【基礎(chǔ)知識】晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

考點六常見晶體類型

【知識清單】

一、金屬晶體

1、三維堆積方式

2、電子氣理論

金屬原子脫落下來的魚虹形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一

起。

電子氣理論示意任

3、金屬通性（用電子氣理論解釋）

通性解釋

導(dǎo)電性通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運動是皿的，但在外加電場的作用下會定向移動形成電流。

導(dǎo)熱性金屬受熱時，自由電子與金屬離子（金屬原子）的碰撞頻率增加，自由電子把能量傳給金屬

離子（或金屬原子）從而把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低得區(qū)域。

延展性由于金屬鍵沒有方向性，在外力作用下，金屬原子之間發(fā)生相對滑動以后，各層金屬原子仍

可保持這種相互作用，發(fā)生形變也不易斷裂。

有金屬當(dāng)光線投射到金屬表面時，自由電子吸收可見光，然后又把各種波長的光大部分再反射出來，

光澤使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時，金屬原子的取向雜亂，排

列不規(guī)則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。

思考1:為什么合金的硬度比純金屬大？

解析：純金屬內(nèi)原子排列十分規(guī)整，當(dāng)向金屬晶體中摻入不同的金屬或非金屬原子，合金原子層之間相對

滑動變得困難。

思考2：為什么加熱后金屬電阻變大？

解析：加熱后金屬原子熱運動加快，對自由電子的移動造成阻礙，故電阻變大。

一、離子晶體

常見晶體類型

晶體類型考點

①在晶體中，每個Na卡同時吸引①個Q，每個。

同時吸引魚個Na"配位數(shù)為

NaCl晶胞②每個晶胞含2個Na1和生個C「。

①在晶體中，每個C「吸引左個Cs+,每個Cs.吸引日

個C「配位數(shù)為芭。

CsCl晶胞

②每個晶胞中實際擁有的Cs+有1_個，C「有L個。

①在晶體中，每個Ca2+吸引區(qū)個F,每個F-吸引

4個Ca2+o

CaF2晶胞②每個晶胞含生個Ca2+,工個FU

OCa2*OF-

①每個Z/+周圍距離最近的S2一有生個，每個S2一周

圍距離最近的Zi?+有生個。

ZnS晶胞

②每個晶胞中實際擁有的Z/+有生個，S?一有生個。

例、如圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCI晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)

圖是（）

A,圖①和圖③B.圖②和圖③

C.圖①和圖④D.只有圖④

【答案】C

三、分子晶體

1、分子常見堆積方式

分子間作用力堆積方式實例

范德華力采用密堆積，每個分子周圍有旦個緊鄰的分子

如干冰、12、02

范德華力、氫鍵采用非密堆根，每個分子周圍緊鄰的分子少于個

12如HF、NH3>冰

2、常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體類型晶胞模型考點

①冰晶體中，氫鍵有方向性，它的存在迫使每

冰的結(jié)構(gòu)G/A.個水分子與四面體頂角方向的一個相鄰水分

模型子相互吸引。

爭。

（分子非2-J②1molH2O的冰中，最多可形成2mol氫鍵。

密堆積形午③氫鍵H-O-H較長,分子間距離增大并在水分

式）子中間留有空隙，所以固態(tài)水的密度比液態(tài)水

*的*融化.》子同的金工??卜

的小。

干冰的晶①每個晶胞中有支個CO2分子，個原子。

胞②干冰晶體中，每個CO2分子周圍等距且緊鄰

（分子密的CO2分子有旦個。

堆積形:

式）

例、C60晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是（）

A、該晶體熔化時需克服共價鍵B、晶體中1個Coo分子有12個緊鄰的Cg分子，屬于分子密堆積類型

C、1個晶胞中含有8個C60分子D、晶體中C60分子間以范德華力結(jié)合，故C60分子的熱穩(wěn)定性較差

【答案】B

四、共價晶體

（1）金剛石

①碳原子采取冠雜化，鍵角為109。28',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)，碳的配位數(shù)為4。

②金剛石晶胞的每個頂點和面心均有1個C原子,晶胞內(nèi)部有生個C原子，內(nèi)部的C在晶胞的體對角線的

；處，每個金剛石晶胞中含有也個C原子。

③最小碳環(huán)由色個碳原子組成，每個碳原子被12_個六元環(huán)共用。六元環(huán)中最多有生個碳原子在同一平面。

晶體中每個碳原子數(shù)FI與C-C數(shù)目之比為上2。

（2）二氧化硅晶體。

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英（a-SiO*。低溫石英的結(jié)

構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。

①Si原子采取sp3雜化，正四面體內(nèi)o—Si—0鍵角為|（）9。28、

②每個Si原子與生個O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O原子個數(shù)比為山，硅的配位數(shù)4,氧的配

位數(shù)2。

③最小環(huán)上有"個原子，包括色個O原子和0個Si原子。

?1molSiO2晶體中含Si—O數(shù)H為4NA。

@SiO2晶胞中有&個Si原子位于立方晶胞的頂點，有9個Si原子位于立方晶胞的面心，還有生個Si原子

與坨個O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有區(qū)個Si原子和坨個O原子。

（3）碳化硅晶體

?COSi

①碳、硅原子都采取sp3雜化，Si—C—Si鍵角為109。28\

②每個硅（碳）原子與周圍緊鄰的生個碳（硅）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)。硅或碳的配位數(shù)為4。

③最小碳環(huán)由0個原子組成且不在同一平面內(nèi)，其中包括工個C原子和上個Si原子。

④每個SiC晶胞中含有生個C原子和生個Si原子。

例、碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng),

其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。（C:12,Si:28,N:I4,B:ll）

ONoB

立方飆化硼

請回答下列問題：

（1）碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為，每個硅原子周圍與其距離最近的碳原子有個；設(shè)

晶胞邊長為acm,密度為〃gpm”,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為（用含“、〃的式了表示）。

（2）立方氮化硼晶胞中有個硼原子，個氮原子，硼原子的雜化類型為,若晶胞的

邊長為acm,則立方氮化硼的密度表達式為gpnT"設(shè)心為阿加德羅常數(shù)）。

【答案】⑴sp34果（2）44sp3黑

五、過渡晶體與混合型晶體

1、概念

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(dāng)作離子晶體來處理，把偏向共價晶體的過渡晶

體當(dāng)作共價晶體來處理。

②混合型晶體：像石墨，既有共價鍵又有范德華力，同時存在類似金屬健的作用力，兼具有共價晶體、分

子晶體、金屬晶體的特征的晶體。

2、典型混合型晶體結(jié)構(gòu)分析一石墨晶體

①石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu),層與層之間是以范德華力相結(jié)合，同層內(nèi)碳原子之間以共價鍵結(jié)合成平面網(wǎng)狀。

層內(nèi)碳原子核間距為142pm,層間距為335pm。

②每?層碳原子排列成正六邊形，則每個碳原子采用冠雜化，形成正六邊形。

③所有p軌道相互平行且相互重疊，形成離域大兀鍵，使p軌道中的電子可在事個碳原子平面中運動，而

電子不能從一個平面跳躍到另一個平面，所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面的方向。

④石墨晶體中每個正六邊形含有的C原子數(shù)為2,含有的C-C鍵數(shù)為3。

例、氮化硼（BN）晶體有多種結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作

高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。

（1）關(guān)于這兩種晶體的說法,正確的是（埴序號）c

A.立方相氮化硼含有。鍵和兀鍵，所以硬度大

B.六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟

C.兩種晶體中B-N鍵均為共價鍵

D.兩種晶體均為分子晶體

（2）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為，其結(jié)構(gòu)與石墨

相似卻不導(dǎo)電，原因是o

<3）立方相氮化硼晶體，硼原子的雜化軌道類型為。該晶體的天然礦物在育藏高原地下

約300km在古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要

的條件應(yīng)是1

（4）NH4BF4（氟硼酸鏤）是合成氮化硼納米管的原料之一。1molNHjBF4含有mol配位鍵。

【答案】（DBC（2）平面三角形層狀結(jié)構(gòu)中沒有自由移動的電子（3）sp3高溫高壓（4）2

【概念辨析】

1、分子晶體小導(dǎo)電，溶于水后也都小導(dǎo)電（）

2、第三周期主族元素從左到右，最高價氧化物中離子鍵的百分?jǐn)?shù)逐漸增大（）

3、大多數(shù)晶體是過渡晶體（）

4、共價晶體的熔點一定比離子晶體的高（）

5、金屬導(dǎo)電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子（）

6、金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光（）

7、過渡晶體是指某些物質(zhì)的晶體通過改變條件，轉(zhuǎn)化為另一種晶體（）

8、NazO是純粹的離子晶體，SiCh純粹的共價晶體（）

9、自由電子屬于整塊金屬（）

10、金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)（）

11、有陽離子的晶體一定有陰離子（）

12、金屬晶體與共價晶體一樣，是一種“巨分子”（）

13、金屬陽離子與自由電子之間的強烈的相互作用，在一定外力作用下，不會因形變而消失（）

14、溫度越高，自由電子的運動速率越快，金屬的導(dǎo)電性越強（）

15、具有共價鍵的晶體叫共價晶體（）

16、金屬一般具有金屬光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵無關(guān)（）

17、晶格能由大到?。篘aF<NaCKNaBr<NaI（）

18、高硬度、高熔點是許多有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的共價晶體的特性（）

19、固態(tài)和熔融時易導(dǎo)電，熔點在1000C左右的晶體可能是金屬晶體（）

2（）、因金屬性K>Na,故金屬鉀的熔點高于金屬鈉（）

21、金屬（除汞外）在常溫下都是晶體，稱其為金屬晶體（）

【答案】1.x2.x3J4.x5.x6.x7.x8.x9.V11.x12J13.414.x15.x16.x

17.x18.V19.V20,x21H

【跟蹤練習(xí)】

1、（2023?北京卷）中國科學(xué)家首次成功制得大面積單晶石墨缺，是碳材料科學(xué)的一大進步。

下列關(guān)于金剛石、石墨、石墨煥的說法正確的是（）

A.三種物質(zhì)中均有碳碳原子間的。鍵B.三種物質(zhì)中的碳原子都是SP‘雜化

C.三種物質(zhì)的晶體類型相同D.三種物質(zhì)均能導(dǎo)電

【答案】A

【解析】A.原子間優(yōu)先形成。鍵，三種物質(zhì)中均存在。鍵，A項正確;

B.金剛石中所有碳原子均采用SP,雜化，石墨中所有碳原子均采用sp?雜化，石墨塊中苯環(huán)上的碳原子采用

sp’雜化，碳碳三鍵上的碳原子采用sp雜化，B項錯誤；

C.金剛石為共價晶體，石墨塊為分子晶體，石墨為混合晶體，C項錯誤；

D.金剛石中沒有自由移動電子，不能導(dǎo)電，D項錯誤。

2、（2021?遼寧1月適應(yīng)性測試，61我國科學(xué)家合成了富集"B的非碳導(dǎo)熱材料立方氮化硼晶體，晶胞結(jié)構(gòu)如

圖。下列說法正確的是（）

A."BN和i（）BN的性質(zhì)無差異B.該晶體具有良好的導(dǎo)電性

C.該晶胞中含有14個B原子，4個N原子D.N原子周圍等距且最近的N原子數(shù)為12

【答案】D

【解析】和互為同位素，形成的化合物在化學(xué)性質(zhì)上無差異，但其物理性質(zhì)不同，A錯誤；該晶

體結(jié)構(gòu)中無自由移動的電子，不具有導(dǎo)電性，B錯誤；由圖可知，該晶胞含4個N原子，B原子位于晶胞

的頂角和面心，故B原子的數(shù)量為8x1+6x1=4,C錯誤；由晶胞示意圖，1個N原子與4個B原子成鍵，

oZ

1個B原子可以和3個N原子成鍵，這些N原子距中心N原子等距離且最近，總數(shù)為12,D正確。

3、（2021?遼寧，7）單質(zhì)硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導(dǎo)材料，其晶胞如圖。下列說法錯誤的是

（）

OS

oH

A.S位于元素周期表p區(qū)B.該物質(zhì)的化學(xué)式為H.6

C.S位于H構(gòu)成的八面體空隙中D.該晶體屬于分子晶體

【答案】D

【解析】S位于H構(gòu)成的八面體空隙中，如圖C正確。該晶體為新型超導(dǎo)材料，說明由陰陽

離子構(gòu)成，是離子晶體，D錯誤。

4、銳的某種氧化物的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為〃pm。下列說法錯誤的是（）（V:51O:I6）

A.該帆的氧化物的化學(xué)式為VO2B.V原子在該晶體中的堆積方式為體心立方

2x51+16x2

C.V原子的配位數(shù)與0原子的配位數(shù)之比為I：2D.該晶胞的密度為二|1103x6（）2x1（）23

【答案】C

【解析】晶胞中V原子位于頂角和體心，數(shù)目為1+8X：=2;O原子位于上下面上和體內(nèi)，數(shù)目為2+4X；

=4,二者原子數(shù)目之比為1：2,故氧化物的化學(xué)式為VO2,故A正確；晶胞V原子位于頂角和體心，符

合體心立方的堆積方式，故B正確；體心V原子的配位數(shù)為6,O原子的配位數(shù)為3,所以V原子的配位

2x514-4x16m

數(shù)與O原子的配位數(shù)之比為2：1,故C錯誤：----1-------g,V=aypm3=（axl0l0）3cm3,〃=歹=

2x51+16x2…

axl0—103x6.02xl0^g<m-,故D正確。

5、金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì)，下列說法正確的是（）

A.金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個碳原子

B.在金剛石中每個C原子連接4個六元環(huán)，石墨中每個C原子連接3個六元環(huán)

C.金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp?

D.金剛石中碳原子數(shù)與C-C數(shù)之比為1:4,而石墨中碳原子數(shù)與C-C數(shù)之比為1:3

【答案】A

【解析】金剛石中每個C原子連接12個六元環(huán)，石墨中每個C原子連接3個六元環(huán)，B項錯誤；金剛

石中或原子采取sp3雜化，而石墨中碳原子采取sp2雜化，c項錯誤；金剛石中每個碳原子與周圍其他4個

碳原子形成共價鍵，而每個共價鍵為2個碳原子所共有，則每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為4x；=2,故

碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1：2;石墨晶體中每個碳原子與周圍其他3個碳原子形成共價鍵，同樣可求得

每個碳原子平均形成的共價鍵數(shù)為3x；=1.5,故碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為2：3,D項錯誤。

6、如圖是金屬晶體內(nèi)部的電子氣理論示意圖。電子氣理論可以用來解釋金屬的性質(zhì)，其中正確的是（）

A.金屬能導(dǎo)電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動

B.金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)

C.金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，但自由電子可以起到潤滑

劑的作用，使金屬不會斷裂

D.合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，使電子數(shù)目增多，所以合金的延展性比純金屬強，

硬度比純金屬小

【答案】C

【解析】金屬能導(dǎo)電是因為自由電子在外加電場作用下定向移動，A錯誤；自由電子在熱的作用下與金

屬旭離子發(fā)生碰撞，實現(xiàn)熱的傳導(dǎo)，B錯誤；在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，而自

由電子與金屬陽離子之間的電性作用仍然存在，使得金屬不會斷裂，C正確；合金與觸金屬相比，由于增

加了不同的金屬或非金屬，相當(dāng)于填補了金屬陽離子之間的空隙，所以一般情況下合金的延展性比純金屬

弱，硬度比Q金屬大，D錯誤。

7、碳化硅（SiC）晶體具有多種結(jié)構(gòu)，其中?種晶體的晶胞（如圖所示）與金剛石的類似。下列判斷正確的是

)

A.該晶體屬于分子晶體

B.該晶體中存在極性神和非極性鍵

C.該晶體中Si的化合價為一4

D.該晶體中C的雜化類型為sp'

【答案】D

【解析】與金剛石類似，該晶體屬于共價晶體，A錯誤；根據(jù)該晶體的晶胞結(jié)構(gòu)圖可知，該晶體只存在

Si-C極性共價鍵，B錯誤；Si—C中，C的電負(fù)性更強，共用電子對偏向C原子，所以Si的化合價為+4,

C錯誤；每個C原子與4個Si原子形成4個。鍵，C原子沒有孤電子對，所以C的雜化類型為sp3,D正

確。

8、有關(guān)晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法不正確的是（)

由E原子和F原子構(gòu)成

0Na*ocrCaF2晶體(oCa2*op-)冰的結(jié)構(gòu)模型的氣態(tài)⑷籍分了?模型

A.在NaQ晶體中，距CT最近的Na+形成正八面體

B.在CaF2晶體中，每個晶胞平均含有4個Ca?+

C.冰晶體中每個水分子與另外四個水分子形成四面體結(jié)構(gòu)

D.該氣態(tài)團簇分子的分子式為EF

【答案】D

【解析】氟化鈣晶胞中，Ca?+位于頂點和面心，數(shù)目為8X1+6X[=4,故B正確；氣態(tài)團凌分子不同于

晶胞，氣態(tài)團援分子中含有4個E原子、4個F原子，則分子式為E4F4或F4E4,故D錯誤。

9、鐵有3、y、a三種晶體結(jié)構(gòu)，以卜.依次是6、丫、a三種晶體的晶胞在不同溫度下轉(zhuǎn)化的示意圖。下列有

關(guān)說法不正確的是（）

1394七、912七、

8-Fe、y-Fe、4a-Fe

（體心立方）（面心立方）（體心立方）

A.每個6-Fe晶體中有2個鐵原子B.y-Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個

C.每個y-Fe晶胞中含有14個鐵原子

D.將鐵加熱到1500°C分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不相同

【答案】C

【解析】根據(jù)切割法，一個6?Fe晶胞中含有鐵原子個數(shù)為;x8+l=2,A正確；y?Fe位于頂角的Fe原子，

被晶胞的三個平面共有，每個平面上有四個鐵原子與頂角處鐵原子距離最短，則共有3x4=12個，B正確；

根據(jù)切割法，一個？?Fe晶胞含有鐵原子個數(shù)為：x8+；x6=4,C錯誤；依據(jù)得到晶體的條件可知，在急速

OL

冷卻時（立即降溫到912C）得到a-Fe,緩慢冷卻時（緩慢冷卻到1394c）得到y(tǒng)?Fe,兩種晶體類型不同，D

正確。

1。、根在氧氣中燃燒時得到一種鐵的氧化物晶體，其結(jié)構(gòu)如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是（）

A.該晶體屬于分子晶體B.晶體的化學(xué)式為BazCh

C.該晶體晶胞結(jié)構(gòu)與CsCI相似D.與Ba?+距離相等且最近的Ba?+共有12個

【答案】D

【解析】該晶胞是由金屬陽離子領(lǐng)離子和陰離子過氧根離子構(gòu)成的，屬于離子晶體，A錯誤；該晶胞中

B/+個數(shù)為8x1+6x1=4,O1個數(shù)為l+12x；=4,則領(lǐng)離子和過氧根離子個數(shù)之比為1：1,其化學(xué)式為

BaO2,B錯誤；該晶胞中鎖離子配位數(shù)是6,過氧根離子配位數(shù)是6,氯化史晶體中離子配位數(shù)是8,C錯

誤。

11、石英晶體的平面示意圖如圖，它實際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(可以看作是晶體硅中的每個Si—Si中插入一

個0),其中硅、氧原子數(shù)比是，〃：〃，下列有關(guān)敘述正確的是()

III

—Si—O—Si—O—Si—

III

ooo

III

—Si—O—Si—O—Si—

III

000

III

—Si—O—Si—O—Si—

III

A.m:n=2*1

B.6g該晶體中含有個分子

()

I

[()—Si—()LT

I

C.原硅酸根離子(SiOr)的結(jié)構(gòu)為O,則二聚原硅稷根離子Si20『中的X=7

D.石英晶體中由硅、氧原子構(gòu)成的最小的環(huán)上含有的Si、O原子個數(shù)和為8

【答案】C

【解析】每個Si原子占有O原子個數(shù)為4x1=2;該晶體是共價晶體，不存在分子：原硅酸dHUSiCh)的結(jié)

OHOHOH

III

H(>-Si-()HH(>-St-(>-St—OH

構(gòu)可表示為1)H,兩個原硅酸分子可發(fā)生分子間脫水生成二聚原硅酸：1)HOH,二聚原硅酸

電離出6個H+后，形成帶6個負(fù)電荷的二聚原硅酸根離子；在SiO2晶體中，由Si、O構(gòu)成的酸小單元環(huán)

中共有12個原子。

12、如圖是其晶胞結(jié)構(gòu)模型，下列說法正確的是(