1第二章-晶体的结合答案(共90道题)

1目录第二章晶体的结合题目（共90道题）..........................2一、名词解释（共12道题）...................................2二、简答题:(共33道题)......................................3三、作图题(共2道题).......................................12四、证明题(共8道题).......................................13五、计算题（共35道题）....................................222第二章晶体的结合题目（共90道题）一、名词解释（共12道题）1.晶体的结合能答：一块晶体处于稳定状态时，它的总能量(动能和势能)比组成此晶体的N个原子在自由状态时的总能量低，两者之差就是晶体的结合能。2.电离能答：一个中性原子失去一个电子所需要的能量。3.电子的亲和能答：指一中性原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量。4.电负性答：描述化合物分子中组成原子吸引电子倾向强弱的物理量。5.离子键答：两个电负性相差很大的元素结合形成晶体时，电负性小的原子失去电子形成正离子，电负性大的得到电子形成负离子，这种靠正、负离子之间库仑吸引的结合成为离子键。6.共价键答：量子力学表明，当两个原子各自给出的两个电子方向相反时，能使系统总能量下降，从而使两个原子结合在一起，由此形成的原子键合称为共价键（原子晶体靠此种键相互结合）。7.范德瓦尔斯键答：分子晶体的粒子间偶极矩相互作用以及瞬时偶极矩相互诱生作用称为范德瓦耳斯力。8.氢键答：氢原子处于两个电负性很强的原子（如氟、氧、氮、氯等）之间时，可同时受两个原子的吸引而与它们结合，这种结合作用称为氢键。9.金属键答：在金属中，组成金属的原子的价电子已脱离母原子而成为自由电子，自由电子为整个晶体共有，而剩下的离子实就好像沉浸在自由电子3的海洋中。自由电子与离子实间的互相吸引作用具有负的势能，使势能降低形成稳定结构。这种公有化的价电子（自由电子）与离子实间的互作用称为金属键。10.葛生力答：葛生力是极性分子的永久偶极矩间的静电相互作用。11.德拜力答：德拜力是非极性分子被极性分子电场极化而产生的诱导偶极矩间的相互作用。12.伦敦力答：伦敦力：非极性分子的瞬时偶极矩间的相互作用。二、简答题:(共33道题)1.试解释一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量的现象.答：当一个中性原子吸收一个电子变成负离子,这个电子能稳定的进入原子的壳层中,这个电子与原子核的库仑吸引能的绝对值一定大于它与其它电子的排斥能.但这个电子与原子核的库仑吸引能是一负值.也就是说,当中性原子吸收一个电子变成负离子后,这个离子的能量要低于中性原子原子的能量.因此,一个中性原子吸收一个电子一定要放出能量。2.何理解电负性可用电离能加亲和能来表征?答：使原子失去一个电子所需要的能量称为原子的电离能,电离能的大小可用来度量原子对价电子的束缚强弱.一个中性原子获得一个电子成为负离子所释放出来的能量称为电子亲和能.放出来的能量越多,这个负离子的能量越低,说明中性原子与这个电子的结合越稳定.也就是说,亲和能的大小也可用来度量原子对电子的束缚强弱.原子的电负性大小是原子吸引电子的能力大小的度量.用电离能加亲和能来表征原子的电负性是符合电负性的定义的。43.为什么组成晶体的粒子（分子、原子或离子）间的互作用力除吸引力外还要有排斥力，吸引力和排斥力的来源是什么？答：组成晶体的粒子间只有同时存在这两种力，在某一适当的距离，这两种力相互抵消，晶体才能处于稳定状态。就结合力起源来说，吸引力主要应归于异性电荷之间的库仑引力，此外还有微弱的磁相互作用和万有引力作用，排斥力包括同性电荷间的库仑排斥力和泡利原理引起的排斥作用。4.有人说“晶体的内能就是晶体的结合能”，对吗？答：这句话不对，晶体的结合能是指当晶体处于稳定状态时的总能量（动能和势能）与组成这晶体的N个原子在自由时的总能量之差，即0EEENb。（其中bE为结合能，NE为组成这晶体的N个原子在自由时的总能量，0E为晶体的总能量）。而晶体的内能是指晶体处于某一状态时（不一定是稳定平衡状态）的，其所有组成粒子的动能和势能的总和。5.原子间的相互作用势能、晶体的内能就是晶体的结合能，此话正确吗？为什么？答：晶体的总能量0E与构成晶体的N个原子（离子或分子）在自由状态时的总能量NE之差的绝对值0EEENb称为晶体的结合能，而晶体的内能包括晶体的总互作用势能和系统的总动能，题中三者的范围和概念均不一致，所以说原命题不正确。6.当2个原子由相距很远而逐渐接近时，二原子间的力与势能是如何逐渐变化的？答：当2个原子由相距很远而逐渐接近时，2个原子间引力和斥力都开始增大，但首先引力大于斥力，总的作用为引力，0)(rf，而相互作用势能)(ru逐渐减小；当2个原子慢慢接近到平衡距离0r时，此时，引力等于斥力，总的作用为零，0)(rf，而相互作用势能)(ru达到最小值；5当2个原子间距离继续减小时，由于斥力急剧增大，此时，斥力开始大于引力，总的作用为斥力，0)(rf，而相互作用势能)(ru也开始急剧增大。7.是否有与库仑力无关的晶体结合类型?答:共价结合中,电子虽然不能脱离电负性大的原子,但靠近的两个电负性大的原子可以各出一个电子,形成电子共享的形式,即这一对电子的主要活动范围处于两个原子之间,通过库仑力,把两个原子连接起来.离子晶体中,正离子与负离子的吸引力就是库仑力。金属结合中,原子实依靠原子实与电子云间的库仑力紧紧地吸引着。分子结合中,是电偶极矩把原本分离的原子结合成了晶体。电偶极矩的作用力实际就是库仑力。氢键结合中，氢先与电负性大的原子形成共价结合后，氢核与负电中心不在重合,迫使它通过库仑力再与另一个电负性大的原子结合。可见,所有晶体结合类型都与库仑力有关。8.何理解库仑力是原子结合的动力?答：晶体结合中,原子间的排斥力是短程力,在原子吸引靠近的过程中,把原本分离的原子拉近的动力只能是长程力,这个长程吸引力就是库仑力.所以,库仑力是原子结合的动力。9.晶体的结合能,晶体的内能,原子间的相互作用势能有何区别?答：自由粒子结合成晶体过程中释放出的能量,或者把晶体拆散成一个个自由粒子所需要的能量,称为晶体的结合能。原子的动能与原子间的相互作用势能之和为晶体的内能。在0K时,原子还存在零点振动能。但零点振动能与原子间的相互作用势能的绝对值相比小得多。所以，在0K时原子间的相互作用势能的绝对值近似等于晶体的结合能。10.原子间的排斥作用取决于什么原因?答：相邻的原子靠得很近,以至于它们内层闭合壳层的电子云发生重叠时,相邻的原子间便产生巨大排斥力.也就是说,原子间的排斥作用来自6相邻原子内层闭合壳层电子云的重叠。11.原子间的排斥作用和吸引作用有何关系?起主导的范围是什么?答：在原子由分散无规的中性原子结合成规则排列的晶体过程中,吸引力起到了主要作用.在吸引力的作用下,原子间的距离缩小到一定程度,原子间才出现排斥力.当排斥力与吸引力相等时,晶体达到稳定结合状态.可见,晶体要达到稳定结合状态,吸引力与排斥力缺一不可.设此时相邻原子间的距离为0r,当相邻原子间的距离r0r时,吸引力起主导作用;当相邻原子间的距离r0r时,排斥力起主导作用.12.在讨论晶体的结合时，有时说，由于电子云的交叠使互作用能减少，出现引力，形成稳定结构；有时又说，由于电子云的交叠，使原子间出现斥力，这两种说法有无矛盾？答：这两种说法无矛盾，但是这两种说法都片面，由于电子云的交叠，在原子间既会产生引力也会产生斥力，当原子间的引力等于斥力，并且使原子间的互作用能达到最小值时，晶体形成稳定结构。13.根据结合力的不同，晶体可分为哪几种不同类型，并简述它们的基本特点。答：根据晶体中原子间相互作用的性质，晶体可分为五种基本结合类型：（1）离子晶体。它是由正负离子，靠静电相互作用结合而成。在晶体中，异性离子靠库仑吸引作用，同性离子互相排斥，正负离子相间排列，在相互作用达到平衡时，构成稳定的晶体。这种晶体结合力较强，配位数高，硬度大，熔点高，在高温下靠离子导电。（2）共价晶体，靠共价键结合，有饱和性和方向性。共价键的强弱，决定于电子云的重叠程度，在电子云密度最大方向成键。这种晶体硬度大，熔点高，多是绝缘体或半导体。（3）金属晶体。它是靠离子实与自由电子之间以及离子与离子之间，电子与电子之间的相互作用达到平衡构成稳定的晶体，即靠金属键结合。导电性好，熔点高，致密度高。7（4）分子晶体。晶体中的原子或分子之间靠范德瓦耳斯键结合。这种力的特点是原子或分子之间靠电矩间相互作用的平均效果。这种键无饱和性和方向性。所以分子晶体熔点很低，硬度也较小。（5）氢键晶体，靠氢键结合。由于氢原子只带一个电子，所以当这个电子与另一个原子的电子形成电子对后，氢核就裸露出来，可以与负电性较强的原子相互作用，一般认为是氢键有方向性的较强的范德瓦耳斯键。14.晶体的典型化学（结合）键有哪几种？举例说明。答：典型化学结合有五种：(1)离子性结合，如NaCL、CsCL等；(2)共价性结合，如Si、Ge、Sn等；(3)范德瓦耳斯结合，如He、Ne、Ar等；(4)金属性结合，如Cu、Ag等；(5)氢键结合，如冰(OH2)等。15.试述离子键、共价键、金属键、范德瓦尔斯和氢键的基本特征。答：（1）离子键：无方向性，键能相当强；（2）共价键：饱和性和方向性，其键能也非常强；（3）金属键：有一定的方向性和饱和性，其价电子不定域于2个原子实之间，而是在整个晶体中巡游，处于非定域状态，为所有原子所“共有”；（4）范德瓦尔斯键：依靠瞬时偶极距或固有偶极距而形成，其结合力一般与r成反比函数关系，该键结合能较弱；（5）氢键：依靠氢原子与2个电负性较大而原子半径较小的原子（如O，F，N等）相结合形成的。该键也既有方向性，也有饱和性，并且是一种较弱的键，其结合能约为50kJ/mol。16.晶体的典型结合方式有哪几种？并简要说明各种结合方式中吸引力的来源。答：晶体的典型型方式有如下五种：离子结合——吸引力来源于正、负离子间库仑引力；共价结合——吸引力来源于形成共价键的电子对的交换作用力；金属结合——吸引力来源于带正电的离子实与电子间的库仑引力；8分子结合——吸引力来源于范德瓦尔斯力；氢键结合——吸引力来源于裸露的氢核与负电性较强的离子间的库仑引力。17..晶体有哪些基本的结合类型？说出个结合类型中外层点阵的状态特征。答：离子结合外层点阵转移；共价结合和氢键结合外层电子共用；金属结合外层电子共有化；范德瓦耳斯结合外层电子态基本不变。18.什么是晶体的结合能，按照晶体的结合力的不同，晶体有哪些结合类型及其结合力是什么力？答：一块晶体处于稳定状态时，它的总能量(动能和势能)比组成此晶体的N个原子在自由状态时的总能量低，两者之差就是晶体的结合能。晶体的结合类型有如下五种：离子结合——吸引力来源于正、负离子间库仑引力；共价结合——吸引力来源于形成共价键的电子对的交换作用力；金属结合——吸引力来源于带正电的离子实与电子间的库仑引力；分子结合——吸引力来源于范德瓦尔斯力氢键结合——吸引力来源于裸露的氢核与负电性较强的离子间的库仑引力。19.什么是共价键？什么是共价键的饱和性和方向性？答：在某些晶体结构中常常是相邻的两个原子各出一个电子相互共用，从而在最外层形成公用的封闭的电壳层，这样的原子键合称为共价键。饱和性：当一个原子与其它原子结合时，能够形成共价键的数目有一个最大值，这个最大值决定于它所含的未配对的电子数，这个特性称为共价键的饱和性。方向性：两个原子在以共价键结合时，必定选取尽可能使其电子云密度为最大的方位，电子云交迭得越厉害，共价键越稳固。这就是共价键具有方向性的物理本质。20.共价结合为什么有“饱和性”和“方向性”?答：设N为一个原子的价电子数目,对于IVA、VA、VIA、VIIA族元素，9价电子壳层一共有8个量子态,