--描述晶体结构的基本单元，即晶体中无限重复的部分 一个晶胞平均占有的原子数=8×晶胞顶角上的原子数+4×晶胞棱上的原子+2×晶胞面上的粒子数+1×晶胞体心内的原子数 思考：下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含几个原子？ 1 1 1
eg：1.晶体具有各向异性。如蓝晶（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1：1000。晶体的各向异性主要表现在（） ①硬度②导热性③导电性④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 2.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体一定是无色透明的固体 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体 3.下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？ 二、分子晶体与原子晶体 1.分子晶体--分子间以分子间作用力（范德华力、氢键）相结合的晶体注意：a.构成分子晶体的粒子是分子 b.分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，相邻分子间以分子间作用力结合 ①物理性质 a.较低的熔、沸点 b.较小的硬度 c.一般都是绝缘体，熔融状态也不导电 d.“相似相溶原理”：非极性分子一般能溶于非极性溶剂，极性分子一般能溶于极性溶剂 ②典型的分子晶体 a.非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX等 b.酸：H2SO4 、HNO3、
第二节金属晶体 金属有许多共同的物理性质，如容易导电、导热、有延展性、有金属光泽，等等。金属为什么会具有这些性质呢？ 我们已经知道离子晶体、分子晶体和原子晶体都有不同的特性，而这些特性一般是由它们的晶体结构所决定的。那么，我们是否可以想象，金属的共同性质也是由金属的结构所决定的呢？ 金属（除汞外）在常温下一般都是晶体。通过X射线进行研究发现，在金属中，金属原子好像许多硬球一层一层紧密地堆积着，每一个金属原子周围有许多相同的金属原子围绕着。图1－9是某种金属晶体的结构示意图。 由于金属原子的外层电子比较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子。金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子则在整个晶体里自由运动，称为自由电子（如图1－10）。金属离子与自由电子之间存在着较强的作用，使许多金属离子结合在一起。通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。在金属晶体里，自由电子不专属于某几个特定的金属离子，它们几乎均匀地分布在整个晶体中，被许多金属离子所共有。 上面我们介绍了有关金属晶体的一些知识，下面我们利用这些知识来简单解释金属的一些共同性质。
一、导电性 我们都知道金属容易导电，用铜、铝等制成的电线、电缆为我们的生活带来了很大的方便。那么，金属为什么能导电呢？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的。但是在外加电场的条件下，自由电子就会发生定向运动，因而形成电流。所以金属容易导电。 二、导热性 我们日常使用的烹饪器具，有许多是金属制品，这说明金属有很好的导热性。金属的导热性也与金属晶体里自由电子的运动有关。自由电子在运动时经常与金属离子碰撞，从而引起两者能量的交换。当金属某一部分受热时，在那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加快，于是，通过碰撞，自由电子把能量传给其他金属离子。金属容易导热，就是由于自由电子运动时把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 三、延展性 大多数金属都具有较好的延展性，在加工时能被压成薄片或拉成细丝，制成各种材料和器具。金属的延展性可以从金属晶体的结构特点加以解释。当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动（如图1－11），由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，滑动以后，各层之间仍能保持这种相互作用，在外力作用下，金属虽然发生了形变，但不会导致断裂。所以，金属一般都有不同程度的延展性。 对于金属具有的一些共同性质我们作了简单的解释，但是不同的金属在某些性质方面，如密度、硬度、熔点等，又表现出很大的差别。这些性质与金属原子本身、金属晶体中金属原子的排列方式等因素有关，在此就不作介绍了。 讨论 试举例比较离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体的物理性质。 习题
第一节 基础巩固 一、选择题 1．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述中正确的是() A．水由液态变为玻璃态，体积缩小B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C．玻璃态是水的一种特殊状态D．玻璃态水能使X射线产生衍射 2．下列途径不能得到晶体的是() A．熔融态物质快速冷却B．熔融态物质凝固C．气态物质凝华D．溶质从溶液中析出 3．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是() A．a是晶体B．b是晶体 C．a是非晶体D．无法判断a是不是晶体 4．晶体与非晶体的本质区别是() A．晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性B．晶体具有自范性，而非晶体没有自范性 C．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点 D．晶体能使X－射线产生衍射，而非晶体则不能 5．下列叙述正确的是() A．固体SiO2一定是晶体B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成 C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同 6．下列现象表现为晶体的自范性的是() A．NaCl溶于水B．KMnO4受热分解C．不规则的晶体能生长成规则的 D．碘升华 7．下列关于晶体的说法正确的是() A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体 B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品 C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点 D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同 8．将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)，发现缺角的晶体变完整了。若溶剂不挥发，则这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是()
高中化学晶体知识点 高中化学教材中的晶体内容是微观分子、原子结构与宏观物质产生联系的桥梁。为了帮助高中生掌握晶体知识点，下面我为高中生整理化学晶体知识点，希望对大家有所帮助。 石墨――混合型晶体 石墨晶体为层状结构，层与层之间的作用力为范德华力，每一层内C原子间以共价键形成正六边形结构(见图8)。由于层内C原子以较强的共价键相结合，所以石墨有较高的熔点。但由于层间的范德华力较弱，层间可以滑动，故石墨的硬度较小。因此石墨晶体又称为过渡型晶体或混合型晶体。石墨品体中每个C原子只拥有其所连接的3个C-C键的1/2(3/2个)，因此晶体中C原子与C-C键数之比为2：3。 干冰――分子晶体 干冰晶体中的CO2分布在立方体的顶点和面心上，分子间由分子间作用力结合形成晶体(见图7)。C02分子内存在共价键，因此晶体中既有分子间作用力，又有共价键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，影响分子间作用力的主要因素是相对分子质量，从晶胞的结构可知与一个CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有12个。 金刚石、二氧化硅――原子晶体 (1) 金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体。每个C原子以共价键与其他4个C原子紧邻，由5个碳子形成正四面体的结构单元，由共价键
构成的最小环结构中有6个碳原子(见图4)，由于每个C原子拥有所连4个C-C键的1/2(2个)，所以碳原子个数与C-C键数之比为1：2。 (2) 二氧化硅晶体可以看成是金刚石结构中，C原子被Si原子代替，且在C-C键之间插入O原子后形成的，即每个硅原子与周围的四个氧原子构成一个正四面体，构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构成椅式环，键角(O-Si-O)=10928(见图5)。每个Si原子拥有所连4个O原子的1/2(2个)(见图6)，因此si、O原子个数比为1：2，即化学式表示为SiO2。氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下。 离子数目的计算：在每一个结构单元(晶胞)中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同。一般的规律是：顶点上的微粒属于该单元中所占的份额为18，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为14，面上的微粒属于该单元中所占的份额为12，中心位置上的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。 固态金属单质——金属晶体 金属(除金属汞外)在常温下都是晶体，在金属中，金属原子好像许多硬球一样，一层一层紧密地堆积着。每个金属原子周围都有许多相同的金属原子围绕着。其实，由于金属原子的最外层电子都较少，故金属原子容易失去电子变成金属离子。金属原子释放电子后形成的离子按一定规律堆积，释放的电子则在这个晶体里自由运动，这就是自由电子。在金属晶体
第三节金属晶体 [核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：能辨识常见的金属晶体，能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。2.证据推理与模型认知：能利用金属晶体的通性推导晶体类型，从而理解金属晶体中各微粒之间的作用，理解金属晶体的堆积模型，并能用均摊法分析其晶胞结构。 一、金属键和金属晶体 1．金属键 (1)概念：金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用。 (2)实质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)特征：金属键没有方向性和饱和性。 2．金属晶体 (1)金属晶体 通过金属阳离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。 (2)用电子气理论解释金属的性质
(1)金属单质和合金都属于金属晶体。 (2)金属晶体中含有金属阳离子，但没有阴离子。 (3)金属导电的微粒是自由电子，电解质溶液导电的微粒是自由移动的阳离子和阴离子；前者导电过程中不生成新物质，为物理变化，后者导电过程中有新物质生成，为化学变化。因而，二者导电的本质不同。 例
1下列关于金属键的叙述中，不正确的是( ) A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D．构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【考点】金属键和金属晶体 【题点】金属键的理解 答案 B 解析从基本构成微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。
锂辉石 1.【矿物名称及英文名称】 锂辉石，称α-锂辉石spodumene，又称工业味精，玻璃光泽，属于辉石的一种，多产于花岗伟晶岩中，有时可形成粗大晶体，锂辉石是工业上提炼锂元素的优质矿源，但色彩优美且晶体透明的锂辉石（翠绿锂辉石、紫锂辉石）则用作宝石材料，通常宝石级的锂辉石重量都能超过1克拉，超过5克拉的锂辉石也并不罕见。 2.【矿物组分化学组成】 LiAl(SiO3)2或Li2O?Al2O??4SiO?，理论含锂量3.75%(氧化锂8.04%)。化学组成较稳定，常有少量Fe3+、Mn代替6次配位的Al，Na代替Li；可含有稀有元素、稀土元素和Cs的混入物，以及Ga、Cr、V、Co、Ni、Cu、Sn等微量元素。 3.【矿物晶格】 理论组成(wB%)：Li2O 8.07，Al2O3 27.44，SiO2 64.49。单斜晶系，a0=9.463?，b0=8.392?，c0=5.218?，β=110。11'；Z=4。属C2型结构，与C2/c型结构基本类似。M2主要为Li，有时有少量Na。M2-O平均间距2.211?。M1主要为Al，有时有少量Fe3+。M1-O平均间距1.919 ?，O-O平均间距2.710 ?。[SiO4]链在结构中只有一种，与C2/c型结构不同的是，[SiO4]四面体链是由两种结晶学不同的[SiO4]四面体所组成，呈S扭转。[SiO4]四面体之Si-O平均间距0.1618nm，O-O 平均间距2.640 ?。[SiO4]链之链角为170.5。 （1）晶格价键图或离子堆积图
锂辉石离子棍棒图 锂辉石离子堆积图 （2）X-射线衍射分析（XRD)图及结果 图2.1 锂辉石X 射线衍射图谱
第三章晶体结构与性质 第一节晶体常识 第一课时 教学内容分析： 本节内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生的学习有一定的理论基础。本节内容主要是通过介绍各种各样的固体为出发点来过渡到本堂课的主题——晶体和非晶体。而晶体和非晶体的学习是以各自的自范性和微观结构比较为切入点，进而得出得到晶体的一般途径以及晶体的常见性质和区分晶体的方法。 教学目标设定： 1、通过实验探究理解晶体与非晶体的差异。 2、学会分析、理解、归纳和总结的逻辑思维方法，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。 3、了解区别晶体与非晶体的方法，认识化学的实用价值，增强学习化学的兴趣。 教学重难点： 1、晶体与非晶体的区别 2、晶体的特征 教学方法建议：探究法 教学过程设计： [新课引入]：前面我们讨论过原子结构、分子结构，对于化学键的形成也有了初步的了解，同时也知道组成千万种物质的质点可以是离子、原子或分子。又根据物质在不同温度和压强下，物质主要分为三态：气态、液态和固态，下面我们观察一些固态物质的图片。 [投影]：1、蜡状白磷； 2、黄色的硫磺； 3、紫黑色的碘； 4、高锰酸钾 [讲述]：像上面这一类固体，有着自己有序的排列，我们把它们称为晶体；而像玻璃这一类固体，本身原子排列杂乱无章，称它为非晶体，今天我们的课题就是一起来探究晶体与非晶体的有关知识。 [板书]：一、晶体与非晶体 [板书]：1、晶体与非晶体的本质差异 [提问]：在初中化学中，大家已学过晶体与非晶体，你知道它们之间有没有差异？ [回答]：学生：晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点。 [讲解]：晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点，这只是晶体与非晶体的表观现象，那么他们在本质上有哪些差异呢？ [板书]：自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 [解释]：所谓自范性即“自发”进行，但这里得注意，“自发”过程的实现仍需一定的条件。例如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻。 [板书]：注意：自范性需要一定的条件，其中最重要的条件是晶体的生长速率适当。 [投影]：通过影片播放出，同样是熔融态的二氧化硅，快速的冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得