晶体结构和晶胞计算-2024年高考化学考前易错题（含解析）

易错专题08晶体结构和晶胞许算_2（）24年高考化学考审

易错聚焦易错专题08晶体结构和晶胞计算

聚焦易错点：

A易错点一晶体结构与性质

A易错点二晶胞计算

典例精讲

易错点一晶体结构与性质

【易错典例】

例1（1）晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，

其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（1，0,4）；C为（!，一，0）。则D原子的坐标参数为。

2222

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm,其密度为g-cm-3

（列出计算式即可）。③GaF3的熔点高于1000℃,GaCb的熔点为77.9℃,其原因是。

（2）单质铜及银都是由_____键形成的晶体。某银白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与

银原子的数量比为o②若合金的密度为dg/cm3,晶胞参数斫_______nm„

O/°。0Cu

③第IIA族金属碳酸盐分解温度如下：

BeCC)3MgCOsCaCC)3SrCO3BaCOs

分解温度100℃540℃960℃1289℃1360℃

分解温度为什么越来越高？o

（3）GaAs的熔点为1238℃,密度为pg-cm',其晶胞结构如左图所示。该晶体的类型为,Ga与As

1AS

以键键合。Ga和As的摩尔质量分别为Afcag-mol和MAsg-mol",原子半径分别为rGapm和'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。甲烷晶体的晶胞如右图

所示，该晶胞中含有个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________o

【解题必备】

一、判断晶体类型的5种方法

1.依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断

(1)离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。

(2)原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。

(3)分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为分子间作用力。

(4)金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。

2.依据物质的分类判断

⑴金属氧化物(如K2O、NazCh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)，气态氢化物、非金属氧化物(除SiCh外)、酸、绝大多数

有机物(除有机盐外)是分子晶体。

(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、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，常在数百至一千摄氏度以上。

4.依据导电性判断

(1)离子晶体水溶液及熔化时能导电。

(2)原子晶体一般为非导体。

(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)离子晶体硬度较大或略硬而脆。

(2)原子晶体硬度大。

(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。

注意上述总结的都是一般规律，具体比较时要具体问题具体分析，如金属晶体的熔、沸点差别很大，如鸨、

伯等熔点很高，而汞、钱、葩等熔点却很低；金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为

97.8℃,尿素的熔点为132.7℃；原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如MgO的熔点为2852℃,石英

的熔点为1710℃»

二、物质熔沸点高低比较规律

比较类型比较规律

不同类型晶体原子晶体〉离子晶体〉分子晶体，金属晶体的熔、沸点差别很大，如

鸨、伯等熔点很高，汞、钠等熔点很低

原子晶体看成键原子半径和，半径和越小，晶体的熔、沸点越高、

硬度越大

离子晶体依据静电原理进行分析，一般地说，阴、阳离子的电荷数

越多，离子半径越小，则离子键越强，相应地晶格能越大，熔、沸

同类晶体

点越高

分子晶体注意，组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸

点越高(若分子间存在氢键，则含有氢键的熔、沸点高些)。组成和结

构不相似的分子晶体(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

金属晶体看金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，金

属熔、沸点就越高。如熔、沸点：Al>Mg>Na

【变式突破】

1.钙钛矿(CaTiCh)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问

题：

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为0

(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCL至TiL熔点依次升高，原因是

化合物

TiF4TiCLTiBr4Til4

熔点/℃377-24.1238.3155

(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是；金属离子与氧离子间的作用力

为，Ca2+的配位数是o

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I和有机碱离子CH3NH；,其晶胞如图⑸所示。

其中Pb2+与图(a)中的空间位置相同，有机碱CHJNH；中，N原子的杂化轨道类型是.

若晶胞参数为anm,则晶体密度为g-cm-3(列出计算式)。

(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘，降低了器件效率和使用

寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铺(Eu)盐，提升了太阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理

如图(c)所示，用离子方程式表示该原理、。

图(C)

2.Cu及其化合物在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题:

(1)通过如图1所示反应可以实现铜离子的富集，进行回收。

H

/\

MX

图1

①基态铜原子的核外电子有种空间运动状态。与Cu元素同周期，基态原子有2个未成对电子的金属

元素有种。下列状态的铜中，电离最外层一个电子所需能量最高的是(填序号)。

a.[Ar]3di°4slb.[Ar]3d94s2c.[Ar]3d10d.[Ar]3d9e.[Ar]3d84sl

②M所含元素的第一电离能由大到小顺序是(用元素符号表示)。

③化合物X中的中心铜离子的配位数是,图1反应中断裂和生成的化学键有(填序号)。

a.离子键b.p-pc键c.极性键d.氢键e.配位键

(2)4-甲基咪嗖(3)也可与Cu?+形成配合物,4一甲基咪噗分子中1号N原子的孤电子对因参与

形成大n键，电子云密度降低。1号N原子杂化方式为,（填“1”或"3"）号N原子更容易与Ci?+

形成配位键。

（3）图2是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面

体方式排列的Cu。图3是沿立方格子对角面取得的截面。Mg原子的半径为pm,该晶胞中原子的空

间利用率为.

易错点二

晶胞的计算

【易错典例】

例2（1）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

（2）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为一2价，则Q

的化合价为。

•R

OG

•Q

（3）已知锢银合金LaNi〃的晶胞结构如下图，贝ULaNi〃中〃=

・La•Ni

（4）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。

。-Mg

【解题必备】

1.均摊法计算晶胞中微粒数目：在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时，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共用，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心、体

心依次被6、3、4、2、1个晶胞所共有。

同为个晶胞所共有，

包丁»该粒子2的寺属于该晶胞

同为8个苗胞所共有.

—）该粒子的看属于该晶胞

/

/O-y整个粒子都属于该晶胞

同为4个晶胞所共有，

要逑以该粒子的I属于该晶胞

2.晶胞求算：若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为为微粒的相

对原子质量）；又1个晶胞的质量为//3g（/为晶胞的体积，。为晶胞边长或微粒间距离），则1mol晶胞的质

量为23必g,因此有XM=0/NA。求晶胞密度方法如下：

根据晶胞结构确定各种粒子的翅」求*晶胞质量"

_m

，一^晶体密度

求

根据晶胞的边K或微粒间明离一品做体积.

3.晶胞结构模型分析

H4-J^

...-L

晶胞模型

id---…一&、、y

配位数681212

原子半径⑺和晶胞边长3）)—鱼

2r=a2・2——2-2

的关系

一个晶胞内原子数目1224

4.晶胞原子坐标参数

通过原子坐标既能确定晶胞中各原子的相对位置，又可以计算原子间的距离，进而可以计算晶胞的体积及

晶体的密度。如

图1图2图3

①CsCl型离子晶体的离子分数坐标：Cs+为(0,0,0)；C「为国》

②NaCl型离子晶体的离子分数坐标：C广为(0,0,0),(：,0),(j,0,,(0,1)；Na*为&

国0,0),(0,0),(0,0,；)。

③ZnS型离子晶体的离子分数坐标：Zn2+为(0,0,0),9摄4&0，£|,(0,S?-为件",

[33n(I33)(I11)

口，不办口，4f办U，下4；°

注意在确定各原子的坐标时，要注意x、y、z轴的单位标准不一定相同。

5.典型晶胞结构模型的投影图

晶胞结构模型尤、y平面上的投影图

।

夕...

y、/.__(>7

1

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1/乂刁

)

5Ei

U

。：。°O|>,

PO73

qO

忸

注意画或判断投影图时，一定要注意尤、y、z轴的方向，上面结构模型中的原子也可以换为不同的原子，但

在投影图中的位置不变。

6.典型晶体中配位数的判断

(1)最密堆积晶体的配位数均为12。如金属晶体的面心立方最密堆积中距离最近原子的上、中、下层各有

4个配位原子，配位数为12；六方最密堆积中距离最近原子的上、中、下层各有上、中、下层分别有3、6、

3个配位原子，故配位数12；又如分子晶体中的干冰中CCh分子距离最近原子的上、中、下层各有4个CCh

分子，故配位数为12。

（2）体心立方堆积晶体的配位数为8。如金属晶体中距离最近原子的8个顶点的原子都与体心原子形成金

属键，故配位数为8；又如CsCl型离子晶体中距离最近原子的每个离子被处在立方体8个顶点带相反电荷

的离子包围，C1-离子和Cs+离子的配位数都为8。或以大立方体的面心Cs+离子分析，上、下层各有4个C1-

离子，配位数为8。

（3）面心立方堆积晶体的配位数为6o如NaCl型离子晶体中距离最近原子的每个离子被处在正八面体6

个顶点带相反电荷的离子包围，Ct离子和Na+离子的配位数都为6o

（4）配位数为4的几种晶体。如ZnS型离子晶体中距离最近的S2-离子和Zn?+离子排列类似NaCl型，但相

互穿插的位置不同，使S"Z「+离子的配位数不是6,而是4；又如金刚石、碳化硅等原子晶体与ZnS型离

子晶体类似情况，配位数均为4。二氧化硅原子晶体中，Si与0原子形成的是硅氧四面体中Si的配位数为

4,而SiCh的原子比为1：2,故0的配位数是2；再如CaF2型离子晶体，每个F离子处于Ca?+离子围成的

正四面体中心，故F离子的配位数是4,Ca2+离子的配位数为8。

【变式突破】

3.（1）钠、钾、铭、铝、鸨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原子

数目是。氯化葩晶体的晶胞如图1,则cs+位于该晶胞的,而cr位于该晶胞的

Cs+的配位数是0

（2）铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：0

（3）图3为广与Mg2+、K+形成的某种离子晶体的晶胞，其中“。”表示的离子是（填离子符号）。

（4）实验证明，KC1、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似（如图4所示），已知3种离子

晶体的晶格能数据如下表：

离子晶体NaClKC1CaO

晶格能/(kJ.moL)7867153401

则这4种离子晶体（不包括NaCl）熔点从高到低的顺序是

MgO晶体中一个Mg2+周围与它最邻近且等距离的MgZ+有.________个。

理

图1图2

@

图3图4

4.（2023•山东荷泽・山东省邺城县第一中学校考三模）铁、铳、铭、锌、铜及其化合物在生产生活中应用广

泛。回答下列问题：

(1)基态Fe原子的价电子排布式为—。

⑵第二电离能：上(⑴右(Mn)(填“或。

(3)一种香豆素衍生物(CHP)可作为测定Zn2+的荧光探针，其原理如图所示。

①CHP所含元素(C、0、N)的电负性从大到小的顺序为—(填元素符号，下同)；其第一电离能从大到小的

顺序为—

②CHP—Zn中N原子的杂化类型为=

(4)乂鼻。4的一种晶体中，氧原子的堆积模型为面心立方最密堆积(如图所示)，Mn(II)填充在氧原子围成的

正四面体空隙中，Mn(III)填充在氧原子围成的正八面体空隙中。

1L

已知：M%。,晶胞的体积为Ven?,"人表示阿伏加德罗常数，则该晶体的密度为g/cm，(用含NA、v的

代数式表示)。

考点精练

1.(2024•河北邢台・二模)硫化锌是一种优良的宽带隙半导体锂离子电池负极材料，具有在充电的同时合金

化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图：

下列说法不正确的是

A.当Zn,“S完全转化为LIZ'S时，口+和Zn2+转化为LiZn(合金相)，每转移6mole一生成3molLiZn

B.Zn,“S晶体中沿晶胞体对角线方向的一维空间上会出现“-@-e-----。㊀。㊀-----”的排布规

律

C.4种晶胞中，Zn,”S原子的空间利用率最低，Li2s中s?-所构成的四面体空隙全部被Li+填充

相

•-----anm

D.若TLizQb的品胞参数为anm,则EF间的距离为4

2.（2024.广西•二模）CaTi。?是某些太阳能薄膜电池的材料。下图所示为CaTiOs的晶胞结构，已知晶胞参

数为硬m,2号氧原子的分数坐标为巳回，下列说法不正确的是

A.1号氧原子的分数坐标为＜22）

B.晶胞中与Ca等距离且最近的0有4个

C.元素22“在元素周期表中处于d区

G

——apm

D.Ti和Ca原子间的最短距离为2

3.（2024•黑龙江.二模）氟化钾镁是一种具有优良光学性能的材料，主要应用于激光领域，其立方晶胞结构

如图。义表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是

A.K+的配位数为12

B.每个Mg“位于距其最近且等距的广构成的正四面体空隙中

C.若Mg"位于晶胞的体心，则广位于晶胞的面心

120xl021

——3-------g-cm3

D.若晶胞参数为anm,则晶体的密度是小

4.（2024・重庆.一模）一种含锡的多元金属硫化物的晶胞结构为四方晶系，已知金属原子均呈四面体配位,

晶胞棱边夹角均为9°,其结构可看作是由两个立方体A、B上下堆叠而成。如图，甲为A的体对角线投影

图，乙为B的沿丫轴方向的投影图，A中Fe、Sn位置互换即为B,立方体A、B棱长均为硬m。下列说法

错误的是

A.该硫化物的化学式为C^FeSnS4

B.晶胞中Cu、Fe、Sn的配位数均为4

C.晶胞中部分原子的分数坐标为S(°O°)、e14'4封,则晶胞中Sn原子的分数坐标可以为〔屋屋W

1

一〃pm

D.晶胞中Sn和Cu原子间的最短距离为2

5.(2024•江西萍乡・二模)氧化铀(Ce02)常用作玻璃工业添加剂，在其立方晶胞中掺杂丫2。3,丫3+占据原来

Ce"的位置，可以得到更稳定的结构，这种稳定的结构使得氧化铀具有许多独特的性能。Ce。？晶胞中Ce"+

与最近°。一的核间距为apm,下列说法正确的是

A.已知M点原子的分数坐标为(0,0,0),则N点原子的分数坐标为(1,0,1)

Ce4+

B.02晶胞中与Ce,+最近且等距的Ce的个数为6

32

1.72X103

~T~~i-----g，cm

CCeC»2晶体的密度为W3a)•凡

D.若掺杂丫2。3后得到"(CeO2)："(Y2°3)=Q8:0.1的晶体，则此晶体中0。一的空缺率为5%

6.(2024.河北邢台.一模)FeTiOs常用于制备磁芯、磁盘和传感器等，它的晶胞(如图)为等轴晶系。下列叙

述错误的是

已知：晶胞参数为anm,踵为阿伏加德罗常数的值。

A.Fe2+的分数坐标为1222J

B.氧离子构成正八面体形

五

兀4——“pm

C.Fe2+和Ti"之间的距离为2

23

1.52X10.3

-----------------7—g-cm

D.FeT©3晶体密度为NAxa

7.(2024・湖南.二模)一种基于力。的锌基催化剂，可高效催化丙烷转化为丙烯。立方为。的晶胞如图，晶

胞参数为硬m,阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法不正确的是

36

A.该ZnO晶体的摩尔体积为/x以xl0m3.mor'

B.与Zn2+最近的Zn2+有I2个

血

c----〃pm

C.Zn?+之间的最短距离为2

D.若坐标取向不变，将m点Zi?+平移至原点，则n点Zn"位于晶胞盯面的面心

8.(2024・广东•二模)XY4Z(ME4)2是一种分析试剂，所含的5种元素在前四周期均有分布，基态Z3+的d

2(n+1)

轨道半充满，基态M原子价层电子排布式为属叩，E和M位于同一主族,X原子比E原子少一个电子。

下列说法正确的是

A.第一电离能：M<X<E

B.单质的沸点：Y<E<X

c.z的单质能与Y?E发生置换反应

D.ME；和XE3的vsEPR模型名称相同

9.（2024•河北沧州•二模）硫代硫酸盐是具有应用前景的浸金试剂。硫代硫酸根离子，2°；一）可看作中

的一个O原子被S原子替代的产物。MgSQ3《H2°的晶胞形状为长方体，边长分别为anm、bnm、aim,

其结构如图所示，已知MgS203-6H2°的摩尔质量是Mg-mo「，NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确

的是

B.若晶胞中A的分数坐标为（°°°）,则B的分数坐标为0

c.sq：的中心硫原子的杂化方式为sp'

4M_

---------g-cm3

D.该晶体的密度为

10.（2024•河北沧州•二模）物质的结构决定其性质。下列物质性质差异与其结构因素不相符的是

选项性质差异结构因素

A沸点：邻羟基苯甲醛（1937C）低于对羟基苯甲醛氢键类型

B熔点:U（180.54C）高于（（978C）价层电子数

C熔点：N居WO。远高于（A1CL升华）晶体类型

D酸性：HCOOH（pKa=3.75）强于乙酸羟基的极性

11.（2024.安徽.一模）一定条件下，K、CuCb和F2反应生成KC1和化合物X,化合物X的晶胞结构如图

所示（晶胞参数a¥c,a=p=y=90°）,其中灰球代表Cu、黑球代表K、白球代表F。若阿伏加德罗常数的值

为NA。下列说法错误的是

cnm

A.上述反应中CuCb与F2的物质的量之比为1：2

B.基态F原子核外电子有5种空间运动状态

C.Cu原子填充在由F原子构成的八面体空隙中

2.18xlO323

P=—rv;—g-cm

D.化合物X的密度aCNA

12.（2024•福建・三模）全固态氟离子电池中的固态电解质晶胞如图。电池工作时，F发生迁移。晶胞参数

越大，可供离子迁移的空间越大，越有利于离子传输。F位点空缺也可使离子传输更加高效。下列说法不亚

破的是

A.晶体中与Cs距离最近且相等的F有12个

B.该固态电解质的化学式为CsPbFs

C.在Pb位点掺杂K,F位点将出现空缺

D.随Pb位点掺杂K含量的增大，离子传输效率一定提高

13.（2024.宁夏银川.二模）钛硅分子筛是一种新型固体催化剂，可催化合成重要有机合成活性试剂甲乙酮

月亏（。氏回答下列问题：

（1）基态硅原子的核外电子空间运动状态有种。

（2）甲乙酮月亏中同周期三种元素电负性由大到小的顺序为,氮原子的杂化方式为,C=N

与C—C键夹角（填或"="）C=N与N—O键夹角。

（3）TiO2和TiCL均是制备钛硅分子筛的重要中间体。

①TiCh与光气COC12反应可用于制取四氯化钛。COCb中◎键和无键的数目比为，其空间构型

为o

②TiCL与金属Ti在高温条件下可反应生成TiCb，TiCb中「3+极易被氧化，还原性很强。试解释Ti3+还原

性强的原因.

（4）TiO2晶胞如图所示，若其晶体密度为pg-cm-3,则阿伏加德罗常数的值NA=

TiO2

14.（2024•内蒙古锡林郭勒盟•三模）科技强国，我国科学家在诸多领域取得新突破。

（1）芯片制造会经过六个最为关键的步骤：沉积、光刻胶涂覆、光刻、刻蚀、离子注入和封装。

NHBF

其中“刻蚀”过程可能用到刻蚀剂HF、44及清洗剂CH3cH（OH）CH3o

①基态F原子核外电子有一种空间运动状态，下列为氟原子激发态的电子排布式的是—（填标号）。

A

Is22s22P43slRIs22s22P43d2「Is22sl2P,nIs22s22P33P?

②C、N、O、F四种元素的第一电离能由大到小的顺序为o

③氟硼酸镂（NH4BF4）中B的杂化方式为,BF；的空间构型为。

（2）复兴号高铁车体材质用到了Mn、Co等元素。Mn的一种配合物的化学式为［Mn（CO）5（CH3CN）］,CH3CN

与Mn原子配位时，提供孤电子对的是（填元素符号），Mn原子的配位数为,CH3CN中。

键与无键数目之比为»

（3）超导材料TiN具有NaCl型结构（如图），晶胞参数（晶胞边长）为apm,该氮化钛晶体的密度为（列

15.（2024・天津宁河•三模）我国科学家制备了一种ZnPc/Ce。太阳电池，其结构示意图如下。

⑴铝元素属于_________区(填“s”“d”“ds”或"p”)。

C

(2)®分子中60个碳原子都是等价的，均以近似.杂化的方式形成3个不共平面的0键，余下的1

个p轨道电子互相重叠形成闭壳层电子结构，兀电子云分布在。6。分子笼的内外层表面上。循环伏安测试表

明：。6。在溶液中可以逐步可逆地接受6个电子形成负离子，却很难失去电子变为阳离子。

⑶①ZnPc中基态Zn2+的电子排布式为。

②ZnPc中存在配位键的原因是。

(4)某溶剂中，ZnPc可以和形成分子间电荷转移复合物，反应方程式可表示为：ZnPc+Ce。ZnPc-C6o,

不同温度下生成电荷转移复合物的平衡常数如下表。

温度生成ZnPc-Ceo的K

24℃1.2329

44℃0.9674

64℃0.4923

ZnPc+C

反应：6o-,ZnPc-C60AH0(填或。“<”)，ZnPc-Cf。中ZnPc是电子(填“给体”

或“受体”)。

(5)LiF晶体结构属于氯化钠型，其晶胞结构如图所示。

①LiF的熔点和沸点比NaCl的高，请解释原因。

②LiF晶体的密度约为2.6gcm3,LiF晶胞的体积约为cm3(列出计算式即可)。

16.(2024•四川绵阳•三模)镐(Mn)、钻(Co)、保(Ni)等过渡金属元素化合物的应用研究是前沿科学之一，回

答下列问题：

（l）Mn2+的价电子排布式为。金属铳可导电、导热，有金属光泽和延展性，这些性质都可以用“理

论”解释。

（2）已知金属锦有多种晶型，丫型锦的面心立方晶胞俯视图符合下列（填序号），Mn原子的配位数

为o

（3）［Co（DMSO）6］（CK）4）2是一种紫色晶体，其中DMSO为二甲基亚飒，化学式为S°（CH3）2。DMSO中硫原

子的杂化轨道类型为,509凡）2中键角zc-s-oCH3coe也中键角/C-C-O（填，，大于，,，，小

于，，或“等于，，），CIO；的中心原子价层电子对数为,元素s、Mn、N的电负性由大到小的顺序为=

（4）银和苯基硼酸在催化剂作用下可以合成丙烯醇（CH?=CH-CH2（DH）,该物质与丙醛（CH3cH2cHe））相比,

两者沸点相差较大，原因是。

（5）NiO的晶胞结构如图甲所示，其中离子坐标参数A为（&&°）,B为（1」」），则C的离子坐标参数为=

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°。一作密置单层排列，Ni2+填充其中（如

图乙），已知°之一的半径为aPm,设阿伏加德罗常数值为NA，每平方米面积上具有该晶体的质量为g（用

易错专题08晶体结构和晶胞助算

聚焦易错点：

A易错点一晶体结构与性质

A易错点二晶胞计算

典例精讲

易错点一晶体结构与性质

【易错典例】

例1（1）晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞,

其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（!，0,J_）；c为（4，0）o则D原子的坐标参数为。

2222

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数。=565.76pm,其密度为g-cm-3

（列出计算式即可）。③GaF3的熔点高于1000℃,GaCb的熔点为77.9℃,其原因是。

（2）单质铜及镣都是由_____键形成的晶体。某镁白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与

镇原子的数量比为o②若合金的密度为dg/cnP,晶胞参数斫_______nm。

③第IIA族金属碳酸盐分解温度如下:

BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3

分解温度100℃540℃960℃1289℃1360℃

分解温度为什么越来越高？o

（3）GaAs的熔点为1238℃,密度为2g.em汽其晶胞结构如左图所示。该晶体的类型为,Ga与As

以键键合。Ga和As的摩尔质量分别为Afcag-mol1和"Asgmol」，原子半径分别为-Gapm和3pm,

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。甲烷晶体的晶胞如右图

所示，该晶胞中含有个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________。

【答案】（1）①（1，-）;②一空至~?xlCf③由于GaF3是离子晶体，GaCb是分子晶体，所以

4446.02x565.763

离子晶体GaF3的熔沸点高（2）金属；①3:1；②—251节s，③阳离子半径越小对氧的吸引力

----------------X1O

6.02x1023x4」

越大，夺取氧的能力越强（3）原子晶体；共价键4万XIO-NAH&S+GJ）4甲烷分子间

X±UU/O

3^MCa+MAsy.

靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质

量很小，分子间作用力很小

【解析】（1）①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是（L,1,1）；根据

444

晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8x1/8+6x172+4=8，所以晶胞的密度

m_8x73g/mol_8x73_8x73

373

-|0r231g3x10cm；③由于GaF3是离子晶体，GaCb

VArAx(565.76pmxl0-cm/pm)6.02xl0x(565.76xl0-7~6.02x565.76

是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。（2）铜和银属于金属，则单质铜及银都是由金属键形成的晶

体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6xl/2=3,馍原子的个数为8xl/8=l,则铜和银原子的数量比

为3：1；②根据上述分析，该晶胞的组成为CusNi,若合金的密度为dg/cn?,根据片则晶胞参数的

1

2s13

---------——'xlO7nm；③在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第IIA族金属碳酸盐中，

6.02X1023XJ

阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第IIA族金属碳酸盐中，随着原

子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs的熔点为1238℃,密度为〃g・cnf3,

其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结

4

—x（MGa+MAs）

构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是」---------。二者的原子半径分别为rGapm

P

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

痛+乙）x10』

4

—x(MGa+MAs)

/'A

p

xlOO%=

4兀xlO°Mp(&3+如3%]00%；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而

3(奶+%)

分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷

以气体形式存在而不能形成晶体。

【解题必备】

一、判断晶体类型的5种方法

1.依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断

(1)离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。

(2)原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。

(3)分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为分子间作用力。

(4)金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。

2.依据物质的分类判断

(1)金属氧化物(如K2O、NazCh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)，气态氢化物、非金属氧化物(除SiCh外)、酸、绝大多数

有机物(除有机盐外)是分子晶体。

(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、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，常在数百至一千摄氏度以上。

4.依据导电性判断

(1)离子晶体水溶液及熔化时能导电。

(2)原子晶体一般为非导体。

(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)离子晶体硬度较大或略硬而脆。

(2)原子晶体硬度大。

(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。

注意上述总结的都是一般规律，具体比较时要具体问题具体分析，如金属晶体的熔、沸点差别很大，如鸨、

伯等熔点很高，而汞、钱、钠等熔点却很低；金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为

97.8℃,尿素的熔点为132.7℃；原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如MgO的熔点为2852℃,石英

的熔点为1710℃«

二、物质熔沸点高低比较规律

比较类型比较规律

不同类型晶体原子晶体〉离子晶体〉分子晶体，金属晶体的熔、沸点差别很大，如

鸨、粕等熔点很高，汞、艳等熔点很低

原子晶体看成键原子半径和，半径和越小，晶体的熔、沸点越高、

硬度越大

离子晶体依据静电原理进行分析，一般地说，阴、阳离子的电荷数

越多，离子半径越小，则离子键越强，相应地晶格能越大，熔、沸

同类晶体

点越高

分子晶体注意，组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸

点越高(若分子间存在氢键，则含有氢键的熔、沸点高些)。组成和结

构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、

沸点越高。如C0>N2，CH3OHXH3cH3

金属晶体看金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，金

属熔、沸点就越高。如熔、沸点：Al>Mg>Na

【变式突破】

1.钙钛矿(CaTiCh)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问

题：

(1)基态Ti原子的核外电子排布式为o

(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCL至TiL熔点依次升高，原因是

化合物

TiF4TiCLTiBr4Til4

熔点/℃377-24.1238.3155

(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是；金属离子与氧离子间的作用力

为，Ca2+的配位数是o

(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I和有机碱离子CH3NH；,其晶胞如图⑸所示。

其中Pb2+与图(a)中的空间位置相同，有机碱CH3NH；中，N原子的杂化轨道类型是；

若晶胞参数为anm,则晶体密度为g-cm-3(列出计算式)。

M(a)

(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘