專題十五晶體類型與晶胞結(jié)構(gòu)分析與計算

1.了解晶體的類型，了解不同類型晶體中結(jié)構(gòu)微粒、微粒間作用力的區(qū)別。

2.了解分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

3.了解四種晶體類型熔點、沸點、溶解性等性質(zhì)的不同。

4.掌握切割法計算的一般方法，能根據(jù)晶胞中微粒的位置計算晶胞的化學式。

5.掌握晶體密度與晶胞參數(shù)計算的一般步驟。

日尋目科

考點一常見晶體類型及性質(zhì)

d----叫。一

尸⑥核心回扣

1.四種常見晶體類型的比較

型

分子晶體共價晶體金屬晶體離子晶體

比較

金屬陽離子、自由電

構(gòu)成微粒分子原子陰、陽離子

子

微粒間的相互作范德華力（英些含氧

共價鍵金屬鍵離子鹿

用力鍵）

硬度較小很大有的很大，有的很小較大

熔、沸點較低很高有的很高，有的很低較高

一般不溶于水，少數(shù)大多易溶于水

溶解性相似相溶難溶于一般溶劑

與水反應(yīng)等極性溶劑

晶體不導(dǎo)電，

一般不導(dǎo)電，溶于水一般不具有導(dǎo)電

導(dǎo)電、導(dǎo)熱性電和熱的良導(dǎo)體水溶液或熔融

后有的導(dǎo)電性，個別為半導(dǎo)體

態(tài)導(dǎo)電

2.離子晶體的晶格能

⑴定義

將Imol離子晶體完全氣化為氣態(tài)陰、陽離子所吸收的能量，單位：kJ.moF'c

(2)影響因素

①離子所帶的電荷數(shù)：離子所帶的電荷數(shù)越多，晶格能越大。

②離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。

③離子晶體的結(jié)構(gòu)類型。

(3)與離子晶體性質(zhì)的關(guān)系

品格能越大.形成的離子晶體越穩(wěn)定,且熔點越高.硬度越大。

3.常見晶體的結(jié)構(gòu)模型

(1)典型的分子晶體——干冰和冰

①干冰晶體中，每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有12個。

②冰晶體中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接，含1molH2O的冰中，最多可形成2moi氫鍵。

(2)典型的共價晶體——金剛石、二氧化硅

②金剛石和二氧化硅結(jié)構(gòu)特點分析比較

金剛石a.碳原子采取sp3雜化，鍵角為109。28,

b.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)，向空可伸展

形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

c.最小碳環(huán)由6個碳原子組成，每個碳原子被12個六元環(huán)共用

d.金剛石晶胞的每個頂點和面心均有1個C原子，晶胞內(nèi)部有4個C原子，內(nèi)部的

C在晶胞的體對角線的5處，每個金剛石晶胞中含有8個C原子

a.Si原于采取sp3雜化，正四面體內(nèi)O—Si—O鍵角為109。28'

b.每個Si原子與4個0原子形成4個共價鍵，Si原子位于正四面體的中心，0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0原子個數(shù)比為1:2

二氧

c.最小環(huán)上有12個原子，包括6個0原子和6個Si原子

化硅

d.lmolSiO2晶體中含Si—O數(shù)目為4NA

e.SiO2晶胞中有8個Si原子位于立方晶胞的頂點，有6個Si原子位于立方晶胞的

面心，還有4個Si原子與16個O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個硅氧四面體。每個SiO2

晶胞中含有8個Si原子和16個O原子

(3)典型的離子晶體——NaCkCsCLCaF2

OCa2*OF-

①Na。型：在晶體中，每個Na,同時吸引6個Cl，每個。同時吸引6個Na',配位數(shù)為6。每個晶胞含

4個Na+和4個

②CsQ型：在晶體中，每個C「吸引8個Cs+,每個Cs+吸引8個C「，配位數(shù)為8。

③CaFz型：在晶體中，每個Ca?+吸引8個F,每個F-吸引4個Ca?+,每個晶胞含4個Ca?+,8個F,

(4)過渡晶體與混合型晶體

①過渡晶體：純粹的分子晶體、共價晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它

們之間的過渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過渡晶體當作離子晶體來處理，把偏向共價晶體的過渡晶

體當作共價晶體來處理。

②混合型晶體

o

OM

O[MAL]

X警22

分子結(jié)構(gòu)[MA2L2]在晶胞中的位置

A.中心原子的配位數(shù)是4B.晶胞中配合物分子的數(shù)目為2

C.晶體中相鄰分子間存在范德華力D.該晶體屬于混合型晶體

【答案】D

3.12023?浙江選考第17題）（3）Si與P形成的某化合物晶體的晶胞如圖。該晶體類型是__________,該

4.12022?江蘇卷）下列說法正確的是

D.1VA族元素單質(zhì)的晶體類型相同

【答案】B

-----

'陸考向預(yù)測

【答案】C

C.二氧化硅晶體和硅晶體均為共價晶體，共同點為熔點高、硬度大，不同點是二氧化硅晶體不導(dǎo)電，硅晶

體是良好的半導(dǎo)體材料，c錯誤；

故選C。

2.（2023?山東荷澤??？既＃┫铝杏嘘P(guān)說法不正確的是

A.MgO的離子鍵的鍵能大于CaO的

D.DNA雙螺旋的兩個螺旋鏈通過氫鍵相互結(jié)合

【答案】B

D.DNA雙螺旋含有N、H原子，兩個螺旋鏈通過氫鍵相互結(jié)合，D正確；

故選B。

3.（2U23?湖北武漢?模擬預(yù)測）伸化鉉（GaAs）是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，熔點為1238C,用于制作太陽能電池的

材料，其結(jié)構(gòu)如圖所示，其中以原子I為原點，原子2的坐標為（1,I,Do下列有關(guān)說法中錯誤的是

A.原子3的坐標為（，，y,|）B.Ga的配位數(shù)為4

C.GaAs為共價晶體D.若將Ga換成AI,則晶胞參數(shù)將變小

【答案】A

B.根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，Ga的配位數(shù)為4,B正確：

C.GaAs的熔點為1238℃,硬度大，熔點高硬度大，故晶體類型為共價晶體，C正確；

D.Ga原子半徑比A1小，則若將Ga換成AL則晶胞參數(shù)將變小，D正確；

故逃A。

考點二晶胞模型與晶胞參數(shù)計算

d-----叫。一

V⑥核心回扣

一、晶胞模型與切割法計算

1.晶胞中微粒數(shù)的計算方法——切割法

（1）長方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算

如某個粒子為N個晶胞所共有，則該粒子有土屬于這個晶胞。中學中常見的晶胞為立方晶胞，立方晶胞中微

粒數(shù)的計算方法如圖L

（2）非長方體晶胞

在六棱柱（如圖2）中，頂角上的原子有/屬于此晶胞，面上的原子有3屬于此晶胞，因此六棱柱中鎂原子個數(shù)

為12x：+2x；=3,硼原子個數(shù)為6。

2.三種典型立方晶胞結(jié)構(gòu)

3.晶胞中微粒配位數(shù)的計算

一個粒子周圍最鄰近的粒子數(shù)稱為配位數(shù)，它反映了晶體中粒子排列的緊密程度。

（1）晶體中原子（或分子）的配位數(shù)

若晶體中的微粒為同種原子或同種分子，則某原子（或分子）的配位數(shù)指的是該原子（或分子）最接近且等距離

的原子（或分子）的數(shù)目，常見晶胞的配位數(shù)如下：

簡單立方：配位數(shù)為6面心立方：配位數(shù)為12體心立方：配位數(shù)為8

(2)離子晶體的配位數(shù)

指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數(shù)目。

以NaCl晶體為例

①找一個與其他粒子連接情況最清晰的粒子，如上圖中心的黑球(。一)。

②數(shù)一下與該粒子周圍距離最近的粒子數(shù)，如上圖標數(shù)字的面心白球(Na+)。確定Q的配位數(shù)為6,同樣方

法可確定Na+的配位數(shù)也為6。

二、晶胞參數(shù)計算

1.晶胞參數(shù)

晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示，包括晶胞的3組楂長如I)、c和3組棱相互間的夾角〃、人力

即品格特征參數(shù)，簡稱晶胞參數(shù)。

2.晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)計算

晶胞占有的微粒體積sc。,

(1)空間利用率=一砸而一X，00%

(2)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆枳中的幾組計算公式(設(shè)棱長為a)

①面對角線長=6。。

②體對角線長=小〃。

③體心立方堆積4r=小(7"為原子半徑)。

④面心立方堆積4r=y/2a(r為原子半徑)。

3.宏觀晶體密度與微觀晶胞參數(shù)的關(guān)系

三、原子分數(shù)坐標、投影圖

(一)晶胞原子分數(shù)坐標的確定

1.概念

以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標系可以表示晶胞中各原子的位置，稱作原子分數(shù)坐標,原子分數(shù)坐標參

數(shù)表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置。

2.原子分數(shù)坐標的確定方法

(1)依據(jù)已知原子的分數(shù)坐標確定坐標系取向。

(2)一般以坐標軸所在正方體的棱長為1個單位。

(3)從原子所在位置分別向X、六z軸作垂線，所得坐標軸上的截距即為該原子的分數(shù)坐標。

（二）晶胞投影圖

1.簡單立方模型投影圖

2.體心立方模型投影圖

3.面心立方模型投影圖

4.金剛石晶胞模型投影圖

5.沿體對角線投影（以體心立方和面心立方為例）

（1）體心立方堆積

（2）面心立方最密堆積

dI-----Q%。一

:贏真題演練

1.12023?遼寧卷第14題）晶體結(jié)構(gòu)的缺陷美與對稱美同樣受關(guān)注。某富鋰超離子導(dǎo)體的晶胞是“.方體（圖

1）,進行鎂離子取代及鹵素共摻雜后，可獲得高性能固體電解質(zhì)材料（圖2）。下列說法錯誤的是（）

【答案】C

【答案】C

3.（2023?湖南卷第II題）科學家合成了一種高溫超導(dǎo)材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該立方晶胞參數(shù)為叩n

阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。卜.列說法錯誤的是

A.晶體最簡化學式為KCaB6c6

B.晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有8個

C.晶胞中B和C原子構(gòu)成的多面體有12個面

【答案】C

4J2023?全國乙卷第35題）（3）一種硼鎂化合物具有超導(dǎo)性能，晶體結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，其晶體結(jié)構(gòu)、晶

胞沿c軸的投影圖如下所示，晶胞中含有個Mg。該物質(zhì)化學式為,BB最近距離為

【答案】C

【解析】A.由晶胞圖知，S的配位數(shù)是4,A錯誤；

故選C。

2.（2024?吉林?統(tǒng)考模擬預(yù)測）銀酸鐲電催化劑立方晶胞如圖所示，晶胞參數(shù)為a,具有催化活性的是Ni,

圖①和圖②是晶胞的不同切面。下列說法錯誤的是

【答案】C

【解析】A.具有催化活性的是Ni,圖②中沒有Ni原子，則催化活性：①故A正確；

C.由晶胞結(jié)構(gòu)可知，La在晶胞體心，O在晶胞的棱心，則La周圍緊鄰的O有12個，故C錯誤；

故選C。

3.（2024?廣西?統(tǒng)考模擬預(yù)測）某鎂銀合金儲氫后所得晶體的立方晶胞如圖1（為便于觀察，省略了2個圖2

的結(jié)構(gòu)），晶胞邊長為叩下列說法止確的是

C.晶胞中2個Ni之間的最近距離為apmD.鎂銀合金中Mg、Ni通過離子鍵結(jié)合

【答案】A

【解析】A.Ni位于頂點和面心，根據(jù)均攤法，Ni的個數(shù)為8x：+6x}=4,每個Ni原子周圍有6個H,因

此H有24個，Mg都在體內(nèi)，因此Mg有8個，晶體的化學式為MgzNiFk,A正確；

B.由圖像可知，Mg周圍距離最近且相等的Ni有4個，因此晶胞中與1個Mg配位的Ni有4個，B錯誤；

C.由圖像可知，晶胞中最近的2個N位于面的中心和頂點上，距離為面對角線的?半，即立apm,C錯

2

誤；

D.Mg、Ni均為金屬，合金中Mg、Ni通過金屬鍵結(jié)合，D錯誤；

故選Ao

【答案】D

【解析】A.16。、「0、18。是氧元素的不同原子，互為同位索?，不能互為同素異形體，故A錯誤；

C.C02分子結(jié)構(gòu)為O=C=O,CO2分子中。鍵和兀鍵數(shù)目比為2：2=1：1,故C錯誤；

D.如圖所示CU2O晶胞中，銅原子位于晶胞內(nèi)部，共有4個銅原子，氧原子位于晶胞中心和8個頂角，故

D止確；

故選D。

C.與K最鄰近的Sb原子數(shù)為4D.該晶胞的俯視圖為

【答案】D

C.由圖可知，1/8晶胞體心處K最鄰近的Sb原子數(shù)為4,C正確;

D.根據(jù)圖示推出晶胞頂點、面心、內(nèi)部存在K原子，該晶胞的俯視圖為

故選Do

A.Fe?+價電子排布式為3d6,未成對電子數(shù)是4

B.橄欖石中各元素第一電離能和電負性大小順序均為0>Si>Fe>Mg

C.硅的氯化物SiCL分子是非極性分子，Si的雜化方式是sp3

【答案】D

【解析】A.鐵元素的原子序數(shù)為26,基態(tài)亞鐵離子的價電子排布式為3d6,3d軌道中含有4個未成對電子,

故A正確；

B.金屬元素的第一電離能和電負性小于非金屬元素，同周期元素，從左到右第一電離能呈增大趨勢、電負

性依次增大，同主族元素，從上到下元素的第?電離能和電負性依次減小，則。元素的第?電離能和電負

性大于硅元素；元素的金屬性越強，第一電離能和電負性越小，則四種元素的第一電離能和電負性大小順

序均為0>Si>Fe>Mg,故B正確；

C.四氯化硅分子中硅原子的價層電子對數(shù)為4,孤對電子對數(shù)為(),則分子中硅原子的雜化方式是sp3雜化，

分子的空間構(gòu)型為結(jié)構(gòu)對稱的正四面體形，屬于非極性分子，故C正確；

故選D。

4.(2024.廣西?校聯(lián)考模擬預(yù)測)氧化鈾(CeO?)常用作玻璃工業(yè)添加劑，在其立方晶胞中摻雜Y2O3,丫3+占

據(jù)原來Ce，+的位置，可以得到更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)使得氧化鈾具有許多獨特的性質(zhì)和應(yīng)用。假

設(shè)CeO2晶胞邊長為叩m,下列說法錯誤的是

CeO2CeOM。

oCe4+或丫3+?或氧空位(無O二)

B.CeCh立方晶胞中飾離子的配位數(shù)為4

C.CeO2晶胞中氧離子填充在鈍離子構(gòu)成的四面體空隙中

2

D.若摻雜Y2O3后得到n(CeO2)：n(Y2O3)=0.8：0.1的晶體，則此晶體中O的空缺率為5%

【答案】B

B.由圖知，CeCh立方晶胞中Ce位于頂點和面心，O位于8個小立方體的體心，則鈉離于的配位數(shù)為8,

選項B錯誤：

C.結(jié)合選項B可知，CeCh晶胞中氧離子填充在催離子構(gòu)成的四面體空隙中，選項C正確；

故選B。

5.(2024?河北?校聯(lián)考一模)W、X、Y、Z是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素?，其中Z元素基態(tài)原子L

層電子數(shù)是電子層數(shù)的3倍。這四種元素組成的化合物(結(jié)構(gòu)如圖)可用于合成超分子聚合物。下列說法錯誤

的是

A.XZ2晶體屬于共價晶體B.元素W、X、Y都可以與Z形成多種化合物

C.電負性：Z>Y>X>WD.超分子具有自組裝和分子識別的特征

【答案】A

【分析】由z元素原子L層電子數(shù)是電子層數(shù)的3倍可知Z為0元素，再結(jié)合圖中結(jié)構(gòu)簡式，可知W、X、

Y分別為H、C、N元素。

【解析】A.CO?晶體屬于分子晶體，故A錯誤：

B.W、X、Y分別為H、C、N元素，能與0元素形成HzO、H2O2,CH4、C2H4,NH3、N2H4等多種化合

物，故B正確；

C.非金屬性越強其電負性越大，由非金屬性：0>N>C>H,電負性：0>N>C>H,故C正確；

D.超分子的兩大特性是具有自組裝和分子識別特征，故D正確；

故選Ao

6.（2024?山東?校聯(lián)考模擬預(yù)測）快離子導(dǎo)體是一類具有優(yōu)良導(dǎo)電能力的固體電解質(zhì)。圖l（Li3SBF。和圖2

是潛在的快離子導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)示意圖。溫度升高時，NaQ晶體出現(xiàn)缺陷，晶體的導(dǎo)電性增強。該晶體導(dǎo)

電時，③遷移的途徑有兩條：

途徑1：在平面內(nèi)擠過2、3號氯離子方間的狹縫（距離為x）訐移到空位。

途徑2：擠過由1、2、3號氯離子形成的三角形通道（如圖3,小圓的半徑為y）遷移到空位。

已知：氯化鈉晶胞參數(shù)a=564pm,r（Na+）=95pm,r（Cl）=IS5pm,0=1.4,G=1.7。

下列說法不正確的是

A.第二周期元素中第一電離能介于B和F之間的元素有4種

B.圖1所示晶體中，每個Li+與4個呈四面體結(jié)構(gòu)的離子相鄰

C.氯化鈉晶體中，Na+填充在氯離子形成的正八面體空隙中

D.溫度升高時，NaQ晶體出現(xiàn)㈱陷，晶體的導(dǎo)電性增強，該晶體導(dǎo)電時，③遷移的途徑可能性更大的是

途徑1

【答案】D

【解析】A.第二周期元素第一電離能從左向右呈增大趨勢，由于Be的2s軌道全滿，N的2P軌道半滿，

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成Be和N比同周期相鄰元素的第一電離能高，因此第一電離能介于B和F之間的有Be、C、

N、O共4種，A正確；

B.由圖1所示晶體結(jié)構(gòu)可知，Li+位于棱心，正四面體結(jié)構(gòu)的離子在體心，則每個Li+與4個呈四面體結(jié)構(gòu)

的離子相鄰，B正確：

C.：NaQ晶胞中Na+周圍有3個C1,則在NaCl晶體中，Na+周圍等距離最近有6個C1,6個C1構(gòu)成正

8

八面體結(jié)構(gòu)，即Na+填充在C1堆積而成的八面體空隙中，C正詢；

故選D。

7.（2024.廣西北海.統(tǒng)考一模）某銅的氯化物常作工業(yè)催化劑，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞中C、D兩原子

核間距為298Pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為N-則下列說法正確的是

A.Cu的+2價比+1價穩(wěn)定，是因為最外層電子達到半充滿結(jié)構(gòu)

C.晶胞中Cu位于CI形成的四面體空隙

D.Cu與CI的核間距為棱長的巫倍

【答案】C

【解析】A.Cu的+1價最外層電子達到全充滿結(jié)構(gòu)（34。），所以+1價穩(wěn)定，故A錯誤；

C.根據(jù)晶胞圖可知，1個Cu與4個C1相連，因此Cu位于。形成的四面體空隙，故C正確;

D.把立方體分為8個小立方體，Cu位于小立方體的體心，Cu與。的核間距為體對角線的一般，即為棱

長的正倍，故D錯誤；

4

故詵C。

8.（2023?吉林長春?東北師大附中?？既＃┑懙木ОY(jié)構(gòu)如圖所示，A點分數(shù)坐標為（0,0,0）。氮化

銘的晶體密度為dg/cnR摩爾質(zhì)量為Mg/mol,晶胞參數(shù)為anm,NA代表阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法

正確的是

B.Cr原子位于N原子構(gòu)成的四面體空隙中

C.距離Cr原子最近的Cr原子有8個

【答案】D

【解析】A.已知Cr是24號元素，根據(jù)洪特規(guī)則及特例可知，基態(tài)銘原子價層電子排布式為3d54slA錯

誤；

B.由題干晶胞示意圖可知，Cr原子位于N原子構(gòu)成的八面體空隙中，B錯誤；

C.由題干晶胞示意圖可知，距離體心的Cr原子最近的Cr原子位于棱心，共有12個，C錯誤；

故選D。

9.（2023.河北邯鄲?統(tǒng)考一模）設(shè)以為阿伏加德羅常數(shù)的值。工業(yè)上用接觸法制備硫酸的微流程如圖：

下列敘述正確的是

A.SO?和O］生成SO,的反應(yīng)是嫡增反應(yīng)

D.上述工藝中使用足量的氧氣可以將硫全部轉(zhuǎn)化成硫酸

【答案】C

故選C。

C.晶胞中B和C原子構(gòu)成的多面體有14個面

【答案】B

C.晶胞中B和C原子構(gòu)成的多面體，同一個面上的B和C原子構(gòu)成的面總共有6個，晶胞每個頂點對應(yīng)

1個B和C原子構(gòu)成的面，總共有8面，合起來6+8=14,故C正確；

答案B。

下列說法正確的是

【答案】D

故選D。

B

cpm

aC>

apm

Xapm

C.晶胞中四面體空隙的占有率為50%

【答案】D

故選D。

13.（2023?北京海淀??？既＃┾佀徕}是典型的鈣鈦礦型化合物，該類化合物具有特殊的理化性質(zhì)，比如

吸光性、電催化性等，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是

A.基態(tài)鈦原子價電子排布式為4523d2

B.鈦酸鈣的化學式為CaTiCh

C.每個晶胞中含有8個Ca2+

D.每個Ca2+周圍距離最近且等距的有12個

【答案】D

【解析】A.Ti為22號元素，其核外電子排布式為：Is22s22P63s23P63d24s2,可見其價層電子排布式為3d24s2,

A錯誤；

D.由晶胞結(jié)構(gòu)可知，以頂點為研究對象，在1個晶胞中Ca2+周圍距離最近且等距的O?有3個，該頂點被

8個晶胞共用，則每個Ca2+周圍距離最近且等距的02有二3x8x三二12個，D正確；

2

故選D。

14.（2023?湖南長沙?聯(lián)考模擬預(yù)測）科學家合成了一種高溫超導(dǎo)材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯

誤的是

A.晶體最簡化學式為KCaB6c6

B.該晶體屬于分子晶體

C.晶體中與Ca最近且等距離的B有12個

D.晶體中C原子的雜化類型為sp3

【答案】B

【解析】A.根據(jù)“均攤法”，該晶胞中含K（位于頂點）：8x）=1、Ca（位于體心）：1、B（位于面上）：12x

O

3=6、C（位于面上）：12xg=6,則晶體最簡化學式為KCaBeG,A項正確；

B.該晶體是一種高溫超導(dǎo)材料，該晶體不可能屬于分子晶體，B項錯誤；

C.由晶胞結(jié)構(gòu)可知，Ca位于體心，B