2026人教版高中化学选择性必修2《物质结构与性质》第三章　第三节　提升课4　常见晶体结构的比较、分析与计算题库

提升课4常见晶体结构的比较、分析与计算[核心素养发展目标]1.熟知每种晶体的典型代表的结构。2.学会晶体结构的相关分析及计算。一、常见晶体结构的比较与分析1.常见共价晶体结构的分析晶体晶胞结构结构分析(a/cm为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)金刚石(1)每个C与相邻4个C以共价键结合，形成正四面体结构。每个晶胞中含8个C原子(2)键角均为109°28'(3)最小碳环由6个C组成且6个C不在同一平面内，每个C原子被12个六元环共用(4)每个C参与4个C—C的形成，C原子数与C—C数之比为1∶2(5)ρ=8×12NA·a3SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个Si，4个“12O”，因此二氧化硅晶体中Si与O的个数比为1∶(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si(4)ρ=8×60SiC、BP、AlN(1)每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构(2)密度：ρ(SiC)=4×40NA·a3g·cm-3；ρ(BP)=4×42NA2.常见分子晶体结构的分析晶体晶胞结构结构分析(a/cm为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)干冰(1)8个CO2分子占据立方体顶角且在6个面的面心又各有1个CO2分子(2)每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个(3)ρ=4×44白磷ρ=4×1243.常见离子晶体结构的分析晶体晶胞结构结构分析(a/cm为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)NaCl(1)在晶体中，每个Na+同时吸引6个Cl-，每个Cl-同时吸引6个Na+，配位数为6。每个晶胞含4个Na+和4个Cl-(2)在每个Cl-周围最近且等距离(22acm)的Cl-有12个，在每个Cl-周围最近且等距离(12acm)的Na+有(3)ρ=4×58.5CsCl(1)在晶体中，每个Cl-吸引8个Cs+，每个Cs+吸引8个Cl-，配位数为8。每个晶胞含1个Cs+和1个Cl-(2)在每个Cs+周围最近且等距离(32acm)的Cl-有8个，在每个Cl-周围最近且等距离(acm)的Cl-有6(3)ρ=168.5NACaF2(1)Ca2+的配位数为8，F-的配位数为4，每个晶胞含4个Ca2+、8个F-(2)与F-紧邻的4个Ca2+构成一个正四面体(3)F-与Ca2+之间最短的距离为晶胞体对角线长的1(4)ρ=4×781.有关晶体(或晶胞)的结构如图所示，下列说法不正确的是()A.在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-有6个B.在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+C.在金刚石晶体中，碳原子数与碳碳键个数之比为1∶4D.铜晶胞中面对角线长度为原子半径的4倍答案C解析在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-有6个，故A正确；在CaF2晶胞中，Ca2+位于晶胞的顶角和面心，晶胞中含有Ca2+的个数为8×18+6×12=4，故B正确；在金刚石晶体中，每个碳原子连接4个共价键，每两个碳原子形成一个共价键，则每个碳原子连接的共价键平均为4×12=2，所以在金刚石晶体中，碳原子数与碳碳键个数之比为1∶22.如图分别表示冰晶体结构、干冰晶胞、金刚石晶体结构，下列关于这些晶体的说法正确的是()A.冰晶体中只存在分子间作用力和氢键B.沸点：金刚石>干冰>冰C.冰晶体中的氧原子、金刚石中的碳原子均可形成四面体结构D.干冰晶体中每个CO2周围等距离且最近的CO2有10个答案C解析冰晶体中还存在H—O共价键，A项错误；金刚石是共价晶体，冰、干冰是分子晶体，所以金刚石的沸点最高，由于冰中存在氢键，其沸点比干冰高，B项错误；根据冰和金刚石的结构，冰晶体中1个O原子与邻近的4个O原子可形成四面体结构，金刚石中1个C原子与邻近的4个C原子可形成四面体结构，C项正确；在每个CO2周围等距离且最近的CO2有12个，D项错误。3.观察下列模型并结合相关信息，下列有关说法正确的是()硼晶体(B12)结构单元SF6分子S8分子NaCl结构模型示意图备注熔点：1873K—易溶于CS2—A.单质硼属分子晶体，其结构单元B12中含有30个B—B，含10个三角形B.SF6是由极性键构成的分子C.固态S8属于共价晶体D.NaCl熔化和溶于水均能产生自由移动的离子，且破坏的是同种作用力，NaCl晶胞中每个Na+周围最近且等距离的Na+有6个答案B解析单质硼属于共价晶体，由图知，每个B原子具有12×5个共价键，12个B原子共含有12×12×5=30个共价键，每个共价键都被两个三角形共用，则一个三角形含有的共价键为32个，所以三角形数目：3032=20，故A错误；不同非金属元素的原子之间形成极性键，所以SF6是由极性键构成的分子，故B正确；固态S8中存在的微粒是分子，所以属于分子晶体，故C错误；氯化钠为离子化合物，NaCl熔化和溶于水均能产生自由移动的离子，且破坏的都是离子键，NaCl晶胞中每个Na+周围最近且等距离的Na+二、晶体结构的计算1.均摊法计算晶胞中微粒个数(1)计算原则晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞分得该粒子的份额是1n(2)常考实例正方体或长方体晶胞示意图微粒位置顶角面上棱上内部侧棱上下棱共用该微粒的晶胞数82441每个晶胞分摊的微粒数11111正六棱柱晶体结构示意图微粒位置顶角面上棱上内部侧棱上下棱共用该微粒的晶体结构数62341每个晶体结构分摊的微粒数11111(3)审题时一定要注意是“分子结构”还是“晶体结构”，若是分子结构，其化学式由图中所有实际存在的原子个数决定，原子个数比不约简。(4)计算晶胞中微粒的数目，进而求化学式根据均摊法计算出一个晶胞中所含微粒数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。2.原子分数坐标(1)概念原子分数坐标表示晶胞内部各原子的相对位置。(2)确定方法①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。②一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。如位于晶胞原点(顶角)的原子的分数坐标为(0，0，0)；位于晶胞体心的原子的分数坐标为(12，12，12)；位于xOz面心的原子的分数坐标为(12，0，12)3.晶胞中粒子配位数的计算一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数。(1)晶体中原子(或分子)的配位数：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：简单立方：配位数为6面心立方：配位数为12体心立方：配位数为8(2)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。以NaCl晶体为例①找一个与其他粒子连接情况最清晰的粒子，如图中心的灰球(Cl-)。②数一下与该粒子周围距离最近的粒子数，如图标数字的面心白球(Na+)。确定Cl-的配位数为6，同样方法可确定Na+的配位数也为6。4.晶体密度的计算(1)晶体密度：ρ=晶胞中实际含有微粒的质量晶胞的体积(V(2)1个微粒的质量：m=MNA(M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数(3)晶胞的体积：V=a3(立方体)或abc(长方体)。5.晶体中原子间的距离和晶胞参数(1)思维流程根据密度求晶胞中原子之间的距离时，可首先由密度计算出晶胞体积(晶胞质量由晶胞含有的微粒数计算)，再根据晶胞结构判断微粒间的距离与棱长的关系。(2)立方晶胞的晶胞参数a的计算公式a=36.晶体中原子空间利用率(1)思维流程空间利用率是指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比，首先分析晶胞中原子个数和原子半径，计算出晶胞中所有原子的体积，其次根据立体几何知识计算出晶胞的棱长，计算出晶胞的体积，即可顺利解答此类问题。(2)计算公式空间利用率=晶胞中所有原子的体积晶胞体积×1.铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。铁原子位于顶角和面心的位置，镁原子位于将晶胞平分为8个立方单位的体心位置。下列说法正确的是()A.Fe原子的配位数为4B.a位置原子的分数坐标为1C.Fe原子与Mg原子间最短距离为32bD.晶体储氢时，H2在晶胞的体心和棱的中心位置。若储氢后化学式为FeMg2H，则储氢率为100%答案B解析由晶胞结构可知，位于顶角的铁原子与位于体对角线上镁原子的距离最近，则铁原子的配位数为8，铁原子与镁原子间最短距离为34bnm，故A、C错误；由晶胞结构可知，晶胞中位于顶角和面心的铁原子个数为8×18+6×12=4，位于体内的镁原子个数为8，位于体心和棱的中心位置的氢分子个数为12×14+1=4，储氢后的化学式为FeMg2H2，若为FeMg2H，则储氢率不为2.(2024·河北，12)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中M、N、P、Q点的截面图，晶胞的边长为apm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是()A.该铋氟化物的化学式为BiF3B.粒子S、T之间的距离为114aC.该晶体的密度为1064NAD.晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个答案D解析根据题给立方晶胞及晶胞中M、N、P、Q点的截面图可知，若将晶胞均分为8个小立方体，晶胞体内的8个F-位于8个小立方体的体心，由均摊法可知，每个晶胞中含有铋离子个数为1+12×14=4个，含有氟离子个数为8+8×18+6×12=12个，故该铋氟化物的化学式为BiF3，A正确；以M点为原点建立坐标系，令N点的原子分数坐标为(0，0，1)，Q点的原子分数坐标为(1，1，0)，则T点的原子分数坐标为(1，12，12)，S点的原子分数坐标为(14，14，34)，所以粒子S、T之间的距离为1-142+12-142+12-342×apm=114apm，B正确；由A项分析可知，每个晶胞中有4个Bi3+、12个F-，晶胞体积为a3×10-30cm3，则晶体密度为ρ3.(2025·河北邯郸涉县一中月考)根据晶体结构知识，回答下列问题：(1)如图所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是(填字母)。

(2)Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知Al的原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，则：①晶胞中Al原子的配位数为。

②该晶体的密度为(用含NA、M、d的代数式表示)。

(3)如图为氟化钙(CaF2)晶胞，每个F-周围有个Ca2+与之紧邻，每个F-周围与其距离最近的F-的数目是。

答案(1)b(2)①12②M42d3NA解析(1)a中每个黑球周围有6个白球，每个白球周围有3个黑球，所以分子式应为AX2，b中每个黑球周围有6个白球，每个白球周围有2个黑球，分子式应为AX3。(2)①以图乙任一面心的Al原子为例，该面心所在面的顶角以及与该面相邻面的面心上的Al原子，距离该Al原子最近且距离相同，所以Al原子的配位数为12。②根据均摊法，一个晶胞中含有8×18+6×12=4个Al原子，所以晶胞的质量为4MNA，面对角线上的三个Al原子相切，Al原子半径为d，则晶胞的棱长为22d，所以晶胞的体积为(22d)3=162d3，所以密度为4MNA162d3=M42d3NA。(3)据图可知，F-位于Ca2+形成的正四面体空隙中，所以每个F-周围有4个Ca2+；8个F-课时对点练[分值：100分][1~10题，每小题5分]题组一晶体结构的比较与分析1.下列物质含有非极性共价键且属于分子晶体的是()A.H2O2 B.Na2SC.CO2 D.Na2O2答案A2.下列各组物质中：①SiO2和SO3；②晶体硼和晶体铝；③NaBr和HBr；④晶体硅和金刚石；⑤晶体氖和晶体氮；⑥CH4和H2O。化学键类型相同，晶体类型也相同的是()A.①②③ B.②③④C.④⑥ D.③⑤答案C解析①SiO2和SO3都含共价键，但二氧化硅是共价晶体，三氧化硫是分子晶体，不合题意；②晶体硼是共价晶体，晶体铝是金属晶体，不合题意；③溴化钠含离子键，溴化氢含共价键，不合题意；④晶体硅和金刚石都含共价键，都是共价晶体，符合题意；⑤晶体氖和晶体氮都是分子晶体，但是晶体氖中没有化学键，晶体氮含共价键，不合题意；⑥CH4和H2O都是分子晶体，都含有共价键，符合题意。3.如图分别是氯化钾晶体和二氧化碳晶体的晶胞结构示意图。下列说法正确的是()A.两种晶体熔化时克服的作用力相同B.构成两种晶体的微粒均是原子C.二者的硬度和熔、沸点差别较大D.两种晶体均属于离子晶体答案C解析KCl为离子晶体，熔化时克服的是离子键，CO2为分子晶体，熔化时克服的是分子间作用力，A、D错误；构成KCl晶体的微粒是阴、阳离子，构成CO2晶体的微粒是分子，B错误；离子晶体的硬度和熔、沸点较大，分子晶体的硬度和熔、沸点较小，C正确。4.观察下列模型，判断下列说法错误的是()金刚石碳化硅二氧化硅石墨烯C60A.C60晶体堆积属于分子密堆积B.SiO2晶体中Si和Si—O个数比为1∶4C.石墨烯中碳原子和六元环个数比为2∶1D.原子数相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶2答案D解析C60晶体为分子晶体，其堆积属于分子密堆积，A正确；SiO2晶体中1个硅原子形成4个共价键，Si和Si—O个数比为1∶4，B正确；石墨烯中1个六元环平均含有6×13=2个碳，则碳原子和六元环个数比为2∶1，C正确；原子数相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶1，D5.根据如图几种晶体结构，下列说法错误的是()A.CaTiO3晶体中每个Ca2+和12个O2-相紧邻B.金刚石晶体中，由共价键形成的最小碳环上有6个碳原子C.硒化锌晶体中与一个Se2-距离最近且相等的Se2-有8个D.CaF2中F-与距离最近的Ca2+所形成的键的夹角为109°28'答案C解析CaTiO3晶体中Ca2+处在顶角处，O2-处于面心处，Ti4+处于体心处，故每个Ca2+和12个O2-相紧邻，故A正确；金刚石是共价晶体，根据金刚石的晶胞结构图可知由共价键形成的最小碳环有6个碳原子，故B正确；硒化锌晶体中，与一个Se2-距离最近且相等的Se2-有12个，故C错误；由氟化钙的晶胞可看出一个F-与4个Ca2+可以形成正四面体结构，键角为109°28'，故D正确。题组二晶体结构的计算6.若某晶体晶胞结构如图所示，其中含有A、B、C三种元素的粒子，则该晶体中A、B、C的粒子个数比为()A.8∶6∶1 B.4∶3∶1C.1∶6∶1 D.1∶3∶1答案D解析据图知，一个晶胞中A粒子个数为8×18=1，B粒子个数为6×12=3，C粒子个数为1，所以该晶体中A、B、C的粒子个数比为1∶3∶1，故选7.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物晶体的晶胞如图所示，则表示该化合物的化学式正确的是()A.ZXY3 B.ZX2Y6C.ZX4Y8 D.ZX8Y12答案A解析由图可知，晶胞中含有Z原子的数目为1，含有X原子的数目为8×18=1，含有Y原子的数目为12×14=3，所以Z、X、Y的原子个数比是1∶1∶3，则其化学式为ZXY3，故选8.Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构如图所示。则该化合物的化学式为()A.CuHB.CuH2C.Cu2HD.Cu3H答案A解析Cu的个数：2×12+12×16+3=6；H的个数：6×13+1+3=69.如图所示是氯化铵晶体的晶胞，已知晶体中2个最近的NH4+中心间的距离为acm，氯化铵的摩尔质量为Mg·mol-1，NA为阿伏加德罗常数的值，则氯化铵晶体的密度(g·cm-3)为(A.8MaC.a3M答案B解析1个晶胞中含有1个Cl-，8×18=1个NH4+，则1个晶胞中含有1个NH4Cl。1个NH4Cl的质量m=MNAg，晶胞体积V=a3cm3，则密度ρ=mV=10.MgO具有NaCl型结构(如图)，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420nm，则r(O2-)约为()A.0.21nm B.0.105nmC.0.148nm D.0.074nm答案C解析由题意知，在MgO中，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以22a=2r(O2-)，r(O2-)≈0.148nm[11~13题，每小题8分]11.如图为几种晶体或晶胞的结构示意图。下列说法错误的是()A.18g冰晶体中含有2mol氢键B.在金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数之比为1∶2C.碘单质是分子晶体，碘单质在CCl4中比水中溶解度更大D.金刚石、MgO、碘单质三种晶体的熔点顺序为MgO>金刚石>碘单质答案D解析由图可知，1个水分子能形成4个氢键，每个氢键为2个水分子所共有，每个水分子含有4×12=2个氢键，所以18g冰晶体中含有氢键的物质的量为18g18g·mol-1×2=2mol，故A正确；由晶胞结构可知，在金刚石晶体中，每个碳原子与4个碳原子形成共价键，每个共价键为2个碳原子所共有，每个碳原子形成的共价键为4×12=2个，则碳原子与碳碳键个数的比为1∶212.(2024·湖北名校联盟联测)砷化镓是继硅之后研究深入、应用广泛的半导体材料，其结构与硫化锌相似，其晶胞结构如图1所示，图2为晶胞沿z轴的1∶1平面投影图，已知图中A球的原子坐标参数为(0，0，0)，B球为(1，1，1)，下列说法错误的是()A.Ga的配位数是4B.晶胞参数为22apmC.晶胞中离As原子距离最近且相等的As原子有8个D.晶胞中离B球距离最远的黑球的坐标参数为1答案C解析由砷化镓的晶胞可知，晶胞中与Ga原子距离最近且相等的As原子的个数为4，则Ga原子的配位数为4，A正确；图中白球与黑球的投影距离为apm，则晶胞参数为22apm，B正确；晶胞中离As原子距离最近且相等的As原子共有12个(同层4个，上层4个，下层4个)，C错误；根据各个原子的相对位置可知，晶胞中离B球距离最远的黑球即和A球直接相连的黑球，其原子坐标参数为14，113.(2024·重庆，10)储氢材料MgH2的晶胞结构如图所示，MgH2的摩尔质量为Mg·mol-1，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是()A.H-的配位数为2B.晶胞中含有2个Mg2+C.晶体密度的计算式为2MND.Mg2+(ⅰ)和Mg2+(ⅱ)之间的距离为a2答案B解析由图可知，与H-距离最近且等距离的Mg2+的个数是3，则H-的配位数为3，A项错误；Mg2+位于晶胞的顶角和体心上，该晶胞中Mg2+的个数为8×18+1=2，B项正确；该晶胞体积为a2c×10-21cm3，该晶胞中Mg2+的个数为8×18+1=2，H-的个数为4×12+2=4，相当于晶胞中含有2个MgH2，晶体密度为MNA×2V=2MNAa2c×10-21g·cm-3，C项错误；Mg14.(12分)如图为CaF2、H3BO3(层状结构，层内的H3BO3分子通过氢键结合)、金属铜三种晶体(或晶胞)的结构示意图，请回答下列问题：(1)图Ⅰ所示的CaF2晶胞中与Ca2+最近且等距离的F-数为，图Ⅲ中一个铜原子周围紧邻的铜原子数为。

(2)图Ⅱ所示的物质结构中最外能层已达8电子结构的原子是，H3BO3晶体中B原子个数与极性键个数之比为。

(3)三种晶体中熔点最低的是，其晶体受热熔化时，克服的微粒之间的相互作用为。答案(1)812(2)O