第6讲　晶体结构与性质-2025版南方凤凰台 5A教案 基础版 化学

大单元一化学基础知识第6讲晶体结构与性质复习目标1．解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。

2．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。

3．了解分子晶体结构与性质的关系。

4．了解共价晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。

5．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。了解金属晶体常见的堆积方式。

6．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。熟记网络问题思考问题1准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体？问题2

NaCl、CsCl、金属晶体、金刚石的配位数是多少？【答案】

利用X-射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。【答案】

晶体NaClCsCl金属晶体金刚石简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积配位数686812124课前8min1.

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)冰的晶体类型为共价晶体()(2)NaCl晶胞中Na＋的配位数为12()(3)生铁的熔点低于铁单质的熔点()(4)固态四乙基铅(熔点为－136℃，极易挥发)为离子晶体()(5)ⅣA族元素单质的晶体类型相同()(6)金刚石与石墨烯中的C—C—C夹角都为120°()××√×××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A【解析】

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错误；金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D错误。D4.(2023·全国乙卷)一种硼镁化合物具有超导性能，晶体结构属于六方晶系，其晶体结构、晶胞沿c轴的投影如图所示，晶胞中含有______个Mg。该物质化学式为________，B—B最近距离为________。1MgB2考点研析考点1常见晶体与晶体类型的判断1晶体1.

晶体的特点(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。(2)各向异性：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。(3)晶体有固定的熔点。2.

区分晶体与非晶体方法(1)晶体的熔点较固定。(2)最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。3.

晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。2分子晶体1.

概念：只含分子的晶体称为分子晶体。2.

常见的分子晶体物质种类实例所有非金属氢化物H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、S8、N2、白磷(P4)、C60、稀有气体等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等3.

分子晶体的常见堆积方式分子间作用力堆积方式实例范德华力分子采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子C60、I2、干冰、O2范德华力、氢键分子不采用密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个HF、冰、NH34.

两种典型的分子晶体(1)水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力(2)氢键有方向性，它的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子互相吸引(3)含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键

(1)干冰中的CO2分子间只存在范德华力，不存在氢键(2)每个晶胞中有4个CO2分子、12个原子(3)每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个，属于分子密堆积3共价晶体1.

构成的粒子是原子，共价晶体粒子间作用力是共价键。2.

结构与性质整个晶体是由共价键结合而成的空间网状结构，不存在单个的小分子。化学式只表示晶体中原子个数比。物理性质：硬度大、熔点和沸点高。结构相似的共价晶体的硬度、熔点和沸点的大小取决于键长的长短，键长越短键能越大。如键长：C—C＜C—Si，则硬度：金刚石＞SiC。3.

常见的共价晶体物质种类实例某些单质金刚石、Si、硼(B)等某些非金属化合物SiC、Si3N4、氮化硼(BN)等某些氧化物二氧化硅(SiO2)等

4.

典型的共价晶体晶体名称晶体结构模型晶胞结构特点二氧化硅(1)Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′(2)每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用；每个O原子和2个Si原子形成2个共价键，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2(3)1molSiO2晶体中含4molSi—O晶体名称晶体结构模型晶胞结构特点碳化硅(1)碳、硅原子都采取sp3杂化，键角为109°28′(2)每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构(3)每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子1.

离子键：阴、阳离子通过____________形成的化学键。2.

离子晶体：由______离子和______离子相互作用而形成的晶体。(1)晶格能是指拆开1mol离子晶体，使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。(2)离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越______。晶格能越______，离子晶体的熔点越______、硬度越______。4共价晶体静电作用阳阴大大高大3.

典型的离子晶体有两种结构NaCl型晶体CsCl型晶体NaCl型晶体CsCl型晶体①Na＋和Cl－之间的作用力为离子键，NaCl溶于水或熔融状态时，破坏离子键②每个晶胞中含_____个Na＋和____个Cl－③Na＋的配位数为___，Cl－的配位数为____④每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有_____个，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－有_______个⑤每个晶胞中含____个Cs＋、____个Cl－⑥Cs＋的配位数为______，Cl－的配位数为______⑦每个Cs＋周围等距且紧邻的Cs＋有______个。每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－有______个4466121211886611常见四种晶体类型的比较晶体类型分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属离子和自由电子阴、阳离子粒子间的作用力分子间作用力共价键金属键离子键硬度较小大有的较小，有的较大较大熔、沸点较低高有的较低，有的较高较高晶体类型分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体常见晶体及结构举例CO2SiO2NaNaCl结构[及时巩固]判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)单晶硅为分子晶体()(2)如图1所示，银的晶胞中有14个银原子()1××(3)(2021·辽宁适应性)石墨质软的原因是其层间作用力微弱()(4)石墨具有平面层状结构，同一层中的原子构成许许多多的正六边形，它与熔融的K单质相互作用，形成某种青铜色的物质(其中的元素K用“

”表示)，原子分布如图2所示，该物质的化学式为KC8()(5)1molSiO2晶体中含2molSi—O()(6)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个()(7)SiO2晶体中O—Si—O键角为120°()(8)S8是分子晶体()√√×√×√下列说法正确的是(

)A.CO2与SiO2的晶体类型相同B.SiCl4与SiHCl3分子中的键角相等C.1mol晶体硅中含有2molSi—SiD.CO2分子中碳原子轨道杂化类型为sp2【解析】CO2与SiO2分别为分子晶体和共价晶体，A错误；SiCl4为正四面体形，键角为109°28′，而SiHCl3分子不是正四面体形，键角不等于109°28′，B错误；晶体硅中每个硅原子与4个硅原子形成Si—Si，但2个Si原子共用1个Si—Si,1mol晶体硅中含有2molSi—Si，C正确；CO2分子中碳原子为sp杂化，D错误。2C填空(1)NaH的熔点为800℃，不溶于有机溶剂。NaH属于________晶体，其电子式为____________。单质硒的熔点为217℃，它属于________晶体。(2)K和Na位于同主族，K2S的熔点为840℃，Na2S的熔点为950℃，前者熔点较低的原因是_________________________________________。3(3)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过下图的Born-Haber循环计算得到。可知，Li原子的第一电离能为________kJ/mol，O===O键能为______kJ/mol，Li2O晶格能为________kJ/mol。离子Na＋[∶H]－分子K＋的半径比Na＋大，K2S的晶格能比Na2S小5204982908(4)K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是_____________。(5)碳、硅与铅同主族。碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，其结构类似于石墨晶体，则多层碳纳米管的层与层之间靠_________结合在一起。四卤化硅(SiX4)的沸点按F、Cl、Br、I依次升高的原因是_________________________________________________________________。(6)(2022·广州番禺区期末)Cu2O的熔点比Cu2S高的原因是______________________________________________________________________________________。金属键较弱范德华力四卤化硅SiX4均为分子晶体，范德华力随相对分子质量的增大而增大两种物质均为离子晶体，由于O2－半径小于S2－，Cu2O中的离子键强于Cu2S，则熔点高于Cu2S(1)钛酸钡晶胞的结构示意图如图1所示，其中与Ti4＋紧邻的O2－构成的空间结构是_____________。(2)SiC是共价晶体，其结构类似金刚石，为C、Si两原子依次相间排列的正四面体形空间网状结构。试在图2中正方体的顶点上画出与该Si最近的C的位置。4正八面体形【答案】(3)如图3为CO2分子晶体结构的一部分，每个CO2分子周围有______个与之紧邻的CO2分子，该结构单元平均占有______个CO2分子。(4)NaCl晶体模型如图4所示，在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引______个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着_____个Na＋，在NaCl晶胞中含有______个Na＋、_____个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有_____个。124664412下列晶体性质的比较错误的是(

)A.熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅B.沸点：NH3>PH3C.硬度：白磷>冰>二氧化硅D.熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4【解析】

三种物质都是共价晶体，因原子半径：r(C)＜r(Si)，所以键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，故键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，键能越大，共价晶体的熔点越高，A正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B正确；二氧化硅是共价晶体，硬度很大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C错误；四卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D正确。5C混合型晶体——石墨1.

同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2。2.

石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合型晶体。层与层之间是范德华力。3.

石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。4.

石墨的性质：熔点高、质软、易导电等。考点2有关晶胞的分析和计算1平行六面体晶胞中微粒数的计算1.

均摊法2.

“均摊法”拓展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。12晶胞中粒子配位数的计算1.

晶体中原子(或分子)的配位数：一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数。若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。常见晶胞的配位数如下表：

晶胞配位数68122.

离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。(1)NaCl晶体中，Cl－的配位数指的是每个Cl－周围等距离且紧邻的Na＋的个数，Na＋的配位数指的是每个Na＋周围等距离且紧邻的Cl－的个数。由图1可知，Cl－的配位数为6,6个Na＋所围成的图形为正八面体。Na＋的配位数也为6。(2)由图2可知，CaF2晶胞内黑球共有8个，白球共有4个，说明白球是Ca2＋，黑球是F－。与F－距离最近且相等的Ca2＋有4个，F－的配位数为4，与Ca2＋距离最近且相等的F－有8个，Ca2＋的配位数为8。6[及时巩固]现有四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是(

)C判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)黄铜矿的晶胞如图1所示，则其化学式为CuFeS2()

图1

图2(2)图2可表示V2O5的晶胞()7√×(3)一种合金晶胞如图3所示，每个Al周围距离最近的Mg的数目为6()图3

图4(4)图4中所示银的晶胞中Ag原子周围等距且紧邻的Ag原子有12个()×√√√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1mol晶胞中含有x

mol微粒，其质量为xMg(M为微粒的摩尔质量)；又1个晶胞的质量为ρa3g(a3为晶胞的体积)，则1mol晶胞的质量为

ρa3NAg，因此有

xM＝ρa3NA。2晶胞密度的计算[及时巩固](1)Ni2C的晶胞结构如图1所示。①Ni2C晶体中，C周围距离最近且相等的Ni的数目为________。②若阿伏加德罗常数的值为NA，则Ni2C晶体密度ρ＝___________g/cm3(Ni—59)。86(2)白磷(P4)的晶体属于分子晶体，其晶胞结构如图2(小圆圈表示白磷分子)。已知晶胞的边长为acm，设阿伏加德罗常数为NAmol－1，则该晶胞中含有的P原子的个数为______，该晶体的密度为________g/cm3(用含NA、a的式子表示)。16(3)硒化锌(ZnSe)是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如图3所示，每个Zn周围最近的Zn数目为_____个；若晶胞密度为ρg/cm3，则Zn与Se间的最短距离为_________________________nm(列出计算式，Se—79)。12离子晶体的熔点高低判断一般地说，离子晶体中阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO>MgCl2，NaCl>CsCl。离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。课堂评价1.

已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(

)A.XYZ B.X2Y4ZC.XY4Z D.X4Y2ZC2.

几种氯化物的熔、沸点，记录如下：根据数据分析，属于分子晶体的是(

)A.NaCl、MgCl2、CaCl2

B.AlCl3、SiCl4C.NaCl、CaCl2

D.全部氯化物NaClMgCl2AlCl3SiCl4CaCl2熔点/℃801712190－68782沸点/℃14651418230571600B3.(2023·韶关一模)钙钛矿晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(

)A.晶体的化学式为CaTiO3B.其组成元素中电负性最大的是O元素C.基态Ti原子价层电子排布式为3d24s2D.金属离子与氧离子间的作用力为共价键D3.60.3012(2)金属铬的晶胞结构如图2所示，设晶胞边长为anm，则铬的原子半径为________nm。(3)(2023·淮南一模)科学家们已经用甲烷制出了金刚石，人造金刚石在硬度上与天然金刚石几乎没有差别。请根据图3金刚石结构模型及晶胞，回答下列问题：8练习1.

判断正误，正确的“√”，不正确的打“×”。(1)单晶硅为分子晶体()(2)KOH为离子晶体()(3)FeCl3(沸点为316℃)为分子晶体()(4)固态AsH3属于共价晶体()(5)GaN(结构与晶体硅类似)属于离子晶体()(6)尿素晶体为分子晶体()(7)H2SO4晶体属于共价晶体()×√√××√×(8)AlN(高温陶瓷材料)是分子晶体()(9)干冰的晶体类型为共价晶体()(10)SO2晶体的类型为共价晶体()(11)固态H2O2属于分子晶体()(12)NF3与NH4HF2形成的晶体类型相同()(13)CO2与SiO2晶体类型相同()(14)前五周期的ⅦA族元素单质的晶体类型相同()×××√××√BDD5.(2023·武汉武昌模拟)石墨炔被誉为“下一代奇迹材料”，其结构如图所示。下列说法错误的是(

)A.与石墨烯互为同素异形体B.有3种杂化方式的碳原子C.图示中所有原子均共平面D.石墨炔可应用于电子领域【解析】

石墨炔和石墨烯都是由碳元素组成的结构不同的单质，二者互为同素异形体，A正确；石墨炔具有碳碳三键和苯环结构，所以碳原子具有sp和sp22种杂化方式，B错误；碳碳三键是直线形结构，苯环是平面形结构，则石墨炔具有二维平面结构，C正确；石墨炔具有很高的π共轭性，具有很强导电性，可以应用与电子领域，D正确。B6.(2023·广州一模)四氯化锗(GeCl4)是光导纤维的常用掺杂剂，锗元素与硅元素同族。下列说法不正确的是(

)A.基态Ge原子价层电子排布式为4s24p2B.GeCl4的熔点比SiCl4低C.GeCl4的空间结构为正四面体形D.第一电离能大小：Cl>Si>Ge【解析】

GeCl4与SiCl4晶体都属于分子晶体，GeCl4的相对分子质量大，分子间作用力大，则GeCl4的熔点比SiCl4高，B错误。B7.

“结构决定性质”是化学学科的核心观念。下列有关性质的比较正确的是(

)A.在水中的溶解度：戊醇＜乙醇B.熔点：MgO＜CaOC.硬度：金刚石＜碳化硅＜硅D.第一电离能：Cl＜P＜S【解析】

戊醇的烃基比乙醇的大，烃基是疏水基，所以戊醇溶解度比乙醇的低，A正确；MgO和CaO都是离子晶体，由于Ca2＋的半径大于Mg2＋，所以CaO的晶格能小于MgO的晶格能，则熔点：MgO>CaO，B错误；原子半径：Si>C，三者都为共价晶体，原子半径越大，共价键的键能越小，则硬度越小，即硬度：金刚石>碳化硅>硅，C错误；同周期元素随原子序数增大，第一电离能呈增大趋势，P原子3p能级为半满稳定状态，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能：Cl>P>S，D错误。A8.(1)(2023·福建泉州质检)氧化铍晶胞结构如图1所示，则1号Be原子的原子坐标为___________。(2)某C、Fe合金的晶胞结构如图2所示：若该晶体的晶胞参数为apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°，密度为ρg/cm3，则NA为___________________(写出计算式即可)。(3)(2023·山东卷)一定条件下，CuCl2、K和F2反应生成KCl和化合物X。已知X属于四方晶系，晶胞结构如图3所示(晶胞参数a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°)，其中Cu元素化合价为＋2。上述反应的化学方程式为___________________________________。若阿伏加德罗常数的值为NA，化合物X的密度ρ＝______________g/cm3(用含NA的代数式表示)。9.(2023·安徽合肥一模)碳不仅是组成有机物的重要元素，在超分子领域也发挥着重要作用。由Mo将2个C60分子、2个p－甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示：(1)Cr与Mo同族，基态Cr原子的外围电子排布式是________，核外未成对电子数有____个。3d54s16(2)该超分子中除配位键外还存在的化学键类型有________(填字母)。A.氢键 B.σ键C.π键 D.离子键(3)C60与金刚石均为碳的单质，从结构与性质之间的关系解释C60的熔点远低于金刚石的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。BCC60属于分子晶体，金刚石为共价晶体，分子晶体间的作用力是范德华力，共价晶体间的作用力为共价键，共价键的键能远远强于分子间作用力3d54s2d三角锥形sp2ABDCuBr③已知该溴化物密度为ρg/cm3，Cu原子半径为xpm，Br原子半径为ypm，阿伏加德罗常数为NA，