第26讲 晶体结构与性质
[目标速览] 1.能说出晶体与非晶体的区别;了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。4.了解物质的聚集状态及晶体结构的测定。
微考点 核心突破
考点1 晶体和晶胞
知|识|梳|理
一、熟记晶体与非晶体的特征
分类 晶体 非晶体
结构特征 结构粒子______排列 结构粒子________排列
性质 特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现 ________ ________
二者区别方法 间接方法:测定其是否有固定的________
科学方法:对固体进行________实验
微提醒 获得晶体的三条途径:
(1)熔融态物质凝固。
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3)溶质从溶液中析出。
二、掌握一个概念——晶胞
1.概念
晶胞是描述晶体结构的基本单元。
2.晶体与晶胞的关系
数量巨大的晶胞“________”构成晶体。
3.晶胞中粒子数目的计算——均摊法
如某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有________属于这个晶胞。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。( )
2.具有规则几何外形的固体一定是晶体。( )
3.缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )
4.晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。( )
知|识|对|练
角度一 晶体与非晶体及结构分析
1.(2025·衡水质检)下列物质中前者为晶体,后者为非晶体的是( )
A.白磷、蓝矾 B.陶瓷、塑料
C.碘、橡胶 D.食盐、蔗糖
2.(2025·深圳模拟)晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶,晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A.形成晶体硅的速率越大越好
B.晶体硅没有固定的熔、沸点
C.可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D.晶体硅的形成与晶体的自范性有关,而与各向异性无关
3.如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A.图①和图③ B.图②和图③
C.图①和图④ D.只有图④
考点2 常见晶胞的结构与性质
知|识|梳|理
几种典型的晶体模型
1.共价晶体(金刚石和二氧化硅)
金刚石键角为________,每个最小的环上有______个碳原子。SiO2为正四面体,O—Si键键角为109°28',每个最小的环上有12个原子,其中有6个Si原子和6个O原子。
2.分子晶体(干冰)
每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有______个。
3.离子晶体
(1)NaCl型。
在晶体中,每个Na+同时吸引______个Cl-,每个Cl-同时吸引______个Na+,配位数为______。每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-。
(2)CsCl型。
在晶体中,每个Cl-吸引______个Cs+,每个Cs+吸引______个Cl-,配位数为______。
4.金属晶体
金属键——电子气理论。
___________________________________________________________。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.CO2和SiO2是同主族元素的氧化物,它们的晶体结构相似,性质也非常相似。( )
2.离子晶体是由阴、阳离子构成的,所以离子晶体能够导电。( )
3.金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高。( )
4.共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。( )
知|识|拓|展
1.晶体类型的5种判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。
②共价晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。
③分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力为分子间作用力。
④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用力是金属键。
(2)依据物质的分类判断。
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断。
①离子晶体的熔点较高。
②共价晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高,但也有少数熔点相当低。
(4)依据导电性判断。
①离子晶体溶于水或熔融状态时均能导电。
②共价晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断。
①离子晶体硬度较大,硬而脆。
②共价晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大,但也有较低的,且具有延展性。
2.晶体熔、沸点高低的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律。
共价晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,如汞、铯等熔、沸点很低。
(2)共价晶体。
由共价键形成的共价晶体中,原子半径小的键长短,键能大,晶体的熔、沸点高。如熔点:金刚石>石英>碳化硅>硅。
(3)离子晶体。
一般地说,阴、阳离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔、沸点就越高,如熔点:MgO>MgCl2。
(4)分子晶体。
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N2,CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多熔、沸点越低。
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>>。
(5)金属晶体。
金属离子半径越小,离子所带的电荷数越多,其金属键越强,金属的熔、沸点就越高,如熔、沸点:Na
特别提醒 上述总结的规律都是一般规律,不能绝对化。
知|识|对|练
角度二 晶体类型的判断
4.下列各组物质的晶体中,化学键类型相同、晶体类型也相同的是( )
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O
C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl
5.下列有关晶体类型的判断正确的是( )
A SiI4:熔点120.5 ℃,沸点271.5 ℃ 共价晶体
B B:熔点2 300 ℃,沸点2 550 ℃,硬度大 金属晶体
C 锑:熔点630.74 ℃,沸点1 750 ℃,晶体导电 共价晶体
D FeCl3:熔点282 ℃,易溶于水,也易溶于有机溶剂 分子晶体
角度三 晶体的性质
6.(2025·湖北模拟)新研制出的石墨烯—C60揉和了C60分子与石墨烯的结构特点,有关结构如图所示。
下列有关这三种物质的说法错误的是( )
A.碳原子的杂化方式均为sp2
B.C60晶体的熔点最低
C.石墨烯的导电性最好
D.互为同素异形体
7.氮化硼晶体有多种结构,六方相氮化硼结构与石墨相似,但不具有导电性,立方相氮化硼结构与金刚石相似。下列说法错误的是( )
A.六方相氮化硼层上π键电子不能自由移动
B.六方相氮化硼的熔点高于立方相氮化硼
C.立方相氮化硼中存在“N→B”配位键
D.1 mol (BN)x(六方相氮化硼)中含3 mol σ键
考点3 晶胞组成与结构的计算
知|识|梳|理
1.晶胞中原子个数的计算
(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一,也是考查学生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数据:晶体密度、NA、M、晶胞体积、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。解决这类题,一是要掌握晶体“均摊法”的原理;二是要有扎实的立体几何知识;三是要熟悉常见晶体的结构特征,并能融会贯通,举一反三。
(2)“均摊法”原理。
微提醒 ①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。②在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用均摊法。
2.晶胞的密度及微粒间距离的计算
晶体微粒与M、ρ之间的关系:若1个晶胞中含有x个微粒,则1 mol晶胞中含有x mol微粒,其质量为xM g(M为微粒的摩尔质量);1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积,ρ为晶胞的密度),则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g,因此有xM=ρa3NA。
3.金属晶胞中原子半径的计算
(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。
①面对角线长=a。
②体对角线长=a。
③体心立方堆积4r=a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r=a(r为原子半径)。
4.空间利用率的计算
(1)已知晶体密度(ρ)求空间利用率。
由V晶胞ρNA=nM,V晶胞=
晶胞中粒子体积:V0=n×πr3
推出空间利用率=×100%=
(2)铜晶胞中铜原子空间利用率的计算。
如图是铜晶胞示意图,其中铜原子位于正六面体的顶点和面心,已知铜原子半径为r,面对角线为4r,a=2r,V晶胞=a3=(2r)3=16r3,1个晶胞中有4个原子,则空间利用率=×100%=×100%≈74%。
(3)计算密度时不同单位的换算。
1 pm=10-10 cm,1 nm=10-7 cm。
知|识|对|练
角度四 晶胞中原子个数的计算
8.(2025·赣州期中)某金属M储氢材料,最大储氢后晶体结构如下(大球是金属原子,小球是氢原子)。下列有关说法错
误的是( )
A.M邻位有6个M
B.H邻位有4个M
C.M邻位有4个H原子
D.晶胞中含有4个MH结构单元
9.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
10.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同,产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同,对铁晶体用X射线衍射进行测定,测得A、B两种晶胞,其晶胞结构示意图如下:
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是________、________个。
11.如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞,则甲晶体中x与y的个数比是______,乙中a与b的个数比是______,丙中一个晶胞中有________个c离子和________个d离子。
12.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如图,则LaNin中n=________。
13.如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构,其中R为+2价,G为-2价,则Q的化合价为________价。
14.
Cu元素与H元素可形成一种红色化合物,其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学式为________________。
15.
科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能,其晶胞如图所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为________。
16.(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中,镁原子和硼原子是分层排布的,如图甲是该晶体微观结构的透视图,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中,阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图乙是一种链状结构的多硼酸根离子,则多硼酸根离子符号为________。
角度五 晶胞的密度及微粒间距离的计算
17.
萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是________;若该立方晶胞参数为a pm,正、负离子的核间距最小为________pm。
18.
FeS2晶体的晶胞形状为立方体,边长为a nm,结构如图。
(1)距离Fe2+最近的阴离子有________个。
(2)FeS2的摩尔质量为120 g·mol-1,阿伏加德罗常数为NA。该晶体的密度为________ g·cm-3。(1 nm=10-9 m)
19.
Cu元素与F元素形成的化合物的晶胞结构如图所示,若晶体密度为a g·cm-3,则Cu原子与F原子的最近距离为________________ pm。(阿伏加德罗常数用NA表示,列出计算表达式,不用化简;图中为Cu,为F)
20.如图为Na2S的晶胞,该晶胞与CaF2晶胞结构相似,设晶体密度是ρ g·cm-3,试计算Na+与S2-的最短距离:________cm(阿伏加德罗常数用NA表示,只写出计算式)。
角度六 金属晶胞中原子半径的计算
21.
用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果:Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图),已知该晶体的密度为9.00 g·cm-3,晶胞中该原子的配位数为________;Cu的原子半径为____________________________cm(设阿伏加德罗常数为NA,要求列式计算)。
角度七 空间利用率的计算
22.
在金属材料中添加AlCr2颗粒,可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构,如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr原子和Al原子半径分别为rCr和rAl,则金属原子空间占有率为________%(列出计算表达式)。
23.
GaAs的熔点为1 238 ℃,密度为ρ g·cm-3,其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________,Ga原子与As原子以____________键键合。Ga原子和As原子的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1,原子半径分别为rGa pm和rAs pm,阿伏加德罗常数值为NA,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为__________________________。
微充电 素养提升
三维思想——分析原子分数坐标与投影图
【素材归纳】
1.原子分数坐标。
(1)概念:以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标。
(2)原子分数坐标的表示方法。
晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别小于1的数在立体坐标系中表示出来,如位于晶胞原点A(顶角)的原子的坐标为(0,0,0);
B点原子分数坐标为,,;
C点原子分数坐标为,0,;
D点原子分数坐标为,0,0。
2.典型晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图。
(1)金属Po立方体模型粒子坐标与投影图。
①粒子坐标:若1(0,0,0),2(0,1,0),则确定3的原子分数坐标为(1,1,0),7为(1,1,1)。
②x、y平面上的投影图:
(2)钾型晶胞结构模型的原子坐标与投影图。
①粒子坐标:若1(0,0,0),3(1,1,0),5(0,0,1),则6的原子分数坐标为(0,1,1),7为(1,1,1),9为,,。
②x、y平面上的投影图:
(3)铜型晶胞结构模型的原子坐标和投影图。
①粒子坐标:若1(0,0,0),13,,0,121,,,则15的原子分数坐标为,1,,11为,,1。
②x、y平面上的投影图:
(4)金刚石晶胞结构模型的原子坐标参数和投影图。
①若A原子为坐标原点,晶胞边长的单位为1,则原子1、2、3、4的坐标分别为,,、,,、,,,,,。
②x、y平面上的投影图:
(5)沿体对角线投影(以体心立方和面心立方为例)。
①钾型晶胞。
②铜型晶胞。
③锌型晶胞。
3.确定目标原子分数坐标参数的思维模板。
4.长方体系原子分数坐标与原子处于晶胞位置间的关系。
依据坐标点0或1.0两个数值出现的次数判断:
①若两个数值共出现三次,则该坐标点位于长方体的顶点位置。
②若两个数值共出现两次,则该坐标点位于长方体的棱上。
③若两个数值只出现一次,则该坐标点位于长方体的面上。
④若两个数值一次也未出现,则该坐标点位于长方体的体内。
【母题】 已知金刚石的晶胞如下:
(1)若A为原点坐标,晶胞边长为a,原子1的分数坐标为,,,则原子2、3、4的分数坐标分别为________、________、________。
(2)金刚石沿体对角线垂直在纸面上的投影图是________(填字母)。
【衍生1】 CsSiB3O7属于正交晶系(长方体形)。晶胞参数为a pm、b pm、c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子的数目为______。CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol-1,设NA为阿伏加德罗常数的值,则CsSiB3O7晶体的密度为____________ g·cm-3(用代数式表示)。
【衍生2】 锗(Ge)是典型的半导体元素,在电子、材料等领域应用广泛,锗单质具有金刚石型结构,如图所示:
晶胞有两个基本要素:一是原子分数坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。上图中A点的原子分数坐标为(0,0,0),则B、C两点的原子分数坐标为________、________。二是晶胞参数,描述晶胞的大小和形状,已知Ge的晶胞参数a=565.76 pm,其密度为______________ g·cm-3(列出计算式即可)
【衍生3】 分别用、表示H2P和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是H2P、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:
(1)若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为______________g·cm-3(写出表达式)。
(2)晶胞在x轴方向的投影图为________(填字母)。
【衍生4】 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中含原子的位置,称作原子分数坐标。如图1所示为磷化硼晶体的晶胞,图2是晶胞沿着体对角线方向的投影图。
(1)图1中,原子1的分数坐标是,,0,则原子2的分数坐标为________。
(2)图2中“N”表示________(填元素符号)。
微真题 把握方向
考向一 晶体结构与性质
1.(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似,其中熔点最低的是( )
A.金刚石(C)
B.单晶硅(Si)
C.金刚砂(SiC)
D.氮化硼(BN,立方相)
2.(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔,是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )
A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C.三种物质的晶体类型相同
D.三种物质均能导电
3.(2023·湖北卷)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是( )
选项 性质差异 结构因素
A 沸点:正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间作用力
B 熔点:AlF3 (1 040 ℃)远高于AlCl3 (178 ℃升华) 晶体类型
C 酸性:CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa=4.76) 羟基极性
D 溶解度(20 ℃):Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g) 阴离子电荷
考向二 晶胞结构的分析
4.(2024·甘肃卷)β MgCl2晶体中,多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示,其中部分结构显示为图乙,下列说法错误的是( )
A.电负性:MgB.单质Mg是金属晶体
C.晶体中存在范德华力
D.Mg2+的配位数为3
5.(2024·湖南卷)Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物,其合成反应为2LiH+C+N2Li2CN2+H2,晶胞如图所示,下列说法错误的是( )
A.合成反应中,还原剂是LiH和C
B.晶胞中含有的Li+个数为4
C.每个周围与它最近且距离相等的Li+有8个
D.为V形结构
6.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3),其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti元素为+4价,La元素为+3价。下列说法错误的是( )
A.导电时,Ti元素和La元素的价态不变
B.若x=,Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时,空位移动方向与电流方向相反
7.(2024·黑吉辽卷)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )
A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
B.晶胞2中S原子与S原子的最短距离为a
C.晶胞2中距Li原子最近的S原子有4个
D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体
8.(2024·湖北卷)黄金按质量分数分级,纯金为24K。Au-Cu合金的三种晶胞结构如图,Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是( )
A.Ⅰ为18K金
B.Ⅱ中Au原子的配位数是12
C.Ⅲ中最小核间距Au-CuD.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,Au原子与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1
第26讲 晶体结构与性质
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
一、周期性有序 无序 各向异性 各向同性 熔点 X射线衍射
二、2.无隙并置 3.
思维辨析
1.× 提示:晶胞是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小重复单元,而不一定是最小的“平行六面体”。
2.× 提示:晶体的特点是内部质点的规则排列,而不是看外形,玻璃一般有规则的几何外形,却是非晶体。
3.√ 4.√
知识对练
1.C 解析 A中白磷和蓝矾都是晶体;B中二者均为非晶体;C中碘为晶体,橡胶为非晶体;D中二者均为晶体。
2.C 解析 晶体的形成都要有一定的形成条件,如温度、压强、结晶速率等,但并不是说结晶速率越大越好,A项错误;晶体有固定的熔、沸点,B项错误;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体,C项正确;晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系,D项错误。
3.C 解析 根据NaCl的晶体结构(),在每个Na+周围最近的等距离的Cl-有6个(上、下、左、右、前、后),故①正确;从NaCl晶体中分割可得题图④的结构。
考点2
知识梳理
1.109°28' 6 2.12 3.(1)6 6 6 (2)8 8 8
4.金属阳离子与自由电子间的相互作用
思维辨析
1.× 提示:CO2晶体是分子晶体,SiO2是共价晶体,晶体结构差别很大,物理性质差别也很大。
2.× 提示:离子晶体内的阴、阳离子不能自由移动,不能导电,只有在熔融状态时或水溶液中产生了自由移动的离子才能导电。
3.× 提示:不一定,如Na的熔点为97 ℃,尿素的熔点为132.7 ℃,汞常温下呈液态。
4.× 提示:不一定,如MgO的熔点为2 852 ℃,石英的熔点为1 710 ℃。
知识对练
4.B 解析 A项中两种化合物原子间均以共价键结合,但SO2形成分子晶体,SiO2为共价晶体;B项中两分子均为共价键结合的分子,且均形成分子晶体;C项中NaCl中含离子键,HCl为共价键结合的分子,前者是离子晶体,后者是分子晶体;D项中CCl4是以共价键结合的分子晶体,KCl中含离子键,为离子晶体。
5.D 解析 SiI4的熔、沸点比较低,属于分子晶体,A项错误;B是非金属,熔、沸点很高,硬度大,属于共价晶体,B项错误;Sb是金属,属于金属晶体,C项错误;FeCl3的熔点比较低,易溶于水和有机溶剂,属于分子晶体,D项正确。
6.A 解析 石墨烯—C60中连接石墨烯和C60的碳原子会形成4个共价键,为sp3杂化,A项错误;C60晶体为分子晶体,熔点最低,B项正确;石墨烯的层中存在自由移动的电子,其导电性最好,C项正确;三者均为碳元素形成的不同单质,故互为同素异形体,D项正确。
7.D 解析 六方相氮化硼结构与石墨相似,有大π键,但氮元素的电负性大,吸引电子能力强,导致π电子不能自由移动,A项正确。六方相氮化硼层间为分子间作用力,和石墨结构类似,为混合型晶体,立方相氮化硼为空间网状结构,不存在分子,为共价晶体;类比石墨的熔点高于金刚石,所以六方相氮化硼熔点高于立方相氮化硼,B项正确。B原子最外层有3个电子,存在空轨道,N原子最外层有5个电子,存在孤电子对,所以立方相氮化硼含配位键N→B,C项正确。六方相氮化硼晶体中层内每个硼原子与相邻的3个氮原子构成平面三角形,每个共价键未被共有,所以1 mol六方相氮化硼中含3x mol B—N共价键,D项错误。
考点3
知识对练
8.A 解析 M位于顶点和面心,所以M邻位有12个M ,A项错误;H原子与顶角、3个邻位面心形成正四面体,H原子邻位有4个M,B项正确;顶角M周围有8个小立方体,只有4个体心有氢原子,邻位有4个H原子,C项正确;晶胞中含有4个H原子,M有8×+6×=4个,晶胞中含有4个MH结构单元,D项正确。
9.B 解析 A粒子数为6×=;B粒子数为6×+3×=2;C粒子数为1;故A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。
10.答案 2 4
解析 A晶胞中Fe原子处于晶胞的8个顶角和体心,则晶胞中含有Fe原子个数为1+8×=2;B晶胞中Fe原子处于晶胞的8个顶角和6个面心,则晶胞中含有Fe原子个数为8×+6×=4。
11.答案 2∶1 1∶1 4 4
解析 甲中N(x)∶N(y)=1∶=2∶1;乙中N(a)∶N(b)=1∶=1∶1;丙中N(c)=12×+1=4,N(d)=8×+6×=4。
12.答案 5
解析 La:2×+12×=3
Ni:12×+6×+6=15
所以n=5。
13.答案 +3
解析 R:8×+1=2
G:8×+8×+4×+2=8
Q:8×+2=4
R、G、Q的个数之比为1∶4∶2,则其化学式为RQ2G4。由于R为+2价,G为-2价,所以Q为+3价。
14.答案 CuH
解析 根据晶胞结构可以判断一个晶胞中Cu()原子的个数为2×+12×+3=6;H(○)原子的个数为6×+1+3=6,所以该化合物的化学式为CuH。
15.答案 3∶1
解析 根据晶胞结构可以判断一个晶胞中C60分子个数为8×+1=2,K原子个数为2×6×=6,所以K原子与C60分子的个数之比为3∶1。
16.答案 (1)MgB2 (2)B
解析 (1)每个Mg原子周围有6个B原子,而每个B原子周围有3个Mg原子,所以其化学式为MgB2。(2)从题图中可看出,每个单元中,都有一个B原子和一个O原子完全属于这个单元,剩余的2个O原子分别被两个结构单元共用,所以B∶O=1∶1+=1∶2,化学式为B。
17.答案 Ca2+ a
解析 X代表的离子位于顶点和面心,该晶胞中含X的个数为8×+6×=4,Y代表的离子位于晶胞体内,共8个,根据萤石的化学式为CaF2,可知X代表Ca2+;F-分别位于8个“小正方体”的体心,Ca2+与F-最近的核间距为晶胞体对角线长度的,由于晶胞参数为a pm,故Ca2+与F-最近的核间距为a pm。
18.答案 (1)6 (2)
解析 (1)以位于面心的Fe2+为例,与其距离最近的阴离子所处位置如图所示(圆中):
4个阴离子位于棱上,2个位于体心位置上,共6个。(2)依据均摊法可知一个晶胞中Fe2+个数为8×+6×=4,个数为1×1+12×=4。一个晶胞中相当于含有4个FeS2,因此一个晶胞的质量m=4× g= g。所以晶体密度ρ=== g·cm3。
19.答案 ×1010
解析 设晶胞的棱长为x cm,在一个晶胞中,Cu原子的数目为8×+6×=4;F原子的数目为4,其化学式为CuF。a·x3·NA=4M(CuF),解得x=。Cu原子和F原子之间的最短距离等于晶胞体对角线长度的,而晶胞体对角线长度等于晶胞核长的倍,所以最短距离为x=·×1010 pm。
20.答案
解析 一个晶胞中,●个数为8×+6×=4,○个数为8,其个数之比为1∶2,所以●代表S2-,○代表Na+。设晶胞边长为a cm,则a3·ρ·NA=4×78,得a=,Na+和S2-的最短距离为晶胞体对角线长度的,则Na+与S2-的最短距离为× cm。
21.答案 12 ×≈1.27×10-8
解析 设晶胞的边长为a cm,则a3·ρ·NA=4×64,a=,面对角线为a,面对角线的为Cu原子半径r=×≈1.27×10-8 cm。
22.答案 Al ×100
解析 由题图可知,1个晶胞中所含黑球的个数为8×+1=2(个),灰球的个数为8×+2=4(个),已知该物质的化学式为AlCr2,故黑球代表铝原子,位于顶角和体心,灰球代表铬原子,位于棱上和晶胞内。由题给晶胞图可知,该晶胞的体积为a2c,则金属原子空间占有率=×100%,即×100%。
23.答案 共价晶体 共价 ×100%
解析 GaAs的熔点很高,则其晶体为共价晶体,Ga原子和As原子以共价键键合。由晶胞结构可知一个晶胞中含有As、Ga原子的个数均为4个,则晶胞的体积为×4,又知二者的原子半径分别为rGa pm和rAs pm,则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%=×100%。
微充电·素养提升
母题 答案 (1),, ,, ,, (2)D
解析 (1)根据晶胞边长为a和原子1的坐标,可确定原子2、3、4分别位于体对角线的处(离最近顶点),可推出2、3、4原子的分数坐标分别是,,,,,,,,。(2)A项是体心立方晶胞沿体对角线的投影图;B项是金刚石晶胞结构删除面心上碳原子后的沿体对角线的投影图;C项是Zn型(六方最密堆积)晶胞沿z轴的投影图;D项是金刚石晶胞沿体对角线的投影图。
衍生1 答案 4 ×1030
解析 原子分数坐标为(0.5,0.2,0.5)的Cs原子位于晶胞体内,原子分数坐标为(0,0.3,0.5)、(1.0,0.3,0.5)、(0.5,0.8,0)、(0.5,0.8,1.0)的Cs原子位于晶胞的面上,原子分数坐标为(0,0.7,1.0)、(1.0,0.7,1.0)、(0,0.7,0)及(1.0,0.7,0)的Cs原子位于晶胞平行于y轴的棱上,利用均摊法可计算该晶胞中共含Cs原子4个,代入晶胞密度求算公式可得ρ===×1030 g·cm-3。
衍生2 答案 ,, ,,0
解析 根据晶胞结构和坐标系,因A为原点,则B的原子分数坐标为,,;C的原子分数坐标为,,0。依据均摊原理可知晶胞中含锗原子数为8×+6×+4=8,晶胞的体积为(a×10-10)3 cm3=565.763×10-30 cm3,则晶体的密度ρ== g·cm-3。
衍生3 答案 (1) (2)B
解析 (1)由晶胞结构可知,H2P位于晶胞的顶点、面上和体心,顶点上有8个、面上有4个,体心有1个,故晶胞中H2P的数目为8×+4×+1=4;K+位于面上和棱上,面上有6个,棱上4个,故晶胞中K+的数目为6×+4×=4。因此,平均每个晶胞中占有的H2P和K+的数目均为4,若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,则晶胞的体积为10-30a2c cm3,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为 g·cm-3。(2)由题图(a)、(b)、(c)可知,晶胞在x轴方向的投影图为,故选B。
衍生4 答案 (1),, (2)B
解析 (1)题图1中原子1的分数坐标是,,0,原子1位于底面面心,原子2位于体对角线的处,则原子2的分数坐标为,,。(2)根据晶胞结构分析,磷化硼晶体的晶胞沿着体对角线方向可以观察到P形成的六边形,其中的1个B原子与体对角线上的2个P原子重合,形成六边形的中心,所以“N”表示B原子。
微真题·把握方向
1.B 解析 金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都为共价晶体,结构相似,则原子半径越大,键长越长,键能越小,熔、沸点越低,在这几种晶体中,键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C,所以熔点最低的为单晶硅。故选B。
2.A 解析 原子间优先形成σ键,三种物质中均存在σ键,A项正确;金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化,石墨中所有碳原子均采用sp2杂化,石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化,碳碳三键上的碳原子采用sp杂化,B项错误;金刚石为共价晶体,石墨炔为分子晶体,石墨为混合型晶体,C项错误;金刚石中没有自由移动的电子,不能导电,D项错误。
3.D 解析 正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体,由于新戊烷支链多,对称性好,分子间作用力小,所以沸点较低,A项正确;AlF3为离子化合物,形成的晶体为离子晶体,熔点较高,AlCl3为共价化合物,形成的晶体为分子晶体,熔点较低,则AlF3的熔点远高于AlCl3,B项正确;由于电负性F>H,C—F键极性大于C—H键,使得羧基上的羟基极性增强,氢原子更容易电离,酸性增强,C项正确;碳酸氢钠在水中的溶解度比碳酸钠小的原因是HC在水溶液中通过氢键形成双聚或多聚离子,与阴离子电荷无关,D项错误。
4.D 解析 电负性越大的元素吸引电子的能力越强,活泼金属的电负性小于活泼非金属,因此,Mg元素的电负性小于Cl元素,A项正确;金属晶体包括金属单质及合金,单质Mg是金属晶体,B项正确;由晶体结构可知,该结构中存在层状结构,层与层之间存在范德华力,C项正确;由图乙中结构可知,每个Mg2+与周围6个Cl-最近且距离相等,因此,Mg2+的配位数为6,D项错误。
5.D 解析 LiH中H元素为-1价,由图中化合价可知,N元素为-3价,C元素为+4价,根据反应2LiH+C+N2Li2CN2+H2可知,H元素由-1价升高到0价,C元素由0价升高到+4价,N元素由0价降低到-3价,由此可知还原剂是LiH和C,A项正确;根据均摊法可知,Li+位于晶胞的面上,则含有的Li+个数为8×=4,B项正确;观察位于体心的可知,与它最近且距离相等的Li+有8个,C项正确;的中心原子C原子的价层电子对数为2+×(4+2-3×2)=2,孤电子对数为0,则为直线型分子,D项错误。
6.B 解析 根据题意,导电时Li+发生迁移,化合价不变,则Ti元素和La元素的价态不变,A项正确;根据“均摊法”,1个晶胞中含Ti原子数为8×=1个,含O原子数为12×=3个,含La原子或Li原子或空位共1个,若x=,则La原子和空位共,n(La)+n(空位)=,结合正、负化合价代数和为0,(+1)×+(+3)×n(La)+(+4)×1+(-2)×3=0,解得n(La)=、n(空位)=,Li+与空位数目不相等,B项错误;由立方晶胞的结构可知,与体心最邻近的O原子数为12,即位于棱心的12个O原子,C项正确;导电时Li+向阴极移动方向,即与电流方向相同,则空位移动方向与电流方向相反,D项正确。
7.B 解析 由均摊法得,结构1中含有Co原子的数目为4+4×=4.5,含有S原子的数目为1+12×=4,Co原子与S原子的原子个数比为9∶8,因此结构1的化学式为Co9S8,A项正确;由题图可知,晶胞2中S原子与S原子的最短距离为面对角线的,晶胞边长为a,即S原子与S原子的最短距离为a,B项错误;如题图晶胞2:,以图中的Li原子为例,与其最近的S原子共4个,C项正确;如图,当2个晶胞2放在一起时,图中截取的部分就是晶胞3,晶胞2和晶胞3表示同一晶体,D项正确。
8.C 解析 由24K金的质量分数为100%,则18K金的质量分数为×100%=75%,Ⅰ中Au原子和Cu原子个数比为1∶1,则Au元素的质量分数为×100%≈75%,A项正确;Ⅱ中Au原子处于立方体的八个顶点,Au原子的配位数指距离最近的Cu原子个数,Cu原子处于晶胞面心处,类似于二氧化碳晶胞结构,二氧化碳分子周围距离最近的二氧化碳分子有12个,则Au原子的配位数为12,B项正确;设Ⅲ的晶胞参数为a,Au—Cu的核间距为a,Au—Au的最小核间距也为 a,最小核间距Au—Cu=Au—Au,C项错误;Ⅰ中,Au原子处于晶胞内部,Cu原子处于晶胞的八个顶点,二者原子个数比为1∶1;Ⅱ中,Au原子处于晶胞的八个顶点,Cu原子处于晶胞面心,二者原子个数比为8×∶6×=1∶3;Ⅲ中,Au原子处于晶胞的面心,Cu原子处于顶点,二者原子个数比为6×∶8×=3∶1;D项正确。(共130张PPT)
第26讲
大单元四 物质结构与性质 元素周期律
晶体结构与性质
目
标
速
览
1.能说出晶体与非晶体的区别；了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。4.了解物质的聚集状态及晶体结构的测定。
考点1 晶体和晶胞
微考点/核心突破
第一部分
一、熟记晶体与非晶体的特征
分类 晶体 非晶体
结构特征 结构粒子 排列 结构粒子 排列
性质 特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
异同表现 _____________ _____________
二者区别方法 间接方法：测定其是否有固定的______
科学方法：对固体进行_____________实验
周期性有序
无序
各向异性
各向同性
熔点
X射线衍射
微提醒 获得晶体的三条途径：
(1)熔融态物质凝固。
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3)溶质从溶液中析出。
二、掌握一个概念——晶胞
1.概念
晶胞是描述晶体结构的基本单元。
2.晶体与晶胞的关系
数量巨大的晶胞“ ”构成晶体。
3.晶胞中粒子数目的计算——均摊法
如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有 属于这个晶胞。
无隙并置
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.晶胞是晶体中最小的“平行六面体”。( )
2.具有规则几何外形的固体一定是晶体。( )
提示：晶胞是从晶体中“截取”出来的具有代表性的最小重复单 元，而不一定是最小的“平行六面体”。
提示：晶体的特点是内部质点的规则排列，而不是看外形，玻璃一般有规则的几何外形，却是非晶体。
3.缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。
( )
4.晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。( )
角度一 晶体与非晶体及结构分析
1.(2025·衡水质检)下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是( )
A.白磷、蓝矾 B.陶瓷、塑料
C.碘、橡胶 D.食盐、蔗糖
A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体；C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。
解析
2.(2025·深圳模拟)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A.形成晶体硅的速率越大越好
B.晶体硅没有固定的熔、沸点
C.可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D.晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率 等，但并不是说结晶速率越大越好，A项错误；晶体有固定的 熔、沸点，B项错误；X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体，C项正 确；晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，D项错误。
解析
3.如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是( )
A.图①和图③ B.图②和图③
C.图①和图④ D.只有图④
解析
考点2 常见晶胞的结构与性质
微考点/核心突破
第一部分
几种典型的晶体模型
1.共价晶体(金刚石和二氧化硅)
金刚石键角为 ，每个最小的环上有6个碳原子。SiO2为正四面体，O—Si键键角为109°28'，每个最小的环上有12个原子，其中有6个Si原子和6个O原子。
109°28'
2.分子晶体(干冰)
每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有 个。
12
3.离子晶体
(1)NaCl型。
在晶体中，每个Na+同时吸引 个Cl-，每个Cl-同时吸引 个Na+，配位数为 。每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-。
6
6
6
(2)CsCl型。
在晶体中，每个Cl-吸引 个Cs+，每个Cs+吸引 个Cl-，配位数为____。
8
8
8
4.金属晶体
金属键——电子气理论。
_____________________________________。
金属阳离子与自由电子间的相互作用
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.CO2和SiO2是同主族元素的氧化物，它们的晶体结构相似，性质也非常相似。( )
2.离子晶体是由阴、阳离子构成的，所以离子晶体能够导电。( )
提示：CO2晶体是分子晶体，SiO2是共价晶体，晶体结构差别很大，物理性质差别也很大。
提示：离子晶体内的阴、阳离子不能自由移动，不能导电，只有在熔融状态时或水溶液中产生了自由移动的离子才能导电。
3.金属晶体的熔点一定比分子晶体的熔点高。( )
4.共价晶体的熔点一定比离子晶体的高。( )
提示：不一定，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃，汞常温下呈液态。
提示：不一定，如MgO的熔点为2 852 ℃，石英的熔点为1 710 ℃。
1.晶体类型的5种判断方法
(1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用力判断。
①离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用力是离子键。
②共价晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。
③分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用力为分子间作用力。
④金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用力是金属键。
(2)依据物质的分类判断。
①金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
②大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
③常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合类共价晶体有碳化硅、二氧化硅等。
④金属单质是金属晶体。
(3)依据晶体的熔点判断。
①离子晶体的熔点较高。
②共价晶体的熔点很高。
③分子晶体的熔点低。
④金属晶体多数熔点高，但也有少数熔点相当低。
(4)依据导电性判断。
①离子晶体溶于水或熔融状态时均能导电。
②共价晶体一般为非导体。
③分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。
④金属晶体是电的良导体。
(5)依据硬度和机械性能判断。
①离子晶体硬度较大，硬而脆。
②共价晶体硬度大。
③分子晶体硬度小且较脆。
④金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。
2.晶体熔、沸点高低的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律。
共价晶体>离子晶体>分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，如汞、铯等熔、沸点很低。
(2)共价晶体。
由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石>石英>碳化硅>硅。
(3)离子晶体。
一般地说，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2。
(4)分子晶体。
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越 高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
④同分异构体支链越多熔、沸点越低。
如CH3—CH2—CH2—CH2—CH3>
(5)金属晶体。
金属离子半径越小，离子所带的电荷数越多，其金属键越强，金属的熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na特别提醒 上述总结的规律都是一般规律，不能绝对化。
角度二 晶体类型的判断
4.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型也相同的是
( )
A.SO2和SiO2 B.CO2和H2O
C.NaCl和HCl D.CCl4和KCl
A项中两种化合物原子间均以共价键结合，但SO2形成分子晶体，SiO2为共价晶体；B项中两分子均为共价键结合的分子，且均形成分子晶体；C项中NaCl中含离子键，HCl为共价键结合的分子，前者是离子晶体，后者是分子晶体；D项中CCl4是以共价键结合的分子晶体，KCl中含离子键，为离子晶体。
解析
5.下列有关晶体类型的判断正确的是( )
A SiI4：熔点120.5 ℃，沸点271.5 ℃ 共价晶体
B B：熔点2 300 ℃，沸点2 550 ℃，硬度大 金属晶体
C 锑：熔点630.74 ℃，沸点1 750 ℃，晶体导电 共价晶体
D FeCl3：熔点282 ℃，易溶于水，也易溶于有机溶剂 分子晶体
SiI4的熔、沸点比较低，属于分子晶体，A项错误；B是非金属，熔、沸点很高，硬度大，属于共价晶体，B项错误；Sb是金属，属于金属晶体，C项错误；FeCl3的熔点比较低，易溶于水和有机溶剂，属于分子晶体，D项正确。
解析
角度三 晶体的性质
6.(2025·湖北模拟)新研制出的石墨烯—C60揉和了C60分子与石墨烯的结构特点，有关结构如图所示。
下列有关这三种物质的说法错误的是( )
A.碳原子的杂化方式均为sp2
B.C60晶体的熔点最低
C.石墨烯的导电性最好
D.互为同素异形体
石墨烯—C60中连接石墨烯和C60的碳原子会形成4个共价键，为sp3杂化，A项错误；C60晶体为分子晶体，熔点最低，B项正确；石墨烯的层中存在自由移动的电子，其导电性最好，C项正确；三者均为碳元素形成的不同单质，故互为同素异形体，D项正确。
解析
7.氮化硼晶体有多种结构，六方相氮化硼结构与石墨相似，但不具有导电性，立方相氮化硼结构与金刚石相似。下列说法错误的是( )
A.六方相氮化硼层上π键电子不能自由移动
B.六方相氮化硼的熔点高于立方相氮化硼
C.立方相氮化硼中存在“N→B”配位键
D.1 mol (BN)x(六方相氮化硼)中含3 mol σ键
六方相氮化硼结构与石墨相似，有大π键，但氮元素的电负性大，吸引电子能力强，导致π电子不能自由移动，A项正确。六方相氮化硼层间为分子间作用力，和石墨结构类似，为混合型晶体，立方相氮化硼为空间网状结构，不存在分子，为共价晶体；类比石墨的熔点高于金刚石，所以六方相氮化硼熔点高于立方相氮化 硼，B项正确。B原子最外层有3个电子，存在空轨道，N原子最 外层有5个电子，存在孤电子对，所以立方相氮化硼含配位键
解析
N→B，C项正确。六方相氮化硼晶体中层内每个硼原子与相邻的 3个氮原子构成平面三角形，每个共价键未被共有，所以1 mol六方相氮化硼中含3x mol B—N共价键，D项错误。
解析
考点3 晶胞组成与结构的计算
微考点/核心突破
第一部分
1.晶胞中原子个数的计算
(1)晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一，也是考查学生分析问 题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及如下数 据：晶体密度、NA、M、晶胞体积、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。解决这类题，一是要掌握晶体“均摊法”的原理；二是要有扎实的立体几何知识；三是要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。
(2)“均摊法”原理。
微提醒 ①在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被 6、3、4、2个晶胞所共有。②在计算晶胞中粒子个数的过程中，不是任何晶胞都可用均摊法。
2.晶胞的密度及微粒间距离的计算
晶体微粒与M、ρ之间的关系：若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g(M为微粒的摩尔质量)；1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，ρ为晶胞的密度)，则1 mol晶胞的质量为ρa3NA g，因此有xM=ρa3NA。
3.金属晶胞中原子半径的计算
(1)晶胞质量=晶胞占有的微粒的质量=晶胞占有的微粒数×。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)。
①面对角线长=a。
②体对角线长=a。
③体心立方堆积4r=a(r为原子半径)。
④面心立方堆积4r=a(r为原子半径)。
4.空间利用率的计算
(1)已知晶体密度(ρ)求空间利用率。
由V晶胞ρNA=nM，V晶胞=
晶胞中粒子体积：V0=n×πr3
推出空间利用率=×100%=
(3)计算密度时不同单位的换算。
1 pm=10-10 cm，1 nm=10-7 cm。
角度四 晶胞中原子个数的计算
8.(2025·赣州期中)某金属M储氢材料，最大储氢后晶体结构如下(大球是金属原子，小球是氢原子)。下列有关说法错误的是( )
A.M邻位有6个M
B.H邻位有4个M
C.M邻位有4个H原子
D.晶胞中含有4个MH结构单元
M位于顶点和面心，所以M邻位有12个M ，A项错误；H原子与顶角、3个邻位面心形成正四面体，H原子邻位有4个M，B项正确；顶角M周围有8个小立方体，只有4个体心有氢原子，邻位有4个H原子，C项正确；晶胞中含有4个H原子，M有8×+6×=4个，晶胞中含有4个MH结构单元，D项正确。
解析
9.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
A粒子数为6×=；B粒子数为6×+3×=2；C粒子数为1；故 A、B、C粒子数之比为1∶4∶2。
解析
10.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是 、 个。
2
4
解析
11.如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x与y的个数比是 ______，乙中a与b的个数比是______，丙中一个晶胞中有_____个c离子和_____个d离子。
2∶1
1∶1
4
4
解析
12.已知镧镍合金LaNin的晶胞结构如图，则LaNin中n= 。
5
解析
13.如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为+2价，G为-2价，则Q的化合价为 价。
+3
解析
14.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学式为 。
CuH
解析
15.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的化合物具有超导性能，其晶胞如图所示。该化合物中的K原子和C60分子的个数比为 。
根据晶胞结构可以判断一个晶胞中C60分子个数为8×+1=2，K原子个数为2×6×=6，所以K原子与C60分子的个数之比为3∶1。
解析
3∶1
16.(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，如图甲是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为 。
MgB2
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图乙是一种链状结构的多硼酸根离子，则多硼酸根离子符号为 。
B
解析
角度五 晶胞的密度及微粒间距离的计算
17.萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是 ；若该立方晶胞参数为a pm，正、负离子的核
间距最小为 pm。
Ca2+
a
解析
18.FeS2晶体的晶胞形状为立方体，边长为a nm，结构如图。
(1)距离Fe2+最近的阴离子有 个。
(2)FeS2的摩尔质量为120 g·mol-1，阿伏加德罗常数为NA。该晶体的
密度为 g·cm-3。(1 nm=10-9 m)
6
解析
解析
×1010
解析
20.如图为Na2S的晶胞，该晶胞与CaF2晶胞结构相似，设晶体密度是
ρ g·cm-3，试计算Na+与S2-的最短距离： cm(阿伏加德罗
常数用NA表示，只写出计算式)。
解析
角度六 金属晶胞中原子半径的计算
21.用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结 果：Cu的晶胞为面心立方最密堆积(如图)，已知该晶体的密度为9.00 g·cm-3，晶胞中该原子的配位数为 ；Cu的原子半径为
cm (设阿伏加德罗常数为NA，要求列式计算)。
12
×≈1.27×10-8
解析
角度七 空间利用率的计算
22.在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是 Al 原子。设Cr原子和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为
________________________(列出计算表达式)。
×100 %
解析
23.GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm-3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为__________，Ga原子与As原子以 键键合。Ga原子和As原子的摩尔质量分别为MGa g·mol-1和MAs g·mol-1，原子半径分别为rGa pm和
rAs pm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为
___________________________。
×100%
共价晶体
共价
解析
三维思想——分析原子分数坐标与
投影图
微充电/素养提升
第二部分
【素材归纳】
1.原子分数坐标。
(1)概念：以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子分数坐标。
(2)原子分数坐标的表示方法。
晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别小于1的数在立体坐标系中表示出来，如位于晶胞原点A(顶角)的原子的坐标为(0，0，0)；
2.典型晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图。
(1)金属Po立方体模型粒子坐标与投影图。
①粒子坐标：若1(0，0，0)，2(0，1，0)，则确定3的原子分数坐标为(1，1，0)，7为(1，1，1)。
②x、y平面上的投影图：
(2)钾型晶胞结构模型的原子坐标与投影图。
①粒子坐标：若1(0，0，0)，3(1，1，0)，5(0，0，1)，则6的原子分数坐标为(0，1，1)，7为(1，1，1)，9为()。
②x、y平面上的投影图：
(3)铜型晶胞结构模型的原子坐标和投影图。
①粒子坐标：若1(0，0，0)，13(，0)，12(1，)，则15的原子分数坐标为(，1，)，11为(，1)。
②x、y平面上的投影图：
(4)金刚石晶胞结构模型的原子坐标参数和投影图。
①若A原子为坐标原点，晶胞边长的单位为1，则原子1、2、3、4的坐标分别为()、()、()，()。
②x、y平面上的投影图：
(5)沿体对角线投影(以体心立方和面心立方为例)。
①钾型晶胞。
②铜型晶胞。
③锌型晶胞。
3.确定目标原子分数坐标参数的思维模板。
4.长方体系原子分数坐标与原子处于晶胞位置间的关系。
依据坐标点0或1.0两个数值出现的次数判断：
①若两个数值共出现三次，则该坐标点位于长方体的顶点位置。
②若两个数值共出现两次，则该坐标点位于长方体的棱上。
③若两个数值只出现一次，则该坐标点位于长方体的面上。
④若两个数值一次也未出现，则该坐标点位于长方体的体内。
【母题】 已知金刚石的晶胞如下：
(1)若A为原点坐标，晶胞边长为a，原子1的分数坐标为()，
则原子2、3、4的分数坐标分别为_____________、_____________、
______________。
(2)金刚石沿体对角线垂直在纸面上的投影图是 (填字母)。
()
()
()
D
解析
【衍生1】 CsSiB3O7属于正交晶系 (长方体形)。晶胞参数为a pm、
b pm、c pm。如图为沿y轴投影的晶胞中所有Cs原子的分布图和原子分数坐标。据此推断该晶胞中Cs原子
的数目为 。CsSiB3O7的摩尔质量为M g·mol-1，设NA为阿伏加德
罗常数的值，则CsSiB3O7晶体的密度为 g·cm-3(用代数式表示)。
4
×1030
解析
【衍生2】 锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛，锗单质具有金刚石型结构，如图所示：
晶胞有两个基本要素：一是原子分数坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。上图中A点的原子分数坐标为(0，0，0)，则B、C两
点的原子分数坐标为_______________、 _______________。二是晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge的晶胞参数a=565.76 pm，
其密度为___________ g·cm-3(列出计算式即可)
()
(，0)
解析
(1)若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为
NA，晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。
(2)晶胞在x轴方向的投影图为 (填字母)。
B
解析
解析
【衍生4】 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中含原子的位置，称作原子分数坐标。如图1所示为磷化硼晶体的晶胞，图2是晶胞沿着体对角线方向的投影图。
(1)图1中，原子1的分数坐标是(，0)，则原子2的分数坐标为
______________。
(2)图2中“N”表示 (填元素符号)。
()
B
解析
微真题/把握方向
第三部分
考向一 晶体结构与性质
1.(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是( )
A.金刚石(C) B.单晶硅(Si)
C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN，立方相)
金刚石(C)、单晶硅(Si)、金刚砂(SiC)、立方氮化硼(BN)都为共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，在这几种晶体中，键长Si—Si>Si—C>B—N>C—C，所以熔点最低的为单晶硅。故选B。
解析
2.(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。
下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是( )
A.三种物质中均有碳碳原子间的σ键
B.三种物质中的碳原子都是sp3杂化
C.三种物质的晶体类型相同
D.三种物质均能导电
原子间优先形成σ键，三种物质中均存在σ键，A项正确；金刚石中所有碳原子均采用sp3杂化，石墨中所有碳原子均采用sp2杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用sp2杂化，碳碳三键上的碳原子采用sp杂化，B项错误；金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合型晶体，C项错误；金刚石中没有自由移动的电子，不能导电，D项错误。
解析
3.(2023·湖北卷)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是( )
选项 性质差异 结构因素
A 沸点：正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间作用力
B 熔点：AlF3 (1 040 ℃)远高于AlCl3 (178 ℃升华) 晶体类型
C 酸性：CF3COOH(pKa=0.23)远强于CH3COOH(pKa= 4.76) 羟基极性
D 溶解度(20 ℃)：Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g) 阴离子电荷
正戊烷和新戊烷形成的晶体都是分子晶体，由于新戊烷支链多，对称性好，分子间作用力小，所以沸点较低，A项正确；AlF3为离子化合物，形成的晶体为离子晶体，熔点较高，AlCl3为共价化合物，形成的晶体为分子晶体，熔点较低，则AlF3的熔点远高于AlCl3，B项正确；由于电负性F>H，C—F键极性大于C—H键，使得羧基上的羟基极性增强，氢原子更容易电离，酸性增强，C项正确;碳酸氢钠在水中的溶解度比碳酸钠小的原因是HC在水溶液中通过氢键形成双聚或多聚离子,与阴离子电荷无关,D项错误。
解析
考向二 晶胞结构的分析
4.(2024·甘肃卷)β-MgCl2晶体中，多个晶胞无隙并置而成的结构如图甲所示，其中部分结构显示为图乙，下列说法错误的是( )
A.电负性：MgC.晶体中存在范德华力 D.Mg2+的配位数为3
电负性越大的元素吸引电子的能力越强，活泼金属的电负性小于活泼非金属，因此，Mg元素的电负性小于Cl元素，A项正确；金属晶体包括金属单质及合金，单质Mg是金属晶体，B项正确；由晶体结构可知，该结构中存在层状结构，层与层之间存在范德华力，C项正确；由图乙中结构可知，每个Mg2+与周围6个Cl-最近且距离相等，因此，Mg2+的配位数为6，D项错误。
解析
5.(2024·湖南卷)Li2CN2是一种高活性的人工固氮产物，其合成反应为2LiH+C+N2 Li2CN2+H2，晶胞如图所示，下列说法错误的是( )
A.合成反应中，还原剂是LiH和C
B.晶胞中含有的Li+个数为4
C.每个周围与它最近且距离相等的Li+有8个
D.为V形结构
解析
6.(2024·安徽卷)研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(LixLayTiO3)，其立方晶胞和导电时Li+迁移过程如图所示。已知该氧化物中Ti元素为+4价，La元素为+3价。下列说法错误的是( )
A.导电时，Ti元素和La元素的价态不变
B.若x=，Li+与空位的数目相等
C.与体心最邻近的O原子数为12
D.导电时，空位移动方向与电流方向相反
解析
晶胞的结构可知，与体心最邻近的O原子数为12，即位于棱心的12个O原子，C项正确；导电时Li+向阴极移动方向，即与电流方向相同，则空位移动方向与电流方向相反，D项正确。
解析
7.(2024·黑吉辽卷)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是( )
A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8
B.晶胞2中S原子与S原子的最短距离为a
C.晶胞2中距Li原子最近的S原子有4个
D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体
解析
解析
8.(2024·湖北卷)黄金按质量分数分级，纯金为24K。Au-Cu合金的三种晶胞结构如图，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是( )
A.Ⅰ为18K金
B.Ⅱ中Au原子的配位数是12
C.Ⅲ中最小核间距Au-CuD.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，Au原子与Cu原子个数比依次为1∶1、1∶3、3∶1
解析
解析课时微练(二十六) 晶体结构与性质
基础训练
1.下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是( )
A.液晶中的分子长轴取向一致,表现出类似晶体的各向异性
B.等离子体是一种特殊的气体,由阳离子和电子两部分构成
C.纯物质有固定的熔点,但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化
D.超分子内部的分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体
2.某硅氧离子的空间结构示意图如图所示(虚线不表示共价键)。通过观察分析,下列叙述正确的是( )
硅氧离子结构
A.键角为120°
B.化学组成为Si
C.Si原子采用sp2杂化
D.化学组成为Si
3.C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是( )
A.具有自范性
B.与C60互为同素异形体
C.含有sp3杂化的碳原子
D.化学性质与金刚石有差异
4.(2025·乐山模拟)下列有关晶体结构的叙述中错误的是( )
A.金刚石的网状结构中,最小的环上有6个碳原子
B.分子晶体熔化时,不破坏共价键;共价晶体熔化时,破坏共价键
C.在金属铜的晶体中,由于存在自由电子,因此铜能导电
D.在氯化铯晶体中,每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有8个
5.立方相氮化硼(BN)超硬,有优异的耐磨性。晶胞中N原子位于顶点和面心,沿x、y、z轴方向投影均为如图。下列说法正确的是( )
A.晶体中N原子的配位数为8
B.1 mol BN中有4 mol共价键
C.立方相氮化硼可导电
D.若B原子1的分数坐标为,,,则B原子2的分数坐标为,,
6.某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.Ca2+的配位数为6
B.与F-距离最近的是K+
C.该物质的化学式为KCaF3
D.若F-换为Cl-,则晶胞棱长将改变
7.如图是Mn原子和Bi原子形成的某种晶体的晶胞结构示意图,则该晶体的化学式可表示为( )
A.Mn2Bi B.MnBi
C.MnBi3 D.Mn4Bi3
8.(2025·重庆模拟)F2和Xe可在一定条件下反应生成X,若Xe过量则生成Y,X和Y的晶胞示意图如图所示,晶胞体积之比为V(X)∶V(Y)=17∶13。
下列关于X和Y的说法正确的是( )
A.两种分子都属于极性分子
B.分子中Xe原子的孤电子对数:X>Y
C.两种晶体都属于分子晶体
D.晶体密度:X>Y
9.CaF2的晶胞结构和部分离子的投影位置如图所示,下列说法错误的是( )
A.CaF2属于离子晶体
B.Ca2+的配位数为8
C.图甲为F-沿y轴投影图
D.图乙为Ca2+沿面对角线投影图
能力训练
10.CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构,晶胞结构如图所示。其中原子坐标参数A为,,,则B、C的原子坐标参数分别为____________________。该晶胞中Cd—Se键的键长为____________nm。已知Cd和Se的原子半径分别为rCd nm和rSe nm,则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________。
11.研究发现,只含Ni、Mg和C三种元素的晶体竟然也具有超导性,该晶体的晶胞结构如图所示:
(1)与C原子紧邻的Ni原子有________个。
(2)已知该晶胞中a原子的坐标参数为(1,0,0),b原子的坐标参数为,,0,则c原子的坐标参数为________________。
(3)已知该晶体的密度为d g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为________________pm(用含d、NA的代数式表示)。
12.钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示:
(1)该超导材料的最简化学式为________。
(2)Fe原子的配位数为________。
(3)该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA,则该晶体的密度为________________________ g·cm-3(列出计算式)。
13.Ni、Fe、La的化合物在工农业生产中有广泛的应用。
(1)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有着广泛的应用前景。某FexNy的晶胞如图1所示,Cu原子可以完全替代该晶体中a位置Fe原子或者b位置Fe原子,形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示,其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为__________。
(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图3所示。该合金的化学式为____________________________________。
课时微练(二十六) 晶体结构与性质
1.B 解析 液晶分子中沿分子长轴方向有序排列,从而表现出类似晶体的各向异性,A项正确;等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈中性的物质聚集体,B项错误;纯物质有固定的熔点,但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化,熔点可能下降,C项正确;超分子内部的多个分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体,D项正确。
2.D 解析 由该离子的空间结构示意图可知,硅氧原子形成正四面体结构,Si原子在体心,O原子在顶点,键角为109°28',离子组成为Si,Si原子采用sp3杂化。
3.A 解析 自范性是晶体的性质,碳玻璃为非晶态,所以没有自范性,A项错误;碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同单质,二者互为同素异形体,B项正确;碳玻璃具有高硬度,物理性质与金刚石类似,因而结构具有一定的相似性,含有sp3杂化的碳原子,C项正确;金刚石与碳玻璃互为同素异形体,性质差异主要表现在物理性质上,化学性质上也有活性的差异,D项正确。
4.D 解析 金刚石结构中,最小的环上有6个碳原子,A项正确;分子晶体熔化时只是状态发生变化,没有化学键的断裂,只破坏分子间作用力,共价晶体的构成微粒是原子,熔化时共价键被破坏,B项正确;金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的,在通电条件下,自由电子的定向移动使得金属晶体能导电,C项正确;在氯化铯晶体结构中,每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有6个,D项错误。
5.B 解析 晶体中N原子的配位数为4,A项错误;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,1 mol BN中有4 mol共价键,B项正确;立方相氮化硼晶体与金刚石类似,属于共价晶体,不能导电,C项错误;若B原子1的分数坐标为,,,则B原子2的分数坐标为,,,D项错误。
6.B 解析 Ca2+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数,如题图所示,Ca2+位于体心,F-位于面心,所以Ca2+的配位数为6,A项正确;F-与K+的最近距离为棱长的,F-与Ca2+的最近距离为棱长的,所以与F-距离最近的是Ca2+,B项错误;K+位于顶点,所以一个晶胞中K+个数=×8=1,F-位于面心,一个晶胞中F-个数=×6=3,Ca2+位于体心,所以一个晶胞中Ca2+个数=1,综上,该物质的化学式为KCaF3,C项正确;F-与Cl-半径不同,替换后晶胞棱长将改变,D项正确。
7.B 解析 分析题给晶胞结构示意图,可知有6个Bi原子处于晶胞的内部,即1个晶胞拥有6个Bi原子;有12个Mn原子在晶胞的顶点上,每个晶胞占有12×=2个,有6个Mn原子在晶胞的棱上,每个晶胞占有6×=2个,有2个Mn原子在晶胞的面心,每个晶胞占有2×=1个,还有1个Mn原子在晶胞内部,因此1个晶胞实际拥有的Mn原子个数为2+2+1+1=6,因此该晶胞的化学式可表示为MnBi。
8.C 解析 由题图可知,X为XeF4,空间结构为平面四边形,Y为XeF2,空间结构为直线形,则四氟化氙分子和二氟化氙分子都是结构对称的非极性分子,A项错误;XeF4分子中Xe原子的价层电子对数为6、孤电子对数为2,XeF2分子中Xe原子的价层电子对数为5、孤电子对数为3,则XeF4分子中的孤电子对数小于XeF2,B项错误;由晶胞结构可知,XeF4和XeF2形成的晶体的构成微粒都是分子,都属于分子晶体,C项正确;由晶胞结构可知,XeF4晶胞中位于顶点和体心的XeF4分子的个数为8×+1=2,XeF2晶胞中位于顶点和体心的XeF2分子的个数为8×+1=2,设XeF4和XeF2晶体的密度分别为d1 g/cm3、d2 g/cm3,晶胞体积之比为V(X)∶V(Y)=17∶13,由晶胞的质量公式可得d1∶d2=∶,则XeF4晶体的密度小于XeF2晶体的密度,D项错误。
9.D 解析 氟化钙是由钙离子和氟离子形成的离子晶体,A项正确;由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点的钙离子与位于体对角线处的氟离子的距离最近,则钙离子的配位数为8,B项正确;由晶胞结构可知,Ca2+沿面对角线投影图的四个侧面面心应在同一条线上,图乙钙离子分布不符合,D项错误。
10.答案 ,,、,, a ×100%
解析 Cd—Se键的键长为晶胞体对角线长的,故键长为a nm。晶胞中原子占的总体积为π+π×4 nm3,晶胞体积为a3 nm3,故晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率=×100%。
11.答案 (1)6 (2),0, (3)××1010
解析 (3)设晶胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为a pm,则晶胞棱长为a pm,晶胞体积=(a×10-10)3cm3,该晶胞中Mg原子个数为8×=1、Ni原子个数为6×=3、C原子个数为1。故d g·cm-3=,所以a=××1010 pm。
12.答案 (1)KFe2Se2 (2)4 (3)
解析 (1)根据题中晶胞投影图可知,K原子位于顶点和体心,一个晶胞中共有8×+1=2个,Fe原子位于侧面上,一个晶胞中共有4×2×=4个,Se原子位于棱上和体内,一个晶胞中共有8×+2=4个,其晶胞结构为,最简化学式为KFe2Se2。(2)选取左侧面上方的Fe原子为中心,其配位原子如图所示,其配位数为4。(3)一个晶胞中有2个K原子、4个Fe原子、4个Se原子,其密度ρ= g·cm-3。
13.答案 (1)Fe3CuN (2)LaNi5(或Ni5La)
解析 (1)由题中晶胞图、能量变化图可知,Cu原子替代顶点上的Fe原子(a位置Fe原子),化学式为Fe3CuN,能量较低,较稳定;Cu原子替代面心上的Fe原子(b位置Fe原子),化学式为FeCu3N,能量较高,不稳定。(2)每个晶胞中含有La原子的个数为8×=1,Ni原子的个数为1+8×=5,则该合金的化学式为LaNi5或Ni5La。(共32张PPT)
课时微练(二十六)
晶体结构与性质
1.下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是( )
A.液晶中的分子长轴取向一致，表现出类似晶体的各向异性
B.等离子体是一种特殊的气体，由阳离子和电子两部分构成
C.纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化
D.超分子内部的分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体
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液晶分子中沿分子长轴方向有序排列，从而表现出类似晶体的各向异性，A项正确；等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈中性的物质聚集体，B项错误；纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化，熔点可能下降，C项正确；超分子内部的多个分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体，D项正确。
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2.某硅氧离子的空间结构示意图如图所示(虚线不表示共价键)。通过观察分析，下列叙述正确的是( )
硅氧离子结构
A.键角为120°
B.化学组成为Si
C.Si原子采用sp2杂化
D.化学组成为Si
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由该离子的空间结构示意图可知，硅氧原子形成正四面体结构，Si原子在体心，O原子在顶点，键角为109°28'，离子组成为Si，Si原子采用sp3杂化。
解析
3.C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是( )
A.具有自范性
B.与C60互为同素异形体
C.含有sp3杂化的碳原子
D.化学性质与金刚石有差异
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自范性是晶体的性质，碳玻璃为非晶态，所以没有自范性，A项错误；碳玻璃和C60均是由碳元素形成的不同单质，二者互为同素异形体，B项正确；碳玻璃具有高硬度，物理性质与金刚石类 似，因而结构具有一定的相似性，含有sp3杂化的碳原子，C项正确；金刚石与碳玻璃互为同素异形体，性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有活性的差异，D项正确。
解析
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4.(2025·乐山模拟)下列有关晶体结构的叙述中错误的是( )
A.金刚石的网状结构中，最小的环上有6个碳原子
B.分子晶体熔化时，不破坏共价键；共价晶体熔化时，破坏共价键
C.在金属铜的晶体中，由于存在自由电子，因此铜能导电
D.在氯化铯晶体中，每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有8个
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金刚石结构中，最小的环上有6个碳原子，A项正确；分子晶体熔化时只是状态发生变化，没有化学键的断裂，只破坏分子间作用力，共价晶体的构成微粒是原子，熔化时共价键被破坏，B项正确；金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，在通电条件 下，自由电子的定向移动使得金属晶体能导电，C项正确；在 氯化铯晶体结构中，每个氯离子周围最近且距离相等的氯离子有6个，D项错误。
解析
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5.立方相氮化硼(BN)超硬，有优异的耐磨性。晶胞中N原子位于顶点和面心，沿x、y、z轴方向投影均为如图。下列说法正确的是( )
A.晶体中N原子的配位数为8
B.1 mol BN中有4 mol共价键
C.立方相氮化硼可导电
D.若B原子1的分数坐标为()，则B原子2的分数坐标为
()
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6.某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.Ca2+的配位数为6
B.与F-距离最近的是K+
C.该物质的化学式为KCaF3
D.若F-换为Cl-，则晶胞棱长将改变
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7.如图是Mn原子和Bi原子形成的某种晶体的晶胞结构示意图，则该晶体的化学式可表示为( )
A.Mn2Bi B.MnBi
C.MnBi3 D.Mn4Bi3
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8.(2025·重庆模拟)F2和Xe可在一定条件下反应生成X，若Xe过量则生成Y，X和Y的晶胞示意图如图所示，晶胞体积之比为V(X)∶V(Y)=17∶13。
下列关于X和Y的说法正确的是( )
A.两种分子都属于极性分子
B.分子中Xe原子的孤电子对数：X>Y
C.两种晶体都属于分子晶体
D.晶体密度：X>Y
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9.CaF2的晶胞结构和部分离子的投影位置如图所示，
下列说法错误的是( )
A.CaF2属于离子晶体
B.Ca2+的配位数为8
C.图甲为F-沿y轴投影图
D.图乙为Ca2+沿面对角线投影图
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氟化钙是由钙离子和氟离子形成的离子晶体，A项正确；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的钙离子与位于体对角线处的氟离子的距离最近，则钙离子的配位数为8，B项正确；由晶胞结构可 知，Ca2+沿面对角线投影图的四个侧面面心应在同一条线上，图乙钙离子分布不符合，D项错误。
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10.CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构,晶胞结构
如图所示。其中原子坐标参数A为()，
则B、C的原子坐标参数分别为_____________
____________。该晶胞中Cd—Se键的键长为
nm。已知Cd和Se的原子半径分别为rCd nm和rSe nm，则该晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_______________________。
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能力训练
()、
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a
×100%
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11.研究发现，只含Ni、Mg和C三种元素的晶体竟然也具有超导性，该晶体的晶胞结构如图所示：
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(1)与C原子紧邻的Ni原子有 个。
(2)已知该晶胞中a原子的坐标参数为(1，0，0)，b原子的坐标参数为(，0)，则c原子的坐标参数为 。
(3)已知该晶体的密度为d g·cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶
胞中Ni原子、Mg原子之间的最短距离为 pm(用含d、NA的代数式表示)。
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(，0，)
××1010
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12.钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
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(1)该超导材料的最简化学式为 。
(2)Fe原子的配位数为 。
(3)该晶胞参数a=b=0.4 nm、c=1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，
则该晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
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KFe2Se2
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13.Ni、Fe、La的化合物在工农业生产中有广泛的应用。
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(1)铁氮化合物(FexNy)在磁记录材料领域有 着广泛的应用前景。某FexNy的晶胞如图1所示，Cu原子可以完全替代该晶体中a位置Fe原子或者b位置Fe原子，形成Cu替代型产物Fe(x-n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为 。
Fe3CuN
(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图3所示。该合金的化学式为 。
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LaNi5(或Ni5La)
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