高中化学【晶体结构与性质】

晶体结构与性质

【目标要求】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、原子晶体、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。知道在一定条件下，物质

的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。知

道金属键的特点与金属某些性质的关系。知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变

物质的聚集状态可能获得特殊的材料。

考点一晶体常识

「核心知识梳理

1.晶体与非晶体

（1）晶体与非晶体的比较

晶体非晶体

结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列

自范性无

性质

熔点固定不固定

特征

异同表现各向异性各向同性

二者区间接方法看是否有固定的熔点

别方法科学方法对固体进行X-射线衍射实验

⑵得到晶体的途径

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。

（3）晶胞

①概念：描述晶体结构的基本单元。

②晶体中晶胞的排列——无隙并置

无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。

并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

2.晶胞组成的计算——切割法

⑴原则

晶胞任意位置上的一个原子如果是被八个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份

额就是1

⑵方法

①长方体（包括立方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算。

T位于顶点卜*同为8个品胞所共有■粒子属于该品胞

-------O

同f|位与棱同为4个品胞所共有.十粒子属于该晶胞

f恒后田f同为2个晶胞所共有，十粒子属于该晶胞

-I位于内部1-1整个粒子都属于该晶胞

②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，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）被三个六边形共有，每个六边形占;。

【理解应用】

（1）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。

答案2：11：144

解析甲中N(x):My)=l：(4X1)=2：1;乙中Ma)：N(b)=l：(8x1)=l：1；丙中Mc)=

12x1+l=4,Md）=8x5+6X、=4。

4oZ

（2）下图为离子晶体空间构型示意图：（•阳离子，。阴离子）以M代表阳离子，以N表示阴离

子，写出各离子晶体的组成表达式：

AB

答案MNMN3MN2

13

--

解析在A中，含M、N的个数相等,82

911

11Q3--手

N:7;X4+2+4Xd=7(个)，M：N=7：28

LOZZ

「辨析易错易混•正误判断」

(1)冰和碘晶体中相互作用力相同()

(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列()

(3)凡有规则外形的固体一定是晶体()

(4)固体SiO2一定是晶体()

(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCI溶液中会慢慢变为完美的立方体块()

(6)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”()

(7)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X-射线衍射实验()

答案(1)X(2)V(3)X(4)X(5)V(6)X(7)V

F解题能力提升

1.下图是由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

答案+3价

解析R:8X(+1=2

O

G:8x]+8X：+4x/+2=8

Q:8X；+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为一2价，所以Q为+3价。

2.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

OB

OC

A.3：9：4B.1：4：2

C.2：9：4D.3：8：4

答案B

解析A粒子数为6义七=3;

B粒子数为6x1+3x1=2;

C粒子数为1;故A、B、C粒子数之比为1：4：2»

3.已知翎银合金LaNi”的晶胞结构如下图，则LaNi“中n=

答案5

解析La:2XTz+12X07=3

Ni:12x1+6x|+6=15

所以〃=5。

4.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化

学式为o

•Cu

OH

答案CuH

解析根据晶胞结构可以判断：Cu(・)：2x1+12x1+3=6；H(O)：6x|+l+3=6,所以

化学式为CuH。

5.(1)硼化镁晶体在39K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，下

图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。下图是一种链状结构的多硼酸根，则

多硼酸根离子符号为。

答案(l)MgB2(2)BO2

解析(1)每个Mg周围有6个B,而每个B周围有3个Mg,所以其化学式为MgB2。(2)从

图可看出，每个,都有一个B和一个0完全属于这个单元，剩余的

2个O分别被两个结构单元共用，所以B：0=1：(1+|)=1：2,化学式为B05。

6.已知下图所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单链结合，试根据下图确定该晶

体的化学式为。

AO

BU

答案B3A4

考点二晶体的类型、组成与性质

显核心知识梳理

1.四种晶体类型的概念与特点

(1)分子晶体：分子间通过分子间作用力结合形成的晶体,此类晶体熔点、沸点低，硬度小。

(2)原子晶体：原子通过共价键形成的晶体,整块晶体是一个三维的共价键网状(立体网状)结

构；其物理性质的突出特点是高硬度、高熔点、高沸点。

(3)离子晶体

①阴、阳离子通过离子键形成的晶体,此类晶体的熔点、沸点较高。

②配位数：指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目,晶体阴离子、阳离子的配位数之比

等于组成中的阴离子与阳离子数目的反比。

(4)金属晶体

①含义：金属原子通过金属键形成的晶体,金属单质形成的晶体就是金属晶体。

②金属键的形成：晶体中金属原子脱落下来的价蚯形成遍布整块晶体的“电子气”，被班

有原子共用，从而将所有的金属原子维系在一起；金属键无饱和性、方向性。

2.四种晶体类型的比较

型

分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体

比

金属阳离子和自

构成粒子分子原子阴、阳离子

由电子

粒子间的相

分子间作用力共价键金属键离子键

互作用力

有的很大，有的

硬度较小很大较大

很小

有的很高，有的

熔、沸点较低很高较高

很低

难溶于任何大多易溶于水

溶解性相似相溶常见溶剂难溶

溶剂等极性溶剂

一般不导电，晶体不导电,

一般不具有

导电、传热性溶于水后有的电和热的良导体水溶液或熔融

导电性

导电态导电

【理解应用】

在下列物质中：NaCkNaOH、Na2S,H2O2>Na2s2、(NHO2S、CO2、CC14>C2H2、SiO2>SiC、

晶体硅、金刚石、晶体氯。

(1)其中只含有离子键的离子晶体是。

(2)其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是.

(3)其中既含有离子键又含有极性共价键和配位键的离子晶体是。

(4)其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是.

(5)其中含有极性共价键的非极性分子是。

(6)其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是。

(7)其中含有极性共价键和非极性共价键的极性分子是。

(8)其中含有极性共价键的原子晶体是,

(9)不含共价键的分子晶体是,只含非极性共价键的原子晶体是。

答案(l)NaCl、Na2s(2)NaOH、(NH4)2S

⑶(NHRS(4)Na2s2(5)CO2>CCI4、C2H2

(6)C2H2(7)H2O2(8)SiO2、SiC(9)晶体氮晶体硅、金刚石

3.认识几种常见的晶体模型

⑴原子晶体(金刚石和二氧化硅)

Si

金刚石二氧化硅

①金刚石晶体中，每个C与另外生个C形成共价键，C-C键之间的夹角是109.5。，最小的

环是六元环。含有ImolC的金刚石中，形成的共价键有2m01。

②SiO2晶体中，每个Si原子与生个0原子成键，每个0原子与2_个硅原子成键，最小的环

是十二元环,在“硅氧”四面体中，处于中心的是里原子，1molSiCh中含有4molSi—O

键。

(2)分子晶体

①干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的C02分子有个。

干冰的结构模型(晶胞)冰的结构模型

②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的2个水分子以氢键相连接，含ImolHzO的冰中,

①NaCl型：在晶体中，每个Na卡同时吸引6个C「，每个Cl.同时吸引0个Na卡,配位数为6。

每个晶胞含生个Na+和生个CF»

②CsCl型：在晶体中，每个C1吸引也个Cs+,每个Cs+吸引&个C「，配位数为区

⑷石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用是范德华力,平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2,

C原子采取的杂化方式是他S

【理解应用】

按要求回答问题

(1)在金刚石晶体中最小碳环含有个C原子;每个C原子被个最小碳环共用。

(2)在干冰中粒子间作用力有。

⑶含1molH2O的冰中形成氢键的数目为。

(4)在NaCl晶体中，每个Na*周围有个距离最近且相等的Na+,每个Na卡周围有

个距离最近且相等的Cl\其空间构型为。

⑸在CaF2晶体中，每个Ca2+周围距离最近且等距离的F有个；每个F周围距离最

近且等距离的Ca2+有个。

答案(1)612(2)共价键、范德华力(3)2NA

⑷126正八面体形(5)84

|■辨析易错易混•正误判断」

(1)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子(J)

(2)在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子(X)

(3)原子晶体的熔点一定比金属晶体的高(X)

(4)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低(X)

(5)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体(J)

F解题能力提升

---------------------------------------------------------------------N-------------

题组一常见晶体的分析(不定项选择题)

1.已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近的相邻两个CO2分子间距为apm,

阿伏加德罗常数为M，下列说法正确的是()

A.晶胞中一个CCh分子的配位数是12

44X4

B.晶胞的密度表达式是欣而许g53

C.一个晶胞中平均含6个CO2分子

D.CO2分子的空间构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化

答案AB

解析晶胞中一个CO2分子的配位数为12,故A正确；该晶胞中相邻最近的两个CO2分子

间距为“pm,即晶胞面心上的二氧化碳分子和其同一面上顶点上的二氧化碳之间的距离为a

pm,则晶胞棱长=也“pmu^aXICTiOcm,晶胞体积=(啦“X10一|。cm/,该晶胞中二氧化

M44

11瓦乂4访X444X4

碳分子个数=8乂¥+6><厂4,晶胞密度=丁-=(而XU%'g5『砺声g

-3

根据

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电子

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原子

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子是直

碳分

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确，C

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子

个分

.INA

含有O

体中

该晶

6g

B.

O

I

O

Si

o-

I

7