2024屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

考點四晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

01

1.不同晶體的特點比較

項目離子晶體金屬晶體分子晶體共價晶體

通過金屬離子與相鄰原子間以

陽離子和陰離子

自由電子之間的共價鍵相結(jié)合

概念相互作用而形成只含分子的晶體

較強(qiáng)作用形成的而形成空間網(wǎng)

的晶體

晶體狀結(jié)構(gòu)的晶體

金屬陽離子、自

晶體微粒陰、陽離子分子原子

由電子

分子間作

微粒之間作用力離子鍵金屬鍵共價鍵

用力

有的高（如鐵）、

熔、沸點較高低很高

有的低（如汞）

硬度硬而脆有的大、有的小小很大

物理

一般情況下，易極性分子易溶于

性質(zhì)

溶于極性溶劑鈉等可與水、醇極性溶劑；非極不溶于任何溶

溶解性

（如水），難溶于類、酸類反應(yīng)性分子易溶于非劑

有機(jī)溶劑極性溶劑

2.晶體類別的判斷方法

⑴依據(jù)構(gòu)成晶體的微粒和微粒間作用力判斷。

由陰、陽離子形成離子鍵構(gòu)成的晶體為離子晶體；由原子形成的共價鍵構(gòu)成的晶體為共價晶體;

由分子依靠分子間作用力形成的晶體為分子晶體；由金屬陽離子、自由電子以金屬鍵形成的晶

體為金屬晶體。

⑵依據(jù)物質(zhì)的分類判斷。

①活潑金屬氧化物和過氧化物（如K,O、Na02）,強(qiáng)堿（如NaOH、KOH）,絕大多數(shù)的鹽是離子晶體。

②部分非金屬單質(zhì)、所有非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸、絕大多數(shù)有機(jī)物

的晶體是分子晶體。

③常見的單質(zhì)類共價晶體有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的化合物類共價晶體有SiC、SiO、

2

AIN、BP、GaAs等。

④金屬單質(zhì)、合金是金屬晶體。

⑶依據(jù)晶體的熔點判斷。

不同類型晶體熔點大小的一般規(guī)律：共價晶體〉離子晶體〉分子晶體。金屬晶體的熔點差別很大,

如鴇、粕等熔點很高，鈍等熔點很低。

⑷依據(jù)導(dǎo)電性判斷。

①離子晶體溶于水及熔融狀態(tài)時均能導(dǎo)電。

②共價晶體一般為非導(dǎo)體。

③分子晶體為非導(dǎo)體，但分子晶體中的電解質(zhì)(主要是酸和強(qiáng)極性非金屬氫化物)溶于水時，分

子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由移動的離子，也能導(dǎo)電。

④金屬晶體是電的良導(dǎo)體。

⑸依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷。

一般情況下，硬度：共價晶體〉離子晶體〉分子晶體。金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較小的，且

具有延展性。

3.晶體熔、沸點的比較

(1)共價晶體。

原子半徑越小|一|鍵長越短卜「鍵能越大I-百沸點越高

如熔點：金剛石〉碳化硅〉晶體硅。

⑵離子晶體。

①衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點越高，

硬度越大。

②一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，晶格能越大，離子間的作用力就越強(qiáng),

離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgO>NaCl>CsClo

(3)分子晶體。

①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；但具有分子間氫鍵的分子晶體熔、沸點反常得高。

如HO〉HTe>HSe>HS。

2222

②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如SnH>GeH>SiH>CH。

4444

③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO〉可。

④在同分異構(gòu)體中，一般支鏈越多，熔、沸點越低，如正戊烷〉異戊烷。

⑷金屬晶體。

金屬離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強(qiáng)，熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na<Mg<Alo

4.晶胞

（1）常見共價晶體結(jié)構(gòu)分析。

晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

Z入T山H-71、)AA_U-/人品ArACW乙1,LJ—J-i-iAt7A

木石弟盾￥姓公班俞7FI7U而伏姓物.

②鍵角均為109°28'；

③最小碳環(huán)由6個C組成且6個C不在同一平

面內(nèi)；

金剛石IS

④每個C參與4個C?—C的形成，C原子數(shù)與

c—C數(shù)之比為1：2；

⑤密度=8X1；J—oJg為晶胞邊長,然為

阿伏加德羅常數(shù)）

①每個Si與4個。以共價鍵結(jié)合，形成正四

面體結(jié)構(gòu)；

②每個正四面體占有1個Si,4個“;0”，因

SiO此二氧化硅晶體中Si與0的個數(shù)比為1：2；

2

③最小環(huán)上有12個原子，即6個0,6個Si；

④密度=8X6；/；molT晶胞邊長,

NXa3A

阿伏加德羅常數(shù)）

①每個原子與另外4個不同種類的原子形成正

四面體結(jié)構(gòu)；

②密度：

SiC、pRe—4X4°g.moJ.

0GiC)NXa3'

BP、A

?/x4X42g-mol-1

AINP(RBrP)-NXa3；

A

,、4X41g?mol-i

c/A1—

(A1N)NXa3

A

（a為晶胞邊長，N為阿伏加德羅常數(shù)）

A

⑵常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析。

結(jié)構(gòu)分析

心又各有1個CO.；

②每個CO分子周圍緊鄰的CO分子有12個;

22

4X44w?mol-i

③密度=N晨缶為晶胞邊長，N

A

為阿伏加德羅常數(shù))

①面心立方最密堆積；

②密度=4X12；工mol(a為晶胞邊長,、

A

為阿伏加德羅常數(shù))

(3)金屬晶體的四種堆積模型分析。

面心立方最密堆

堆積模型簡單立方堆積體心立方堆積六方最密堆積

積

晶胞

配位數(shù)681212

原子半徑(r)和

2-處2懺魚

一

晶胞邊長(a)的2r=a,2/2

關(guān)系

一個晶胞內(nèi)原子

1224

數(shù)目

原子空間利用率52%68%74%74%

(4)金屬晶胞中原子空間利用率計算。

空間利用率=晶胞體東X100%,球體積為金屬原子的總體積。

①簡單立方堆積。

如圖所示，原子的半徑為r,立方體的棱長為2r,晶胞=（2r）3=8n,空間利用

4

V3713:3

率=”乂100%=——X100%p52%。

V8r3

晶胞

②體心立方堆積。

如圖所示，原子的半徑為r,體對角線C為4r,面對角線b為嫄a,由（4r）2=a2+b2得@=白乙

44

V2X-nr32X-JTT3

1個晶胞中有2個原子，故空間利用率=產(chǎn)><100%=-------X100%=-~—X100%^68%o

Vas

晶胞

③六方最密堆積。

如圖所示，原子的半徑為r,底面為菱形（棱長為2r,其中一個角為60。）,則底面面積S=2r

X，5r=2，5r2,h=^r,V晶胞=SX2h=2娟r2X2x￥r=8"r3,1個晶胞中有2個原子,

4

V2X-Jirs

則空間利用率=LX100%=—;=—X100%^74%

L購8\/2r3o

晶胞v

④面心立方最密堆積。

如圖所示，原子的半徑為r,面對角線為4r,a=2隹r,V晶電=as=（2隹r）3=i6^r3,1個晶

4

4X-兀n

V

胞中有4個原子，則空間利用率=廣父100%——7=—X100%y74%。

1642r3

晶胞

⑸常見離子晶體結(jié)構(gòu)分析。

①典型離子晶體模型。

項目NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型

晶胞

配位數(shù)

F-：4；

及影響配位數(shù)684

Ca2+：8

因素

影響陽離子與陰離子的半徑比值越大，配位數(shù)越多，另外配《立數(shù)還與陰、陽離

因素子的電荷比有關(guān)等

e4X58.5g?mol-i

NaCl型：可j

NXa3

A

E168.5g?mol-i

密度的計算（a為CsCl型：——-----

NXa3

A

晶胞邊長，N為阿

A

EI4X97g,mol-i

ZnS型：——士-----

伏加德羅常數(shù)）NXas

A

E4X78g?mol-i

Cag型：NXa3

A

②晶格能。

a.定義：氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量。晶格能是反映離子晶體穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)，可

以用來衡量離子鍵的強(qiáng)弱，晶格能越大，離子鍵越強(qiáng)。

b.影響因素：晶格能的大小與陰（或陽）離子所帶電荷、陰（或陽）離子間的距離、離子晶體的結(jié)

構(gòu)類型有關(guān)。離子所帶電荷越多，半徑越小，晶格能越大。

C,對離子晶體性質(zhì)的影響：晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，而且熔點越高，硬度越大。

02

晶體中微粒的排列具有周期性，晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元稱為晶胞，利用“均攤法”可以計

算一個晶胞中的粒子數(shù)，從而確定晶體的化學(xué)式?！熬鶖偡ā钡幕舅枷胧蔷О腥我馕恢蒙系?/p>

一個粒子被n個晶胞共用，那么每個晶胞對這個原子分得份額就是'常見考題里涉及的晶胞有

立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最為常見。以立方晶胞為例：

每個頂點上的粒子被8個晶胞共用，每個粒子只有:屬于該晶胞；每條棱上的粒子被4個晶胞共

O

用，每個粒子只有:屬于該晶胞；每個面心上的粒子被2個晶胞共用，每個粒子只有（屬于該晶

胞；晶胞內(nèi)的粒子完全屬于該晶胞。

（2023?湖北卷）輛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。LaH屬于立方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖所示。高壓下，LaH中的每個H結(jié)合4個H

n2

形成類似CH的結(jié)構(gòu)，即得到晶體LaH。下列說法錯誤的是（）

4x

A.LaH晶體中La的配位數(shù)為8

2

B.晶體中H和H的最短距離：LaH>LaH

2x

C.在LaHX晶胞中，H形成一個頂點數(shù)為40的閉合多面體籠

D.LaH單位體積中含氫質(zhì)量的計算式為g?cm-3

X(4.84X10-8)3X6.02X1023

解析：由LaH的晶胞結(jié)構(gòu)可知，La位于頂點和面心，晶胞內(nèi)8個小立方體的中心各有1個H原

2

子，若以頂點La研究，與之最近的H原子有8個，則La的配位數(shù)為8,故A項正確；由LaH

X

晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個H結(jié)合4個H形成類似CH的結(jié)構(gòu)，H和H之間的最短距離變小，則晶體中

4

H和H的最短距離：LaH〉LaH,故B項正確；由題干信息可知，在LaH晶胞中，H的數(shù)目為4

2xx

X8+8=40,每個H結(jié)合4個H形成類似甲烷的結(jié)構(gòu)，所以閉合的多面體籠的頂點H個數(shù)不可

40

能為40,故C項錯誤；1個LaH晶胞中含有5X8=40（個）H原子，含H質(zhì)量為百苦，晶胞的體積

X1N

A

為（484.0XlO-iocm）3=（4.84X10-8）3cm3,則LaH單位體積中含氫質(zhì)量的計算式為

X

40、

（4.84X10-8）3X6.02X10238'Cra"3'故D項正確。故選Co

答案：C

（-I解題指導(dǎo)I------------------------------1

1.若1個晶胞中含有x個微粒，則1mol晶胞中含有xmol微粒，其質(zhì)量為xMg（M為微粒的

摩爾質(zhì)量）；若1個晶胞的質(zhì)量為Pa?g（a3為晶胞的體積，P為晶胞的密度），則1mol晶胞的

質(zhì)量為P%Ng,因此有xM=p%N。

AA

2.在使用均攤法計算晶胞中微粒個數(shù)時，要注意晶胞的形狀，不同形狀的晶胞，應(yīng)先分析任意

位置上的1個粒子被幾個晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，頂點、側(cè)棱、底面上的棱、面心依次

被6、3、4、2個晶胞所共有。

1.（2023?湖南卷）科學(xué)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

apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。下列說法錯誤的是（）

A.晶體最簡化學(xué)式為KCaBC

66

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

日在、,2.17X1032

D.晶體的密度為一-~rj—g?cm-3

H3?N

A

解析：根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，其中K個數(shù)：8X：=1,Ca個數(shù)：1,B個數(shù)：12X4=6,C個數(shù)：

12X1=6,故其最簡化學(xué)式為KCaBC,A項正確；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，K+位于晶胞頂點，Ca位

于體心，則晶體中與K+最近且距離相等的Ca?+有8個，B項正確；根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中

B和C原子構(gòu)成的多面體有14個面，C項錯誤；根據(jù)選項A分析可知，該晶胞最簡化學(xué)式為

217217X1032

KCaBC,則1個晶胞質(zhì)量為丁廠g,晶胞體積為asX10-30cm3,則其密度為七~—g?cm-3,

AA

D項正確。故選C。

答案：C

2.（2023?遼寧卷）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)體的晶胞是立方體

（圖1）,進(jìn)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（）

725

A.圖1晶體密度為NxaaXIOT。g'cmf

A

B.圖1中0原子的配位數(shù)為6

C.圖2表示的化學(xué)式為LiMgOClBr

2x1—x

D.Mg?+取代產(chǎn)生的空位有利于Li+傳導(dǎo)

解析：根據(jù)均攤法，題圖1的晶胞中含Li：8x1+l=3,0：2X1=1,Cl：4x1=l,1個晶胞

72.572.572.5

的質(zhì)量為1]g,則晶體密度為g-F（asX10-30cm3）=—g?cm-3,A項正確；

ININIMA3,3A1U—M30v

AAA

題圖1晶胞中，。位于面心，與0等距離最近的Li有6個，。原子的配位數(shù)為6,B項正確；根

據(jù)均攤法，題圖2中Li：1,Mg或空位為8X，=2。0：2x1=l,Cl或Br：4x|=l,Mg的個

數(shù)小于2,根據(jù)正負(fù)化合價的代數(shù)和為0,題圖2表示的化學(xué)式為LiMgOCIBr,C項錯誤；進(jìn)

X1—X

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，說明Mg2+取代產(chǎn)生的空位有利

于Li+的傳導(dǎo)，D項正確。故選C。

答案：C

3.

OCa?F

（2022?湖北卷）某立方鹵化物可用于制作光電材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法錯誤的是

（）

A.Ca?+的配位數(shù)為6

B.與F-距離最近的是K+

C.該物質(zhì)的化學(xué)式為KCaF§

D.若F-換為Cl-,則晶胞棱長將改變

解析：Ca?+配位數(shù)為與其距離最近且等距離的F-的個數(shù)，由題圖可知，Caz+位于體心，F(xiàn)-位于

面心，所以Ca?+配位數(shù)為6,A項正確；F-與K+的最近距離為棱長的步，F(xiàn)-與Ca"的最近距離

為棱長的、所以與F-距離最近的是Ca?+,B項錯誤；K+位于頂點，所以K+個數(shù)=，X8=1,F-

No

位于面心，F(xiàn)-個數(shù)=：X6=3,Ca”位于體心，所以Ca2+個數(shù)=1,綜上，該物質(zhì)的化學(xué)式為KCaF,

C項正確；F-與Cl-半徑不同，替換后晶胞棱長將改變，D項正確。故選B。

答案：B

4.（2022?山東卷）AIN、GaN屬于第三代半導(dǎo)體材料，二者成鍵結(jié)構(gòu)與金剛石相似，晶體中只

存在N—A1鍵、N—Ga鍵。下列說法錯誤的是（）

A.GaN的熔點高于AIN

B.晶體中所有化學(xué)鍵均為極性鍵

C.晶體中所有原子均采取sp：，雜化

D.晶體中所有原子的配位數(shù)均相同

解析：A1和Ga均為第IIIA元素，N屬于第VA元素，AIN、GaN的成鍵結(jié)構(gòu)與金剛石相似，則其

為共價晶體，且其與金剛石互為等電子體，等電子體之間的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似。A1N、GaN晶體中，

N原子與其相鄰的原子形成3個普通共價鍵和1個配位鍵。因為AIN、GaN為結(jié)構(gòu)相似的共價晶

體，由于A1原子的半徑小于Ga,N—A1的鍵長小于N—Ga的，則N—A1的鍵能較大，鍵能越大

則其對應(yīng)的共價晶體的熔點越高，故GaN的熔點低于AIN,A項錯誤；不同種元素的原子之間形

成的共價鍵為極性鍵，故兩種晶體中所有化學(xué)鍵均為極性鍵，B項正確；金剛石中每個C原子

形成4個共價鍵（即C原子的價層電子對數(shù)為4）,C原子無孤電子對，故C原子均采取spa雜化；

由于AIN、GaN與金剛石互為等電子體，則其晶體中所有原子均采取sps雜化，C項正確；金剛

石中每個C原子與其周圍4個C原子形成共價鍵，即C原子的配位數(shù)是4,由于AIN、GaN與金

剛石互為等電子體，則其晶體中所有原子的配位數(shù)也均為4,D項正確。故選A。

答案：A

5.（2023?遼寧模擬）幾種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知：CaF、CaTiO均為立方晶胞。下列