晶体性质论文范文

晶体性质论文范文（精选8篇）

晶体性质论文 第1篇

苝存在于自然界的煤焦油中,是一种由五个苯环组成的共轭芳香分子。1910年Roland Scholl首次用无水氯化铝氧化两个萘分子的对位得到苝[11]。苝具有多方面的应用价值,如可用作颜料,还原染料、药物[12]和生物分子的标记试剂[13],这是因为它有很高的化学稳定性和荧光量子产率(大于0.99)[14]。苝分子可通过非化学键力如疏水相互作用、π-π相互作用、氢键等形成聚集体,这些聚集体在不同条件的影响下可以进一步生长成形貌各不相同的苝纳米晶体,同时苝纳米晶体的形貌是影响其光电性质的重要因素之一。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

所用试剂均购自国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯,所用水为超纯水。苝纳米晶体由本实验室采用再沉淀法制备。

荧光光谱仪(F-4600型),天美科学仪器有限公司,激发光源为450nm氙灯,激发波长410nm;电化学分析仪(MPI-E型),西安瑞迈分析仪器有限公司。

1.2 测试方法

电致化学发光(ECL)传感器的构建过程:滴涂5μL苝纳米晶体于电极表面,在红外灯下干燥30min。电化学参数:电解质0.1mol/L K2S2O8溶液;参比电极(饱和甘汞电极);对电极(铂电极)。设置参数:初始电位1V,高电位1V,低电位-1.6V,扫描速率0.1V/s,扫描段200,扫描方向正,采样间隔0.001V,静置时间4s。化学发光参数测量时间1000s,采样速率10T/s,放大级数3,灵敏度为10-3,光电倍增管高压800V。

2 结果与讨论

2.1 苝纳米晶体的形成过程及其荧光光谱分析

再沉淀法是将苝溶解到良溶剂[如丙酮(ACE)、四氢呋喃(THF)]中,使其以单分子状态存在,然后将微量该溶液快速注入非良溶剂(如水)中,在一定的沉降时间下苝分子先聚集进而生长为纳米晶体。因此沉降时间、注入的初始溶液的量都会对纳米晶体的大小产生影响。图1为苝纳米晶体的荧光光谱随沉降时间的变化。图中注入的初始溶液(浓度为7.0×10-4mol/L)用量恒定为400μL,沉降时间从0min逐渐增加到180min。苝在纯丙酮溶液中,呈现单分子的发射谱,在420~520nm间有3个峰。如图1所示除了有单分子苝的3个发射峰外,在520~650nm间有一弱的新发射峰出现,峰宽和峰位置区别于单分子苝的发射谱。随着沉降时间的延长,单分子发射峰降低,同时新的发射峰增强(见内图)。这一变化规律与文献中苝聚集体随聚集数增大荧光光谱的变化规律相同,说明新发射峰代表的物种是由苝单分子转化成的纳米晶体,且随沉降时间延长纳米晶体也在生长。

(激发波长410nm)

新峰与苝及苝酰亚胺类聚集体的发射峰类似,因此此峰为苝纳米晶体的发射峰。由图可知,苝纳米晶体发射光谱增大的强度与相应形成纳米晶体的苝单分子的光谱减小的强度相比小很多,这说明苝纳米晶体的荧光量子产率要比苝单分子荧光量子产率低很多。图2为苝纳米晶体的荧光光谱随浓度的变化(沉降时间恒定为75min)。从图中可以看出浓度对苝纳米晶体的影响与沉降时间相似,随着加入初始溶液体积的增大,相同的搅拌时间下565nm处的苝纳米晶体的发射峰逐渐增强。说明在其他条件相同的情况下,加入初始溶液量增大生成的纳米晶体也增多。

(激发波长410nm)

2.2 苝纳米晶体的形貌

图3为在苝浓度相同的条件下选取极性不同的两种良溶剂(丙酮、四氢呋喃),得到形貌不同的两种纳米晶体。当良溶剂为丙酮时,得到长度约为330nm的棒状结构,且分布较为均匀;当良溶剂为四氢呋喃时,得到边长为250~500nm的片状结构。

[(a)丙酮/水溶液;(b)四氢呋喃/水溶液]

2.3 形貌对苝纳米晶体荧光光谱的影响

图4为制得的不同形貌的苝纳米晶体的荧光光谱。从图中可以看出,两种形貌的苝纳晶光谱形状相似,峰位置略有红移。且与苝单分子的荧光光谱相比,光谱形状相似只是在520~650nm间有一新的宽峰出现。此峰与文献中苝分子聚集体的荧光峰相似,说明是苝纳米晶体的荧光峰。由此可见,改变苝纳米晶体的形貌只会对其峰位置产生影响,对其峰形没有影响。这可能是因为采用不同良溶剂制得的不同形貌的苝纳米晶体,没有明显改变苝环的π-共轭体系,改变了晶体的堆积形式。

(激发波长410nm)

2.4 形貌对苝纳米晶体电致化学发光性质的影响

图5为两种不同形貌的苝纳米晶体电致化学发光强度的比较。从图中可以看出,丙酮作为良性溶剂制得的苝纳米棒电致化学发光的稳定性不如四氢呋喃作为良溶剂制得的苝纳米片电致发光的稳定性好,并且从发光强度上来看,四氢呋喃为良溶剂制备的苝纳米片明显优于丙酮制备的苝纳米棒。如图6所示,丙酮为良溶剂制备的苝纳米棒的发光强度稳定在400,而四氢呋喃为良溶剂制备的苝纳米片发光强度稳定在800,后者明显高于前者。从图7中看到丙酮/水溶液制备的苝纳米棒在-1.4V出现第一个氧化峰,四氢呋喃/水溶液制备的苝纳米片则在-1.1V出现第一个氧化峰,在0V出现第二个氧化峰,故前者的苝纳米晶体更加的稳定。由此可见,四氢呋喃作为良性溶剂制备的苝纳米晶体在电化学发光方面优于丙酮。

[(a)丙酮/水溶液;(b)四氢呋喃/水溶液]

[(a)丙酮/水溶液;(b)四氢呋喃/水溶液]

[(a)丙酮/水溶液;(b)四氢呋喃/水溶液]

2.5 四氢呋喃/水溶液中苝纳米晶体电致化学发光强度随浓度的变化

图8是四氢呋喃/水溶液中苝纳米晶体随浓度变化的发光强度-时间曲线,从图中可以看出初始加入体积为200μL时,发光强度在800左右;从0~400s稳定性很好;从400~600s发光强度增加了。初始注入体积为400μL的发光强度在3000左右,从200~400s发光强度稳定在4000;0~200s和400~600s都稳定性差,发光强度都低于4000。初始加入体积600μL时,发光强度1800左右,时间从200到500s,发光强度稳定在1800,而其他时间忽高忽低不稳定。初始加入体积800μL时,发光强度在1600左右,从0~400s发光强度稳定在1600,而450到600s发光强度稳定在2000。

[(a)200μL;(b)400μL;(c)600μL;(d)800μL]

3 结论

《晶体结构与性质》综合训练题 第2篇

1.碳元素不仅能形成丰富多彩的有机化合物，而且还能形成多种无机化合物，同时自身可以形成多种单质，碳及其化合物的用途广泛。

(1)C60分子能与F2发生加成反应，其加成产物为______，C60分子的晶体中，在晶胞的顶点和面心均含有一个C60分子，则一个C60晶胞的质量为________。

(2)干冰和冰是两种常见的分子晶体，下列关于两种晶体的比较中正确的是_______(填字母)。

a．晶体的密度：干冰＞冰

b．晶体的熔点：干冰＞冰

c．晶体中的空间利用率：干冰＞冰

d．晶体中分子间相互作用力类型相同

(3)金刚石和石墨是碳元素形成的两种常见单质，下列关于这两种单质的叙述中正确的是________(填字母)。

a．金刚石中碳原子的杂化类型为sp3杂化，石墨中碳原子的杂化类型为sp2杂化

b．晶体中共价键的键长：金刚石中C—C＜石墨中C—C

c．晶体的熔点：金刚石＞石墨

d．晶体中共价键的键角：金刚石＞石墨

e．金刚石晶体中只存在共价键，石墨晶体中则存在共价键、金属键和范德华力

f．金刚石和石墨的熔点都很高，所以金刚石和石墨都是原子晶体

(4)金刚石晶胞结构如下图，立方BN结构与金刚石相似，在BN晶体中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为________，B原子与N原子之间共价键与配位键的数目比为________，一个晶胞中N原子数目为________。

(5)C与孔雀石共热可以得到金属铜，铜原子的原子结构示意图为_______，金属铜采用面心立方最密堆积(在晶胞的顶点和面心均含有一个Cu原子)，则Cu的晶体中Cu原子的配位数为_______。

已知Cu单质的晶体密度为ρg·cm－3，Cu的相对原子质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则Cu的原子半径为_______。

2.太阳能电池的发展已经进入了第三代。第三代就是铜铟镓硒CIGS等化合物薄膜太阳能电池以及薄膜Si系太阳能电池。完成下列填空：

(1)亚铜离子(Cu＋)基态时的电子排布式为________；

(2)硒为第四周期元素，相邻的元素有砷和溴，则3种元素的第一电离能从大到小顺序为________(用元素符号表示)，用原子结构观点加以解释：________。

(3)与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性(价电子数少于价层轨道数)，其化合物可与具有孤对电子的分子或离子生成加合物，如BF3能与NH3反应生成BF3·NH3。BF3·NH3中B原子的杂化轨道类型为________，B与N之间形成________键。

(4)单晶硅的结构与金刚石结构相似，若将金刚石晶体中一半的C原子换成Si原子且同种原子不成键，则得如图所示的金刚砂(SiC)结构；在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________。

3.回答下列问题：

(1)过渡金属元素铁能形成多种配合物，如[Fe(H2NCONH2)6]

(NO3)3[三硝酸六尿素合铁(Ⅲ)]和Fe(CO)x等。

①基态氧原子的价电子排布式为________。

②尿素(H2NCONH2)分子中C、N原子的杂化方式分别是________、________。

③配合物Fe(CO)x的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为18，则x＝________。

Fe(CO)x常温下呈液态，熔点为－20.5

℃，沸点为103

℃，易溶于非极性溶剂，据此可判断Fe(CO)x晶体属于____________(填晶体类型)。

(2)O和Na形成的一种只含有离子键的离子化合物的晶胞结构如下图，距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为________。已知该晶胞的密度为ρg/cm3，阿伏伽德罗常数为NA，求晶胞边长a＝______cm。

(用含ρ、NA的计算式表示)

(3)下列说法正确的是________。

A．第一电离能大小：S＞P＞Si

B．电负性顺序：C＜N＜O＜F

C．因为晶格能CaO比KCl高，所以KCl比CaO熔点低

D．SO2与CO2的化学性质类似，分子结构也都呈直线形，相同条件下SO2的溶解度更大

E．分子晶体中，共价键键能越大，该分子晶体的熔沸点越高

(4)图(a)是Na、Cu、Si、H、C、N等元素单质的熔点高低的顺序，其中c、d均是热和电的良导体。

(a)(b)

①图中d单质的晶体堆积方式类型是_________________________________。

②单质a、b、f

对应的元素以原子个数比1∶1∶1形成的分子中含________个σ键，________个π键。

③图(b)是上述6种元素中的1种元素形成的含氧酸的结构，请简要说明该物质易溶于水的原因：_

________________________________________________________________________。

4.铜、镓、硒、硅等元素的化合物是生产第三代太阳能电池的重要材料。

回答下列问题：

(1)基态铜原子的电子排布式为__________________；已知高温下CuO→Cu2O＋O2，试从铜原子价层电子结构变化角度解释这一反应发生的原因：

________________________________________________________________________。

(2)

硒、硅均能与氢元素形成气态氢化物，则它们形成的组成最简单的氢化物中，分子构型分别为____________，若“Si—H”中键合电子偏向氢元素，氢气与硒反应时单质硒是氧化剂，则硒与硅的电负性相对大小为__________。

(3)硒的一种含氧酸H2SeO3电离平衡常数分别为K1＝2.7×10－3，K2＝2.5×10－8，二者之间存在着较大差异的原因(任意答出一种)是：

________________________________________________________________________。

(4)与镓元素处于同一主族的硼元素具有缺电子性(价电子数少于价层轨道数)，其化合物可与具有孤对电子的分子或离子生成配合物，如BF3能与NH3反应生成BF3·NH3。

BF3·NH3中B原子的杂化轨道类型为________，B与N之间形成________键。

(5)金刚砂(SiC)的硬度为9.5，其晶胞结构如下图所示；则金刚砂晶体类型为________，在SiC中，每个C原子周围最近的C原子数目为________，若晶胞的边长为apm，则金刚砂的密度为______________。

5.在电解冶炼铝的过程中加入冰晶石，可起到降低Al2O3熔点的作用。冰晶石的生产原理为2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3AlF6＋3CO2↑＋9H2O。根据题意完成下列填空：

(1)冰晶石的晶体不导电，但熔融时能导电，则在冰晶石晶体中存在________(填序号)。

a．离子键　　　　b．极性键

c．配位键

d．范德华力

(2)

CO2分子的空间构型为____________，中心原子的杂化方式为____________，和CO2互为等电子体的氧化物是________。

(3)反应物中电负性最大的元素为________(填元素符号)，写出其原子最外层的电子排布图：______________。

(4)冰晶石由两种微粒构成，冰晶石的晶胞结构如图甲所示，●位于大立方体的顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心，那么大立方体的体心处所代表的微粒是________(填具体的微粒符号)。

(5)Al单质的晶体中原子的堆积方式如图乙所示，其晶胞特征如图丙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丁所示：

若已知Al的原子半径为d，NA代表阿伏伽德罗常数，Al的相对原子质量为M，则一个晶胞中Al原子的数目为________个；Al晶体的密度为______________________(用字母表示)。

6.根据下列五种元素的第一至第四电离能数据(单位：kJ·mol－1)，回答下列各题：

(1)在周期表中，最可能处于同一族的是________。

A．Q和R

B．S和T

C．T和U

D．R和T

E．R和U

(2)下列离子的氧化性最弱的是________。

A．S2＋B．R2＋C．T3＋D．U＋

(3)下列元素中，化学性质和物理性质最像Q元素的是________。

A．硼

B．铍

C．氦

D．氢

(4)每种元素都出现相邻两个电离能的数据相差较大的情况，这一事实从一个侧面说明：

________

如果U元素是短周期元素，你估计它的第2电离能飞跃数据将发生在失去第________个电子时。

(5)如果R、S、T是同周期的三种主族元素，则它们的原子序数由小到大的顺序是，其中元素的第一电离能异常高的原因是。

7.根据信息回答下列问题：

A．第一电离能I1是指气态原子X(g)处于基态时，失去一个电子成为气态阳离子X＋(g)所需的最低能量。下图是部分元素原子的第一电离能I1随原子序数变化的曲线图(其中12号至17号元素的有关数据缺失)。

B．不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用数值表示，该数值称为电负性。一般认为：如果两个成键原子间的电负性差值大于1.7，原子之间通常形成离子键；如果两个成键原子间的电负性差值小于1.7，通常形成共价键。下表是某些元素的电负性值：

(1)认真分析信息A图中同周期元素第一电离能的变化规律，推断第三周期Na～Ar这几种元素中，Al的第一电离能的大小范围为________＜Al＜________(填元素符号)。

(2)从信息A图中分析可知，同一主族元素原子的第一电离能I1的变化规律是：

(3)信息A图中第一电离能最小的元素在周期表中的位置是________周期________族。

(4)根据对角线规则，Be、Al元素最高价氧化物对应水化物的性质相似，它们都具有性，其中Be(OH)2显示这种性质的离子方程式是________。

(5)通过分析电负性值的变化规律，确定Mg元素的电负性值的最小范围________。

(6)请归纳元素的电负性和金属性、非金属性的关系是________。

(7)从电负性角度，判断AlCl3是离子化合物还是共价化合物，说出理由并写出判断的方法

8.下图为几种晶体或晶胞的示意图：

请回答下列问题：

(1)上述晶体中，粒子之间以共价键结合形成的晶体是________________。

(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为：___________________。

(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的晶格能________(填“大于”或“小于”)MgO晶体，原因是________________________。

(4)每个Cu晶胞中实际占有________个Cu原子，CaCl2晶体中Ca2＋的配位数为________。

(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是________________________________。

9.下图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体的结构示意图，请回答下列问题：

图Ⅲ　铜晶体中铜原子堆积模型

(1)图Ⅰ所示的CaF2晶体中与Ca2＋最近且等距离的F－数为________________，图Ⅲ中未标号的铜原子形成晶体后周围最紧邻的铜原子数为__________________________________。

(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外能层已达8电子结构的原子是________，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数比为____________。

(3)金属铜具有很好的延展性、导电性、传热性，对此现象最简单的解释是用________理论。

(4)三种晶体中熔点最低的是________(填化学式)，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为____________________________________________________________。

(5)已知两个距离最近的Ca2＋核间距离为a×10－8cm，结合CaF2晶体的晶胞示意图，CaF2晶体的密度为_______________________________________。

10.(1)氯酸钾熔化，粒子间克服了________的作用力；二氧化硅熔化，粒子间克服了________的作用力；碘的升华，粒子间克服了________的作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是____________(填化学式)。

(2)下列六种晶体：①CO2，②NaCl，③Na，④Si，⑤CS2，⑥金刚石，它们的熔点从低到高的顺序为________(填序号)。

(3)在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中，由极性键形成的非极性分子是________，由非极性键形成的非极性分子是________，能形成分子晶体的物质是________，含有氢键的晶体的化学式是________________________，属于离子晶体的是____________________，属于原子晶体的是____________________，五种物质的熔点由高到低的顺序是________________。

(4)A、B、C、D为四种晶体，性质如下：

A．固态时能导电，能溶于盐酸

B．能溶于CS2，不溶于水

C．固态时不导电，液态时能导电，可溶于水

D．固态、液态时均不导电，熔点为3

500℃

试推断它们的晶体类型：

A．________________；B.________________；

C．________________；D.________________。

(5)相同压强下，部分元素氟化物的熔点见下表：

试解释上表中氟化物熔点差异的原因：

____________________________________________________________________

(6)镍粉在CO中低温加热，生成无色挥发性液态Ni(CO)4，呈四面体构型。150

℃时，Ni(CO)4分解为Ni和CO。Ni(CO)是________晶体，Ni(CO)4易溶于下列________(填序号)

a．水　　　b．四氯化碳　　　c．苯　　　d．硫酸镍溶液

11.图A所示的转化关系中(具体反应条件略)，a，b，c和d分别为四种短周期元素的常见单质，其余均为它们的化合物，i的溶液为常见的酸，a的一种同素异形体的晶胞如图B所示。

回答下列问题：

(1)图B对应的物质名称是______，其晶胞中的原子数为______，晶体类型为________。

(2)d中元素的原子核外电子排布式为________。

(3)图A中由二种元素组成的物质中，沸点最高的是______，原因是______，该物质的分子构型为______，中心原子的杂化轨道类型为________。

(4)图A中的双原子分子中，极性最大的分子是________。

(5)k的分子式为________，中心原子的杂化轨道类型为________，属于________分子(填“极性”或“非极性”)。

12.X，Y，Z，W是元素周期表前四周期中的常见元素，其相关信息如下表：

(1)W位于元素周期表第_____周期，第_____族，其基态原子最外层有_____个电子。

(2)X的电负性比Y的_______(填“大”或“小”)；X和Y的气态氢化物中，较稳定的是___________(写化学式)。

(3)写出Z2Y2与XY2反应的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目：__________。

(4)在X原子与氢原子形成的多种分子中，有些分子的核磁共振氢谱显示有两种氢，写出其中一种分子的名称：______________。氢元素，X，Y的原子也可共同形成多种分子和某种常见无机阴离子，写出其中一种分子与该无机阴离子反应的离子方程式：_____________。

答案解析

1.【答案】(1)C60F60　g(2)ac(3)ae

(4)正四面体　3∶1　4

(5)12　×cm

【解析】(1)C60中每个碳原子的连接方式为，所以C60中共有双键0.5×60＝30个，则与F2加成的产物应为C60F60；C60为面心立方堆积，则

m·NA＝4×12×60

g

m＝g。

(2)在冰中存在氢键，空间利用率较低，密度较小，a、c正确。

(3)石墨中C—C键键长小于金刚石中C—C键键长，所以熔点：石墨＞金刚石，金刚石的碳原子呈sp3杂化，而石墨中的碳原子呈sp2杂化，所以共价键的键角：石墨大于金刚石，石墨属于混合型晶体，a、e正确。

(4)在BN中，B原子周围最近的N原子所构成的立体图形为正四面体形，在四个共价键中，其中有一个配位键，其个数之比为3∶1，在晶胞中，含N：8×＋6×＝4个，含B：4个。

(5)根据铜的堆积方式，Cu原子的配位数应为12，设晶胞边长为a，则a3·ρ·NA＝4M

a＝

面对角线为×，其为Cu原子半径，即r＝×cm。

2.【答案】

【解析】

3.【答案】1．(1)①2s22p4　②sp2　sp3　③5　分子晶体

(2)立方体(3)BC

(4)①面心立方最密堆积　②2　2　③硝酸分子是极性分子，易溶于为极性溶剂的水中；硝酸分子中氢氧键易与水分子间形成氢键

【解析】(1)尿素中碳原子形成了3个σ键和1个π键，氮原子形成了3个化学键且还有1个孤电子对，故二者分别为sp2、sp3杂化。Fe(CO)x中铁有8个价电子(3d64s2)，一个CO提供2个电子与Fe形成配位键，故x＝5。由Fe(CO)x的熔点、沸点数值知其为分子晶体。

(2)对应的化合物为Na2O，观察晶胞图知，白色小球代表Na＋，黑色小球代表O2－，O2－的配位数是8，8个Na＋构成了一个立方体。该晶胞中含有4个“Na2O”组成单元，物质的量为，晶胞的质量为g，晶胞体积V＝＝a3，由此可求出a＝。(3)磷的第一电离能比硫的大，A项错误，SO2中硫为sp2杂化，SO2是V形结构，D项错误。

(4)①由c、d是热和电的良导体知二者是金属，结合熔点知c是钠，d是铜，a是氢，b是氮，e是硅，f是碳。铜为面心立方最密堆积。②H、C、N形成的符合条件的化合物为HCN，结构式为H－C≡N，故有2个σ键，2个π键。图(b)对应的物质是硝酸，硝酸中存在“H－O”键，能与水形成氢键，故它易溶于水。

4.【答案】(1)1s22s22p63s23p63d104s1或[Ar]3d104s1　CuO中铜的价层电子排布为3d9，Cu2O中铜的价层电子排布为3d10，后者处于稳定的全充满状态而前者不是

(2)V形、正四面体　Se>Si

(3)SeO与H＋的结合能力强于HSeO与H＋的结合能力或H2SeO3一级电离电离出的H＋对二级电离存在抑制作用

(4)sp3　配位(5)原子晶体　12　ag·mol－1。

【解析】(1)Cu＋、Cu2＋的价层电子排布分别为稳定状态的3d10、不稳定的3d9，故高温时CuO稳定性比Cu2O差。

(2)SiH4、H2Se中硅与硒均有四个价层电子对，故VSEPR模型均为正四面体，分子构型分别为四面体与V形；键合电子偏向氢元素，说明氢的电负性比硅元素的大，氢与硒反应时硒是氧化剂，说明硒的非金属性比氢元素的强，故硒的电负性比硅的电负性大。

(3)亚硒酸的一级电离常数与二级电离常数相差较大，与两种酸根离子结合H＋能力大小不同有关，也与电离平衡间的抑制作用有关。

(4)B原子含有三个共价键，所以采取sp3杂化；由提供空轨道的原子和提供孤电子对的原子间形成的化学键属于配位键。

(5)

采用X、Y、Z三轴切割的方法判断知，符合题设条件的碳原子有

12个。又每个晶胞中含有4个“SiC”，质量为40

g·mol－1×，晶胞的体积为10－30a3mL，由此可求出晶体的密度。

5.【答案】(1)abc(2)直线形　sp　N2O(3)

F(4)Na＋

(5)4　g/mL

【解析】(1)冰晶石是以3个钠离子为外界，六氟合铝离子为内界的配合物，AlF中存在共价键与配位键，Na＋与AlF之间形成的是离子键。(2)N2O有22个电子，与CO2互为等电子体。(4)冰晶石是由Na＋和AlF组成的，个数之比为3∶1，故处于体心的微粒是Na＋。

(5)铝晶胞的原子处于晶胞顶点和面心，故一个晶胞含有的Al原子数目为6×＋8×＝4。设Al晶胞的边长为a，则有2a2＝(4d)2，a＝2d，Al晶胞的体积为V＝16d3，故Al晶体的密度为g/mL。

6.【答案】(1)E

(2)D

(3)C

(4)电子分层排布，各能层能量不同　10

(5)R

【解析】(1)根据电离能的变化趋势知，Q为稀有气体元素，R为第ⅠA族元素，S为第ⅡA族元素，T为第ⅢA族元素，U为第ⅠA族元素，所以R和U处于同一主族。

(2)由于U＋为第ⅠA族元素且比R电离能小，所以U＋的氧化性最弱。

(3)由于Q是稀有气体元素，所以氦的物理性质和化学性质与此最像。

(4)电离能的突跃变化，说明核外电子是分层排布的。若U是短周期元素，则U是Na，其核外电子排布式为1s22s22p63s1，由于2s22p6所处能层相同，所以它的第2次电离能飞跃数据发生在失去第10个电子时。

(5)同一周期，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA、ⅤA族比相邻元素要高，因为其最外层电子呈全充满或半充满结构。

7.【答案】(1)Na　Mg

(2)从上到下依次减小

(3)第五　第ⅠA

(4)两　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O(5)0.9～1.5

(6)非金属性越强，电负性越大；金属性越强，电负性越小

(7)Al元素和Cl元素的电负性差值为1.5＜1.7，所以形成共价键，为共价化合物　将氯化铝加热到熔融态，进行导电性实验，如果不导电，说明是共价化合物

【解析】(1)由信息所给的图可以看出，同周期的ⅠA族元素的第一电离能最小，而第ⅢA族元素的第一电离能小于ⅡA族元素的第一电离能，故Na＜Al＜Mg。

(2)从图中可看出同主族元素的第一电离能从上到下逐渐减小。

(3)根据第一电离能的递变规律可以看出，图中所给元素中Rb的第一电离能最小，其在周期表中的位置为第五周期第ⅠA族。

(4)根据对角线规则，Al(OH)3与Be(OH)2的性质相似，Be(OH)2应具有两性，根据Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O，Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O可以类似地写出Be(OH)2与酸、碱反应的离子方程式。

(5)根据电负性的递变规律：同周期元素，从左到右电负性逐渐增大，同主族元素从上到下电负性逐渐减小可知，在同周期中电负性Na＜Mg＜Al，Be＞Mg＞Ca，最小范围应为0.9～1.5。

(6)因电负性可以用来衡量原子吸引电子能力的大小，所以电负性越大，原子吸引电子的能力越强，非金属性越强，反之金属性越强。

(7)AlCl3中Al与Cl的电负性差值为1.5，根据信息，电负性差值若小于1.7，则形成共价键，所以AlCl3为共价化合物。离子化合物在熔融状态下以离子形式存在，可以导电，但共价化合物不能导电。

8.【答案】(1)金刚石晶体

(2)金刚石>MgO>CaCl2>冰>干冰

(3)小于　MgO晶体中离子的电荷数大于NaCl晶体中离子电荷数；且r(Mg2＋)

(4)4　8

(5)水分子之间形成氢健

【解析】(2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷数越大，则离子晶体熔点越高。金刚石是原子晶体，熔点最高，冰、干冰均为分子晶体，冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。

(4)铜晶胞实际占有铜原子数用均摊法分析，8×＋6×＝4，氯化钙类似于氟化钙，Ca2＋的配位数为8，Cl－配位数为4。

9.【答案】(1)8　12(2)O　1∶6(3)金属键

(4)H3BO3　分子间作用力(5)g·cm－3

【解析】(1)CaF2晶体中Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，Ca2＋和F－个数比为1∶2，铜晶体中未标号的铜原子周围最紧邻的铜原子为上层1、2、3，同层的4、5、6、7、8、9，下层的10、11、12，共12个。

(2)图Ⅱ中B原子最外层三个电子形成三条共价键，最外层共6个电子，H原子达到2电子稳定结构，只有氧原子形成两条键达到8电子稳定。H3BO3晶体是分子晶体，相互之间通过氢键相连，每个B原子形成三条B—O极性键，每个O原子形成一条O—H极性价键，共6条极性键。

(3)金属键理论把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成整块晶体的电子气，被所有原子所共用，从而把所有的原子联系在一起，可以用来解释金属键的本质，金属的延展性、导电性、传热性。

(4)H3BO3晶体是分子晶体，熔点最低，熔化时克服了分子间作用力。

(5)一个晶胞中实际拥有的离子数：较小的离子数为8×1/8＋6×1/2＝4，而较大的离子为8个，从而确定晶胞顶点及六个面上的离子为Ca2＋，晶胞内部的离子为F－，1个晶胞实际拥有4个“CaF2”，则CaF2晶体的密度为4×78

g·mol－1÷[(a×10－8cm)3×6.02×1023mol－1]≈g·cm－3。

10.【答案】(1)离子键　共价键　分子间　SiO2＞KClO3＞I2

(2)①<⑤<③<②<④<⑥

(3)CO2　H2　H2、CO2、HF　HF(NH4)2SO4　SiC　SiC＞(NH4)2SO4＞HF＞CO2＞H2

(4)金属晶体　分子晶体　离子晶体　原子晶体

(5)NaF与MgF2为离子晶体，SiF4为分子晶体，故SiF4的熔点低；Mg2＋的半径比Na＋的半径小，Mg2＋带2个单位正电荷数比Na＋多，故MgF2的熔点比NaF高

(6)分子晶体　bc

【解析】(1)氯酸钾是离子晶体，熔化离子晶体时需要克服离子键的作用力；二氧化硅是原子晶体，熔化原子晶体时需要克服共价键的作用力；碘为分子晶体，熔化分子晶体时需克服的是分子间的作用力。由于原子晶体是由共价键形成的空间网状结构的晶体，所以原子晶体的熔点最高；其次是离子晶体；由于分子间作用力与化学键相比较要小得多，所以碘的熔点最低。

(2)先把六种晶体分类。原子晶体：④、⑥；离子晶体：②；金属晶体：③；分子晶体：①、⑤。由于C原子半径小于Si原子半径，所以金刚石的熔点高于晶体硅；CO2和CS2同属于分子晶体，其熔点与相对分子质量成正比，故CS2熔点高于CO2；Na在通常状况下是固态，而CS2是液态，CO2是气态，所以Na的熔点高于CS2和CO2；Na在水中即熔化成小球，说明它的熔点较NaCl低。

(6)根据“相似相溶”原理判断溶解性。

11.【答案】(1)金刚石

原子晶体

(2)1s22s22p63s23p5

(3)H2O

分子间形成氢键

V形(或角形)

sp3

(4)HCl

(5)COCl2sp2极性

【解析】(1)a有同素异形体，每个原子周围有4个键，判断为金刚石，是原子晶体。晶胞中含有的C原子数为8×+6×+4=8；

(2)a为C，则b为H2，c为O2，因i是常见的酸，只由b，d形成可判断为盐酸，则d为Cl2；

(3)除a，b，c，d外，f为CO，g为CO2，i为HCl，而k与水反应生成CO2与盐酸，且由f，d反应得到，应含C，O，Cl三种元素，只能判断为COCl2。所有两元素形成的物质中，只有水是液态，其它都是气体，H2O存在分子间氢键，沸点比较高，H2O的中心原子sp3杂化，空间构型为V型；

(4)所有双原子分子中，只有H，Cl电负性差值最大，因而极性最大。

(5)COCl2中羰基的平面结构，所以C为sp2杂化，是极性分子。

12.【答案】(1)四

Ⅷ

(2)小

H2O

(3)

(4)丙烷

CH3COOH+HCO3-=CH3COO-+H2O+CO2↑

【解析】X，Y，Z，W是元素周期表前四周期中的常见元素，X的基态原子L层电子数是K层电子数的2倍，所以X基态原子核外有6个电子，X是C元素；Y的基态原子最外层电子排布式为：nsnnpn+2，s能级上最多排2个电子，且p能级上还有电子，所以n为2，则Y的基态原子最外层电子排布式为：2s22p4，Y是O元素；Z存在质量数为23，中子数为12的核素，则其质子数是11，Z是Na元素；W有多种化合价，其白色氢氧化物在空气中会迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，W是Fe。

(1)Fe位于周期表中第四周期Ⅷ族，最外层为2个电子；

(2)X是C元素，Y是O元素，同一周期从左到右电负性递增，所以X的电负性比Y的小，元素的电负性越大，其氢化物越稳定，所以X和Y的气态氢化物中，较稳定的是H2O；

(3)过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，该反应中过氧化钠既是氧化剂又是还原剂，；

(4)在X原子与氢原子形成的多种分子中，有些分子的核磁共振氢谱显示有两种氢，则物质可能是丙烷或丁烷等，氢元素，X，Y的原子也可共同形成多种分子，如羧酸或含有羟基的羧酸等，某种常见无机阴离子有碳酸氢根离子，醋酸和碳酸氢根离子反应二氧化碳，水和醋酸根离子，离子方程式为:

晶体性质论文 第3篇

一、扎实知识，为学生空间想象力打下基础

在学习过程中，空间想象力是建立在扎实的知识基础上的，只有认识这个打根基的过程的规律性，才能在学习中无往而不利。没有概念知识打基础，培养空间想象力就是一句空话，“无源之水，无根之木”讲的就是这个意思。在这一部分，学生需要掌握的知识包括晶体和非晶体的概念，以固体是否有规则的外形作为衡量标准之一。基础知识对于一个人的重要性就相当于支撑一个人的基本的身体组成一样，没有了基础，做其他事情只能是望洋兴叹，悔之无门。

当掌握了晶体的特性即拥有规则的几何外形，这是说作为晶体，它的内部质点和外形质点排列是非常有序的，像一个有组织有纪律的士兵阵列一样，充满科学性的美感；有固定的溶沸点，是说作为晶体有比较严格的条件下的沸腾和融化的温度临界点；各向异性是讲在强度和导热性和光学性质上的特定性质；通过X射线的衍射实验可以较准确地区分晶体和非晶体，就可以进入真正的化学知识学习，从基础的晶体构成学起，然后逐渐深入，掌握离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属型晶体，以及混合物晶体等各类晶体的性质，从而系统学习这部分知识。

在教授氯化钠的晶体结构组成时，作为一种基本的离子晶体，笔者要求学生记忆该晶体的基本构造，并且做出该晶体的模型结构，采用纸棒的形式进行构造该晶体的空间结构模型，然后观察该晶体中基本的晶胞单元中钠离子与氯离子的个数。“老师，其中含有4个钠离子和4个氯离子，每个钠离子和每个氯离子都被最近距离的12个氯离子或钠离子包围或是被6个相同离子包围”。在这种结构中，呈现出了高度的对称性和美感。通过严密的数学计算，可以通过钠离子和氯离子间的最近距离计算得出晶体密度，首先分析每晶胞中所含的粒子数目，计算出每个晶胞的质量，在此基础上再求出每个晶胞的体积，这样就可以利用质量与密度的比值作为晶体密度的计算策略。

相比于抽象的概念合集，实际的计算例子更能建立起学生对于晶体结构和性质的基本认知，在以后的学习过程中，通过自己的经验判断晶体的特点与计算等，正是说明了打好扎实的基础对于培养学生空间想象力的重要性。

二、方式多样，为学生空间想象力插上翅膀

在这部分内容的化学教学中，要充分利用以下各种教育教学方式提高学生的空间想象力，让学生理解课堂内容，理解晶体结构的具体构成，在考虑晶胞等问题时要更积极主动地和同学老师交流和沟通，将学习中遇到的各种问题通过恰当方式解决。

1.一般情况下，我们可以通过现实中存在的各种立体形态帮助我们认识立体图形的各部分要素，也可以通过标准的或原子或离子或分子的空间结构构筑基本的空间框架，虽然可能会有一部分空间架构体系的缺失，但是给予了我们一种基本的分析策略和行事方法，提供了对于变化结构的对应的分析方法。

2.在当前多媒体盛行的教育方式中，采用多媒体的动态演示晶体结构的动态变化可以直观反映出晶胞的个体数目，以及在空间结构形成的过程中，晶胞是怎样占据空间的各个位置，以一种变化的角度呈现出晶体的空间结构组成，以及这样形成的晶体的性质。除了演示晶体的形成，还可以拿来全方位地呈现一种晶体的各个角度的视图，同时展现各种晶体的对比结构图，在不知不觉中为学生建立晶体空间结构的各种模型与结构，让学生可以很直观地了解到所学的几种晶体结构的空间构成的差异性。多媒体的动态教学的方式在激发学生学习兴趣，活跃课堂氛围，培养学生空间想象力等方面具有重要作用。

3.在空间结构的学习过程中，鼓励学生动手进行画图也是一种培养学生空间方向感的一种有效方法。学习各种物质的最小晶胞单元的画法，晶胞是晶体中的最小重复单元，通过各种平移变换可以与其他晶胞完美契合，而且一般的，晶胞的几何性质基本上都是平行六面体。像一个蜜蜂的蜂巢一样，有序地排列组合形成一个大的蜂巢即几何结构的完美呈现。通过学生自己动手进行操作，实际形成了他对于这种结构的基本认知，只要碰到这样的结构或描述，立即就可以在脑海中形成这种结构，从而很快推算出晶胞中粒子个数，以及离子和原子在空间的位置构造，如头脑风暴一般，为学生的想象力成长插上了坚强而又厚实的翅膀，使其自由翱翔在晶体的空间结构中。

三、反思回顾，为学生空间想象力再添助力

子曰：“学而不思则罔，思而不学则殆。”在学习过程中，要达到思考与学习同步进行，在学习过后不忘反思回顾完整的知识和空间结构的特点，在不断地推翻再重建的思维训练中得到关于晶体结构与性质的总结，充分实现学生空间想象力的成长，学生在不断反思中除了可以巩固知识外，还可以对其结构做出不断的拆解重组，这个过程，可以将学生的思维创造力发展再发展，为学生的空间想象力的成长作出真正的贡献。

在晶体的结构与性质之中，除了掌握基本的结构构造之外，对于计算，这是一个很重要的值得学习的部分，因为实际应用中很多晶体的要求不仅是能够从结构图上及图文描述中读出相关需要的信息，而且需要能够数并计算出晶胞的数目，晶胞中各离子的数目，以及各自相互围绕的离子或原子数目及结构组成。在计算过程中，我们在学习一种计算方法的基础上要掌握其计算的基本原理，做到“举一隅可以三隅反”，在学习过后将计算的本质展示出来。这部分的计算主要涉及摩尔质量、阿伏伽德罗常数与密度的关系，密度计算中主要应用密度的定义。通过各种或简或繁的分析计算，学生对于晶体的结构性质进一步深入了解，对知识的熟练程度及空间思维进一步提高。

在大量的学习与分析过后，学生进行的就是空间创造性思维与创造性活动的开展，在熟练了基本知识之后，在认识新的空间晶胞结构的过程中，思维会自觉地将所见的新结构纳入已学过的知识体系中进行对比与分析，在最短时间内将新结构进行分解并按原有方式重新组合，分析出其中的晶胞及化学键的性质，然后在此基础上，对晶胞中粒子的数目进行分析，得出相应结论，这是学习的一个新阶段，也是空间想象力成熟的必经阶段。

晶体性质论文 第4篇

1实验部分

一是试剂和仪器:在红外光谱方面, 本文采用美国某公司生产的红外分光光度计, 将SP级压片给应用了过来, 依据相关标准来扫描和测定。在元素分析方面, 将美国生产的分析仪和英国生产的离子体发射光谱给利用过来。在热重分析方面, 将美国公司生产的热分析仪给应用过来, 在升温速率方面, 保持在每分钟10摄氏度左右。

二是化合物的合成:首先是化合物1的合成, 我们首先合成了80毫升的H2O和35毫升的CH3COOH的混合溶液, 在其中加入了9克的Na2M0O4 2H2O, 然后将86克的C1CL3 6H2O给加入进来, 进行五分钟左右的搅拌, 溶液经过45分钟的加热回流, 冷却得到的绿色溶液, 进行过滤, 经过五天的放置后, 就会有绿色晶体析出来, 进行过滤和洗涤, 在空气中风干, 就可以将它的化学式给求出来。

其次是化合物2的合成, 在80毫升H2O和35毫升CH3COOH的混合溶液中, 将9克Na M0O4 2H2O给加入进来, 然后将86克的Cu CL2 2H2O给加入进来, 进行五分钟的搅拌, 溶液进行45分钟的回流, 冷却得到的蓝色溶液, 经过五天放置后, 会有蓝色晶体析出来, 进行过滤、洗涤等工艺, 可以将化学式给求出来。

2结果研究

一是晶体结构描述:首先是描述化合物1的结构, 化合物1的多阴离子是典型的Anderson B型结构, 以八面体来配位中心杂原子, 氧原子和氢成键在配位的过程中, 和共边互联的八面体就会形成一个平面结构。在多阴离子中, 铬离子连接着两个原子构, 它的Cr-O键长在1.972 (3) -1.978 (3) nm之间。通常可以按照三类来划分阴离子结构中的氧原子, Ot代表的是端氧, 只连接了1个钼原子, 它的键长在1.683 (3) -1.715 (3) nm之间;Ob则是指二重桥氧, 连接着两个钼原子, 它的键长在1.683 (3) 到1.715 (3) nm之间。0a表示的三重乔氧, 它连接着中心铬原子和2个钼原子, 它的键长在1.685 (3) -1.699 (3) nm之间, 在正常的范围内, 所有的键长以及键角都会发生变化。在阳离子中, 0 (6) 连接着Cr (2) 、Cr (3) 和Cr (4) , 它的键长在1.893-2.052 (3) nm之间, 同时, 每一个铬原子都配位着两个氧原子, 并且配位一个H2O的氧原子, 这样一个八面体结构就形成了。通过氢键交替连接, 相邻的多阴离子可以促使一维链状结构得到形成。其次是化合物2的结构描述:化合物2采用八面体配位每一个铜离子, 在本化合物中, 四个氧原子和两个铜离子可以成键, 有金属键存在于铜与铜之间, 每一个铜离子配位1个H2O分子, 其中, 有平面结构存在于本化合物中, 由Cu (1) 、Cu (3) 原子和0 (3) /o (2) /o (7) 和o (6) 组成。

二是化合物的红外光谱:图1就是化合物1的红外光谱, 通过图1我们可以了解到, 一共有四个强的特征伸缩振动峰出现, 说明Anderson结构被化合物阴离子所具备;有两个强吸收峰存在, 属于乙酸的特征吸收峰, 并且有一个宽峰和强吸收带分别出现, 属于水分子的特征振动, 那么就说明目标化合物得到了成功合成。如图1所示。通过对化合物2的红外光谱进行研究我们可以得知, 它属于典型的配位羧酸特征吸收峰, 说明羧酸成键是通过双齿和Cu配位实现的, 并且有一个强而宽的吸收峰存在。

三是化合物的热重:通过TG分析化合物1我们可以得知, 有三步失重存在于50到400摄氏度的范围内, 前两步有着较低的失重温度, 吸附水和结晶水会失去, 失重量在百分之十五左右, 后一步有着较高的失重温度, 配位的乙酸根离子会失去, 失重量为百分之十五左右, 同时, 还会破坏分解晶体, 总的失重量为百分之三十左右, 和理论值没有较大的差距。

四是化合物的紫外光谱:通过相关的研究我们可以得知, 有一条吸收带出现于250nm左右, 这是因为有两个顺式端基氧存在于Anderson结构杂多化合物中, 有着较短的距离, 孤对电子会互相排除, 这样就增加了电子跃迁吸收能量, 促使谱带蓝移问题的出现。

结语

通过上文的叙述分析我们可以得知, 结合相关文献的研究结果, 本文成功合成了两种化合物, 并且对含过渡金属配合物的合成、晶体结构以及性质等方面进行了深入的研究, 希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献

晶体性质论文 第5篇

［引言］上一课我们学习了离子晶体。离子晶体由阴、阳离子通过离子键在空间规则排列而成。由于离子间存在着较强的离子键，使离子晶体表现出硬度较大，熔、沸点较高等性质特点，如NaCl和CsCl晶体，与之相比，请看下列晶体。

［多媒体展示］碘晶体、萘的晶体、二氧化碳的晶体、雪花晶体、冰晶。

［讲述］屏幕显示的碘的晶体，萘的晶体、二氧化碳的晶体均有易升华的特点，而雪花晶体、冰晶较易熔化，进而汽化。由此可知，这些晶体并无离子晶体较高的熔、沸点。它们是本节将要学习的另一类晶体。

［板书］

二、分子晶体 ［引导］请同学们参照离子晶体的分析方法，首先思考构成分子晶体的粒子及粒子间的作用力是什么？

［学生活动］ ［板书］

1.概念：分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体叫分子晶体。

［讲述］任何分子之间都存在分子间作用力。稀有气体，不少非金属单质（如H2、N2、O2、Cl2、I2等）和化合物（如H2O、HX、NH3、CH4、CO2等及大量有机分子）在常温下是气体、易挥发的液体或易熔化易升化的固体，处于气体和液体的分子在降温凝聚时可通过分子间作用力而聚集在一起，形成分子晶体。分子晶体的特点是分子依靠分子间作用力整齐地排列在晶体中。

［模型展示］干冰及其晶体结构模型。

［讲解］此为干冰晶体的一个晶胞，由此晶胞向空间规则、重复地排列即可形成二氧化碳的晶体，同学们仔细观察干冰晶胞的结构，分析分子的排列和取向。

［学生活动］观察、分析 ［小结］干冰晶胞呈立方面心结构，其中八个顶角上排列着取向相同的8个二氧化碳分子，三组平行面的面心上各有一个二氧化碳分子，而且每组相对的分子排列取向也相同。由此可知，晶体中分子排列有一定的取向。那么，与离子晶体相比，则有，离子晶体中离子有阴阳之分，而分子晶体中分子有取向之分。其实分子晶体比离子晶体更为复杂些。

［思考］

1.属于一个干冰晶胞中的二氧化碳分子有几个？（8×

11+6×=4个）822.在干冰晶体中，设立方体晶胞的棱长为a，则每个二氧化碳分子周围距离相等且最近的二氧化碳分子有几个？其距离为多少？

［解析］在熟悉干冰晶胞结构的基础上，想象晶体的结构，假若选定立方体顶点上的一个CO2分子，则与其等距离最近的CO2分子应在面心上，这样的分子共有12个（同层4个，上层4个，下层4个），且距离为

2a。2［板书］2.干冰晶体的结构： ［投影］

立方面心结构——每8个CO2分子构成立方体且再在6个面心各占据1个，在每个CO2周围等距离（2a/2，a为立方体棱长）最近的CO2有12个（同层4个，上层4个，下层4个）。

［过渡］以上我们以干冰晶体为例，认识到分子晶体是分子间通过分子间作用力结合而成的一类晶体，那么分子间作用力的存在对其物理性质有何影响呢？

［板书］3.性质特点：

［三维动画］CO2由气态变为固态

［讲述］气态物质分子能缩短彼此间的距离，并由无规则运动转变为有规则排列，这说明物质的分子间存在着作用力——分子间作用力。

从常见由分子构成的物质的状态（如气体O2、H2、N2、Cl2、HCl、NH3、CH4、CO2、SO2等，液体H2O、C2H5OH，液溴、H2SO4等）可知分子晶体的熔、沸点较低，也就是说克服分子间引力使物质熔化和汽化所需能量较低，说明分子间作用力较弱，与化学键相比其差别是：

［板书］①分子间作用力与化学键 ［投影小结］

－①化学键存在于分子或物质内部相邻原子之间，键能约为100～600 kJ·mol1。

－②分子间作用力存在于分子之间，其大小一般在2～20 kJ·mol1之间。③分子间作用力很弱，不属于化学键。

［引述］正是由于分子间作用力很弱，所以分子晶体具以下性质特点： ［板书］较低的熔、沸点，较小的硬度。如：

［投影］

熔点

沸点

N2 －209.86℃

－195.8℃

CO －199℃

－191.5℃ ［讨论］有同学说，在一般分子晶体中存在共价键，使其熔化或汽化时就需较多的能量，因此熔、沸点也应较高，此说法有无道理？

［分析］分子晶体是由分子构成的，除稀有气体的晶体外，分子内部存在较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力聚集在一起。前者影响分子晶体的化学性质，而熔、沸点高低则取决于分子间作用力，即分子间作用力与物质的物理性质有密切关系。所以，该同学的说法没有道理。

［思考］1.食盐和蔗糖熔化所克服的粒子间的相互作用是否相同？ 2.碘和干冰的升华所克服的粒子间的相互作用是否相同？

［解析］食盐熔化克服的是离子键、蔗糖熔化克服的是分子间作用力，两者不同。碘和干冰都是分子晶体，升华时克服的都是分子间作用力。此类题目需要考虑晶体类型和粒子间的作用力。

［投影］卤素单质的熔沸点

I2，熔、沸点发生规律性变化的原因。请分析表中数据，推测使卤素单质从F2I2逐渐升高。另外，联系［引导］从表中数据不难看出卤素单质的熔、沸点从F2卤素单质常温下的状态（F2、Cl2呈气态，Br2为液体，I2为固体，也可得出与实验数据相同

I2逐渐升高的原因是何呢？这得从晶体类的结论。那么，导致卤素单质熔、沸点从F2型分析起。

［投影］

问题1：卤素单质属何晶体类型？ ［答曰］分子晶体

问题2：卤素单质分子的组成和结构有何特点？ ［答曰］卤素单质分子均是由卤原子通过共价单键结合成的双原子非极性分子。其结构式可用通式“X—X”表示。因此卤素单质分子具有组成和结构相似的特点。．．．．．．．问题3：影响卤素单质熔、沸点高低的作用力是何？

［答曰］分子间作用力。

问题4：卤素单质熔沸点从F2I2逐渐升高，可知从F2I2分子间作用力逐渐增强，那么在此影响分子间作用力的主要因素又是何呢？

［答曰］分子体积大小或分子质量大小或相对分子质量大小。

［说明］以上三种答案都对，但便于我们分析判断的当属相对分子质量。［板书］②分子间作用力与物质的熔、沸点： 一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，．．．．．．．．．．其熔、沸点升高。

［思考］按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，四卤化碳的熔、沸点如何递变？

［分析］四卤化碳属组成和结构相似的物质，因此按CF4、CCl4、CBr4、CI4顺序，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

［投影］

卤素单质的熔、沸点与相对分子质量的关系

四卤化碳的熔、沸点与相对分子质量的关

系

［过渡］从以上分析可知，对于由分子构成的物质，分子间作用力大小是直接影响其熔、沸点高低的因素，而分子间作用力的大小除取决于相对分子质量外，还与分子的极性、氢键等因素有关。

［投影］

一些氢化物的沸点

［设疑］从上图可看出，ⅤA、ⅥA、ⅦA元素氢化物的沸点与ⅣA相比出现了反常，为什么HF、H2O和NH3的沸点会反常呢？

［转引］HF、H2O和NH3的沸点反常，是因为它们的分子间存在着一种比分子间作用力稍强的相互作用，它叫氢键。

［板书］③氢键

［阅读］弄清以下几个问题： 1.氢键如何形成？ 2.氢键形成的条件？ 3.氢键的表示方法？

4.氢键对物质熔、沸点的影响？

［讲述］氢键如何形成呢？现以HF为例说明。在HF分子中，由于F原子半径小，吸引电子能力强，导致H—F键极性很强，其间共用电子对强烈偏向F原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小，带部分正电荷的H核，可使另一分子中带部分负电荷的F原子几乎无阻碍地充分接近它，产生静电吸引作用而形成氢键。氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强。为区别与化学键，氢键常用“„”来表示，如F—H„F，同学们观察课本P4图1—7，图1—8，可发现形成氢键的三原子处于一条直线上，这就是说形成氢键具有方向的选择性。而且H原子周围只连两个其他原子（一个为共价键，另一为氢键）。一个氢原子不可能同时形成两个氢键，即说，氢键具有饱和性。

那么分子形成氢键必须具备怎样的条件呢？ ［投影小结］ 1.氢键形成的条件

①分子中必须有H原子与它原子形成的强极性键。如H—F。

②分子中必须有吸引电子能力很强、原子半径很小的非金属原子。如F、O、N等。2.氢键的表示方法：用“X—H„Y”表示，三原子要在一条直线上，其中X、Y可同可不同，如：F—H„F、O—H„O、N—H„O等。

3.氢键的特点：

①比化学键弱得多，比分子间作用力稍强。②具有方向性和饱和性。

4.氢键的本质：一般认为是一种静电吸引作用。

［讲述］由于分子间氢键的形成，使分子间产生了较强的结合力，因而使化合物的熔、沸点显著升高。这是由于要使固体熔化或液体汽化，必须给予额外的能量去破坏分子间的氢键。

从投影图“一些氢化物的沸点”可看出，在分子间没有氢键形成的情况下（如IVA元素的氢化物），化合物的沸点随相对分子质量的增加而升高，这是由于随分子量的增大，分子间作用力依次增强。但在分子间有较强的氢键时（如HF、H2O、NH3），化合物的沸点与同族同类化合物相比则显著升高。

［投影小结］5.分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高。

［转引］从投影图可看出H2O的沸点按沸点曲线下降趋势应该在－70℃以下，而分子间氢键的形成使它的沸点实际为100℃，试设想如果水分子之间没有氢键存在，地球上将会是什么面貌？

［讨论］P5同学们可畅所欲言。

［概述］从投影图氧族元素氢化物的沸点变化规律来看，如果水分子间没有氢键，水的沸点将在－70℃以下。

地球上生存着的各种动植物是依存于当地的自然环境和气候条件的，而水的变化能直接影响自然环境和气候。如果水的沸点降为－80℃左右，占据地球表面70%以上的浩瀚的海洋，川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水，几乎全要变成水蒸气。就是终年冰雪覆盖的极地，也只有极少量液态的水存在（极地个别地方温度可能在－70℃以下）。于是地表会干涸龟裂，动植物要灭绝，地球将会失去生机，成为不毛之地„„

［转述］水分子间氢键的存在，使水表现出很多不同寻常的物理性质。如水的沸点比同族其他化合物显著高，水的比热特别大，水结冰时体积膨胀，密度减小等。单说水结冰，水结冰时，水分子大范围地以氢键结合，形成相当疏松有很多空隙的结构（水分子缔合），从而使冰的密度小于水，冰能浮于水面上。正是由于氢键造成的这一重要自然现象，才使得寒冷冬季江湖中一切生物免遭冻死的灾难。

［过渡］以上我们从分子间作用力和氢键角度主要讨论了物质的熔、沸点。那么，分子晶体的导电性，溶解性如何？

［设疑］分子晶体在固态和熔融态时能否导电？

［回答］固态和熔融态时只有中性分子，故不导电。

［说明］有些分子晶体溶于水时可发生电离而导电，如冰醋酸、硫酸等。［转引］至于分子晶体的溶解性，由于分子不同，情况各异。

［演示］实验1—1，蔗糖、磷酸、碘和萘晶体分别在水、四氯化碳中的溶解现象。［结论］蔗糖和磷酸易溶于水，不易溶于四氯化碳，而碘和萘却易溶于甲氯化碳，不易溶于水。

［学生活动］从分子极性角度进行分析。［投影小结］ “相似相溶”规则：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般能溶于极性溶剂。［思考］常用的硫粉是一种硫的小晶体，熔点112.8℃，易溶于CS2、CCl4等溶剂，试推测它可能属于哪一类晶体？

［分析］硫的晶体熔点较低，且易溶于CS2、CCl4非极性分子形成的溶剂，可推断它是由非极性分子形成的分子晶体。

［思考］单质氯的熔点和沸点都很低，而氯化钠的熔、沸点都很高，为什么？

［分析］单质氯形成分子晶体，分子间存在较弱的分子间作用力，故熔、沸点都较低，而NaCl晶体属离子晶体，离子间有较强离子键，故熔沸点都较高。

［总结］本节主要学习了分子晶体的结构与其性质的关系，希望同学们课后将分子晶体

和离子晶体进行对比。

［布置作业］课本P8

一、1.2

二、1.3.4.5 ●板书设计

二、分子晶体

1.概念：分子间以分子间作用力相结合的晶体。2.干冰晶体的结构： 3.性质特点：

较低的熔、沸点，较小的硬度，不导电。①分子间作用力与化学键

②分子间作用力与物质的熔、沸点。

一般来说，对于组成和结构相似的物质，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔、沸点升高。

③氢键

●综合能力训练题

1.下列变化过程中，共价键被破坏的是 A.碘晶体升华

B.溴蒸气被木炭吸附 C.酒精溶于水

D.HCl气体溶于水

［解析］A中碘升华是I2由固态变为气态，只破坏了分子间的作用力。B是一个物理过程，物质本身没发生变化，C中酒精分子扩散到水分子中，分子间作用力发生了变化。D中

＋－HCl气体溶于水，HCl分子变成了水合氢离子（H3O）和Cl，共价键被破坏。

［答案］D 2.参考下表熔点，回答下列问题：

（1）钠的卤化物熔点比相应硅的卤化物熔点高得多，这与

有关，因为

，故前者熔点远远高于后者。

（2）硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与

有关，随

增大，增大，故熔点依次升高。

（3）钠的卤化物及碱金属的氯化物熔点与

有关，随着

增大，减小，故熔点降低。

［解析］晶体熔点高低首先是与晶体类型有关。一般，原子晶体熔点高于离子晶体熔点；离子晶体熔点高于分子晶体熔点。其次，同类型的晶体熔点与决定作用力的粒子的结构有关。同类型原子晶体熔点与组成晶体的原子半径有关。同类型离子晶体熔点与组成晶体的离子半径和离子电荷数等因素有关。同类型分子晶体的熔点与相对分子质量大小等有关。

（1）小题中钠的卤化物是离子晶体，硅的卤化物形成分子晶体，所以前者熔点比后者高很多，这与晶体类型有关，因离子键键能比分子间作用力大得多。

（2）小题中硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物形成分子晶体，且组成和结构相似，因此，随相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔点升高。

（3）小题中钠的氯化物及碱金属的氯化物属离子晶体，熔点高低与离子半径有关，随离子半径的增大，离子键减弱，熔点降低。

［答案］（1）晶体类型，离子键键能比分子间作用力大得多。（2）相对分子质量，相对分子质量，分子间作用力。（3）离子半径，离子半径，离子键能。

［点拨］此类题目应明确晶体结构与物质性质的关系，把握粒子半径规律及以上12条规律即可解决问题。

3.第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类1000年的能源需求。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个CH4或1个游离水分子。据以上信息完成下列两题。

（1）下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是 A.两种都是极性分子 B.两种都是非极性分子 C.CH4是极性分子

D.水是极性分子，CH4是非极性分子 ［答案］D（2）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH4分子，另外2个笼被游离水分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为

A.CH4·14H2O

B.CH4·8H2O C.CH4·72H2O 3

晶体性质论文 第6篇

关键词：三维配合物,4,5-二氰基咪唑,晶体结构,热稳定性

配位化合物的设计合成与应用研究一直是配位化学、超分子化学、生物无机化学及材料科学等领域的热点研究课题之一, 这不仅因为该类配合物展现了多种诱人的拓扑结构, 更重要的是其在光、电、磁、催化、离子交换、吸附、生物活性及信息存储等方面的潜在应用前景[1,2,3,4]。 在过去十年里,多羧酸配体由于具有多种多样的配位模式, 可以形成大量新奇有趣的拓扑结构而被广泛使用[5,6,7,8]。 最近以四唑为配体合成的配合物也被报道,这表明四唑有类似羧酸的配位功能[9,10,11,12]。 众所周知, 含有CN-的配体, 利用原位反应,在加入ZnCl2和NaN3的条件下, CN-可以转化为四唑。 例如, Xiong等人合成出一系列以CN-为原配体的配合物[13,14,15], 但目前以4,5-二氰基咪唑为原配体还没有报道,因此,本文选择4,5-二氰基咪唑为原配体, 用不同的方法合成出三维配合物Zn(HDTIM)·1.5H2O, 并对配合物1的结构, 热稳定性进行了研究, 结果表明配合物1在较高温度下也具有良好的热稳定性。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

所有试剂均为分析纯, 除特别注明以外, 其它试剂均未进一步提纯。元素分析采用Perkin-Elmer 240C 型元素分析仪; 单晶结构测定用Bruker SMART APEXII CCD 面探测X-射线单晶衍射仪, Mo-Kα靶;TG/DTA 测定用SDTA851热分析仪, 测试条件: 升温区间从室温到750℃左右, 升温速率为10℃/min; 粉末X-射线衍射用D8 Advanc X-ray diffractometer, 测量时工作电压为40kV, 工作电流为40mA, 扫描范围为5°～35°。

1.2 配合物的合成

1.2.1 4,5-di(1H-tetrazol-5-yl)-2H- imidazole (HDTIM)的合成

Zachary P. Demko曾在文章中报道如下[16]:图中1的CN-可以转化为2中的四唑。

因此将配体2H-imidazole-4,5-dicarbonitrile(HIMDN)(1.18g,10mmol), ZnBr2(4.5mg,20mmol)和NaN3(1.43mg,22 mmol)加入40mL水中,在140℃的油浴锅里回流48h后,进行后处理最后得到四唑配体4,5-di(1H-tetrazol-5-yl)-2H- imidazole(HDTIM)。

1.2.2 配合物Zn(HDTIM)·1.5H2O的合成

方法一: 利用原位反应, 在高压反应釜中加入配体HIMDN(5mg,0.04mmol), ZnCl2(20mg,0.15mmol)和NaN3(10mg,0.15 mmol), 使其溶解在6mL(CH3CN:H2O =1:2)的混合溶剂中, 同时加入一滴HBF4,将其放入130℃的干燥箱中加热3天,冷却到室温得到无色针状晶体,即为配合物1, 产率为75%。

方法二:利用水热法,在一端封口的玻璃管中加入配体HDTIM(5mg,0.0245mmol)和ZnCl2(10mg,0.075mmol)使其溶解在1mL(CH3CN:H2O=1:1)的混合溶剂中, 同时加入一滴HBF4,将其放入130℃的干燥箱中加热3天,冷却到室温得到无色针状晶体,即为配合物1, 产率为70%。

1.3 晶体结构测定

化合物的单晶衍射点数据是在Bruker Smart 1000 CCD面探测试仪上收集的。条件是在293K的温度下,λ(Mo-Kα)为0.71073Å,用石墨单色器,以ω-2θ的变速扫描方式,0°<2θ<50°范围内,用SMART和SANIT软件还原数据和修正晶胞参数。用SHELXL97程序对结构进行解析。结构是用直接法解出的,每个化合物中的金属离子由E-maps确定,非氢原子由连续不同的傅里叶变换和修正,苯环上的氢原子用理论加氢方式产生(C-H 为0.96Å)。晶体学数据: 正交晶系, P 212121空间群, a=0.8643(6)nm,b=0.8885(6)nm,c=1.5450(10)nm,α=90(1)°,β=90(1)°,γ=90(1)°,V=1.186(14)nm3,Z=4,S=1.169,最终残差因子[I>2σ(I)],R1=0.0389,wR2=0.1274,对于全部数据R1=0.0457,wR2=0.1385。

2 结果与讨论

2.1 热重分析

图1为化合物1的热重曲线,通过热重分析测试看出,化合物1在400℃以下可以保持良好的热稳定性,在100℃～250℃之间化合物1失重率为8.2%,失去一个半未配位的水分子,直到390℃没有进一步失重。

2.2 粉末X-射线衍射

图2中的曲线从下往上依次为化合物1的单晶模拟XRD谱图,粉末样品XRD谱图与250℃高温加热条件下的XRD谱图,通过对谱图的对比,三者的峰位基本吻合,这表明三者的样品具有相同的物相结构。同时也表明: 化合物1在高温条件下仍保持着稳定的三维骨架结构,说明其具有良好的热稳定性。

2.3 晶体结构分析

化合物1属于正交晶系,P212121空间群,经X-射线单晶衍射分析表明化合物是一个三维金属有机框架物, 咪唑环和四唑环平均二面角为11.9°, 在结构中,化合物的不对称单元包括一个Zn离子,一个HDTIM配体和一个未配位的水分子,图3(a)。 中心Zn离子为五配位, 采用三角双锥几何构型与来自不同的两个四唑环和一个咪唑环上的N原子配位, 每个Zn离子周围被三个配体所包围, 且平均Zn-N键长为2.0924(4)Å, 图3(b)。 配体HDTIM中的N(1),N(7),N(10),N(6)分别螯合了两个Zn离子, 另外N(4)连结一个Zn离子,剩余N原子没有参与配位,图3(c)。 此外Zn离子不断与配体HDTIM螯合, 最终构成了三维孔洞结构,如图3(d)是沿a轴方向展示的空间结构。

(a)化合物不对称单元;(b)三角双锥配位几何构型;(c)一个配体与三个Zn离子配位;(d)a方向展示三维孔洞结构

3 结 论

晶体性质论文 第7篇

苯并咪唑衍生物是一类含有两个氮原子的苯并杂环化合物, 具有特殊的生物活性, 广泛用于医药、农药等领域, 如抗癌、抗真菌、抗病毒、镇痛消炎、抗风湿、驱虫;另一方面, 它在电子化学品、高性能复合材料、感光材料、金属防腐蚀等诸多领域也显示出独特的性能[1,2,3,4,5,6,7]。因此, 几十年来苯并咪唑及其衍生物的合成及应用研究从未间断, 至今仍十分活跃。由于苯并咪唑环有着较大的共轭结构, 其衍生物普遍存在溶解性能差的特点, 限制了它们的应用, 而通过选用苯并咪唑的羧酸衍生物及使用偏碱性的条件来合成可克服上述缺点[8,9]。为了进一步探索苯并咪唑类衍生物的结构和性质, 合成了N, N′-二羧甲基苯并咪唑, 并在Al (OH) 3存在条件下通过水热法获得了一个新型的晶体, 即水合N, N′-二羧基苯并咪唑内鎓盐。报道了该化合物的晶体结构, 研究了其紫外、荧光光谱性质, 使用电位滴定法获得了该酸的解离平衡常数Ka。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

邻苯二胺 (化学纯) , 乙酸, 氯乙酸, 氢氧化钠, Al (OH) 3, 溶剂与试剂均为分析纯, 使用前未经进一步处理。苯并咪唑按文献合成[10]。WRS1A数字熔点仪 (温度计未经校正) ;荧光分光光度计;Brucker SMART1000型单晶衍射仪。

1.2 化合物C11H9O4N22H2O (1) 的合成

将7.2 g (0.075 mol) 氯乙酸, 3.54 g (0.03 mol) 苯并咪唑, 并用NaOH溶液调节pH值至8～9后, 加热回流30 min, 冷却, 加入浓盐酸至有大量白色沉淀生成。静置过夜, 抽滤用蒸馏水和丙酮分别洗涤3次, 得产品5.2 g。产率:74%。熔点: (200.4～201.0) ℃。

将0.077 8 g Al (OH) 3、0.2332 g N, N′-二羧基苯并咪唑内鎓盐和16 mL H2O加入反应釜, 溶解于水中, 搅拌约5 min使其充分反应后密封, 置于恒温于130℃的烘箱中反应5 d。反应液过滤, 静置, 自然挥发得棕黄色晶体。合成路线如下:

1.3 化合物C11H9O4N22H2O (1) 晶体结构的测定

选取尺寸大小0.45 0.40 0.37 mm3的单晶置于Brucker SMART-1000型单晶衍射仪上, 用石墨单色化的Mo-Kα射线 (λ=0.710 70 Å) , 在296 K, 1.82 θ 27.56°范围内以ψ / θ扫描方式收集到20 245个衍射点, 其中独立衍射点2 431个 (Rint = 0.040 2) , 可观测衍射点2 751个。全部衍射数据经Lp因子和半经验吸收校正 (Tmin =0.789 4, Tmax= 0.746 7) 。晶体结构由直接法和差值Fourier合成法解出, 并用全矩阵最小二乘法对全部非氢原子的各向异性温度因子进行了修正。氢原子由理论计算加入。最终偏离因子R=0.057 8, wR2=0.179 9, w=1/[σ2 (F2o) + (0.104 1P) 2 + 11.310 7P], 其中P= (F2o+ 2F2c) /3。参加精修参数为182个, 最后一轮修正的S为1.045。最终差值Fourier图上, 最大残余峰为Δρmax = 0.929 eÅ-3, 最小残余峰为Δρmin = -0.449 eÅ-3。所有计算均在计算机上用SHELXL-97程序包进行。

1.4 化合物 (1) 的解离平衡常数测定

按文献[11]方法, 在25 ℃下, 酸度计进行两点校正后, 准确移取10.00 mL 0.01 molL-1化合物 (1) 溶液于100 mL烧杯中, 加水至约30 mL, 以相同浓度的NaOH溶液滴定, 测量加入1, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 3.0, 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0 mLNaOH溶液时各点的pH值, 作图, 得终点体积Vep, Vep/2 处的pH值即为该酸的pKa值。结果如图1所示, 化合物 (1) 的解离平衡常数Ka (25℃) =2.2610-4。

1.5 化合物 (1) 的荧光光谱测定

将化合物 (1) 配制成 110-6 molL-1水溶液。在最大激发波长268 nm照射下, 测试其固体和溶液发射光谱 (图2) 。

2 结果与讨论

2.1 化合物C11H9O4N22H2O (1) 晶体结构

化合物 (1) 的分子结构如图3所示, 键长和键角列于表1。虽然该单晶与此前报道的化合物[12]属同一物质, 但二者的所属晶系及晶体结构是不同的。在化合物 (1) 中, 两个乙酸基分别与咪唑环上的N原子键合, 为使整个分子呈电中性, 其中一个乙酸基失去质子, 成为一两性分子。咪唑环各键键长范围为[1.334 (3) ～1.399 (3) ]Å, 与此前所报道的中性咪唑环上各键的键长[13]十分相近, 说明即使苯并咪唑成为两性离子, 其环上各键仍保持着原有的特征。苯并咪唑环上九个原子的形成一个几乎共平面的大π共扼体系, 最小二乘面偏离值仅为0.015 9 Å。

两个羧甲基均位于苯并咪唑环的同侧, 采用“蟹钳式”构型。羧基上氢原子通过与相邻分子羧甲基上氧原子形成氢键O4H4 O1 i (2.449 Å, 168.23°) , 将各分子连接成沿oa轴无限延伸的一维链状结构 (图4) , 溶剂水分子穿插于这些一维线性链中, 通过氢键O2WH2WBO1Wii (3.286Å, 146.28°) 、 O2WH2WA O4ⅲ (2.964Å, 153.08°) 、O1WH1WAO2Wⅳ (119.73°, 3.286Å) 、O1WH1WBO2v (165.03°, 2.716Å) 把分子连接成一个三维网状结构。苯并咪唑环间的π-π堆积作用对该结构起稳定作用。 (对称操作代码:ⅰ=x, y+1/2, -z;ⅱ=-x+1/4, y-1/4, -z+5/4;ⅲ=x-1/4, y+3/4, -z+3/4;ⅳ=-y+1/4, x+1/4, -z+5/4;ⅴ=x, y, z+1) 。

2.2 化合物C11H9O4N22H2O (1) 荧光光谱

如图2所示, 化合物 (1) 在最大激发波长268 nm照射下, 其固体和在水溶液中的最大发射波长在均在370 nm处附近, 但 (1) 在固态时的发射强度明显大于其水溶液的强度, 这是可能因为在固态时, 各分子间存在着π-π堆积作用, 有效地减小了电子跃迁的能隙。

4 结论

合成了具有新型晶体结构的有机酸N, N′-二羧甲基苯并咪唑内鎓盐。采用电位滴定的方法测试出它在25 ℃的解离平衡常数为2.2610-4, 酸性较强。在268 nm激发波长照射下, 发出370 nm波长的光, 有望成为一潜在的荧光试剂。

晶体性质论文 第8篇

钙钛矿结构的氧化物具有非常多的特性,如铁电、热电、压电、离子电导、混合离子/电子电导、超导以及巨磁阻效应等。理想的钙钛矿晶体具有ABO3的结构形式,其中A位是较大的阳离子,如K、Sr、Ba、La等,B位是较小的阳离子,如Ti、Mn、Co、Ni、Cu、Ga、Zr、Nb、Ta[1]。纳米级钙钛矿结构的氧化物更具有独特的物理化学性质。掺杂的亚锰酸盐由于其巨磁电阻特性而被广泛研究[2]。制备纳米级亚锰酸盐的方法包括固相法和液相法。固相法通常需要在高温(高于1000℃)下煅烧,并对生成物进行研磨和烘烤,但需要一定的技巧,如控制气体压强到一个适宜锰元素氧化的状态。液相法如溶胶-凝胶法[3]、共沉淀法[4]等,但这些方法最后都需要高温退火处理,所以不能称之为低温合成方法。而且用上述方法获得的亚锰酸盐通常是微米级,并且形状都不规则。近来,文献[5]报道用水热法制备亚锰酸盐,该方法获得的产物通常是颗粒,粒径在几十到几百纳米之间。

本实验采用了一种合成温度低、产物纯度高、组成精确、操作简单、成本低廉、便于工业化推广的新方法复合氢氧化物媒介法[6,7]。该方法用熔融的无水混合碱作为反应溶剂,取代传统的水或有机溶剂,在低温常压下,通过化学反应合成纳米材料。采用复合碱媒介法成功合成了BaMnO3[6]和Ba1/2Sr1/2MnO3[8]纳米棒。实验过程中,用20%的Sr离子替代BaMnO3中20%的Ba离子,用50%的Ti离子替代50%的Mn离子,成功合成了Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米晶体,并对其气敏性能进行了测试。

1 实验

1.1 Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米晶的制备

实验中所用药品均为分析纯(AR)。按照51.5∶48.5的比例称取总量为9g的氢氧化钠和氢氧化钾,并分别准确称量0.5mmol BaCl2、0.5mmol Sr(NO3)2、0.5mmol TiO2和0.5mmol MnO2,将以上原料混合均匀后移入容积为25mL的Teflon容器中,将Teflon置入事先加热到200oC的恒温炉中,0.5h后待碱已熔化,将Teflon取出搅拌,使反应物在熔融的碱溶剂中均匀混合。24h后将Teflon取出,冷却至室温,用去离子水反复清洗过滤产物,并在60℃烘干,得到的产物即为BaxSr1-xTiyMn1-yO3。

1.2 样品的性能及表征

采用钨灯丝(TESCANVEGAⅡ LMU)和场发射(FEI Nova 400 Nano SEM,加速电压20kV)电镜对Ba0.8Sr0.2Ti0.5-Mn0.5O3纳米晶的形貌进行分析;采用BDX3200型X射线衍射仪对样品的物相和结构进行分析(Cu Kα射线,λ=1.54178Å),扫描速度为4(°)/min,2θ扫描范围为20～80°。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌及其成分表征

产物的形貌和成分如图1所示。图1(a)为于200℃反应24h生成的BaxSr1-xTiyMn1-yO3的SEM图,图1(b)为高分辨图。从图1(a)、(b)可以看出,生成的BaxSr1-xTiyMn1-yO3产物是一些形貌均匀的纳米棒,平均长度为3μm,平均宽度为100nm。图1(c)为BaxSr1-xTiyMn1-yO3的EDS图,证明产物中有Ba、Sr、Ti、Mn和O 5种元素(其中C元素来自于衬底),并且Ba和Sr的原子比大约为4∶1,而Ti和Mn的原子比大约为1∶1,说明产物中的x=0.8,y=0.5,产物即为Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3。

2.2 样品的XRD表征

图2为BaMnO3(用相同的方法合成)[6]和Ba0.8Sr0.2-Ti0.5Mn0.5O3产物的XRD图(纵坐标表示相对强度,用I表示)。图2表明产物为六方晶系结构,格点参数为a=5.699Å, c=4.817Å(JCPDS-260168,P63/mmc(194))。当Ba-MnO3中20%的Ba离子被Sr离子替代,50%的Mn离子被Ti离子替代后,产物即为Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3。从图2可以看出,掺杂后并没有引入其他的杂质相,说明Ba0.8Sr0.2-Ti0.5Mn0.5O3的晶格结构与BaMnO3一样,也证明Sr离子和Ti离子的引入并没有改变BaMnO3的晶格结构。

2.3 样品的气敏性质

对合成的Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3制作成电极后进行气敏测试。选择氮气和氧气作为被测气体,气体流量设置为100mL/min。从图3(a)可以看出,当通入氮气后,电导随着温度几乎呈线性增加,这种现象符合半导体的导电特性,说明氮气不能影响Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米棒的导电性质。当通入氧气后,在138℃附近出现了一个电导峰,此峰是由氧离子的化学吸附造成的[9],说明氧气能影响Ba0.8Sr0.2Ti0.5-Mn0.5O3纳米棒的导电性质。图3(b)是Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5-O3在140℃时对氧气的响应。从图3(b)可以看出,Ba0.8-Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米棒对氧气的响应比较好,响应时间和恢复时间大概都为30s,说明该样品可以作为很好的氧敏材料。

3 结论

采用复合碱媒介法(CHM),以BaCl2、Sr(NO3)2、TiO2和MnO2为原料,在200℃、24h的生长条件下成功合成了Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米棒。所得的纳米棒分散良好,平均长度为3μm,平均宽度为100nm。对产物进行了气敏性质的测定,结果表明,Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米棒对氧气比较敏感,可以作为较好的氧敏材料。

摘要：采用复合碱媒介法(CHM),在合成BaMnO3和Ba0.5Sr0.5MnO3的基础上,以Sr(NO3)2、BaCO3以及MnO2和TiO2为原料,在200℃、24h的生长条件下,用20%的Sr离子替代20%的Ba离子,用50%的Ti离子替代50%的Mn离子成功合成了Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3纳米晶体。采用XRD、SEM及EDS对产物的晶相、形貌和成分进行了分析,对Ba0.8Sr0.2Ti0.5Mn0.5O3制作的电极进行了气敏性质的测定。

关键词：复合碱媒介法,钛锰酸锶钡,气敏性质

参考文献

[1] Li Daguang(李大光),Zhang Hongyi(章弘毅),ZhangHefeng(张鹤丰),et al.The study and application of pero-vskite compound oxide(钙钛矿型复合氧化物的研究与应用进展)[J].Mater Rev(材料导报),2006,20(5):296

[2] Huang Y H,Yan C H,Li Xiaohang,et al.Enhancedmangetoresistance at room temperature in La0.7Sr0.3Mn1-x-ScxO3perovskited[J].J Phys:Condens Matter,2002,14(43):10317

[3] Bilger S,Syskakis E,Naoumidia A,et al.Sol-gel synthesisof strontium-doped lanthanum manganite[J].J Am CeramSoc,1992,75(4):964

[4] Beck H P,Eiser W,Haberkorn R.Pitfalls in the synthesisof nanoscaled perovskite type compounds.Part 1:Influenceof different sol-gel preparation methods and characterizationof nanoscaled BaTiO3[J].J Eur Ceram Soc,2001,21(13):687

[5] Jeroen S,Richard I Walton.Hydrothermal synthesis of theperovskite manganites Pr0.5Sr0.5MnO3and Nd0.5Sr0.5MnO3and alkali-earth manganese oxides CaMn2O4,4H-SrMnO3,and 2H-BaMnO3[J].J Solid State Chem,2005,178(5):1683

[6] Hu C G,Liu H,Lao C S,et al.Size-manipulable synthesisof single-crystalline BaMnO3and BaTi1/2Mn1/2O3nanorods/nanowires[J].J Phys Chem B,2006,110(29):14050

[7] Liu H,Hu C G,Wang Z L.Composite-hydroxide-mediatedapproach for the synthesis of nanostructures of complexfunctional-oxides[J].Nano Lett,2006,6(7):1535

[8] Xia Chuanhui(夏川茴),Hu Chenguo(胡陈果),Han Xiang-yu(韩向宇),et al.BaMnO3and Ba1/2Sr1/2MnO3nanoparti-cles synthesized by CHM method(CHM法合成BaMnO3,Ba1/2Sr1/2MnO3纳米晶体)[J].J Chongqing University(重庆大学学报),2008,31(2):136