第3讲晶体结构与性质

第3讲晶体结构与性质

复习目标知识建构

1.了解晶体的类型和晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体

的组成并进行相关的计算。

2.理解离子键的形成和晶格能的概念，了解晶格能对离

国电牯构：平行六面体,三极柱,六极在

w「-模阴而［乳卷曾常。用

"枭生一分「扁体」冰,冰等

子晶体性质的影响。?嗑为翁金屉晶体:四种地舟底”

3-禹户晶体：NaCI.CsCI.CaF,等

园径园一焙.沸点,硬度.溶解性.胖电.导热性

3.理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些

物理性质。

4.了解分子晶体、共价晶体，能描述结构与性质的关系。

夯二必备知识

一、晶体的基本知识

1.晶体与非晶体

⑴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

性质自范性直无

特征熔点固定不固定

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气查物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。

③溶质从溶液中近出。

⑶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：所有晶胞隹排列、取向相同。

2.晶胞组成的计算——均摊法

⑴原则

晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原

子分得的份额就是，

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

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;。

【判一判】判断下列说法是否正确，正确的打“J”，错误的打“X”。

(1)凡有规则外形的固体一定是晶体()

⑵晶胞是晶体中最小的“平行六面体”()

⑶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()

(4)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同()

⑸立方晶胞中，顶点上的原子被4个晶胞共用()

答案(1)X(2)X(3)V(4)X(5)X

二、常见晶体类型和性质

1.晶格能与金属键

(1)晶格能

①含义：气态离子形成1mol离子晶体释放的能量，单位kJ-mol1.

②离子所带电荷数越多，离子的半径越小，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定。

(2)金属键

①金属键：金属阳离子与自由电子之间的强相互作用。

②金属键的形成：晶体中金属原子脱落下来的价曳壬形成遍布整块晶体的"电子

气"，被所有原子共用,从而将所有的金属原子维系在一起。

③金属键没查饱和性、方向性。

2.四种晶体类型的比较

X.类型

分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体

比较

构成粒子分子原子金属阳离子、自阴、阳离子

由电子

粒子间的

分子间作用力共价键金属键离子键

相互作用力

硬度较小很大差别很大较大

熔、沸点较低很高差别很大较高

晶体不导电，水

导电性一般不导电一般不导电导电溶液或熔融态

导电

3.典型晶体的结构模型

(1)共价晶体——金刚石和二氧化硅

二氧化硅

①金刚石晶体中，每个c与另外相邻生个C形成共价键，C-C键之间的夹角是

109。28,，最小的环是在元环。含有1molC的金刚石中，形成的共价键有2mol。

②SiCh晶体中，每个Si原子与生个O原子成键，每个O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SL原子，1molSiO2

中含有4moiSi—O键。

⑵分子晶体一一干冰和冰

①干冰晶体中，每个C02分子周围等距且紧邻的C02分子有£_个。

vV%*r

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1molH2O

的冰中，最多可形成2moi“氢键”。

⑶离子晶体——NaCl型和CsCl型

•Na+ocr

①Na。型：在晶体中，每个Na+同时吸引色个C1-，每个C1-同时吸引色个Na

+,配位数为6。每个晶胞含生个Na+和生个。-。

②CsCl型：在晶体中，每个C1-吸引区个Cs+,每个Cs+吸引&个Cl-,配位数

为名

(4)金属晶体

金属晶体的四种堆积模式

堆积简单立体心立六方最面心立方

模式方堆积方堆积密堆积最密堆积

ELW

晶胞0

配位数681212

一个晶胞内原

1224

物目

常见金属PoNa、K、FeMg、Zn、TiCuxAg、Au

⑸石墨晶体

石墨层状晶体中，层与层之间的作用力是分子间作用力,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位。

【判一判】判断下列说法是否正确，正确的打“J”，错误的打“x”。

⑴在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个()

(2)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个()

⑶面心立方晶胞的原子的配位数是12()

(4)在NaCl晶体中每个Na+同时吸引8个。一()

(5)金刚石中C原子只有一种杂化方式，石墨中的碳原子有多种()

答案(1)J(2)X(3)V(4)X(5)X

|提‘关键能力

考点一晶体组成的计算和常见晶体的比较判断

【典例1】氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存

氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶体结构的最小单元如图所

示。则这种合金的化学式为()

・Ni原子

oLa原子-

A.LaNisB.LaNu

C.LaNisD.LaNi6

答案C

解析在晶体结构单元中镁原子分布在上底面和下底面上，另外在六个侧面的面

心上以及在六棱柱体内也有六个镁原子，所以镁原子的个数为：12x3+6X3+6

=15,镯原子分布在六棱柱的十二个顶点上，以及上下底面的面心上，所以锢原

子的个数为：12x1+2xJ=3,所以化学式为LaNis。

o2

I方法点接

特殊结构所含粒子数的计算

❶三棱柱结构

1

1

二

棱

上

4;12

1

面

1上

26

面

1底

2内部1

❷六棱柱结构

1

-

4

1

-

2

1

-

2

题组一晶体组成的计算

1.根据相关条件，完成下列填空：

(l)Cu元素与H元素的红色化合物结构单元如图1所示。则该化合物的化学式为

(2)如图2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)在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，图3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O

(4)已知如图4所示晶体的硬度很可能比金刚石大，且原子间以单键结合，则根据

图确定该晶体的化学式为_____________________________________

⑸天然硅酸盐组成复杂，阴离子的基本结构单元是SiO，-四面体，如图(a),通过

共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构，图(b)为一种无限长双链的多硅酸根,

其中Si与0的原子数之比为化学式为(用n代表聚合度)。

答案⑴CuH⑵+3⑶MgB2

(4)B3A4(5)2：5.5[Si40n]^-

解析（1）根据晶胞结构可以判断：Cu原子个数为2X；+12X^+3=6；H原子个

数为6x|+l+3=6,所以化学式为CuHo⑵晶胞中Q、R、G的个数为R有8x1

+1=2,G有8X；+8X（+4xg+2=8,Q有8X（+2=4,则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。（3）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。（5）〃个SiCh通过共用顶点氧离子可形成双链结构，找出重复的结构单

元，如图：由于是双链，其中顶点氧占去Si原子数为4,O

原子数为4><3+6X；+4+2=ll,其中Si与。的原子数之比为2：5.5,化学式

为［SiQu］旷。

题组二常见晶体类型的比较与判断

2.下面有关晶体的叙述中，错误的是（）

A.白磷晶体中，分子之间通过共价键结合

B.金刚石的网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子

C.在NaCl晶体中每个Na+（或C1-）周围都紧邻6个C「（或Na+）

D.离子晶体在熔化时，离子键被破坏，而分子晶体熔化时，化学键不被破坏

答案A

解析白磷晶体为分子晶体，分子之间通过范德华力结合，A项错误；金刚石的

网状结构中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，B项正确；在NaCl晶

体中每个Na+（或C1）周围都紧邻6个C「（或Na+）,C项正确；离子晶体在熔化时,

离子键被破坏，而分子晶体熔化时，分子间作用力被破坏，化学键不被破坏，D

项正确。

3.下列各组物质的晶体中，化学键类型相同、晶体类型、物质发生状态变化所克

服的粒子间的相互作用也相同的是（）

A.S03和HC1B.KC1和Mg

C.NaCl和H2OD.CCk和SiO2

答案A

解析S03和HCI都是分子晶体，都有极性共价键，物质发生状态变化都克服分

子间作用力，A符合题意；KC1为离子晶体，Mg为金属晶体，晶体类型不同，

化学键类型不同，物质发生状态变化时，克服的相互作用不同，B不符合题意；

NaCl为离子晶体，H20为分子晶体，晶体类型不同，化学键类型不同，物质发生

状态变化时，克服的相互作用不同，C不符合题意；CC14是分子晶体，SiO2是原

子晶体，都有极性共价键，物质发生状态变化克服的相互作用不同，晶体类型不

同，D不符合题意。

题组三晶体的性质

4.下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是（）

A.02、0HgB.CO、KCkSiO2

C.Na、K、RbD.Na、Al、Mg

答案B

解析A中Hg在常温下为液态，而b为固态，故A错；B中SiO2为原子晶体，

其熔点最高，CO是分子晶体，其熔点最低，故B正确；C中Na、K、Rb价电子

数相同，其原子半径依次增大，金属键依次减弱，熔点逐渐降低，故C错；D中

Na、Mg、Al价电子数依次增多，原子半径逐渐减小，金属键依次增强，熔点逐

渐升高，故D错误。

5.下列性质适合于分子晶体的是（）

A.熔点为1070°C,易溶于水，水溶液导电

B.熔点为3500°C,不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂

C.能溶于CS2,熔点为112.8℃,沸点为444.6C

D.熔点为97.82℃,质软，导电，密度为0.97g.em-

答案C

解析A、B选项中的熔点高，不是分子晶体的性质，D选项是金属钠的性质，

钠不是分子晶体。

|题后反思，

晶体熔、沸点高低的比较

❶不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体〉离子晶体〉分子晶体。

❷相同类型晶体

①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高。

②离子晶体：a.晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。b.

阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高。

③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。

④分子晶体：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。

考点二晶体类型的微观结构与相关计算

【典例2】（2021.山东泰安一模）常见的铜的硫化物有CuS和Cu2s两种。已知：

晶胞中S2-的位置如图1所示，铜离子位于硫离子所构成的四面体中心，它们的

晶胞具有相同的侧视图如图2所示。Cu2s的晶胞参数apm,阿伏加德罗常数的

值为NA。

图1图2

下列说法不正确的是（）

A3?一是面心立方最密堆积

B.CU2S晶胞中，Cu+填充了晶胞中一半四面体空隙

C.CuS晶胞中，S2-配位数为4

D.Cu2s晶胞的密度为白段•g.cm-3

答案B

解析据图可知S?一位于立方体的顶点和面心，为面心立方最密堆积，A正确；

晶胞中S2-的个数为6X：+8X!=4,化学式为CU2S,则Cu+的个数为8,所以占

据了8个四面体空隙，即全部的四面体空隙，B错误；CuS晶胞中C/+位于四面

体空隙中，所以Ci?+的配位数为4,化学式为CuS,所以S2一配位数也为4,C正

确；Cu2s晶胞的质量为64*X32g,晶胞的体积为a3Pm3=々3义10-

640,

NAg640_

30cm3,所以密度为滔Xi。-36cm§=NAX/X103年廿，D正确。

I方法点拨

宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系

一个晶胞所含的粒

子数目"

i个晶胞的

摩尔质量M-

质量"=瞿

|阿伏加德罗常瓯P晶胞密度

_nM

晶胞的体"=西

I立方蜜胞的边便不

积7

题组一常见晶体的结构

1.（2021.四川成都模拟）有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是（）

•Na+oCPCaF;^^9Ca2pF-）金刚石■王智感（

气态困族分

子模型

A.在NaCl晶体中，距Na+最近的C1一有6个

B.在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca?+

C.在金刚石晶体中，最小的环上有6个C原子

D.该气态团簇分子的分子式为EF或FE

答案D

解析以顶点Na+研究，与之最近的C「处于晶胞棱心且关于Na+对称，即距Na

+最近的C厂有6个，故A正确；在CaF2晶体中，Ca2+位于晶胞顶点和面心，数

目为8X：+6xJ=4,即每个晶胞平均占有4个Ca2+,故B正确；金刚石晶体

OZ

中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子，每个碳原子形成四个共价键，从

而形成空间网状结构，由金刚石的晶胞结构图也可以看出最小的环上有

6个碳原子，故C正确；该气态团簇分子中含有4个E、4个F原子，分子式应

为E4F4或F4E4,故D错误。

2.(2021.山东威海模拟)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NA,下列说法正确的是()

A.晶胞中一个CCh分子的配位数是8

44X4

B.晶胞的密度表达式是口声Eg.cm-3

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B

解析晶胞中一个CO2分子的配位数为12,故A错误；该晶胞中相邻最近的两

个CO2分子间距为apm,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apm,则晶胞棱长=蛆apm=-\l2aX.1010cm,晶胞体积=

(^2aX1010cm)3,该晶胞中二氧化碳分子个数=8X/+6X^=4,晶胞密度=

M44

—X4—X4

NANA_44X4_

■V=(V2«X10'«)3S-cm'=^(2^X1030)g.cm?故B正确，C

错误；二氧化碳分子是直线形分子，C原子价层电子对数是2,根据价层电子对

互斥理论判断C原子杂化类型为sp,故D错误。

题组二晶胞中原子半径及空间利用率的计算

3.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（如下图），已知该晶体的密度为9.00g-cm-3,晶胞中该原子的配位数为

；Cu的原子半径为cm（阿伏加德罗常数为

NA,要求列式计算）。

QQQ0

小心/3/4X64„

口水124*弋9.00X6.02X1（）23cm=1.28Xl（Tcm

3（4x64

解析设晶胞的边长为acm,则/.夕刈=4义64,a=yj。.心，面对角线为也“，

1、历3/4X64

面对角线的W为Cu原子半径，r=q-xA/900X602X10^cm«=U.28X1（T8cm。

4.GaAs的熔点为1238℃,密度为pgcm^,其晶胞结构如图所示。该晶体的类

型为Ga与As以____________键键合。Ga和As的摩尔质量分别

11

为MGag-mol-和MMgmol-,原子半径分别为rGapm和「ASpm,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

答案原子晶体共价

47rxi0-3（）NA"（岛+国）

-------------------------X100%

3（MGa+MAS）

解析GaAs的熔点很高，则其晶体类型为原子晶体，Ga和As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,则晶胞的体积为

(MGa+MAs)

X4：p,又知二者的原子半径分别为rGapm和rAspm,则GaAs晶

NA

4

4X铲(rfea+zAs)X1030

胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为-7-------------------X100%=

TTX(MGa+MAs)

NA

P

4兀义ICT吗如(急+“IS)

X100%o

3(MGa+MAs)

I题后反思

❶晶体中体心立方堆积、面心立方最密堆积中的几组公式(设棱长为a)

(1)面对角线长=也4。

(2)体对角线长=小4。

(3)体心立方堆积4r=yj3a(r为原子半径)。

(4)面心立方最密堆积4r=&a(「为原子半径)。

❷金属晶胞中原子空间利用率的计算(设棱长为a)

金属原子的总体积

空间利用率=X100%

晶胞体积

5r3

(1)简单立方堆积:kXlOO%*%

4.4%

2X铲户2X羿7,

(2)体心立方堆积:——X100%=^---X100%心68%。

(笔)3

4.

2义1兀/

(3)六方最密堆积:-^rX100%-74%o

,4a

qXgTrr3

(4)面心立方最密堆积：］6后乂100%-74%。

微专题36原子坐标参数、晶胞投影图的分析与应用

【知识进阶】

一、原子分数坐标

1.含义：原子分数坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。

2.原子分数坐标的确定方法

⑴依据已知原子的坐标确定坐标系取向。

⑵一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。

(3)从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的

分数坐标。

二、晶胞投影

投影指的是用一组光线将物体的形状投射到一个平面上，在该平面上得到的图像

也称为“投影”。目前我们遇到的题目中涉及到的投影问题，投射线的中心线都

垂直于投影的平面。

1.立方晶胞中不同位置的原子沿z轴投影的规律

(1)顶点投在正方形的顶点；

⑵与Z轴垂直面的面心投在正方形的中心；与Z轴平行面的面心投在正方形的棱

心；

⑶正四面体空隙上的点投在面对角线的1/4或3/4处；

⑷与z轴平行棱上的棱心投在正方形的顶点；与z轴垂直棱上的棱心投在正方形

的棱心；

(5)体心投在正方形或长方形的中心。

2.面心立方晶胞沿体对角线投影规律

大正六边形的顶点和中心处为晶胞中顶点原子的投影，小正六边形的顶点为晶胞

中面心原子的投影。

3.体心立方晶胞沿体对角线投影规律

对角线的两个顶点原子及体心原子投在正六边形的中心，其余的顶点原子投在正

六边形的六个顶点。

【专题精练】

1.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，称作原子

分数坐标，例如，图中原子1的坐标为8*，。），则原子2和3的坐标分别为

311

答案

11y

解析图中原子1的坐标为（2,5,0）,则坐标系是「，原子2,3

在晶胞内。从晶胞内的2、3点分别向x、y、z轴上作垂线，即可得出2、3两点

11

311--

中

的原子分数坐标分别为。，7>甲

2.（2021.江西赣州一模）镇及其化合物是重要的合金材料和催化剂。

(DNiO的晶体结构如图甲所示,其中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,1,

0),则C离子坐标参数为

⑵一定温度下，NiO晶体可以自发地分散并形成“单分子层”，可以认为02一作

密置单层排列，Ni2+填充其中(如图乙)，已知O2-的半径为4Pm,设阿伏加德罗

常数的值为NA,每平方米面积上分散的该晶体的质量为g(用含a、NA

的代数式表示)。

(1)(1,n25小XI()24

答案⑵-2a2心~

解析(l)NiO的晶体结构如图甲所示，其中离子坐标参数A为(0,0,0),B为(1,

1,0),C在x、y、z轴上的投影分别是1、3、所以C的晶胞参数为(1,1);

(2)根据图知，每个Ni原子被3个。原子包围、每个O原子被3个Ni原子包围,

如图所示，相邻的3个圆中心连线为正三角形，三角形的边长

为2apm,每个三角形含有一个Ni原子，三角形的面积=作24*2“*41160。*10

一24的2=木*10一2%2m2,如图POOOO实际上每个Ni原子被两个小三

角形包含小平行四边形面积为2小XI0-2%2m2,o原子个数=：X6=1,每平方

米面积上分散的该晶体的质量=局薪*^g=2小X；O"炉卷g=

25小义1()24

2/NAg°

3.碳的第三种同素异形体金刚石，其晶胞如图所示。已知金属钠的晶胞（体心

立方堆积）沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示，则金刚石晶胞沿

其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是图_______（从A-D图中选填）。

答案D

4.LiFeAs可组成一种新型材料，其立方晶胞结构如图所示。若晶胞参数为anm,

A、B处的两个As原子之间距离为nm,请在z轴方向投影图中画出铁

原子的位置，用表示

•Li•FeoAs

oLi、As原子重叠

答案号

练二高考真题

1.（2021.辽宁卷）单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如

图。下列说法错误的是（）

•S

•H

A.S位于元素周期表p区

B.该物质的化学式为H3s

C.S位于H构成的八面体空隙中

D.该晶体属于分子晶体

答案D

解析S为16号元素，是第VIA族元素，在元素周期表中位于p区，A项正确；

根据均摊法可知，该晶胞中含S原子数为1+：X8=2,含H原子数为：X6+；X12

=6,故该物质的化学式为H3S,B项正确；以体心的S为研究对象，其位于面心

上的6个H原子构成的八面体空隙中，C项正确；该物质为超导材料，而分子晶

体不导电，D项错误。

2.(2021.湖北卷)某立方晶系的睇钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图

a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。下列说法正确的是()

图a图b

A.该晶胞的体积为〃X10-36cm3

B.K和Sb原子数之比为3：1

C.与Sb最邻近的K原子数为4

D.K和Sb之间的最短距离为5pm

答案B

解析该晶胞的边长为“X1010cm,故晶胞的体积为(aXIOl0cm)3=6r3X1030

cm3,A项错误；该晶胞中K的个数为12X2+9=12,Sb的个数为8x1+6X^=

4OZ

4,故K和Sb原子数之比为3：1,B项正确；以面心处Sb为研究对象，与Sb

最邻近的K原子数为8,C项错误；K和Sb的最短距离为晶胞体对角线长度的:,

即方zpm,D项错误。

3.（2021.全国乙卷）在金属材料中添加AlCn颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度

和机械性能。AlCn具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________

原子。

解析已知AlCn具有体心四方结构，如图所示，黑球个数为8X：+1=2,白球

O

个数为8X（+2=4,结合化学式AlCn可知，白球为Cr,黑球为Al,即处于顶角

位置的是A1原子。

4.（2021.湖南卷）下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。已知

化合物中Ge和O的原子个数比为1：4周中Z表示原子_______（填元素符号）,

该化合物的化学式为；

解析由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心、棱上和体内的X原子为8x1+

O

6X；+4X（+3=8,位于体内的Y原子和Z原子分别为4和16,由Ge和O原子

的个数比为1：4可知，X为Mg原子、丫为Ge原子、Z为O原子，则晶胞的化

学式为Mg2GeO4o

OOoZr

5.(2021.全国甲卷)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化

剂，其组成为ZnO/ZrCh固溶体。四方ZrCh晶胞如图所示。Zd+离子在晶胞中的

配位数是________,晶胞参数为apm、apm、cpm,该晶体密度为

gcmT写出表达式)。在ZKh中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为

Zn<Zri-，则产(用x表达)。

4X91+8X16

8-------------Q-V

/CXNAXIO-3。

解析以晶胞中右侧面心的Zr4+为例，同一晶胞中与％4+连接最近且等距的。2-

数为4,同理可知右侧晶胞中有4个。2-与Z/+相连，因此Z/+在晶胞中的配位

数是4+4=8；1个晶胞中含有4个ZrO?微粒，1个晶胞的质量m=

4molX91g/mol+8molX16g/mol,„

-------e---右-------------,1个晶胞的体积为(aX10l0cm)X(«X10

/VA

4X91+8X16

l0cm)X(cX10l0cm)=a2cX103()cm3,因此该晶体密度='=,乂［；7。---T=

VacX10cm

4X91+8X16

HeXNAXI()-30gem、；在ZrCh中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表

示为ZrhZri_xOy,其中Zn元素为+2价，Zr为+4价，O元素为一2价，根据化

合物化合价为0可知2x+4X(l—x)=2y,解得y=2—%。

成二学科素养

Q基础巩固练

1.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.SO?和SiO2B.CO2和H2O

C.NaCl和HC1D.CCh和KC1

答案B

解析SCh是分子晶体，SiCh是原子晶体，A不符合题意；CCh和H2O均是分子

晶体，均含极性共价键，B符合题意；NaCl是离子晶体，HC1是分子晶体，C不

符合题意；CC14是分子晶体，KC1是离子晶体，D不符合题意。

2.（2021.青岛部分学校联考）下图是从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（）

①②③④

A.图①和图③B.图②和图③

C.图①和图④D.只有图④

答案C

解析在NaCl的晶体结构中，每个Na+周围最近的等距离的C「有6个（上、下、

左、右、前、后），故①正确；从NaCl晶体中分割1/8可得图④的结构。

3.根据下表中给出的有关数据，判断下列说法中错误的是（）

A1C13SiCl4晶体硼金刚石晶体硅

熔点/℃190-682300>35501415

沸点/℃17857255048272355

A.SiCL是分子晶体

B.晶体硼是原子晶体

C.A1C13是分子晶体，加热能升华

D.金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si—Si键弱

答案D

解析SiC14、A1C13的熔、沸点低，都是分子晶体，A1C13的沸点低于其熔点，即

在低于熔化的温度下它就能汽化，故A1C13加热能升华，A、C正确；晶体硼的熔、

沸点高，所以晶体硼是原子晶体，B正确；由金刚石与晶体硅的熔、沸点相对高

低可知，金刚石中的C-C键比晶体硅中的Si—Si键强。

4.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶胞的结

构，晶胞a、b、c内金属原子个数比为（）

C.9：8：4D.21：14：9

答案B

解析用“均摊法”可计算出晶胞中金属原子的个数，晶胞a中金属原子的个数

为12X；+2xJ+3=6,晶胞b中金属原子的个数为8x1+6x1=4,晶胞c中金

OZo2

属原子的个数为8x1+l=2,晶胞a、b、c中金属原子个数比为6：4：2=3：2：1,

O

答案选Bo

5.下列各物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是（）

A.CH4>SiH4>GeH4>SnH4

B.KC1>NaCl>MgCh>MgO

C.Rb>K>Na>Li

D.金刚石>Si>钠

答案D

解析晶体熔点的高低取决于构成该晶体的结构粒子间作用力的大小。A项，物

质均为结构相似的分子晶体，其熔点取决于分子间作用力的大小，一般来说，结

构相似的分子晶体，相对分子质量越大者分子间作用力也越大，熔点也逐渐升高,

所以熔点CH4〈SiH4VGeH4〈SnH4,故A错误；B项，物质均为离子晶体，一般

来说，离子的半径越小，所带电荷数越多，离子晶体熔点也越高，所以熔点KC1

<NaCl<MgCl2<MgO,故B错误；C项，物质均为同主族的金属晶体，其熔点

高低取决于金属键的强弱，而金属键强弱与金属原子半径成反比，与价电子数成

正比，碱金属原子半径依Li〜Cs的顺序增大，价电子数相同，故熔点应是Li最

高，Cs最低，故C错误；D项，原子晶体的熔点取决于共价键的键能，键能则与

键长成反比，金刚石中C-C键的键长更短些，所以金刚石的熔点比硅高，原子

晶体的熔点一般比金属晶体的熔点高，故D正确。

6.（2021.沈阳质检）已知金属钠和氮可形成化合物，该化合物晶胞如图所示（He未画

出）,其结构中Na+按简单立方分布，形成Nas立方体空隙，电子对（2e1和氮原

子交替分布填充在小立方体的中心。下列说法错误的是（）

•Na+

A.该晶胞中的Na+数为8

B该化合物的化学式为[Na+]2He[e2]2-

C.若将氯原子放在晶胞顶点，则所有电子对（2e-）在晶胞的体心

D.该晶胞中与Na+最近的He原子数目为4

答案C

解析该晶胞中Na*有8个位于顶点，12个位于棱心，6个位于面心，1个位于

体心，数目为8X5+12X）+6X；+1=8,A项正确；由电子对（2-）和氮原子交

替分布填充在小立方体的中心，可知晶胞中有4对电子、4个He原子，则Na*、

He、电子对的个数之比为8：4：4=2：1：1,故该化合物的化学式为[Na12He®尸

,B项正确；若将氯原子放在晶胞顶点，即将大立方体中的8个小立方的中心作

为新的顶点，也可以连接成1个小立方体，将这个小立方位扩展，电子对（2e。处

于晶胞的体心、棱心处，C项错误；以体心处Na+为研究对象，其周围有4个距

其最近的He原子，D项正确。

7.下列含铜物质说法正确的是（）

甲乙丙

A.甲图是CuO的晶胞ZF；意图，乙图是Cu2。的晶胞ZF意图

B.已知Cu2O和Cu2s晶体结构相似，则Cu2O比Cu2s的熔点低

C.晶体铜原子的堆积方式如图丙所示，为面心立方最密堆积，配位数为12

D.铜在氧气中加热生成CuO,CuO热稳定性比CU2。强

答案C

解析由甲图晶胞可知，晶胞中氧原子的个数为8x1+l=2,铜原子的个数为4,

化学式为CU2O;由乙图的晶胞结构可知，晶胞中氧原子的个数为8X（+4><；+

o4

2x1+l=4,铜原子的个数为4,化学式为CuO,故A错误；Cm。和Cu2s都

是离子晶体，氧离子的离子半径小于硫离子的半径，则CU2O中的离子键强于

CU2S,CU2O比Cu2s的熔点高，故B错误；由图可知晶体铜原子的堆积方式为面

心立方最密堆积，Cu原子的配位数为12,故C正确；CuO中Cu2+的价电子排布

10

式为3d4Cu2O中Cu+的价电子排布式为3d,3d为全充满的稳定状态，比3d9

稳定，则CuO热稳定性比CU2O弱，故D错误。

8.（2021.山东潍坊模拟）Cu2ZnSnS4是太阳能薄膜电池的重要成分，其晶胞结构（棱

边夹角均为90。）如图所示，下列说法错误的是（）

A.第一电离能：Cu<Zn

B.1个晶胞中含有CuzZnSnS」单元数为2个

C.距离每个Zn原子最近的S原子数为2个

D.四种元素基态原子中，核外电子空间运动状态最多的为Sn原子

答案C

解析Cu的价层电子排布式为3d104s',Zn的价层电子排布式为3d4s2,Zn的

4s能级全满，为稳定结构，故Zn的第一电离能大于Cu的第一电离能，A项正确；

Cu有8个位于顶点，2个位于面心，4个位于棱上，1个位于体心，个数为8x1+

O

2X1+4x1+l=4,故1个晶胞含有2个Cu2ZnSnS4单元，B项正确；以面上的

Zn原子为研究对象，距离每个Zn原子最近的S原子共有4个，分别在两个晶胞

中，C项错误；电子空间运动状态种数即电子数目，S为第三周期元素，Cu、Zn

为第四周期元素，Sn为第五周期元素，则核外电子空间运动状态最多的为Sn,D

项正确。

9.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，称作原子

分数坐标。如图中原子1的坐标为（；\,1）则原子2和3的坐标中正确的是（）

A.原子2为8，0B.原子2为（0,；,；）

C.原子3为（1,0,g）D.原子3为（0,0,；）

答案D

解析原子1的坐标为七,

2）,则坐标系为,原子2在晶胞底面的

中心，2的坐标为（；，0）；原子3在坐标系z轴所在棱的一半，3的坐标为（0,

0,1）,故选D。

10.(2021.辽宁沈阳质监)萤石(CaF2)晶胞结构如图所示，晶胞边长为apm,Ca?+和

F-半径大小分别为n和工下列说法正确的是()

A该晶胞中Ca2+的配位数为4

B.半径大小关系为r\>n

C.该晶胞中含有的Ca?+数目为12

D.该晶胞中Ca?+和F-的最近距离为坐。pm

答案D

解析黑球位于晶胞的顶点和面心，其个数为8X(+6xg=4,灰球在晶胞内部，

个数为8,氟化钙的化学式为CaF2,故黑球为Ca2+,灰球为F,根据晶胞的结

构可知，Ca2+的配位数为8,A项错误；由题图知，灰球半径大于黑球半径，则F

一半径大于Ca2+半径，即力<废，B项错误；晶胞中Ca2+数目为4,C项错误；根

据晶胞图可知，Ca2,和F-的最近距离是体对角线长度的"，即乎apm,D项正确。

11.现有几组物质的熔点(℃)数据：

A组B组C组D组

金刚石：Li:HF:NaCl:

3550℃181℃-83℃801℃

硅晶体：Na:HC1：KC1：

1410℃