2024年高考化學(xué)答題技巧-晶胞分析

晶胞分析

喟;?常見題型解讀

晶胞計(jì)算是晶體考查的重要知識點(diǎn)之一，也是考查學(xué)生分析問題、解決問題能力的較好素材。晶體

結(jié)構(gòu)的計(jì)算常常涉及如下數(shù)據(jù)：晶體密度、NA、晶體體積、微粒間距離、微粒半徑、夾角等，密度

的表達(dá)式往往是列等式的依據(jù)。解決這類題，一是要掌握晶體“均攤法”的原理，二是要有扎實(shí)的立體幾

何知識，三是要熟悉常見晶體的結(jié)構(gòu)特征，并能融會(huì)貫通，舉一反三。

|善總結(jié)?解題技巧解讀

1.常見原子晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

(1)每個(gè)碳與相鄰4個(gè)碳以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，鍵角均為109。28,

(2)每個(gè)金剛石晶胞中含有8個(gè)碳原子，最小的碳環(huán)為6元環(huán)，并且不在同一平

面(實(shí)際為椅式結(jié)構(gòu))，碳原子為sp3雜化

(3)每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用，每個(gè)共價(jià)鍵被6個(gè)六元環(huán)共用，一個(gè)六元

金剛石

環(huán)實(shí)際擁有工個(gè)碳原子

原H子半徑與邊

(r)2

長(a)的關(guān)系：V3(4)C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1：2,12g金剛石中有2mol共價(jià)鍵

a=Sr(5)密度一8(。為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

ivA人a

(l)SiO2晶體中最小的環(huán)為12元環(huán)，即：每個(gè)12元環(huán)上有6個(gè)O,6個(gè)Si

(2)每個(gè)Si與4個(gè)O以共價(jià)鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)正四面體占有1

7個(gè)Si,4個(gè)弓0"，w(Si)：n(O)=l：2

(3)每個(gè)Si原子被12個(gè)十二元環(huán)共用，每個(gè)O原子被6個(gè)十二元環(huán)共用

SiO2

1(4)每個(gè)Si02晶胞中含有8個(gè)Si原子，含有16個(gè)。原子

oSai?o'(5)硅原子與Si—0共價(jià)鍵之比為1：4,ImolSi0晶體中有4mol共價(jià)鍵

2

(6)密度一8(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

A八a

(1)每個(gè)原子與另外4個(gè)不同種類的原子形成正四面體結(jié)構(gòu)

I

..4x40g-mol14x42g-mol1

SiC、BP、⑵密度：MS?一忌Q;〃(BP)—N：xa3；

AIN

4x412-mol1

3P(AIN)-N少3伍為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

ivA乂a

14

(3)若Si與C最近距離為d,則邊長(a)與最近距離(d)的關(guān)系：V3a=4d

2.常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

(1)面心立方最密堆積：立方體的每個(gè)頂點(diǎn)有一個(gè)C02分子，每個(gè)面上也有一

個(gè)C02分子，每個(gè)晶胞中有4個(gè)C02分子

干冰⑵每個(gè)CO分子周圍等距且緊鄰的CO分子有12個(gè)

c22

Io(3)密度一44jg?丁①為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

f

1(1)面心立方最密堆積

白磷

(2)密度一4gmol(°為晶胞邊長，必為阿伏加德羅常數(shù))

A人a

OPI

4

a鏟啜代(1)每個(gè)水分子與相鄰的4個(gè)水分子以氫鍵相連接

V%布I

(2)每個(gè)水分子實(shí)際擁有兩個(gè)“氫鍵”

冰

(3)冰晶體和金剛石晶胞相似的原因：每個(gè)水分子與周圍四

義二三純二二4

個(gè)水分子形成氫鍵

冰的結(jié)構(gòu)模型

【微點(diǎn)撥】

(1)若分子間只有范德華力，則分子晶體采取分子密堆積，每個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子。在分子晶體中，

原子先以共價(jià)鍵形成分子，分子再以分子間作用力形成晶體。由于分子間作用力沒有方向性和飽和性，分子

間盡可能采取密堆積的排列方式。如：干冰、。2、L、C60等分子

(2)若分子間靠氫鍵形成的晶體，則不采取密堆積結(jié)構(gòu)，每個(gè)分子周圍緊鄰的分子數(shù)要小于12個(gè)。因?yàn)闅滏I有

方向性和飽和性，一個(gè)分子周圍其他分子的位置和數(shù)目是一定的。如：冰晶體、苯甲酸晶體

3.常見離子晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

⑴一個(gè)NaCl晶胞中，有4個(gè)Na+,有4個(gè)C「

(2)在NaCl晶體中，每個(gè)Na+同時(shí)強(qiáng)烈吸引6個(gè)C1,形成正八面體形；每

1

個(gè)C「同時(shí)強(qiáng)烈吸引6個(gè)Na+

：,Q七.一:一)

工',--QS----7(3)在NaCl晶體中，Na+和CF的配位數(shù)分別為6、6

NaCl(H—

(4)在NaCl晶體中，每個(gè)Na+周圍與它最接近且距離相等的Na+共有12個(gè)，

每個(gè)周圍與它最接近且距離相等的廠共有個(gè)

?Na*OC1-CFC12

(5)密度—58;停。1(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

a

2/14

⑴一個(gè)CsCl晶胞中,有1個(gè)Cs+,有1個(gè)CC

(2)在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+同時(shí)強(qiáng)烈吸引8個(gè)CF,即：Cs+的配位數(shù)為8,

每個(gè)C「同時(shí)強(qiáng)烈吸引8個(gè)Cs+,即：cr的配位數(shù)為8

.-----■

▼(3)在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+周圍與它最接近且距離相等的Cs+共有6個(gè)，形

CsCl—Cl

成正八面體形，在CsCl晶體中，每個(gè)C1—周圍與它最接近且距離相等的

C「共有6個(gè)

(4)密度」網(wǎng)力七73為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))

(1)1個(gè)ZnS晶胞中，有4個(gè)S2，有4個(gè)Z/+

uS2-(2)Zn2+的配位數(shù)為4,S2-的配位數(shù)為4

ZnS?Zn2+

I⑶密度

(1)1個(gè)CaF2的晶胞中，有4個(gè)Ca2+,有8個(gè)廣

c

?F-(2)CaF?晶體中，Ca2+和b的配位數(shù)不同，Ca?+配位數(shù)是8,『的配位數(shù)是4

2+

CaF2DOCa

-1

⑶密i—度—4x7N8髭g-m3ol

離子晶體的配位數(shù)離子晶體中與某離子距離最近的異性離子的數(shù)目叫該離子的配位數(shù)

(1)正、負(fù)離子半徑比：AB型離子晶體中，陰、陽離子的配位數(shù)相等，但正、

影響離子晶體配位數(shù)的因素負(fù)離子半徑比越大，離子的配位數(shù)越大。如：ZnS、NaCl、CsCl

⑵正、負(fù)離子的電荷比。如：CaF2晶體中，Ca2+和廣的配位數(shù)不同

4.常見金屬晶體結(jié)構(gòu)分析

(1)金屬晶體的四種堆積模型分析

體心立方堆積(鉀面心立方最密堆積(銅

堆積模型簡單立方堆積六方最密堆積(鎂型)

型)型)

(J1)

<o>()

晶胞臀Inr

代表金屬PoNaKFeCuAgAuMgZnTi

配位數(shù)681212

晶胞占有的原

1246或2

子數(shù)

原子半徑(r)與

a=2rA/3〃=4廠A/2a=4r—

立方體邊長為

3/14

(a)的關(guān)系

(2)金屬晶胞中原子空間利用率計(jì)算：

v球數(shù)1萬.一

空間利用率=工=------——

囁胞a

33

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,則丫球=方兀汽Vafi=(2r)=8r,

空間利用率=7-x100%=-TT><100%=—=52%=

V晶胞8尸6

②體心立方堆積：如圖所示，原子的半徑為，，體對角線c為4r,面對角線b為陋a,由(4廠)2=層+62

飆

2x*2x6兀

4

得a=卡心1個(gè)晶胞中有2個(gè)原子，故空間利用率=涓x：lOO%=——x100%=—;—x100%=------?68%o

\3V晶胞Ia,4、38

33

③面心立方最密堆積：如圖所示，原子的半徑為r,面對角線為4小a=2y[2r,VM=a=(2^2r)=1672

4

3

TZ4x-jir

內(nèi)個(gè)晶胞中有4個(gè)原子，則空間利用率=『義100%=置？100%=---------74%o

V晶胞16\2r6

④六方最密堆積：如圖所示，原子的半徑為r,底面為菱形(棱長為2r,其中一個(gè)角為60。)，則底面面

積S=2rx小廠=2小r2,h=^^r,丫晶則=Sx2/z=25/義2><^^廠=8mrM個(gè)晶胞中有2個(gè)原子，則空間利用

4_

口2x#叵兀

率=—x100%=-rTX100%=--------74%。

Vans8[2/6

(3)晶體密度的計(jì)算公式推導(dǎo)過程:

Nx

若1個(gè)晶胞中含有x個(gè)微粒，則晶胞的物質(zhì)的量為：n=-----=------mol,晶胞的質(zhì)量為：m=n.M=

NANA

x,

——?Ma

x,,土』生mNx^M

——?Mg；密度為：p=—=^~A一

NAVaNj/

5.晶胞結(jié)構(gòu)分析解題模板

4/14

理解晶_找出晶胞，晶胞是晶體組成的最基本單位，

胞結(jié)構(gòu)—確定晶胞內(nèi)所有原子或離子的種類和位置。

商士團(tuán)根據(jù)晶胞中不同位置的原子或離子對晶胞

;二:一的不同貢獻(xiàn)，確定一個(gè)晶胞的組成，如一個(gè)

臚。目成

——NaCl晶胞相當(dāng)于4個(gè)NaCL

_J根據(jù)相對原子質(zhì)量，計(jì)算Imol晶胞質(zhì)量，

計(jì)算晶_然后除以阿伏加德羅常數(shù)得到一個(gè)晶胞的

胞庫量質(zhì)量，如一個(gè)NaCl晶胞質(zhì)量為4X58.5算

16.02X1023

褊朝—常見晶體的晶胞多為立方體，利用數(shù)學(xué)方

胞體積一法，計(jì)算一個(gè)晶胞的體積。

計(jì)算晶

—利用公式p=與，計(jì)算晶體的密度。

體密度

03

跟我學(xué)?解題思維剖析

1.（2023?遼寧省選擇性考試，14）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(cuò)誤的是

()

OC1或Br

OO

oMg或空位

?Li

圖1圖2

725

A.圖1晶體密度為N*a3，xio。。g.cm-3B.圖1中。原子的配位數(shù)為6

C.圖2表示的化學(xué)式為LiMg2OClxBn.xD.Mg2+取代產(chǎn)生的空位有利于Li+傳導(dǎo)

2.（2023?湖南卷，11）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NAO下列說法錯(cuò)誤的是（）

5/14

B

C

Ca

A.晶體最簡化學(xué)式為KCaB6c6

B.晶體中與K+最近且距離相等的Ca2+有8個(gè)

C.晶胞中B和C原子構(gòu)成的多面體有12個(gè)面

2.17xlO32

D.晶體的密度為g-cm3

3.（2023?湖北省選擇性考試，15）鐲La和H可以形成一系列晶體材料LaHn,在儲(chǔ)氫和超導(dǎo)等領(lǐng)域具有

重要應(yīng)用。La%屬于立方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖所示。高壓下，LaH2中的每個(gè)H結(jié)合4個(gè)H形成類

似CH4的結(jié)構(gòu)，即得到晶體LaHx。下列說法錯(cuò)誤的是（)

KM

000

6-0~~6

LaH卅ktt段影

A.LaH2晶體中La的配位數(shù)為8

B.晶體中H和H的最短距禺：LaH2>LaHx

C.在LaHx晶胞中，H形成一個(gè)頂點(diǎn)數(shù)為40的閉合多面體籠

40

g-cm-3

D.LaHx單位體積中含氫質(zhì)量的計(jì)算式為（4.84xio-?6.O2xlO23

4.（2022?山東卷，15）CU2一xSe是一種鈉離子電池正極材料，充放電過程中正極材料立方晶胞（示意圖）的

組成變化如圖所示，晶胞內(nèi)未標(biāo)出因放電產(chǎn)生的。價(jià)Cu原子。下列說法正確的是（）

6/14

QSe2-ONa+、Cu+、Cu2+可能占據(jù)的位置■Na+

A.每個(gè)Cu2.xSe晶胞中Ci?+個(gè)數(shù)為x

B.每個(gè)NazSe晶胞完全轉(zhuǎn)化為CU2一xSe晶胞，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為8

C.每個(gè)NaCuSe晶胞中。價(jià)Cu原子個(gè)數(shù)為1-x

D.當(dāng)NayCu2-xSe轉(zhuǎn)化為NaCuSe時(shí)，每轉(zhuǎn)移(l-y)mol電子，產(chǎn)生(l-x)mol原子

5.(2021?湖北選擇性考試)某立方晶系的睇鉀(Sb—K)合金可作為鉀離子電池的電極材料，圖a為該合金

的晶胞結(jié)構(gòu)圖，圖b表示晶胞的一部分。下列說法正確的是()

圖a圖b

A.該晶胞的體積為/xl(T36cm3B.K和Sb原子數(shù)之比為3:1

C.與Sb最鄰近的K原子數(shù)為4D.K和Sb之間的最短距離為;apm

4篇?模型遷移演練

1.氧化鋅常作為金屬緩蝕劑，其結(jié)構(gòu)有很多種，其中一種立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為apm,

下列說法第送的是(),

鋅原子

A.該晶體屬于離子晶體

B.O原子與O原子的最短距離為japm

C.Zn原子周圍等距離且最近的Zn原子數(shù)為6

7/14

D.該晶胞中含有4個(gè)O原子，4個(gè)Zn原子

2.X、Y、Z、W是元素周期表中原子序數(shù)依次增大的前四周期元素，某科研團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，X、Y、

W形成的晶體有超導(dǎo)性，該新型超導(dǎo)晶體的一個(gè)晶胞如圖所示，晶胞參數(shù)為apm。已知X是形成化合物種

類最多的元素，Y和W的最外層電子數(shù)相同，但不同族，W的次外層電子數(shù)是最外層的8倍，Z是主族元

素，其最高價(jià)氧化物的水化物可以用于凈水，下列說法正確的是（）

A.Y的第一電離能小于Z的第一電離能

B.Z的最高價(jià)氧化物的水化物可以與X最高價(jià)氧化物的水化物反應(yīng)

C.晶胞中與Y最近的W原子有6個(gè)

口。……、，2.13xl032a

D.晶體怡度為一-一j—g/cm3

3

NAa

3.某合金的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖。已知：Cd位于頂點(diǎn)和面心，Te位于金屬原子構(gòu)成的四面體空隙中,

晶胞參數(shù)是aPm,NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法正確的是（）

A.該合金的化學(xué)式為MnCdJe

B.距離最近的Cd與Te的距離是日apm

C.晶胞中四面體空隙的占有率為100%

12

D.該品體的摩爾體積y=^AX（?X10-）m3,mol-i

m2

4.（2024.江西景德鎮(zhèn)市高三第一次質(zhì)量檢測聯(lián)考）KIO3晶體具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu)，其一種晶胞如圖

所示，其中頂點(diǎn)為K,晶胞邊長為apm,下列說法正確的是（）

8/14

A.碘氧鍵的鍵長為后a小m

B.距離K最近的。有12個(gè)

C.KICh的另一種晶胞圖中，若I在頂點(diǎn)，則0在體心

口小、『39+127+16x3

D.晶體密度N/Wg-m一

5.硒化鋅（ZnSe）是一種重要的半導(dǎo)體材料，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖甲所示，乙圖為該晶胞沿z軸方向在xy平

面的投影，已知晶胞邊長為apm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，下列說法第送的是（）

A.Zn位于元素周期表的ds區(qū)

B.基態(tài)Se原子核外有18種不同空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子

C.A點(diǎn)原子的坐標(biāo)為（0,0,0）,則B點(diǎn)原子的坐標(biāo)為

（65+79）x4_3

D.該晶體密度為胃1。叫—5

6.（2024.吉林長春東北師大附中模擬）氮化銘的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，A點(diǎn)分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為（0,0,0）o氮化銘

的晶體密度為dg/cnA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（）

9/14

A.鋁原子的價(jià)電子排布式為3d44s②

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(gè)

7.硒是一種第四周期第VIA族的元素，硒化鋅是一種黃色晶體，可用于熒光材料、半導(dǎo)體摻雜物。硒

化鋅的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，其晶胞邊長為apm。下列敘述錯(cuò)誤的是（）

OZnOSe

A.SeC^-的空間構(gòu)型是三角錐形

B.圖中相鄰的Se與Zn之間的距離為走apm

4

C.與硒同周期的p區(qū)元素中第一電離能大于硒的有3種

144

D.若硒化鋅晶體的密度為pg?cm-3,則阿伏加德羅常數(shù)的值為NA=p（ax]0」。產(chǎn)

8.鈕釧銅復(fù)合氧化型超導(dǎo)材料YBCO（YBa2Cu3Ox）的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是（）

10/14

1<—apm

A.x=7

c.該晶胞中Cu的配位數(shù)為4或5D.相鄰Y之間的最短距離為3apm

9.某立方晶系的鑲鉀(Sb-K)合金可作為鉀離子電池的電極材料，圖a為該合金的晶胞結(jié)構(gòu)圖，圖b表

示晶胞的一部分。下列說法正確的是()。

A.該晶胞的體積為/xlO愣cnP

B.K和Sb原子數(shù)之比為3：1

C.與Sb最鄰近的K原子數(shù)為4

D.K和Sb之間的最短距離為/pm

10.CU2O的晶胞如圖所示。已知：A原子坐標(biāo)為(0,0,0),C原子坐標(biāo)為(1,1,1)。晶胞參數(shù)為anm,

NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。

下列敘述正確的是()=

A.1個(gè)CU2。晶胞含4個(gè)0l

B.晶胞中2個(gè)CP-最近距離為anm

c.B原子的坐標(biāo)為a,i)

D.CU2O晶體密度為/x1030gym。

11.(2024?浙江省鎮(zhèn)海中學(xué)選考模擬)ZnS是一種重要的光導(dǎo)體材料。如圖是ZnS的某種晶胞沿z軸方

11/14

向在xy平面的投影，原子旁標(biāo)注的數(shù)字是該原子位于z軸上的高度（部分相同位置的原子未標(biāo)注）。下列說

法正確的是（）

A.S2-周圍等距且最近的S2-有6個(gè)

B.基態(tài)Zn原子核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有30種

C.Zn2+與S2-的最短距離為@apm

4

D.在第三周期中，比S元素第一電離能大的元素只有兩種

12.某熒光材料由X2+與丫2-組成，其摩爾質(zhì)量為Mg.moL,NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。其晶胞結(jié)構(gòu)

如圖所示。下列敘述不正確的是（）

A.該晶體的化學(xué)式是XY

4X1030M

B.該晶胞參數(shù)為anm,則其晶體密度為夕