高中化学专题3微型专题四晶体类型的判断及晶体结构的分析与计算教案苏教版选修3文档格式.docx

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金属晶体

构成微粒

阴、阳离子

原子

分子

金属阳离子、自由电子

微粒间作用力

离子键

共价键

分子间作用力

金属键

（2）看物质类别

①单质类：

a.金属单质和合金属于金属晶体；

b.大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等除外）属于分子晶体。

②化合物类：

a.离子化合物一定为离子晶体；

b.共价化合物绝大多数为分子晶体，但SiO2、SiC等为原子晶体。

（3）看物理性质

四类晶体的物理性质对比如下：

晶体类型

熔、沸点

一般较高、但差异大

较高

较低

高

硬度

一般较大，但差异大

较大

较小

大

导电性

固态能导电

固态不导电，熔融态或溶于水时能导电

固态不导电，某些溶于水后能导电

一般不导电，个别为半导体

变式1　（2018·

成都高二月考）AB型化合物形成的晶体结构多种多样。

下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是（　　）

A．①③B．②⑤C．⑤⑥D．③④⑤⑥

答案　B

解析　从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合，所以最有可能是分子晶体。

二、晶体熔、沸点的比较

例2　下列各组物质的沸点按由低到高的顺序排列的是（　　）

A．NH3、CH4、NaCl、Na

B．H2O、H2S、MgSO4、SO2

C．CH4、H2O、NaCl、SiO2

D．Li、Na、K、Rb、Cs

答案　C

解析　C项中SiO2是原子晶体，NaCl是离子晶体，CH4、H2O都是分子晶体，且常温下水为液态，CH4是气态。

比较不同晶体熔、沸点的基本思路

首先看物质的状态，一般情况下是固体>

液体>

气体；

二看物质所属类型，一般是原子晶体>

离子晶体>

分子晶体（注意：

不是绝对的，如氧化铝的熔点大于晶体硅），结构类型相同时再根据相应规律进行判断。

同类晶体熔、沸点比较思路：

原子晶体→共价键键能→键长→原子半径；

分子晶体→分子间作用力→相对分子质量；

离子晶体→离子键强弱→离子所带电荷数、离子半径；

金属晶体→金属键→金属阳离子所带电荷、金属阳离子半径。

变式2　在解释下列物质的变化规律与物质结构间的因果关系时，与化学键的强弱无关的是（　　）

A．钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大

B．金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点

C．KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低

D．F2、Cl2、Br2、I2的熔点和沸点逐渐升高

答案　D

解析　钠、镁、铝的熔点和沸点逐渐升高，硬度逐渐增大，这是因为它们中的金属键逐渐增强，与化学键的强弱有关；

金刚石的硬度大于晶体硅的硬度，其熔点也高于晶体硅的熔点，这是因为C—C键的键长比Si—Si键的键长短，C—C键的键能比Si—Si键的键能大，也与化学键的强弱有关；

KF、KCl、KBr、KI的熔点依次降低，这是因为它们中的离子键的强度逐渐减弱，与化学键的强弱有关。

三、关于晶胞结构的分析与计算

例3　

（1）镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。

它的最大优点是容易活化。

其晶胞结构如图所示：

则它的化学式为____________。

（2）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，

）；

C为（

，

，0）。

则D原子的坐标参数为________。

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）。

（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·

cm－3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为________，Ga与As以________键结合。

Ga和As的摩尔质量分别为MGag·

mol－1和MAsg·

mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，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　

（1）LaNi5

（2）①（

）　②

×

107

（3）原子晶体　共价　

100%

解析　

（1）根据晶胞结构图可知，晶面上的原子为2个晶胞所共有，顶点上的原子为6个晶胞所共有，内部的原子为整个晶胞所有，所以晶胞中La原子个数为3，Ni原子个数为15，则镧系合金的化学式为LaNi5。

（2）①对照晶胞图示、坐标系以及A、B、C点坐标，选A点为参照点，观察D点在晶胞中位置（体对角线

处），由B、C点坐标可以推知D点坐标。

②锗晶胞类似金刚石晶胞,1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝

107g·

cm－3。

（3）根据晶胞结构示意图用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：

8×

＋6×

＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga原子。

4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝4×

（

π×

10－30×

r

＋

）cm3；

1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即（

）g，所以1个晶胞的体积V2＝

（MAs＋MGa）cm3。

最后由V1/V2即得结果。

（1）晶胞计算的类型

①根据晶胞的结构，计算其组成微粒间的距离。

②根据晶胞的质量和晶体有关的摩尔质量间的关系，计算微粒个数、微粒间距、ρ等。

③计算晶体（晶胞）的空间利用率。

（2）晶胞计算的原理与步骤

①首先确定晶胞的组成

利用均摊法计算一个晶胞所含微粒的数目。

②计算晶体的密度或体积。

ⅰ.关系式ρ＝

（V表示晶胞体积，ρ表示晶体的密度，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞实际含有的微粒数，M表示微粒的摩尔质量）。

ⅱ.计算模式

晶体的密度

ⅲ.晶胞空间利用率（占有率）的计算表达式

晶胞的空间利用率＝

100%。

变式3　

（1）Cu的一种氯化物晶胞结构如图1所示（黑球表示铜原子，白球表示氯原子），该氯化物的化学式是______________________________________________________________。

若该晶体的密度为ρg·

cm－3，以NA表示阿伏加德罗常数的值，则该晶胞的边长a＝________nm。

图1

（2）用晶体的X射线衍射法对Cu的测定得到以下结果：

Cu的晶胞为面心立方堆积（如图2），已知该晶体的密度为9.00g·

cm－3，Cu的原子半径为________cm（阿伏加德罗常数的值为NA，只要求列式表示）。

图2

（3）一种铜金合金晶胞如图3所示（Au原子位于顶点，Cu原子位于面心），则该合金中Au原子与Cu原子个数之比为________，若该晶胞的边长为apm，则合金的密度为________g·

cm－3（只要求列算式，不必计算出数值，阿伏加德罗常数的值为NA）。

图3

答案　

（1）CuCl　

（2）

（3）1∶3　　

解析　

（1）晶胞中铜原子的个数是4，氯原子的个数是8×

＝4，所以该氯化物的化学式为CuCl。

根据m＝Vρ可知（a×

10－7cm）3×

ρg·

cm－3＝

99.5g·

mol－1，解得a＝

nm。

（2）Cu的晶胞为面心立方堆积，根据晶胞的结构图可知，晶胞中含有铜原子数为8×

＝4，设晶胞的边长为acm，则a3cm3×

cm－3×

NAmol－1＝4×

64g·

mol－1，所以a＝

，晶胞面对角线为

acm，面对角线的

为Cu原子半径，所以Cu原子半径为

cm。

（3）在晶胞中，Au原子位于顶点，Cu原子位于面心，该晶胞中Au原子个数为8×

＝1，Cu原子个数为6×

＝3，所以该合金中Au原子与Cu原子个数之比为1∶3，晶胞体积V＝（a×

10－10cm）3，每个晶胞中铜原子个数是3、Au原子个数是1，则ρ＝

g·

1．（2019·

合肥校级期末）下列各组物质中都属于原子晶体的是（　　）

A．干冰、二氧化硅、金刚石

B．氧化钠、金刚石、氯化氢

C．碘、石墨、氯化钠

D．二氧化硅、金刚石、晶体硼

解析　干冰是由二氧化碳分子构成的，不是直接由原子构成的，A项错误；

Na2O是由离子构成的，HCl是由分子构成的，B项错误；

I2为分子晶体，是由分子构成的，氯化钠是由离子构成的，C项错误；

二氧化硅、金刚石、晶体硼均为原子晶体，均直接由原子构成，D项正确。

2．（2018·

金华一中高二月考）下列有关晶体性质的比较正确的是（　　）

A．熔点：

金刚石＞晶体硅＞碳化硅

B．沸点：

NH3＞H2O＞HF

C．硬度：

白磷＞冰＞二氧化硅

D．熔点：

SiI4＞SiBr4＞SiCl4

解析　金刚石、晶体硅、碳化硅都是原子晶体，在原子晶体中，键长越短，键能越大，熔点越高，由于键能：

C—C键＞C—Si键＞Si—Si键，故三种晶体中熔点最高的是金刚石，熔点最低的是晶体硅，A项错误；

HF、H2O、NH3都是分子晶体，其沸点高低与分子间作用力大小有关，因为这三种晶体分子间都存在氢键，且水分子间氢键最强，氨分子间氢键最弱，故水的沸点最高，氨的沸点最低，B项错误；

二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；

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，其熔点越高，D项正确。

3．（2019·

青岛高二期中）如图是CaF2晶胞的结构图。

下列说法正确的是（　　）

A．一个CaF2晶胞中含有8个Ca2＋

B．一个CaF2晶胞中含有8个F－

C．在CaF2晶胞中Ca2＋的配位数为4

D．在CaF2晶胞中F－的配位数为8

解析　根据晶胞结构可知，一个CaF2晶胞中含有的Ca2＋和F－的个数分别为4个、8个，所以A不正确，B正确。

离子晶体中离子的配位数是指一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。

根据晶胞的结构可判断Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4，即选项C、D都是错误的。

4．（2018·

厦门双十中学期末）下列有关晶体结构的叙述正确的是（　　）

A．SiO2晶体中最小环上的原子个数为6

B．在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子

C．12g石墨烯（如图1）中含有六元环的个数为0.5×

6.02×

1023

D．720gC60晶体中含有0.5×

1023个晶胞（如图2）

解析　A项，二氧化硅晶体结构中，每个硅原子结合4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子，最小环上有6个Si原子和6个O原子，所以共有12个原子，错误；

B项，含有阳离子的晶体不一定含有阴离子，错误；

C项，12g石墨烯为1mol，石墨烯中平均每个六元环含有2个碳原子，则1mol石墨烯中含有六元环的个数为0.5×

1023，正确；

D项，C60为分子晶体，晶胞中含有C60的个数为8×

＝4,720gC60晶体中含有6.02×

1023个C60，所以720gC60晶体中含有0.25×

1023个晶胞，错误。

5．（2018·

石嘴山三中高二期中）有一种蓝色晶体[可表示为：

MFey（CN）6]，经研究发现，它的结构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立方体的棱上。

其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．该晶体的化学式为MFe2（CN）6

B．该晶体熔融可导电，且属于化学变化

C．该晶体属于离子晶体，M呈＋2价

D．晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－有6个

解析　三价铁离子和二价亚铁离子在顶点上，每个离子被八个晶胞共用，故每个晶胞中三价铁离子的数目为4×

＝0.5个，同理二价亚铁离子的数目为0.5个，氰根离子位于棱上，被四个晶胞共用，故每个晶胞中氰根离子的数目为12×

＝3个，已知化学式为MFey（CN）6，晶胞中离子个数比为Fe3＋∶Fe2＋∶CN－＝1∶1∶6，故晶体的化学式为MFe2（CN）6，A项正确；

M呈＋1价，C项错误；

晶体中与每个Fe3＋距离最近且等距离的CN－有6个，D项正确。

6．（2018·

大连二十四中校级期中）F2和Xe在一定条件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三种氟化氙，它们都是极强的氧化剂（其氧化性依次增强），都极易与水反应。

已知6XeF4＋12H2O===2XeO3＋4Xe↑＋24HF＋3O2↑，下列推测正确的是（　　）

A．XeF2分子中各原子均达到8电子的稳定结构

B．某种氟化氙晶体的基本结构单元如图所示，可推知其化学式为XeF6

C．XeF4与水反应时，每生成2molXe转移8mol电子

D．XeF2加入水中，在水的作用下，将生成Xe和F2

解析　A项，Xe原子已经达到8电子稳定结构，故XeF2分子中各原子不可能均具有8电子稳定结构；

B项，该晶胞中Xe原子的个数为8×

＋1＝2，F原子的个数为8×

＋2＝4，故该晶体的化学式为XeF2；

C项，由于F的非金属性最强，在XeF4中Xe的化合价为＋4，生成2molXe转移电子8mol；

D项，F2有强氧化性，能够与水反应，故XeF2与水反应不可能生成F2。

7．

（1）[2017·

全国卷Ⅰ，35（4）（5）]①KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长为a＝0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。

K与O间的最短距离为________nm，与K紧邻的O个数为________。

②在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，则K处于________位置，O处于________位置。

（2）[2017·

全国卷Ⅲ，35（5）]MgO具有NaCl型结构（如图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420nm，则r（O2－）为________nm。

MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r（Mn2＋）为________nm。

答案　

（1）①0.315　12　②体心　棱心

（2）0.148　0.076

解析　

（1）①根据晶胞结构可知，K与O间的最短距离为面对角线的一半，即

nm≈0.315nm。

K、O构成面心立方，配位数为12（同层4个，上、下层各4个）。

②由晶胞结构可知K、I的最短距离为体对角线的一半，I处于顶角，K处于体心，I、O之间的最短距离为边长的一半，I处于顶角，O处于棱心。

（2）由题意知在MgO中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触，所以

a＝2r（O2－），r（O2－）≈0.148nm；

MnO的晶胞参数比MgO更大，说明阴离子之间不再接触，阴阳离子沿坐标轴方向接触，故2[r（Mn2＋）＋r（O2－）]＝a'

，r（Mn2＋）＝0.076nm。

8．（2018·

临川二中高二期末）氮元素可形成丰富多彩的物质。

（1）在配合物中，微粒NH3、NH

、NH2OH中不能作为配体的是__________。

（2）图a为六方氮化硼晶体的结构示意图，该晶体中存在的作用力有______________。

（3）六方氮化硼在高温高压下可转化为立方氮化硼，立方氮化硼的晶胞结构如图b所示，晶胞边长为dcm，该晶胞中含有________个氮原子、________个硼原子，立方氮化硼晶体的密度为________g·

cm－3（设阿伏加德罗常数的值为NA）。

答案　

（1）NH

（2）共价键、范德华力　（3）4　4　

解析　

（1）NH3、NH2OH中N均含有孤电子对，均可作为配体，而NH

中N没有孤电子对，不能作为配体。

（2）层内N原子与B原子之间形成共价键，层间作用力为范德华力。

（3）1个晶胞中所含N原子个数为4，B原子个数为8×

＝4，则1个晶胞的质量为

g，晶体的密度为4×

g÷

（dcm）3＝

题组一　晶体类型的判断

1．根据下列实验事实，能确定某晶体一定是离子晶体的是（　　）

A．晶体熔点达2500℃

B．晶体固态不导电，溶于水导电

C．晶体固态不导电，熔融能导电

D．温度越高，溶解度越大

2．一种新型材料B4C，它可用于制作切削工具和高温热交换器。

关于B4C的推断正确的是（　　）

A．B4C是一种分子晶体

B．B4C是一种离子晶体

C．B4C是一种原子晶体

D．B4C分子是由4个硼原子和1个碳原子构成的

解析　B4C可用于制作切削工具和高温热交换器，说明它的硬度大，熔、沸点高，又因B4C是由硼原子和碳原子构成的，所以它是原子晶体。

3．（2018·

四川中江龙台中学高二月考）具有下列原子序数的各组元素，能组成化学式为AB2型化合物，并且该化合物在固态时为原子晶体的是（　　）

A．6和8B．20和17C．14和6D．14和8

解析　A项，C和O形成的AB2型化合物是CO2，CO2是分子晶体；

B项，Ca和Cl形成的AB2型化合物是CaCl2，CaCl2是离子晶体；

C项，Si和C不能形成AB2型共价化合物；

D项，Si和O形成的AB2型化合物是SiO2，SiO2是原子晶体。

题组二　晶体物理性质的比较与应用

4．下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是（　　）

A．原子晶体的硬度通常比分子晶体的大

B．原子晶体的熔、沸点较高

C．部分分子晶体的水溶液能导电

D．金刚石、水晶和干冰都属于原子晶体

解析　由于原子晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故原子晶体比分子晶体的熔、沸点高，硬度大；

有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl；

D选项中的干冰（CO2）是分子晶体，错误。

5．根据下列性质判断，属于原子晶体的物质是（　　）

A．熔点2700℃，导电性好，延展性强

B．无色晶体，熔点3550℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂

C．无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800℃，熔化时能导电

D．熔点－56.6℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电

解析　本题考查的是各类晶体的物理性质。

A项中延展性好，不是原子晶体的特征，因为原子晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使原子晶体质硬而脆，A项不正确；

B项符合原子晶体的特征；

C项符合离子晶体的特征；

D项符合分子晶体的特征。

福建晋江季延中学高二期中）下面的排序不正确的是（　　）

A．晶体熔点由低到高：

F2＜Cl2＜Br2＜I2

B．熔点由高到低：

Rb＞K＞Na

C．硬度由大到小：

金刚石＞碳化硅＞晶体硅

D．晶格能由大到小：

NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI

解析　卤素单质的晶体都属于分子晶体，熔化时破坏的是分子间作用力，范德华力只与相对分子质量有关，所以熔点由低到高：

F2＜Cl2＜Br2＜I2，A项正确；

钠、钾、铷均属于金属晶体，熔点与金属键的强弱有关，金属原子的价电子数越多、半径越小，金属键越强，熔点越高，钠、钾、铷原子的价电子数相同，原子半径由大到小的顺序为Rb＞K＞Na，熔点由低到高的顺序为Rb＜K＜Na，B项错误；

原子半径越小，共价键键长越短，键能越大，硬度越大，故硬度由大到小：

金刚石＞碳化硅＞晶体硅，C项正确；

离子晶体中离子所带电荷越多、半径越小，晶格能越大，晶格能由大到小：

NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI，D项正确。

题组三　晶体的结构分析与计算

7.如图所示，在氯化钠晶胞中，与每个Na＋等距离且最近的几个Cl－所围成的空间构型为（　　）

A．十二面体

B．正八面体

C．正六面体

D．正四面体

解析　处在中心位置上的Na＋被6个等距离且最近的Cl－包围，将6个Cl－相连，得到的空间构型为正八面体。

8.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是（　　）

A．ZXY3

B．ZX2Y6

C．ZX4Y8

D．ZX8Y12

答案　A

解析　由晶胞可知X占据8个顶点，属于该晶胞的X的数目为8×

＝1；

Y占据12条棱的中间，属于该晶胞的Y的数目为12×

＝3；

Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z的数目为1。

故化学式为ZXY3。

9.（2018·

四川雅安天全中学高二下学期期中）石墨的片层结构如图所示。

在片层结构中，碳原子数、C—C键数、六元环数之比为（　　）

A．1∶1∶1

B．2∶2∶3

C．1∶2∶3

D．2∶3∶1

解析　在石墨的片层结构中，以一个六元环为研究对象，由于一个碳原子为三个六元环共用，即属于每个六元环的碳原子数为6×

＝2；

一个碳碳键为两个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键的数目为6×

＝3。

10．下列关于晶体的说法中一定正确的是（　　）

A．分子晶体中都存在共价键

B．CaTiO3晶体中每个Ti4＋与12个O2－相紧邻（题图是CaTiO3的晶体结构模型）

C．SiO2晶体中每个硅原子与2个氧原子以共价键相结合

D．金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高

解析　稀有气体形成的分子晶体中不存在共价键，A项错误；

在CaTiO3晶胞中，Ti4＋位于立方体顶点，O2－位于面心，每个Ti4＋为8个立方体所有，每个O2－为2个立方体所有，故与每个Ti4＋相紧邻的O2－有12个，B项正确；

SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子以共价键相结合，C项错误；

汞是金属晶体，但在常温常压下呈液态，其熔点比很多分子晶体的低，D项错误。

11．镁系合金的应用非常广泛。

镁系合金的优点是价格较低，缺点是要加热到250℃以上时才释放出氢气。

经X－射线衍射实验分析得镁铜合金为面心立方堆积，镁镍合金为六方堆积。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．金属铜的晶胞结构为

B．已知钛和镁的堆积方式相同，则钛为六方堆积

C．镁铜合金晶体的原子空间利用率为74%

D．镁镍合金晶体的配位数为12

解析　铜是面心立方堆积，而A项中的图为六方堆积，A项不正确