2023屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)課件：第5章第18講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

化學(xué)高三復(fù)習(xí)

第五章物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律

第18講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

L宏呢辨版與微見探析：認版晶胞及晶體的類型，能從不同角度分析晶體的組

成微粒、結(jié)構(gòu)特點，能從宏觀和微見相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。

2.證據(jù)推理與模型認知：能運用典型晶體模型判新晶體的結(jié)構(gòu)特點及組成并進

行相關(guān)計算。

3,變化呢念與平衡思想：認旗不同晶體類型的特點，能從多角度動態(tài)地分析不

同晶體的組成及相應(yīng)物質(zhì)的性質(zhì)。

1.能說出晶體與非晶體的區(qū)別；能結(jié)合實例描述晶體中微粒挑列的周期性規(guī)律；

能借助分子晶體、共價晶體、寓子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的微粒及

其微粒間的相互作用。

2.能從微粒的空間挑布及其相互作用的角度對生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究中的簡單

案例進行分析，舉例說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的應(yīng)用價值，如配合物在生物、化學(xué)等

領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，氫鍵對于生命的重大意義。

I、晶體的特性.

1.晶體與非晶體

⑴晶體：內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排

列構(gòu)成的固體物質(zhì)。

⑵非晶體：內(nèi)部微粒的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)。

2、晶體與非晶體的區(qū)別

固體外觀微觀結(jié)構(gòu)i范性各向異性壕點

具有規(guī)則的幾微粒在三維空間周期固定

晶體有各向異性

何外形性有序排列

不具有規(guī)則的

非晶體微粒排列相對無序沒有各向同性小固定

幾何外形

本質(zhì)區(qū)別微觀粒子在三維空間是否呈現(xiàn)周期性有序排列

3、得到晶體的途徑

①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固（凝華）。

③溶質(zhì)從溶液中析出。

4.晶體的分類???

根據(jù)內(nèi)部微粒的種類和微粒間的相互作用不同，將典型的晶體分為離子晶

體、金屬晶體、共價晶體和分子晶體。

5.晶體與非晶體的區(qū)別方法

⑴看是否有固定的熔點：晶體有固定的熔點。加熱晶體，溫度達到熔點時即

開始熔化,在沒有全部熔化之前,繼續(xù)加熱,溫度不再升高,完全熔化后,溫度

才繼續(xù)升高。

⑵X射線衍射實驗：對固體進行X射線衍射實驗判斷是否是晶體的方法是最

可靠的科學(xué)方法。

二、晶體結(jié)構(gòu)的基本單元——晶胞

1、晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中基本的重復(fù)單元。

常規(guī)的晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中截取出來的大小、形狀完全相同的平行六面體。

2、晶胞必須符合兩個條件：

⑴代表晶體的化學(xué)組成；⑵代表晶體的對稱性。

3、從晶體中選取晶胞的方式：

首先盡可能反映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對稱性；其次，晶胞盡量的簡潔（所含原子盡可

能的少），優(yōu)選棱的夾角為直角。

4、晶胞按其周期性在三維空間重復(fù)排列（無隙并置堆砌）成晶體。

無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。

并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

母見的瓜洋晶體的晶胞:

金屬銅（面心立方）晶胞金屬鈉（體心立方）晶胞金屬鎂（六方）晶胞

氯化鈉晶胞氯化鈉晶胞金剛石晶胞二氧化碳（干冰）晶胞

5、晶胞中微粒數(shù)的計算方法—均攤法

如某個粒子為n個晶胞所共有，則該粒子有:屬于這個晶胞。中學(xué)中常

見的晶胞為立方晶胞，立方晶胞中微粒數(shù)的計算方展如下：

①長方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算

位于同為8個晶胞所共有,

頂點告粒子屬于該晶胞

O

位于同為4個晶胞所共有,

棱上十粒子屬于該晶胞

粒

子

位于同為2個晶胞所共有,

面上粒子屬于該晶胞

位于整個粒子屬于該

內(nèi)部晶胞

②非長方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內(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，每個六邊形占有%個碳原子，

③在六棱柱晶胞（如圖中所示的MgB?晶胞）中，頂點

上的原子為6個晶胞（同層3個，上層或下層3個）共有,

面上的原子為2個晶胞共有，因此鎂原子個數(shù)為

12X/2X%=3,硼原子個數(shù)為6。

示例：如圖是由Q、R、G三種元素組成的一種高溫

超導(dǎo)體的晶胞結(jié)構(gòu)，其中R為+2價，G為一2價，則

。的化合價為+3。

1、鈦酸鋼的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型的變壓器、話筒和擴音器中都

有應(yīng)用。鈦酸鋼晶體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，它的化學(xué)式是（D）

*Ba

A.BaTigO^

OTi

B.BsTi^OgC.BaTizOd00

D.BaTiO3

2、納米材料的表面粒子數(shù)占粒子總數(shù)的比例很大，這是它有許多特殊性質(zhì)的

原因。假設(shè)某硼鎂化合物的結(jié)構(gòu)如圖所示（六個硼原子位于內(nèi)部），則這種納

米顆粒的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的百分比為（B）

A.22%B.70%。鎂原子

C.66.7%D.33.3%?硼原子

三、幾種典型的晶體

1、金屬晶體常見金屬晶體的三種結(jié)構(gòu)型式

結(jié)構(gòu)型式面心立方最密堆積A1體心立方密堆積A?六方最密堆積A3

常見金屬Ca、Al、Cu%AgvLi、Na、K、

Mg、Zn、Ti

Au%PdvPtBa、W、Fe

一,

/1>

結(jié)構(gòu)小意圖,嚓

A---------4^

■---------■9

O(9

配位數(shù)12812

晶胞中的微粒數(shù)422

空間利用率74%68%74%

2、常見離子晶體的結(jié)構(gòu)

■c_________—_——

w7，=￥_5a

才Y1

lz、

!L.11X

4X7:;

氏3

晶胞1111

-LU.3

二艮二”二二

(T

+2-+2+

?Cl-°Na+ocr?asOS°Zn^OCaOF-

晶胞中Na+、Cl-都Cs+、Cl-都ZM+、S2-都F-為8,

微粒數(shù)為4為1為4Ca2+為4

陰、陽離子

1:11:11:12:1

個數(shù)比

化學(xué)式NaClCsClZnSCaF2

LivNa、K、Rb

CsBrvCslvBaF\PbFv

符合類型.的鹵化物,「BeOvBeS等22

、NH4cl等CeC>2等

AgF、MgO等

3、常見共價晶體的結(jié)構(gòu)

只有范力存在氫純

5、有關(guān)晶胞計算的思維流程

理解晶找出晶胞，晶胞是晶體組成的最基本單位,確定

胞結(jié)構(gòu)晶胞內(nèi)所有原子或離子的種類和位置。

根據(jù)晶胞中不同位置的原子或離子對晶胞的不

確定晶

一同貢獻，確定一個晶胞的組成，如一個NaCl晶

胞組成

胞相當(dāng)于4個NaCl。

根據(jù)相對原子質(zhì)量,計算1mol晶胞質(zhì)量，然后

計算品—除以阿伏加德羅常數(shù)得到一個晶胞的質(zhì)量，女口

胞質(zhì)量

一個NaCl晶胞質(zhì)量為1258.〃曇

6.02x1023

確定晶—常見晶體的晶胞多為立方體,利用數(shù)學(xué)方法,計

胞體積一算一個晶胞的體積。確定晶胞參教時就轉(zhuǎn)化好長度單住!

1nm=10-7cm=109m1pm=1010cm=1012m

工魯魯一利用公式。=箸，計算晶體的密度。

體密度y

各類晶胞的體積計算方法

①面心立方最密堆積=2揚，同

原子的半徑為「，面對角線為4r,a

，晶胞=/=（2@,）3=i6也/,■球=4X*/y?

②體心立方

原子的半徑為〃體對角線C為4r,面對角線力為4,a=J^r，

■4?3

1球=2X鏟尸，卜融=。o

,母

J

③六方最密堆積

原子的半徑為打底面為菱形（棱長為加其中一個角為60。）,則底面面積S=2巾？舟,

晶胞的高h斗,叱2X/V^=SXh=收

3、金屬鈉晶體為體心立方晶格(如下圖),實驗測得鈉的密度為p(g?cm-3)。已知

鈉的相對原子質(zhì)量為a,阿伏加德羅常數(shù)為NMm。卜假定鈉原子為等徑的剛性球

且處于體對角線上的三個球相切。則列式表示鈉原子的半徑r(cm)

X

~4~VPNA

晶胞體積：V=b3體對角線：4r=，Tb

a-2____

密度：p=m/v=T~b=vW

b

鈉晶體的晶胞

4、金屬銅采取的是Ai型密堆積，其晶胞邊長為3.62x10-1。m,每1個Cu原子

的質(zhì)量為1.05562x10-25kg,計算銅的密度（列式表示）

提示：金屬銅采取A型密堆瓶，其晶胞是面心立方晶胞，每個晶胞中

實際擁有的Cu原子是4個,

如已知摩東質(zhì)量可如下計

露血質(zhì)量:域=MXN（晶胞士的撇程數(shù)）

______NA

晶胞體積：|V=a3密度：Ip=m/v

5、如圖所示是從NaCI或CsCI晶體結(jié)構(gòu)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(C)

A.⑴和(3)B.(2)和(3)C.⑴和(4)D.只有(4)

三、晶體的復(fù)雜性???

1、混合晶體——石墨晶體閱讀《結(jié)構(gòu)》課本第103T04頁石墨是混合晶體。

石墨金剛石

石墨在高溫高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸緷B圖

石墨晶體既含有共價鍵,又有范德華力，同時還存在類似金屬鍵的作用力，這

類晶體稱為混合型晶體。石墨熔點高、質(zhì)軟、能導(dǎo)電。

2、金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等模型都是典型的晶體結(jié)構(gòu)

模型，大多數(shù)實際晶體結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多。

(1)一方面，物質(zhì)組成的復(fù)雜性導(dǎo)致晶體中存在多種不同微粒以及不同的微粒間

作用。

閱讀《結(jié)構(gòu)》課本第104To5頁晶體的復(fù)雜性。

例如：BaTiC>3含有一種陰離子-和多種陽離子Ti4+、Ba2+。

NazSiOs固體中SiC^一形成硅氧四

面體，Si通過共價鍵與4個O原子

相連，帶負電的鏈狀硅酸鹽

(SiOs)/一單元與金屬陽離子以離

子鍵相互作用。

(2)另一方面，金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學(xué)鍵的典型模型，

但是原子之間形成的化學(xué)鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態(tài)。即使組成

簡單的晶體，也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體之間

的過渡晶體。

閱讀《結(jié)構(gòu)》課本第96頁了解合金的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

閱讀《結(jié)構(gòu)》課本第98~99頁離子晶體的復(fù)雜性。

閱讀《結(jié)構(gòu)》課本第103頁分子晶體的復(fù)雜性。

7、[2019?全國in,35(5)](5)NH4H2PO4和LiFePC)4屬于簡單磷酸鹽，而直鏈的

多磷酸鹽則是一種復(fù)雜磷酸鹽，如：焦磷酸鈉、三磷酸鈉等。焦磷酸根離子、

三磷酸根離子如圖所示：

?磷原子

。氧原子

焦磷酸根離子三磷酸根離子-2+5-2

O+(PO3)n

(用"代表原子數(shù))。

這類磷酸根離子的化學(xué)式可用通式表示為P/L+J+LP

II.在硅酸鹽中，SiO：四面體（如圖為俯視投影圖）通過共用頂角氧原子可形成鏈狀、環(huán)狀等多

種結(jié)構(gòu)型式。

?：w_______________________________

?…?|1：3SiO；或［SiOJ*

圖甲為一種無'旗工+舞縝招的秀磋威京:其中Si與0的原子數(shù)之比為,

化學(xué)式為0

8、碳元素的單質(zhì)有多種形式，下圖依次是CM、石墨和金剛石的結(jié)構(gòu)圖:

回答下列問題：

⑴金剛石、石墨、C60.碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)形式，它們互為

同素異形體。

(2)金剛石、石墨烯(指單層石墨)中碳原子的雜化形式分別為空_、sp2。

⑶屬于分子晶體.石墨屬于混合型晶體。

(4)石墨晶體中，層內(nèi)C—C鍵的鍵長為142pm,而金剛石中C—C鍵的鍵長為

154pmo其原因是金剛石中只存在C—C間的」共價鍵，而石墨層內(nèi)的C—

C間不僅存在史共價鍵，還有冗鍵。

(6)金剛石晶胞含有—匕個碳原子。若碳原子半徑為，，金剛石晶胞的邊長為〃,

根據(jù)硬球接觸模型，貝b=厚_〃，列式表示碳原子在晶胞中的空間占有率

4

(列出計算式即可)。8XjTir

下一16

C—C鍵的鍵長2r=Mila

4

r=嚕'

金剛石品械

(7)硅晶體的結(jié)構(gòu)跟金剛石相似,1mol硅晶體中含有硅硅單鍵的數(shù)目約是

“NA個(名為阿伏加德羅常數(shù)的值)

每個碳原子成4個

碳碳鍵a、b、c、d,

四個中任選2個碳碌鍵,

有六種情況：ab,ac>

ad>be、bd.cd。

.每兩個碳碌鍵被兩

不RL環(huán)公用,所以四

個碳碌徒板12個六元環(huán)

其用。所以個碳原子被

12個六元環(huán)共用。

0、各類晶體的壕點大小比較???

⑴根據(jù)物質(zhì)狀態(tài)判斷

即物質(zhì)沸點高低按常溫下的狀態(tài)：固體〉液體〉氣體。

如：NaCl>H2O>CO2o

⑵根據(jù)物質(zhì)不同結(jié)構(gòu)特點判斷

解題程序：①首先確定晶體類型。

②分析影響蛛皮的因素一晶體中微牲間的作用：金屬錠、品格

能、離孑鍵、共價鍵、分子間作用力（范德華力、氫鍵）等。

⑶分析影響微拉間作用大小的因素：原孑半役、價電子教、禹

子半隹、電荷數(shù)、鍵長、鍵能、相對分子質(zhì)量等。

④回答問題：按順序①——>0——>②——>結(jié)論

⑴金屬晶體：原子半徑越小，價電子數(shù)越多，金屬鍵越強，晶體熔、沸點越高，琥，

度越大，反之越低。如：熔點、硬度：鈉V鎂V鋁。

⑵離子晶體：陰、陽離子半徑越小，離子間距越小，電荷數(shù)越多，則離子鍵越

強，晶格能越大，熔、沸點越高。

⑶共價晶體：共價晶體間鍵長越短、鍵能越大,共價鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)熔、沸點越

高，反之越低。如：金剛石(C—C)>晶體硅(Si—Si)。

⑷分子晶體：分子晶體分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高，反之越低。

①組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，物質(zhì)

的熔、沸點越高。如：CH4<SiH4<GeH4<SnH4o

②因為氫鍵〉范德華力，所以存在分子間氫鍵的物質(zhì)沸點高于只存在范德華力

的物質(zhì)。如：乙醇)氯乙烷；HF>HCL

9、一種四方結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)化合物的晶胞如圖1所示。晶胞中Sm和As原子的投

影位置如圖2所示。

o?。c?

As0或FSmFe

cpm

z

pm

x

圖2

ffll

圖中F-和02-共同占據(jù)晶胞的上下底面位置，若兩者的比例依次用x和l-x

代表，則該化合物的化學(xué)式表示為ymHeAsO.xFx

10、某FjNy的晶胞如圖1所示，Cu可以完全替代該晶體中a位置Fe或者b位

4y

置Fe,形成Cu替代型產(chǎn)物Fe（x一）Cu〃Ny。FeNj轉(zhuǎn)化為兩種Cu替代型產(chǎn)物的

能量變化如圖2所示，其中更穩(wěn)定的Cu替代型產(chǎn)物的化學(xué)式為^￡yN

能f替代K置Fe型

?a位置Feft

ObfiSFe

▲N4-工典替代a位置Fe型

轉(zhuǎn)化過程

圖1Fe耳晶胞結(jié)構(gòu)示意圖圖2轉(zhuǎn)化逑屢的能量變化

11、鉆的一種化合物晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。

①已知A點的原子坐標參數(shù)為（0,0,0）,

?Co2+B點為（2'2'°）,則C點的原子坐

2111、

Q0-標參數(shù)為（2,2,2）。

3確定坐標系的原點和坐標軸上的單位長度

2、分析要分析的點的坐標

(1)該氯化物的化學(xué)式是￡吧。原子坐標參數(shù)可用來表示晶胞內(nèi)各原子的相對

位置，圖中各原子坐標參數(shù)A為(0,0,0)；B為(0,1,1)；C為(1,0,0)；則

D原子的坐標參數(shù)為(3/4,1/4,1/4)

(2)若該晶體的密度為〃g-cm-3,以以表示阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶胞的

邊長"=—33.98X1()23nm。

13、若NaCI晶體中各離子都是相互接觸的，已知NaCI的摩爾質(zhì)量為

密度為Pgem-3,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則該晶體中兩個距離最近的Na+的核

間距是cmoV23I4M

解：設(shè)NaCI晶胞的邊長為acm。由于1個NaCI晶胞中含有4個Na+和C卜則有:

4M

cm

NAxp

NA

3I4M

則藍線的長度為：cm

JNAxp

14、（2020年山東高考試題17題）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，稱作原子的芬藪座標:西方富家聲加晨滿嘉麗蹄而謁

下圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°,晶胞中部分原子的分數(shù)坐標如下表所示。

4個Cd

坐標原子Xyz

個

Cd0004Sn

Sn000.58個Ass

As0.250.250.125

一個晶胞中有4個Sn,找出距離Cd（O,O,O）最近的

2_LLL

(2,0,1)、(5,2,0)

（用分數(shù)坐標表示）。CdSnAs2

晶體中與單個Sn鍵合的As有4個。

15.（2022年全國高考試題甲卷）2008年北京奧運會的“水立方。在2022年冬奧會上華麗

轉(zhuǎn)身為“冰立方”，實現(xiàn)了奧運場館的再利用，其美麗的透光氣囊材料由乙烯（CH2=CH。

與四氟乙烯（CF2=CFZ）的共聚物（ETFE）制成?；卮鹣铝袉栴}：子的價電子

排布圖（軌道表示式）為o（2）圖a、b、c分別表示C、N卬jM級電離能I

變化趨勢（縱坐標的標度殳同）。第一電離能的變化圖是（填標號），判斷的根據(jù)是

_____________________二L同一周期第一電離能的總體

趨勢是依次升高的，但由于N元素的2P能級為半充滿狀態(tài)，因此N元素的第一電離

能較C、O兩種元素高—71——IES.S

能的變化圖是圖b（填標號）*IS廠廠sI

CNOFCNOFCNOF

圖a即圖c

1/H

（3）固態(tài)氟化氫中存在（HF）〃形式，畫出（HF卜的鏈狀結(jié)構(gòu)—々4）CF2=CF2?

ETFE分子中C的雜化軌道類型分別為和嗓四氟乙烯藥化學(xué)穩(wěn)定性高

于聚乙烯，從化學(xué)鍵的角度解釋原因O

C?F鍵的鍵能大于聚乙烯中C?H的鍵能，鍵能越大，化學(xué)性質(zhì)越穩(wěn)定

其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，代表

(5)螢石(CaF?)是自然界中常見的含氟礦物，X

Ca2+；若該立方晶胞參數(shù)為正負離子的核間距最小為

的離子是apm,

apmo

ox

?Y

16.（2022年全國高考試題乙卷）鹵素單質(zhì)及其化合物在科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的

應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：（1）氟原子激發(fā)態(tài)的電子排布式有,其中能量較高的

是o（填標號）add

a?ls22822P63§Ib.ls22822P63d2C.ls22822P2d.ls22822P33P2

（2