1、【 精品教育资源文库 】 第三节 晶体结构与性质 考纲定位 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。 3.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。 4.了解晶体类型，了解不同类型晶体中结构微粒及微粒间作用力的区别。 5.了解晶胞概念，能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。 6.了解晶格能的概念及其对离子晶体性质的影响。 7.了解分子晶体结构与性质关系。 考点 1| 晶体与晶胞 (对应学生用书第 242页 ) 考纲知识整合 1晶体与非晶体 (1)晶
2、体与非晶体比较 晶体 非晶体 结构特征 结构微粒在三维空间里呈周期性 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 无各向异性 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)获得晶体的途径 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。 2晶胞 (1)概念：描述晶体结构的 基本单元 。 (2)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。 (3)一般形状为平行六面体。 (4)晶胞中粒子数目的计算 均摊
3、法 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【 精品教育资源文库 】 的份额就是 1n。 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：如三棱柱 示例 CaF2的晶胞如下图所示。该晶胞含 Ca2 4个 ， F 8个。 高考命题点突破 命题点 1 晶体的性质 1如图 是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是 ( ) A两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体 【 精品教育资源文库 】 B 形成的固体物理性质有各向异性 C 形成的固体一定有固定的熔、沸点 D二者的 X射线图谱是相同的 B 会自动形成规则
4、几何外形的晶体，具有各向异性， X 射线图谱有明锐的谱线。 不会形成晶体。 2 (2014 全国 卷，节选 )准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过 _ 方法区分晶体、准晶体和非晶体。 【解析】 晶体是内部质点 (原子、分子或离子 )在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过 X射线衍射的方法进行区分，晶体能使 X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。 【答案】 X射线衍射 命题点 2 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断 3如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞： 试写出： (1)甲晶体化学式 (X为阳离子 )为 _。 (2)
5、乙晶体中 A、 B、 C三种微粒的个数比是 _。 (3)丙晶体中每个 D周围结合 E的个数是 _。 (4)乙晶体中每个 A周围结合 B的个数为 _。 【答案】 (1)X2Y (2)1 3 1 (3)8 (4)12 4 Zn与 S所形成化合物晶体的晶胞如右图所示。 (1)在 1个晶胞中， Zn2 的数目为 _。 (2)该化合物的化学式为 _。 【解析】 (1)从晶胞图分析，含有 Zn2 为 8 18 6 12 4。 (2)S为 4个，所以化合物中 Zn与 S数目之比为 1 1，则化学式为 ZnS。 【答案】 (1)4 (2)ZnS 5 Cu元素与 H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图
6、所示。则该化合物的化学式为 _。 【 精品教育资源文库 】 【解析】 Cu个数： 12 16 2 12 3 6， H个数： 6 13 4 6。 【答案】 CuH 易错防范 均摊法计算应注意的问题 在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所 共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被 6、 3、 4、 2个晶胞所共有。 命题点 3 晶体密度及粒子间距的计算 6 (2017 全国卷组合 )(1)(卷 ) KIO3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 0.446 nm，晶胞中 K、 I
7、、 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 _。 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)(卷 )(N 5)6(H3O)3(NH4)4Cl的晶体密度为 d gcm 3，其立方晶胞参数为 a nm，晶胞中含有 y 个 (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl单元，该单元的相对质量为 M，则 y 的计算表达式为_ _。 【解析】 (1)K 与 O 间的最短距离为 22 a 22 0.446 nm0.315 nm ；由于 K、 O 分别位于晶胞的顶角和面心，所以与 K紧
8、邻的 O原子为 12个。 根据 KIO3的化学式及晶胞结构可画出 KIO3的另一种晶胞结构，如下图，可看出 K处于体心， O处于棱心。 【 精品教育资源文库 】 (2)晶胞的质量为 d g/cm3( a10 7 cm)3 a3d10 21 g， NA个该单元的质量为 M g，则a3d10 21 gy MNA，故 y602a3dM ?或 a3dNAM 10 21 。 【答案】 (1)0.315 12 体心 棱心 (2)602a3dM ?或 a3dNAM 10 21 7 (2016 全国 卷，节选 )GaAs的熔点为 1 238 ，密度为 gcm 3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为 _， G
9、a与 As 以 _键键合。 Ga和 As的摩尔质量分别为 MGagm ol 1和 MAs gmol 1，原子半径分别为 rGa 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 _。 【解析】 GaAs的熔点为 1 238 ，其熔点较高，据此推知 GaAs为原子晶体， Ga与 As原子之间以共价键键合。分析 GaAs的晶胞结构， 4个 Ga原子处于晶胞体内， 8个 As原子处于晶胞的顶点、 6个 As 原子处于晶胞的面心，结合 “ 均摊法 ” 计算可知，每个晶胞中含有 4个 Ga原子，含有 As原子个数为 81/8 61/2 4(个 )， Ga
10、和 As 的原子 半径分别为 rGa pm rGa10 10 cm， rAs pm rAs10 10 cm，则原子的总体积为 V 原子 4 43( rGa10 10cm)3 (rAs10 10 cm)3 163 10 30(r3Ga r3As)cm3。又知 Ga 和 As的摩尔质量分别为 MGa gmol 1和 MAs gmol 1，晶胞的密度为 gcm 3，则晶胞的体积为 V 晶胞 4(MGaMAs)/N A cm3，故 GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 V原子V晶胞100% 163 10 30 r3Ga r3As3MGa MAsN A cm3100% 【 精品教育资源文库
11、】 410 30 NA r3Ga r3AsMGa MAs 100% 。 【答案】 原子晶体 共价 410 30 NA r3Ga r3AsMGa MAs 100% 8 (2016 全国 卷，节选 )某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。 (1)晶胞中铜原子与镍原子的数量比为 _。 (2)若合金的密度为 d gcm 3，晶胞参数 a _nm。 【解析】 (1)由晶胞结构图可知， Ni 原子处于立方晶胞的顶点， Cu 原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有 Cu 原子的个数为 6 12 3，含有 Ni 原子的个数为 8 18 1，故晶胞中 Cu原子与 Ni原子的数量比为 31 。 (2)根
12、据 m V 可得， 1 mol 晶胞的质量为 (643 59)g a3 d gcm 3 NA，则 a?2516.0210 23 d13cm ?2516.0210 23 d13107 nm。 【答案】 (1)31 (2)? ?2516.0210 23 d 1310 7 或3 251NAd107 方法技巧 晶体结构的相关计算 晶胞计算公式 立方晶胞 a3N A nM a：棱长， ：密度， NA：阿伏加德罗常数的值， n： 1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量， M：组成的摩尔质量 。 金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式 设棱长为 a 面对角线长 2a。 体对角线长 3a。
13、体心立方堆积 4r 3a r为原子半径 。 面心立方堆积 4r 2)a r为原子半径 。 空间利用率 晶胞中微粒体积 晶胞体积 。 考点 2| 常见晶体模型的微观结构分析 (对应学生用书第 244页 ) 【 精品教育资源文库 】 考纲知识整合 1原子晶体 金刚石与 SiO2 (1) 金刚石晶体中，每个 C 与另外 4个 C形成共价键，碳原子采取 sp3杂化， C C键之间的夹角是 10928 ，最小的环是 6元环。每个 C被 12个六元环共用。含有 1 mol C的金刚石中形成的 C C有 2 mol。 在金刚石的晶胞中，内部的 C在晶胞的体对角线的 14处。每个晶胞含有 8个 C。 (2)
14、SiO2晶体中，每个 Si原子与 4个 O原子成键，每个 O原子与 2个 Si 原子成键，最小的环是 12元环，在 “ 硅氧 ” 四面体中，处于中心的是 Si原子。 1 mol SiO2晶体中含 Si O键数目为 4NA，在 SiO2晶体中 Si、 O原子均采取 sp3杂化。 2分子晶体 干冰和冰 (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，属于分子密堆积。晶胞中含有 4个 CO2分子。同类晶体还有晶体 I2、晶体 O2等。 (2)冰的结构模型中，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。晶胞结构与金刚石相似，含有 8个 H2O。 3金属晶体
