模板06晶體結(jié)構(gòu)的分析與計算識識·題型解讀考情分析+命題預(yù)測/技巧解讀明·模板構(gòu)建答題模板+技巧點撥技法01常見晶體結(jié)構(gòu)模型技法02有關(guān)晶胞的計算技法03晶胞中原子坐標(biāo)與投影圖技法04晶體的熔、沸點比較通·模板運用真題示例+模板答題+變式訓(xùn)練練·模板演練最新模擬、預(yù)測考向本節(jié)導(dǎo)航晶體結(jié)構(gòu)分析及相關(guān)計算在高考考查中難度較大，命題時多以新技術(shù)、新發(fā)明為情景，以化學(xué)式或晶胞中微粒數(shù)確定為基礎(chǔ)，考查晶體的密度、相對原子質(zhì)量、晶體結(jié)構(gòu)分析及相關(guān)計算在高考考查中難度較大，命題時多以新技術(shù)、新發(fā)明為情景，以化學(xué)式或晶胞中微粒數(shù)確定為基礎(chǔ)，考查晶體的密度、相對原子質(zhì)量、NA等計算、配位數(shù)確定等。晶體熔、沸點多結(jié)合元素的推斷進行考查，題目難度較大。第一步：仔細審題閱讀題目獲取對解題有價值的信息，排除無效信息，并作標(biāo)記。第二步：判斷晶胞結(jié)構(gòu)找出晶胞，確定晶胞內(nèi)所有原子或離子的種類和位置。第三步：計算微粒數(shù)用“均攤法”計算晶胞中微粒的數(shù)目，確定晶體的化學(xué)式。第四步：進行晶體相關(guān)計算根據(jù)選項計算晶體的密度、空間利用率，確定原子分數(shù)坐標(biāo)等。技法01常見晶體的結(jié)構(gòu)模型1．4類典型晶體結(jié)構(gòu)模型(1)典型離子晶體結(jié)構(gòu)模型晶體NaClCsClZnSCaF2晶胞配位數(shù)684F-：4；Ca2+：8粒子數(shù)目4個Na＋4個Cl－1個Cs＋1個Cl－4個S2－4個Zn2＋4個Ca2＋8個F－(2)典型共價晶體結(jié)構(gòu)模型晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析金剛石①每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)②最小碳環(huán)由6個碳原子組成，且6個碳原子不在同一平面內(nèi)，每個碳原子被12個六元環(huán)共用③每個金剛石晶胞中含有8個C原子，C原子個數(shù)與C—C的個數(shù)之比為1∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,2)))＝1∶2。石英(SiO2)①每個Si原子與4個O原子形成4個共價鍵，Si原子位于正四面體的中心，O原子位于正四面體的頂點，同時每個O原子被2個硅氧正四面體共用，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為1∶2②最小環(huán)上有12個原子，包括6個O原子和6個Si原子③1molSiO2晶體中含Si—O數(shù)目為4NA④每個SiO2晶胞中含有8個Si原子和16個O原子SiC、BN、AlN等①每個原子與另外4個不同原子形成正四面體結(jié)構(gòu)②每個晶胞中含有各4個不同原子③1mol晶體中含有的共價鍵數(shù)目為4NA(3)典型分子晶體——干冰晶體結(jié)構(gòu)模型①CO2分子位于立方體晶胞的頂點和面心②干冰中的CO2分子間只存在范德華力，不存在氫鍵③每個晶胞有4個CO2分子，12個原子。每個CO2分子周圍有12個緊鄰分子，密度比冰的高(4)混合型晶體——石墨晶體①同層內(nèi)，碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結(jié)合形成平面六元并環(huán)結(jié)構(gòu)。所有碳原子的p軌道相互平行且相互重疊，使p軌道中電子可在整個平面中運動②層與層之間以范德華力相結(jié)合③石墨的二維平面結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個碳原子的配位數(shù)為3，有一個未參與雜化的2p電子，它的原子軌道垂直于碳原子平面④石墨晶體中C原子數(shù)與C—C數(shù)之比為2∶3，即12g石墨晶體中含1.5NA個C—C共價鍵⑤石墨的典型物理性質(zhì)是導(dǎo)電性、潤滑性和高熔、沸點，其熔點比金剛石的還高2．常見金屬晶體的4種堆積模型堆積模型晶胞模型配位數(shù)晶胞中粒子個數(shù)晶胞棱長(a)與粒子半徑(r)關(guān)系簡單立方堆積61a＝2r體心立方堆積82eq\r(3)a＝4r面心立方堆積124eq\r(2)a＝4r六方最密堆積122a＝2r晶體NaClCsClZnSCaF2金剛石晶體結(jié)構(gòu)粒子數(shù)目4個Na＋，4個Cl－1個Cs＋，1個Cl－4個S2－，4個Zn2＋4個Ca2＋，8個F－8個C晶體簡單立方體心立方面心立方氮化硼干冰晶體結(jié)構(gòu)粒子數(shù)目1個原子2個原子4個原子4個B,4個N4個CO2技法02有關(guān)晶胞的計算1．用“均攤法”計算晶胞中的微粒數(shù)(1)平行六面體晶胞中微粒計算方法(2)非長方體晶胞中微粒數(shù)目的計算方法——均攤法三棱柱六棱柱平面型石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占eq\f(1,3)2．有關(guān)晶胞各物理量之間的關(guān)系(1)晶體密度與微觀晶胞參數(shù)的關(guān)系(2)晶體中粒子間距離的計算技法03晶胞中原子的分數(shù)坐標(biāo)與投影圖1．常見典型晶體原子的分數(shù)坐標(biāo)(1)金屬Po立方體模型原子分數(shù)坐標(biāo)若1(0，0，0)，2(0，1，0)，則確定3的原子分數(shù)坐標(biāo)為(1，1，0)，7為(1，1，1)。2．鉀型晶胞結(jié)構(gòu)模型原子分數(shù)坐標(biāo)與投影圖若1(0，0，0)，3(1，1，0)，5(0，0，1)，則確定6的原子分數(shù)坐標(biāo)為(0，1，1)，7為(1，1，1)，9為(1/2、1/2、1/2)。(3)銅型晶胞結(jié)構(gòu)模型原子分數(shù)坐標(biāo)若1(0，0，0)，13(1/2，1/2，0)，12(1，1/2，1/2)，則確定15的原子分數(shù)坐標(biāo)為(1/2，1，1/2)，11為(1/2，1/2，1)。(4)金剛石型晶胞結(jié)構(gòu)模型原子分數(shù)坐標(biāo)若a原子為坐標(biāo)原點，晶胞邊長的單位為1，則原子1、2、3、4的坐標(biāo)分別為(1/4，1/4，1/4)，3(1/4，3/4，3/4)，(3/4，1/4，3/4)，(3/4，3/4，1/4)。2．常見典型晶體的投影晶胞類型三維圖二維圖正視圖沿體對角線剖面圖沿體對角線的投影圖簡單立方體心立方面心立方GaF2晶胞金剛石晶胞NaCl晶胞技法04晶體的熔、沸點比較1．不同類型晶體：一般為共價晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體的熔、沸點有的很高(如鎢)，有的很低(如鈉)。2．共價晶體：一般組成晶體的原子半徑越小，熔、沸點越高。如熔點：金剛石(C—C)>碳化硅(Si—C)>晶體硅(Si—Si)。3．離子晶體：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子鍵越強，熔、沸點越高。如熔點：MgO>NaCl>CsCl。4．金屬晶體：金屬原子的價電子數(shù)越多，半徑越小，金屬鍵越強，熔、沸點越高。如熔點：Al>Mg>Na。5．分子晶體：分子間作用力越強，熔、沸點越高。(1)組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，一般相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，熔、沸點越高。如熔點：I2>Br2>Cl2>F2。(2)相對分子質(zhì)量相同或相近的物質(zhì)，分子的極性越大，熔、沸點越高。如沸點：CO>N2。(3)同分異構(gòu)體之間：a.一般是支鏈越多，熔、沸點越低。如沸點：正戊烷>異戊烷>新戊烷。b.結(jié)構(gòu)越對稱，熔、沸點越低。如沸點：鄰二甲苯>間二甲苯>對二甲苯。(4)分子間有氫鍵，熔、沸點較高：HF>HI>HBr>HCl。類型01立方晶胞圖像1．（2024·河北卷）金屬鉍及其化合物廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、醫(yī)藥等領(lǐng)域。如圖是鉍的一種氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ點的截面圖，晶胞的邊長為apm，NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是A．該鉍氟化物的化學(xué)式為BiF3B．粒子S、T之間的距離為C．該晶體的密度為D．晶體中與鉍離子最近且等距的氟離子有6個【答案】D【第一步判斷晶體結(jié)構(gòu)】該晶胞為立方晶胞。以晶胞體心處鉍離子為分析對象，距離其最近且等距的氟離子位于晶胞體內(nèi)，為將晶胞均分為8個小立方體后，每個小立方體的體心的F-，即有8個，D錯誤?！镜诙接嬎阄⒘?shù)】Bi位于棱心（12個）和體心（1個），每個晶胞中含有個Bi，F(xiàn)位于頂點（8個）、面心（6個）、體內(nèi)（8個），每個晶胞中含有個F，故化學(xué)式為BiF3，A正確。【第三步進行晶體相關(guān)計算】將晶胞均分為8個小立方體，由晶胞中MNPQ點的截面圖可知，晶胞體內(nèi)的8個F-位于8個小立方體的體心，以M為原點建立坐標(biāo)系，令N的原子分數(shù)坐標(biāo)為，與Q、M均在同一條棱上的F-的原子分數(shù)坐標(biāo)為，則T的原子分數(shù)坐標(biāo)為，S的原子分數(shù)坐標(biāo)為，所以粒子S、T之間的距離為，B正確。由A項分析可知，每個晶胞中有4個Bi3+、12個F-，晶胞體積為，則晶體密度為=，C正確。1．（2024·安徽卷）研究人員制備了一種具有鋰離子通道的導(dǎo)電氧化物()，其立方晶胞和導(dǎo)電時遷移過程如下圖所示。已知該氧化物中為價，為價。下列說法錯誤的是A．導(dǎo)電時，和的價態(tài)不變B．若，與空位的數(shù)目相等C．與體心最鄰近的O原子數(shù)為12D．導(dǎo)電時、空位移動方向與電流方向相反2．（2024·湖南卷）Li2CN2是一種高活性的人工固氮產(chǎn)物，其合成反應(yīng)為2LiH+C+N2eq\o(=,\s\up7(高溫))Li2CN2+H2，晶胞如圖所示，下列說法錯誤的是A．合成反應(yīng)中，還原劑是和CB．晶胞中含有的個數(shù)為4C．每個周圍與它最近且距離相等的有8個D．為V型結(jié)構(gòu)類型02其他晶體結(jié)構(gòu)圖像2．(2024·北京東城區(qū)二模)一種由硼鎂元素組成的離子化合物具有超導(dǎo)性能。該化合物晶體中硼通過共價鍵形成平面a層，鎂形成平面b層，a層和b層等距交錯排列(abab……)，俯視圖(部分)如圖。下列說法正確的是()A．硼層中硼的雜化類型為sp3B．該化合物的化學(xué)式為MgB2C．鎂周圍最近且等距的硼有6個D．鎂層內(nèi)存在離子鍵【答案】B【第一步判斷晶體結(jié)構(gòu)】該晶體為平面結(jié)構(gòu)，晶體中硼通過共價鍵形成平面a層，鎂形成平面b層?！镜诙接嬎阄⒘?shù)】由投影圖可知，每個鎂原子上層距離其最近的硼原子有6個，下層距離其最近的硼原子也有6個，共12個，每個硼原子上層距離其最近的鎂原子有3個，下層距離其最近的鎂原子也有3個，共6個，則Mg、B原子個數(shù)比為1∶2，化學(xué)式為MgB2，故B正確，C錯誤?！镜谌竭M行晶體有關(guān)計算】由投影圖可知，硼層中硼原子連接3個σ鍵，B原子價電子有3個，全部用于形成σ鍵，無孤電子對，價層電子對數(shù)為3＋0＝3，雜化類型為sp2，故A錯誤。Mg層內(nèi)存在金屬鍵，不存在離子鍵，故D錯誤。1．（2024·貴州卷）我國科學(xué)家首次合成了化合物[K(2，2，2-crypt)][K@Au12Sb20]。其陰離子[K@Au12Sb20]5-為全金屬富勒烯(結(jié)構(gòu)如圖)，具有與富勒烯C60相似的高對稱性。下列說法錯誤的是A．富勒烯C60是分子晶體B．圖示中的K+位于Au形成的二十面體籠內(nèi)C．全金屬富勒烯和富勒烯C60互為同素異形體D．銻(Sb)位于第五周期第ⅤA族，則其基態(tài)原子價層電子排布式是5s25p32．（2024·甘肅卷）晶體中，多個晶胞無隙并置而成的結(jié)構(gòu)如圖甲所示，其中部分結(jié)構(gòu)顯示為圖乙，下列說法錯誤的是A．電負性： B．單質(zhì)是金屬晶體C．晶體中存在范德華力 D．離子的配位數(shù)為31．（2024·湖北卷）黃金按質(zhì)量分數(shù)分級，純金為。合金的三種晶胞結(jié)構(gòu)如圖，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列說法錯誤的是A．I為金B(yǎng)．Ⅱ中的配位數(shù)是12C．Ⅲ中最小核間距D．I、Ⅱ、Ⅲ中，與原子個數(shù)比依次為、、2．（2024·黑吉遼卷）某鋰離子電池電極材料結(jié)構(gòu)如圖。結(jié)構(gòu)1是鈷硫化物晶胞的一部分，可代表其組成和結(jié)構(gòu)；晶胞2是充電后的晶胞結(jié)構(gòu)；所有晶胞均為立方晶胞。下列說法錯誤的是A．結(jié)構(gòu)1鈷硫化物的化學(xué)式為B．晶胞2中S與S的最短距離為當(dāng)C．晶胞2中距最近的S有4個D．晶胞2和晶胞3表示同一晶體3．常用于制備磁芯、磁盤和傳感器等，它的晶胞(如圖)為等軸晶系。下列敘述錯誤的是已知：晶胞參數(shù)為，為阿伏加德羅常數(shù)的值。A．的分數(shù)坐標(biāo)為B．氧離子構(gòu)成正八面體形C．和之間的距離為D．晶體密度為4．下圖是氮化鎵的一種晶體結(jié)構(gòu)，表示阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法正確的是A．每個原子周圍距離最近的原子數(shù)目為4B．氮化鎵分子式為C．a(chǎn)、b原子坐標(biāo)參數(shù)依次為、、則c原子坐標(biāo)參數(shù)為D．已知該晶體密度為，則鎵氮原子間最短距離為5．鑭鎳合金是一種儲氫材料，其晶胞可認為由兩種結(jié)構(gòu)不同的層交替堆積而成，如下圖所示。已知該合金的密度為，該合金的晶胞中最多可容納9個氫原子。下列敘述錯誤的是A．基態(tài)Ni原子的價電子排布式為B．該合金的化學(xué)式為C．假定吸氫后體積不變，則合金中氫的最大密度為D．設(shè)A處La的原子坐標(biāo)為，則晶胞底面上Ni的原子坐標(biāo)為或6．砷化鎵是重要的半導(dǎo)體材料，用于制作微波集成電路、紅外線發(fā)光二極管等元件，砷化鎵立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為apm。下列說法正確的是()A．每個Ga周圍距離最近的Ga原子個數(shù)為8B．Ga原子與As原子的最短距離為eq\f(\r(3),2)apmC．該晶胞的質(zhì)量為eq\f(580,NA)g(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)D．一個晶胞中含有4個As原子和14個Ga原子7．超導(dǎo)現(xiàn)象一直吸引著廣大科學(xué)家的關(guān)注。某超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)屬于四方晶系，其晶胞如圖所示。下列說法錯誤的是()A．第一電離能：I1(Cu)>I1(Ba)B．與Ba2＋等距且最近的Cu2＋有12個C．該超導(dǎo)材料的化學(xué)式為HgBa2CuO4D．該晶體的密度為eq\f(6.02×1032,a2cNA)g·cm－38．砷化鎵是一種新型半導(dǎo)體材料，應(yīng)用廣泛。圖甲為它的立方晶胞結(jié)構(gòu)，圖乙為該晶胞沿y軸的投影圖。該晶胞的邊長為dpm，在三維坐標(biāo)系中a、b兩點的原子坐標(biāo)分別為(0,1,0)，(1,0,1)。下列說法錯誤的是()A．As和Ga原子間的最近距離為eq\f(\r(2),2)dpmB．Ga原子的配位數(shù)為4C．c點的原子坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))D．As原子填充在Ga原子圍成的“正四面體空隙”中9．晶體世界豐富多彩、復(fù)雜多樣，各類晶體具有的不同結(jié)構(gòu)特點，決定著它們具有不同的性質(zhì)和用途。氫化鋁鈉(NaAlH4)是一種新型輕質(zhì)儲氫材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，為長方體。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法錯誤的是()A．AlHeq\o\al(－,4)中中心原子Al的雜化方式為sp3雜化B．NaAlH4晶體中，與AlHeq\o\al(－,4)緊鄰且等距的Na＋有4個C．NaAlH4晶體的密度為eq\f(1.08×1023,a3NA)g·cm－3D．若NaAlH4晶胞上下面心處的Na＋被Li＋取代，得到的晶體的化學(xué)式為Na3Li(AlH4)410．某晶體立方晶胞如圖所示。已知圖中微粒1的分數(shù)坐標(biāo)是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(1,2)，\f(1,2)))，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法正確的是()A．Ag＋周圍距離最近且相等的Neq\o\al(－,5)個數(shù)是6B．微粒2的分數(shù)坐標(biāo)是eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)，\f(1,4)，\f(3,4)))C．已知銀與銅位于同一族，銀元素位于元素周期表的d區(qū)D．若晶胞邊長為apm，則晶體密度為eq\f(178×4,NA×a×10－103)g·cm－311．XeF2晶體屬四方晶系，晶胞參數(shù)如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°。以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱為原子的分數(shù)坐標(biāo)，如A點原子的分數(shù)坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)，\f(1,2)，\f(1,2)))。已知Xe—F鍵長為rpm，下列說法不正確的是()A．該晶體的密度為eq\f(3.38×1032,a2cNA)g/cm3B．B點原子的分數(shù)坐標(biāo)為(0,0，r)C．晶胞中A、B間距離d＝eq\r(\f(1,2)a2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(c,2)－r))2)pmD．基態(tài)F原子的核外電子空間運動狀態(tài)有5種12．鑭La和H可以形成一系列晶體材料LaHn，在儲氫和超導(dǎo)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。LaHn屬于立方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖所示。高壓下，LaH2中的每個H結(jié)合4個H形成類似CH4的結(jié)構(gòu)，即得到晶體LaHx。下列說法錯誤的是()A．LaH2晶體中La的配位數(shù)為8B．晶體中H和