1、第第 55 讲讲 晶体结构与性质晶体结构与性质 复习目标 1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。2.了解晶 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。3.了解晶格能的概念，了 解晶格能对离子晶体性质的影响。 4.了解分子晶体结构与性质的关系。 5.了解原子晶体的特征， 能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。6.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。7.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。 考点一考点一 晶体常识晶体常识 1晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的比较 晶体
2、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 性质特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 二者区别 方法 间接方法 看是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行 X-射线衍射实验 (2)得到晶体的途径 熔融态物质凝固。 气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 溶质从溶液中析出。 (3)晶胞 概念：描述晶体结构的基本单元。 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：所有晶胞平行排列、取向相同。 2晶胞组成的计算均摊法 (1)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1 n。
3、(2)方法 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。 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1 3。 (1)冰和碘晶体中相互作用力相同() 错因：冰中除了有范德华力还有氢键。 (2)缺角的 NaCl 晶体在饱和 NaCl 溶液中会慢慢变为完美的立方体块() (3)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”() 错因：有的晶胞不是平行六面体。 (4)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行 X-射线衍射实验() (1)如图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中 x 与 y 的个数比是_，乙中 a 与 b 的个
4、数比是_，丙中一个晶胞中有_个 c 离子和_个 d 离子。 答案 21 11 4 4 解析 甲中 N(x)N(y)1(41 8)21；乙中 N(a)N(b)1(8 1 8)11；丙中 N(c) 121 414，N(d)8 1 86 1 24。 (2)下图为离子晶体立体构型示意图： (阳离子， 阴离子)以 M 代表阳离子， N 表示阴离子， 写出各离子晶体的组成表达式： A_、B_、C_。 答案 MN MN3 MN2 解析 在 A 中，含 M、N 的个数相等，故组成为 MN；在 B 中，含 M：1 841 3 2(个)，含 N：1 2424 1 8 9 2(个)，MN 3 2 9 213；在 C
5、 中含 M： 1 84 1 2(个)，含 N 为 1 个。 题组一 “平行六面体”晶胞的分析应用 1(2020 漳州模拟)某物质的晶体中含有 A、B、C 三种元素，其排列方式如图所示(其中前后 两面面心中的 B 元素的原子未能画出)。则晶体中 A、B、C 的原子个数比为( ) A131 B231 C221 D133 答案 A 解析 A：81 81，B：6 1 23，C：1。 2(2020 赣州模拟)某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A 为阴离子，在正方体 内，B 为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( ) AB2A BBA2 CB7A4 DB4A7 答案 B 解析 A：8，
6、B：81 86 1 24。 3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 2 价，则 Q 的化合价为_。 答案 3 解析 R：81 812 G：81 48 1 44 1 228 Q：81 424 R、G、Q 的个数之比为 142，则其化学式为 RQ2G4。 由于 R 为2 价，G 为2 价，所以 Q 为3 价。 题组二 “非立方系”晶体结构分析应用 4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中 A、B、C 三种粒子数之比是 ( ) A394 B142 C294 D384 答案 B 解析 A 粒子数为 6 1 12 1 2； B 粒子数为 61 43 1
7、62； C 粒子数为 1；故 A、B、C 粒子数之比为 142。 5(2019 苏州高三月考)已知镧镍合金 LaNin的晶胞结构如图，则 LaNin中 n_。 答案 5 解析 La：21 212 1 63 Ni：121 26 1 2615 所以 n5。 6Cu 元素与 H 元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学 式为_。 答案 CuH 解析 根据晶胞结构可以判断：Cu()：21 212 1 636；H( )：61 3136，所以 化学式为 CuH。 7(1)硼化镁晶体在 39 K 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
8、，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_。 (2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则 多硼酸根离子符号为_。 答案 (1)MgB2 (2)BO 2 解析 (1)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。(2)从 图可看出，每个单元中，都有一个 B 和一个 O 完全属于这个单元，剩余的 2 个 O 分别被两个结构单元共用，所以 BO1(12/2)12，化学式为 BO 2。 8已知如图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_。 答案 B3A
9、4 9天然硅酸盐组成复杂，阴离子的基本结构单元是 SiO4 4四面体，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 O 的原子数 之比为_，化学式为_(用 n 代表聚合度)。 答案 25.5 Si4O116n n 解析 n 个 SiO2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1 2，Si 原子数为 4，O 原子数为 4 1 2 6 1 24211，其中 Si 与 O 的原子数之比为 25.5，化学式为Si4O11 6n n 。 考点二考点二 晶体类型与微粒间作用力晶体类型与微粒间作用力
10、 1不同晶体的特点比较 离子晶体 金属晶体 分子晶体 原子晶体 概念 阳离子和阴离 子通过离子键 结合而形成的 晶体 通过金属离子与 自由电子之间的 较强作用形成的 晶体 分子间以分子间 作用力相结合的 晶体 相邻原子间以共 价键相结合而形 成空间网状结构 的晶体 晶体微粒 阴、阳离子 金属阳离子、 自由 电子 分子 原子 微粒之间作用力 离子键 金属键 分子间作用力 共价键 物理 性质 熔、 沸点 较高 有的高(如铁)、有 的低(如汞) 低 很高 硬度 硬而脆 有的大、有的小 小 很大 溶解性 一般情况下， 易溶于极性溶 剂(如水)， 难溶 钠等可与水、醇 类、酸类反应 极性分子易溶于 极性
11、溶剂；非极 性分子易溶于非 不溶于任何溶剂 于有机溶剂 极性溶剂 2.晶体类别的判断方法 (1)依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断 由阴、阳离子形成的离子键构成的晶体为离子晶体；由原子形成的共价键构成的晶体为原子 晶体；由分子依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体；由金属阳离子、自由电子以金属键 构成的晶体为金属晶体。 (2)依据物质的分类判断 活泼金属氧化物和过氧化物(如 K2O、Na2O2等)、强碱(如 NaOH、KOH 等)、绝大多数的盐 是离子晶体。 部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机 物的晶体是分子晶体。 常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体
12、硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有 SiC、 SiO2、AlN、BP、CaAs 等。 金属单质、合金是金属晶体。 (3)依据晶体的熔点判断 不同类型晶体熔点大小的一般规律：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体的熔点差别很 大，如钨、铂等熔点很高，铯等熔点很低。 (4)依据导电性判断 离子晶体溶于水和熔融状态时均能导电。 原子晶体一般为非导体。 分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水时， 分子内的化学键断裂形成自由移动的离子，也能导电。 金属晶体是电的良导体。 (5)依据硬度和机械性能判断 一般情况下，硬度：原子晶体离子晶体分子晶体。金属晶体多数硬度大，但
13、也有较小的， 且具有较好的延展性。 3晶体熔、沸点的比较 (1)原子晶体 原子半径越小 键长越短 键能越大 熔、沸点越高 如熔点：金刚石碳化硅晶体硅。 (2)离子晶体 衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能是指气态离子形成 1 mol 离子晶体释放的 能量，通常取正值，单位：kJ mol 1，晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬 度越大。 一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，离子间的作用力就越 强，离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgONaClCsCl。 (3)分子晶体 分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高， 如
14、 H2OH2TeH2SeH2S。 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， 如 SnH4GeH4SiH4CH4。 组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如 CON2。 在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷异戊烷。 (4)金属晶体 金属离子半径越小， 所带电荷数越多， 其金属键越强， 熔、 沸点就越高， 如熔、 沸点： NaMgKClRbClCsCl，其原因为_。 答案 (1)原子 共价键 (2) (3)HF 分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量 更多(只要答出 HF 分子间能形成氢键即可) (4) (5)D 组晶
15、体都为离子晶体，r(Na )r(K)r(Rb)r(Cs)，在离子所带电荷数相同的情况 下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高 解析 (1)A 组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B 组为金属晶体，具 有四条共性。(3)HF 分子间含有氢键，故其熔点反常。(4)D 组属于离子晶体，具有 两条性质。(5)D 组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。 题组二 晶体熔、沸点的比较 3下列分子晶体中，关于熔、沸点高低的叙述正确的是( ) ACl2I2 BSiCl4CCl4 CNH3PH3 DC(CH3)4CH3CH2CH2CH2CH3 答案 C 解析 A、B 项属于无氢键存在的分子结构相似
16、的情况，相对分子质量大的熔、沸点高；C 项属于分子结构相似的情况，但分子间存在氢键的熔、沸点高；D 项属于分子式相同，但分 子结构不同的情况，支链少的熔、沸点高。 4(2020 宿迁高三模拟)离子晶体熔点的高低取决于晶体中晶格能的大小。判断 KCl、NaCl、 CaO、BaO 四种晶体熔点的高低顺序是 ( ) AKClNaClBaOCaO BNaClKClCaOBaO CCaOBaONaClKCl DCaOBaOKClNaCl 答案 C 解析 离子晶体中，离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大，晶体熔、沸点越高。 5下列各组物质中，按熔点由低到高的顺序排列正确的是( ) AO2、I2、Hg
17、BCO、KCl、SiO2 CNa、K、Rb DNa、Al、Mg 答案 B 解析 A 中 Hg 在常温下为液态，而 I2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。 题组三 和晶体类型有关的熔、沸点比较简答集训 6氯化铝的熔点为 190 ，而氟化铝的熔点为 1 290 ，导致这种差异的原因为 _。 答案 AlCl3是分子晶体，而
18、 AlF3是离子晶体 7 CuO 的熔点比 CuS 的高， 原因是_。 答案 氧离子半径小于硫离子半径，所以 CuO 的离子键强，晶格能较大，熔点较高 8邻羟基苯甲醛的沸点比对羟基苯甲醛的沸点低，原因是_。 答案 邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，而对羟基苯甲醛形成分子间氢键，分子间氢键使分子 间作用力更大 9硅烷(SinH2n2)的沸点与其相对分子质量的变化关系如图所示，呈现这种变化关系的原因 是_。 答案 同是分子晶体，硅烷的相对分子质量越大，分子间范德华力越强(或其他合理答案) 10 C2H6和N2H4分子中均含有18个电子， 它们的沸点相差较大， 主要原因是_ _。 答案 N2H4分子之间存
19、在氢键 11一些氧化物的熔点如下表所示： 氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2 熔点/ 1 570 2 800 23.8 75.5 解释表中氧化物之间熔点差异的原因：_。 答案 Li2O、MgO 为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。晶格能：MgOLi2O，分子间作用 力：P4O6SO2 考点三考点三 常见晶体的结构常见晶体的结构 1原子晶体 (1)金刚石晶体中，每个 C 与相邻 4 个 C 形成共价键，CC 键之间的夹角是 109 28，最小 的环是六元环。含有 1 mol C 的金刚石中，形成的共价键是 2 mol。 (2)SiO2晶体中，每个 Si 原子与 4 个 O 原子成键，
20、每个 O 原子与 2 个硅原子形成共价键，最 小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是 Si 原子，1 mol SiO2中含有 4 mol SiO 键。 2分子晶体 (1)干冰晶体中，每个 CO2分子周围等距且紧邻的 CO2分子有 12 个。 (2)冰晶体中，每个水分子与相邻的 4 个水分子以氢键相连接，含 1 mol H2O 的冰中，最多可 形成 2 mol“氢键”。 3离子晶体 (1)NaCl 型：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)CsCl 型：在晶体中，每个 Cl 吸
21、引 8 个 Cs，每个 Cs吸引 8 个 Cl，配位数为 8。 4石墨晶体 石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，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 sp2。 5金属晶体的四种堆积模型分析 堆积模型 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 晶胞 配位数 6 8 12 12 原子半径(r) 和晶胞边长 (a)的关系 2ra 2r 3a 2 2r 2a 2 一个晶胞内 原子数目 1 2 2 4 常见金属 Po( ) Na、K、Fe Mg、Zn、Ti Cu、Ag、Au 1按要求回答问题： (1)在金刚石晶体中最小碳环含有_个C原子； 每
22、个C原子被_个最小碳环共用。 (2)在干冰中粒子间作用力有_。 (3)含 1 mol H2O 的冰中形成氢键的数目为_。 (4)在 NaCl 晶体中，每个 Na 周围有_个距离最近且相等的 Na，每个 Na周围有 _个距离最近且相等的 Cl ，其立体构型为_。 (5)在 CaF2晶体中， 每个 Ca2 周围距离最近且等距离的 F有_个； 每个 F周围距离最 近且等距离的 Ca2 有_个。 答案 (1)6 12 (2)共价键、范德华力 (3)2NA (4)12 6 正八面体形 (5)8 4 2金属晶胞中原子空间利用率的计算： 空间利用率 球体积 晶胞体积100%，球体积为金属原子的总体积。 (1
23、)简单立方堆积 如图所示，设原子半径为 r，则立方体的棱长为_，V球_，V晶胞_， 空间利用率为_。 答案 2r 4 3r 3 8r3 52% (2)体心立方堆积 如图所示，设原子半径为 r，则体对角线 c 为_，面对角线 b 为_(用 a 表示)， a_(用 r 表示)，空间利用率为_。 答案 4r 2a 4 3r 68% 解析 由(4r)2a2b2，得 a 4 3r,1 个晶胞中有 2 个原子，故空间利用率 V球 V晶胞100% 24 3r 3 a3 100% 24 3r 3 4 3r 3 100%68%。 (3)六方最密堆积 如图所示，设原子半径为 r，则棱长为_(用 r 表示，下同)，
24、底面面积 S_，h _，V晶胞_，空间利用率为_。 答案 2r 2 3r2 2 6r 3 8 2r3 74% 解析 底面为菱形(棱长为 2r，其中一个角为 60 )，则底面面积 S2r 3r2 3r2，h2 6 3 r，V晶胞S2h2 3r222 6 3 r8 2r3，1 个晶胞中有 2 个原子，则空间利用率 V球 V晶胞 100% 24 3r 3 8 2r3 100%74%。 (4)面心立方最密堆积 如图所示，设原子半径为 r，则面对角线为_(用 r 表示)，a_(用 r 表示)，V 晶胞_(用 r 表示)，空间利用率为_。 答案 4r 2 2r 16 2r3 74% 解析 原子半径为 r，
25、面对角线为 4r，a2 2r，V晶胞a3(2 2r)316 2r3，1 个晶胞中有 4 个原子，则空间利用率 V球 V晶胞100% 44 3r 3 16 2r3 100%74%。 题组一 晶胞中原子半径及空间利用率的计算 1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 9.00 g 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)。 答案 12 2 4 3 464 9.006.021023 cm1.2810 8 解析 设晶胞的边长为 a cm，则 a3 NA464，
26、a 3 464 NA ，面对角线为 2a， 面对角线的1 4为 Cu 原子半径， r 2 4 3 464 9.006.021023 cm1.2810 8cm。 22016 全国卷，37(5)GaAs 的熔点为 1 238 ，密度为 g cm 3，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 的摩尔质量分别为 MGa g mol 1 和 MAs g mol 1，原子半径分别为 r Ga pm 和 rAs 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_。 答案 原子晶体 共价 410 30N Ar 3 Gar 3 As
27、3MGaMAs 100% 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MGaMAs NA 4 ，又知二 者的原子半径分别为 rGa pm 和 rAs pm，则 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 44 3r 3 Gar 3 As10 30 4 NAMGaMAs 100%410 30N Ar 3 Gar 3 As 3MGaMAs 100%。 题组二 和俯视图有关的晶体结构分析 3碳的第三种同素异形体金刚石，其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞(体心立方堆 积)沿其体对角线
28、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 AD 图中选填)。 答案 D 4Fe 的一种晶体如甲、乙所示，若按甲虚线方向切乙得到的 AD 图中正确的是_(填 字母)。 铁原子的配位数是_，假设铁原子的半径是 r cm，该晶体的密度是 g cm 3，则铁的相 对原子质量为_(设阿伏加德罗常数的值为 NA)。 答案 A 8 32 3 NA r3 9 解析 图甲为该铁的一个晶胞，沿虚线的切面为长方形，长是宽的 2倍，四个顶角和中心有 铁原子。图乙为 8 个晶胞叠成的立方体，沿虚线的切面为 A 图。设图甲中晶胞边长为 a cm， 则体对角线为
29、3a cm，又体对角线上三原子相切，得 3a cm4r cm。根据密度公式得， g cm 3 (a cm)3 2 NAM(Fe)，解得 M(Fe) 32 3NAr3 9 g mol 1。 5LiFeAs 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 a nm，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_。 答案 2a 2 6砷化硼是近期受到广泛关注的一种半导体材料。砷化硼为立方晶系晶体，该晶胞中 原子分数坐标为 B：(0,0,0)；(1 2， 1 2，0)；( 1 2，0， 1 2)；(0， 1 2， 1 2) As：(
30、1 4， 1 4， 1 4)；( 1 4， 3 4， 3 4)；( 3 4， 1 4， 3 4)；( 3 4， 3 4， 1 4) 请在图中画出砷化硼晶胞的俯视图，已知晶体密度为 d g cm 3，As 半径为 a pm，假设 As、 B 原子相切，则 B 原子的半径为_pm(写计算表达式)。 答案 3 4 3 344 d NA10 10a 解析 由各原子分数坐标可知，晶胞中 B 原子处于晶胞的顶点、面心位置，而 As 原子处于 晶胞内部， 处于 B 原子形成的正四面体体心位置， 晶胞三维结构如图所示：(注： 小球大小不代表原子大小)，投影时顶点原子形成正方形的顶点，左、右侧面及前、后面的面
31、心原子投影处于正方形棱心，而上、下底面面心原子投影重合处于正方形的中心，As 原子投 影处于正方形内部且处于正方形对角线上(As 原子投影、上下底面面心 B 原子投影将对角线 4 等分)，故砷化硼晶胞俯视图为；根据晶胞三维结构示意图可知，位于体对角线上 的原子相切，即 As 原子和 B 原子的半径之和的四倍即体对角线的长度；根据均摊法，一个 晶胞中 As 原子个数为 4，B 原子个数为 81 86 1 24，所以晶胞的质量为 754114 NA g 344 NA g， 晶胞密度为 d g cm 3， 则晶胞的体积为344 dNAcm 3， 则晶胞的边长为 3 344 dNAcm 3 344 d
32、NA 1010 pm，则晶胞的体对角线长度为 3 3 344 dNA10 10 pm，所以 B 原子的半径为( 3 4 3 344 d NA10 10a) pm。 12017 全国卷，35(2)节选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_。 答案 K 原子半径较大且价电子数较少，金属键较弱 22017 全国卷，35(3)改编在 CO2低压合成甲醇反应(CO23H2=CH3OHH2O)所涉及 的 4 种物质中，沸点从高到低的顺序为_，原因是_。 答案 H2OCH3OHCO2H2 H2O 与 CH3OH 均为极性分子，H2O 分子
33、间形成的氢键数目比 甲醇多；CO2与 H2均为非极性分子，CO2相对分子质量较大，范德华力较大 32016 全国卷，37(4)GaF3的熔点高于 1 000 ，GaCl3的熔点为 77.9 ，其原因是 _。 答案 GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体 解析 二者熔点的差异是因为 GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体。 42020 全国卷，35(4)研究发现，氨硼烷(NH3BH3)在低温高压条件下为正交晶系结构， 晶胞参数分别为 a pm、b pm、c pm，90 。氨硼烷的 222 超晶胞结构如图所示。 氨硼烷晶体的密度 _ g cm 3(列出计算式，设 N A为阿伏加德罗常数的值)。
34、 答案 62 NAabc10 30 解析 氨硼烷的 222 超晶胞结构的晶胞参数分别为 2a pm2a10 10 cm、2b pm 2b10 10 cm、 2c pm2c1010 cm， 90 ， 则晶胞的体积 V(晶胞)8abc1030 cm3。 由晶胞结构可知， 每个晶胞含有 16 个 NH3BH3分子， 则每个晶胞的质量 m(晶胞)1631 NA g， 氨硼烷晶体的密度 m晶胞 V晶胞 1631 NA g 8abc10 30 cm3 62 NAabc10 30 g cm 3。 52020 全国卷，35(3)(4)(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是 _；
35、金属离子与氧离子间的作用力为_， Ca2 的配位数是_。 (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 CH 3NH 3，其 晶胞如图(b)所示。其中 Pb2 与图(a)中_的空间位置相同，有机碱 CH 3NH 3中，N 原子 的杂化轨道类型是_； 若晶胞参数为 a nm， 则晶体密度为_ g cm 3(列出计算式)。 答案 (3)OTiCa 离子键 12 (4)Ti4 sp3 620 a10 73N A 解析 (3)三种元素中 O 的电负性最大，Ca 的电负性最小，因此三种元素电负性的大小顺序 为 OTiCa。氧离子与金属离子之间形成的是离子键。由图(a)可
36、知，每个 Ca2 周围与之等 距离且最近的 O2 的个数为 12，即配位数为 12。(4)由图(b)可知，该晶胞中 I位于面心上， 每个 Pb2 周围有 6 个 I，图(a)中每个 Ti4周围有 6 个 O2，由此可知，Pb2与图(a)中的 Ti4 位置相同。N 原子形成 4 个 键，价电子层上无孤电子对，因此杂化轨道类型是 sp3。每个晶 胞中含有 1 个 Pb(CH3NH3)I3，晶胞的体积为(a10 7)3 cm3，Pb(CH 3NH3)I3的相对分子质量为 620，因此 1 个晶胞的质量为620 NA g，晶体密度为 620 a10 73N A g cm 3。 62020 新高考全国卷
37、(山东)，17(4)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，称作原子的分数坐标。四方晶系 CdSnAs2的晶胞结构如下图所示，晶胞棱边 夹角均为 90 ，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。 坐标 原子 x y z Cd 0 0 0 Sn 0 0 0.5 As 0.25 0.25 0.125 一个晶胞中有_个 Sn，找出距离 Cd(0,0,0)最近的 Sn_(用分数坐标表示)。 CdSnAs2晶体中与单个 Sn 键合的 As 有_个。 答案 4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4 解析 由题给原子的分数坐标和晶胞图示可知，小白球表示的是 Sn 原子，Sn
38、 原子位于面心 和棱上，因此一个晶胞中含 Sn 原子的个数为 61 24 1 44。小黑球表示的是 Cd 原子，与 Cd(0,0,0)最近的 Sn 有两个，其分数坐标分别为(0.5,0,0.25)和(0.5,0.5,0)。灰球表示的是 As 原 子，每个 Sn 周围与 Sn 等距离的 As 原子有 4 个，即与单个 Sn 键合的 As 有 4 个。 72020 全国卷，35(4)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中 O 围绕 Fe 和 P 分别形 成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有 LiFePO4 的单元数有_个。 电池充电时， LiFeO4脱
39、出部分 Li ， 形成 Li 1xFePO4， 结构示意图如(b)所示， 则 x_， n(Fe2 )n(Fe3)_。 答案 4 3 16或 0.187 5 133 解析 根据(a)图，小圆点为 Li ，位于顶点的 Li有 8 个，位于棱上的 Li有 4 个，位于面心 的 Li 有 4 个，晶胞中共含有 Li的个数为 81 84 1 44 1 24，所以每个晶胞中含有 LiFePO4的单元数为 4。由(b)图与(a)图相比知，(b)图中少了 2 个 Li ，一个是棱上的，一个 是面心上的，所以(b)图中物质含 Li 的个数为 81 83 1 43 1 2 13 4 ，1x 1 13 44，x 3
40、 16。 设化合物中 Fe2 为 y，Fe3为 1y，由化合物呈电中性，(13 16)12y3(1y)3，解得 y13 16，1y 3 16，n(Fe 2)n(Fe3)133。 82020 天津，13(2)CoO 的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为 NA，则 CoO 晶体的密度为_g cm 3；Fe、Co、Ni 三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔 点由高到低的顺序为_。 答案 31023 NA a3 NiOCoOFeO 解析 由题给图示可知， O2 位于顶点和面心， 因此一个晶胞中含有 O2的个数为 81 86 1 2 4；Co2 位于棱上和体心，因此一个晶胞中含有 Co2的个
41、数为 121 414，即一个晶胞 的质量为475 NA g，一个晶胞的体积为(a10 7)3 cm3，因此 CoO 晶体的密度为310 23 NA a3 g cm 3。 Fe、Co、Ni 的原子序数逐渐增大，原子半径逐渐减小，因此 FeO、CoO、NiO 微粒间的作用 力由大到小的顺序为NiOCoOFeO， 三种晶体的熔点由高到低的顺序为NiOCoOFeO。 92019 全国卷，35(4)图(a)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(b)是沿立方格子对角面取得的 截图。可见，Cu 原子之间最短距离 x_pm，Mg
42、 原子之间最短距离 y_pm。 设阿伏加德罗常数的值为 NA，则 MgCu2的密度是_g cm 3(列出计算表达式)。 答案 2 4 a 3 4 a 8241664 NAa310 30 解析 观察图(a)和图(b)知，4 个铜原子相切并与面对角线平行，则(4x)22a2，x 2 4 a。镁原 子堆积方式类似金刚石，则 y 3 4 a。已知 1 cm1010 pm，晶胞体积为(a10 10)3 cm3，代入 密度公式计算即可。 102019 全国卷，35(4)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图 1 所示。晶胞中 Sm 和 As 原子的投影位置如图 2 所示。图中 F 和 O2共同占据晶胞的上下底
43、面位置，若两者的比例依 次用 x 和 1x 代表，则该化合物的化学式表示为_；通过测定密度 和晶胞参数，可 以计算该物质的 x 值，完成它们关系表达式：_g cm 3。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 1 中原子 1 的坐标为 1 2， 1 2， 1 2 ，则原子 2 和 3 的坐标分别为_、_。 答案 SmFeAsO1xFx 2281161x19x a2cNA10 30 1 2， 1 2，0 0，0，1 2 解析 由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中 Sm 的原子个数为 41 22，Fe 的原子 个数为 141 42，As 的原子个数
44、为 4 1 22，O 2或 F的个数为 81 82 1 22，即该晶 胞中 O2 和 F的个数之和为 2，F的比例为 x，O2的比例为 1x，故该化合物的化学式为 SmFeAsO1 xFx。 1 个 晶 胞 的 质 量 为 21505675161x19x NA g 2281161x19x NA g，1 个晶胞的体积为 a2c pm3a2c10 30cm3 ，故密度 2281161x19x a2cNA10 30g cm 3。原子 2 位于底面面心，其坐标为 1 2， 1 2，0 ；原子 3 位于棱上， 其坐标为 0，0，1 2 。 1下列关于晶体的说法不正确的是( ) 晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性 含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 共价键可决定分子晶体的
