《晶体结构》单元检测
第I 卷
一、选择题(本题包括24题，每题2分，共计48分，每小题只有一个．．．．
选项符合题意。) 1、晶体与非晶体的严格判别可采用
A. 有否自范性
B.有否各向同性
C.有否固定熔点
D.有否周期性结构 2、下列说法不正确的是（ ） A ．离子晶体的晶格能越大离子键越强
B ．阳离子的半径越大则可同时吸引的阴离子越多
C ．通常阴、阳离子的半径越小、电荷越大，该阴阳离子组成离子化合物的晶格能越大
D ．拆开1mol 离子键所需的能量叫该离子晶体的晶格能 3、金属能导电的原因是
A. 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱 B ．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C ．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D ．金属晶体在外加电场作用下可失去电子
4、下列的晶体中，化学键种类相同，晶体类型也相同的是 与Si02 与H 20 与HCl 与KCl
5、下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是
A ．金刚石＞晶体硅＞二氧化硅＞碳化硅
B ．CI 4＞CBr 4＞CCl 4＞CH 4
C ．MgO ＞H 2O ＞O 2> CO 2
D ．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠 6、石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是 个 个 个 个
7、科学家最近又发现了一种新能源——“可燃冰”它的主要成分是甲烷与水分子的结晶水合物(CH 4·nH 20)。其形成：埋于海底地层深处的大量有机质在缺氧环境中，厌氧性细菌把有机质分解，最后形成石油和天然气(石油气)，其中许多天然气被包进水分子中，在海底的低温与高压下形成了类似冰的透明晶体，这就是“可燃冰”。又知甲烷同C02一样也是温室气体。这种可燃冰的晶体类型是
A ．离子晶体
B ．分子晶体
C ．原子晶体
D ．金属晶体
学校： 姓名： 班级：
8、下列说法正确的是(N A为阿伏加德罗常数)
A．124 g P4含有P—P键的个数为4N A
B．12 g石墨中含有C—C键的个数为2N A
C．12 g金刚石中含有C—C键的个数为2N A
D．60gSiO2中含Si—O键的个数为2N A
9、石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子
填充在石墨各层碳原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青
铜色的化合物，其化学式可写作CxK，其平面图形见下图，
则x值为
A．8 B．12 C．24 D．60
10、根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据判断说法中
错误的是
A．SiCl4是分子晶体
B．MgCl2中键的强度比NaCl中键的强度小
C．单质R是原子晶体
D．AlCl3为离子晶体
11、食盐晶体如右图所示。在晶体中，表示Na+，表示Cl。已知食盐的密度为g / cm3，NaCl摩尔质量M g / mol，阿伏加德罗常数为N，则在食盐晶体里Na+和Cl的间距大约是
A 32
NA
M
ρ
cm B 3
2NA
M
ρ
cm
A 3
2
MA
N
ρ
cm D 3
8NA
M
ρ
cm
12、下列各项所述的数字不是6的是
A．在NaCl晶体中，与一个Na+最近的且距离相等的Cl- 的个数
B．在金刚石晶体中，最小的环上的碳原子个数
C．在二氧化硅晶体中，最小的环上的原子个数
D．在石墨晶体的片层结构中，最小的环上的碳原子个数
13、组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间作有规则排列，具有一定几何形状的空间格子，称为晶格，晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单位称为晶胞。在冰晶石(Na3AlF6)晶胞中，AlF63-占据的位置相当于NaCl晶胞中C1-占据的位置，则冰晶石晶胞中含有的原子数与食盐晶胞中含有的原子数之比为
A．2:1 B．3:2 C．5:2 D．5:1
14、下列数据是对应物质的熔点
Na2O NaCl AlF3AlCl3
920 801 1291 190
BCl3Al2O3CO2SiO2
-107 2073 -57 1723
据此做出的下列判断中错误的是
A．铝的化合物的晶体中有的是离子晶体
B．表中只有BCl3和干冰是分子晶体
C．同族元素的氧化物可形成不同类型的晶体
D．不同族元素的氧化物可形成相同类型的晶体
15、.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如
上右图所示(其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体
中A、B、C的中原子个数之比依次为
A. 1:3:1
B. 2:3:1
C. 2:2:1
D.
1:3:3
16、20世纪80年代中期，科学家发现并证明碳还以新的
单质形态C60存在。后来人们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等另外一些球碳分子。90年代初，科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子。(如下图)：下列说法错误的是
A．金刚石和石墨的熔点肯定要比C60高
B．据估计C60熔点比金刚石和石墨要高
C．无论是球碳分子，还是管状碳分子、洋葱状碳分子，都应看作是碳的同素异形体D．球碳分子是碳的同素异形体，而管状碳分子、洋葱状碳分子则不是
17、下面有关晶体的叙述中，不正确的是
A．金刚石空间网状结构中，由共价键形成的碳原子环中，最小环上有6个碳原子B．氯化钠晶体中，每个Na+周围距离相等的C1--共有6个
C．氯化铯晶体中，每个Cs+周围紧邻8个Cl-
D．干冰晶体中，每个CO2分子周围紧邻10个CO2分子
18、水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是
A．水由液态变为玻璃态，体积缩小
B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C．玻璃态是水的一种特殊状态
D．玻璃态水是分子晶体
19、纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有
许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好
与氯化钠晶胞的大小和形状（如图所示）相同。则这种纳米颗粒
的表面粒子数占总粒子数的百分数为
A、％
B、％
C、％
D、100％
20、德国和美国科学家首次制造出了由20个碳原子组成的空心笼
状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)，
下列有关C20的说法不正确的是
与C60、C70互为同素异形体
中有12个五边形，30条棱边
具有很高的硬度和熔沸点
的摩尔质量是240 g·mol-1
21、将下列晶体熔化：氢氧化钠、二氧化硅、氧化钙、四氯化
碳，需要克服的微粒间的相互作用有：①共价键②离子键③分子间的作用力正确的顺序是
A．①②②③B。②①②③C．②③②①D。①①②③
22、由下列各组的三种元素构成的化合物中既有离子晶体，又有分子晶体的是
A、H、O、C
B、Na、S、O
C、H、N、O
D、H、S、O
23、硼能以B12正多面体基本结构单元接不同的连接方式形成多种单质晶体的变体。B12基本结构单元中含B原子12个，每个硼原子与邻近的5个硼原子等距离成键，每个面都是等边三角形，则B12正多面体的面数是
A．10 B．20 C．30 D．60
24、氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有
效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量，其晶
体结构的最小单元如右图所示。则这种合金的化学式为
C. LaNi4
D. LaNi5
第‖卷
二、非选择题
25、（7分）在下列物质中：NaCl、NaOH、Na2S、H2O2、Na2S2、（NH4）2S、CO2、CCl4、
C2H2、SiO2、SiC、晶体硅、金刚石。
⑴其中只含有离子键的离子晶体是；
⑵其中既含有离子键又含有极性共价键的离子晶体是；
⑶其中既含有离子键，又含有极性共价键和配位键的离子晶体是；
⑷其中既含有离子键又含有非极性共价键的离子晶体是；
⑸其中含有极性共价键的非极性分子是；
⑹其中含有极性共价键和非极性共价键的非极性分子是；
（7）其中含有极性共价键的原子晶体是。
26、（10分）按要求回答下列问题
（1）石墨晶体中C-C键的键角为。其中平均每个六边形所含的C原子数为个。（2）金刚石晶体中含有共价键形成的C原子环，其中最小的C环上有个C原子。（3）CsCl晶体中每个Cs+周围有个Cl-，每个Cs+周围与它最近且距离相等的Cs+共有个。
（4）白磷分子中的键角为，分子的空间结构为，每个P原子与个P原子结合成共价键。若将1分子白磷中的所有P-P键打开并各插入一个氧原子，共可结合个氧原子, 若每个P原子上的孤对电子再与氧原子配位，就可以得到磷的另一种氧化物（填分子式）。
27、（8分）有一种蓝色晶体，它的结构特征是Fe2+和Fe3+分别占据立方体互不相邻的顶
点，而CN—离子位于立方体的棱上。
(1)根据晶体结构特点，推出其化学式(用最简单整数示)____________________。
(2)此化学式带何种电荷用什么样的离子(用M n+表示)与其结合成中性的化学式写出此电
中性的化学式。;
(3)指出(2)中添加离子在晶体结构中的什么位置
28、(12分)原子序数小于36的X、Y、Z、W四种元素，其中X是形成化合物种类最多的
元素，Y原子基态时最外层电子数是其内层电子数的2倍，Z原子基态时2p原子轨道上有3个未成对的电子，W的原子序数为29。回答下列问题：
（1）Y2X2分子中Y原子轨道的杂化类型为______ ，1mol Y2X2含有σ键的数目为____________ 。
（2）化合物ZX 3的沸点比化合物YX4的高，其主要原因是
_____________________ 。
（3）元素Y的一种氧化物与元素Z的一种氧化物互为等电子
体，元素Z的这种氧化物的分子式是_____ 。
（4）元素W的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示，该
氯化物的化学式是____ ，它可与浓盐酸发生非氧化还原反应，生成配合物HnWCl3，反应的化学方程式为_________________________ 。
29、（15分）ⅥA族的氧、硫、硒(Se)、碲(Te)等元素在化合物中常表现出多种氧化态，
含ⅥA族元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。请回答下列问题：
(1)S单质的常见形式为S8，其环状结构如下图所示，S原
子采用的轨道杂化方式是；
(2)原子的第一电离能是指气态电中性基态原子失去一个
电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，O、S、Se
原子的第一电离能由大到小的顺序为；
(3)Se的原子序数为，其核外M层电子的排布式为；
(4)H2Se的酸性比H2S (填“强”或“弱”)。气态SeO3分子的立体构型为，SO32-离子的立体构型为；
(5) H2SeO3的K1和K2分别为×10-3和×10-8，H2SeO4第一步几乎完全电离，K2为×10-2，请根据结构与性质的关系解释：
①H2SeO3和H2SeO4第一步电离程度大于第二步电离的原因：。
②H2SeO4比H2SeO3酸性强的原因：。
(6)ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。
立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边长为，其密度为
(列式并计算)，a位置S2-离子与b位置Zn2+离子之间距离为
pm(列式表示)。
一、选择题（共24题，每个2分，共48分）
二、非选择题（共5题，共52分）
25、(7分)（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
26、（10分）（1），（2）
（3），
（4），，，
27、（8分）（1）
（2），（3）
28、（12分）（1），
（2）（3）
（4），
29、（15分）（1）（2）（3），
（4），，
（5）
（6），
选修3：物质结构与性质 晶体结构的计算 35．［化学—选修3：物质结构与性质］（15分）（2018年全国卷I） Li是最轻的固体金属，采用Li作为负极材料的电池具有小而轻、能量密度大等优良性能，得到广泛应用。回答下列问题： （5）Li2O具有反萤石结构，晶胞如图(b)所示。已知晶胞参数为0.4665 nm，阿伏加德罗常数的值为N A，则Li2O的密度为g·cm?3（列出计算式）。 35．[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）(2018年全国卷II) （5）FeS2晶体的晶胞如图（c）所示。晶胞边长为a nm、FeS2相对式量为M，阿伏加德罗常数的值为N A，其晶体密度的计算表达式为___________g·cm?3；晶胞中Fe2+位于2 S 所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为______nm。 2 35．[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）(2018年全国卷III) 锌在工业中有重要作用，也是人体必需的微量元素。回答下列问题： （1）Zn原子核外电子排布式为________________。 （5）金属Zn晶体中的原子堆积方式如图所示，这种堆积方式称为_______________。 六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏加德罗常数的值为N A，Zn的密度为 ________________g·cm－3（列出计算式）。
35．[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）(2017年全国卷III) 35．[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）(2017年全国卷I) 37．[化学——选修3：物质结构与性质]（15分）(2016年全国卷III)
晶体结构分析的历史发展 （一）X射线晶体学的诞生 1895年11月8日德国维尔茨堡大学物理研究所所长伦琴发现了X射线。自X射线发现后，物理学家对X射线进行了一系列重要的实验，探明了它的许多性能。根据狭缝的衍射实验，索末菲（Som-merfeld）教授指出，X射线如是一种电磁波的话，它的波长应当在1埃上下。 在发现X射线的同时，经典结晶学有了很大的进展，230个空间群的推引工作使晶体构造的几何理论全部完成。当时虽没有办法测定晶胞的形状和大小以及原子在晶胞中的分布，但对晶体结构已可臆测。根据当时已知的原子量、分子量、阿伏伽德罗常数和晶体的密度，可以估计晶体中一个原子或一个分子所占的容积，晶体中原子间距离约1—2埃。1912年，劳厄（Laue）是索末菲手下的一个讲师，他对光的干涉现象很感兴趣。刚巧厄瓦耳（P.Ewald）正随索末菲进行结晶光学方面的论文，科学的交流使劳厄产生了一种极为重要的科学思想：晶体可以用作X射线的立体衍射光栅，而X射线又可用作量度晶体中原子位置的工具。刚从伦琴那里取得博士学位的弗里德里克（W.Friedrich）和尼平（P.Knipping）亦在索末菲教授处工作，他们自告奋勇地进行劳厄推测的衍射实验。他们使用了伦琴提供的X射线管和范克罗斯（Von.Groth）提供的晶体，最先对五水合硫酸铜晶体进行了实验，费了很多周折得到了衍射点，初步证实了劳厄的预见。后来他们对辉锌矿、铜、氯化钠、黄铁矿、沸石和氯化亚铜等立方晶体进行实验，都得到了正面的结果，为了解释这些衍射结果，劳厄提出了著名的劳厄方程。劳厄的发现导致了X射线晶体学和X射线光谱学这二门新学科的诞生。 劳厄设计的实验虽取得了正面的结果，但X射线晶体学和X射线光谱学成为新学科是一些得力科学家共同努力的结果。布拉格父子（W.H.Bragg，W.L.Bragg）、莫塞莱（Moseley）、达尔文（Darwin）完成了主要的工作，通过他们的工作认识到X射线具有波粒二重性；X射线中除了连续光谱外，还有波长取决于阴极材料的特征光谱，发现了X射线特征光谱频率和元素在周期表中序数之间的规律；提出了镶嵌和完整晶体的强度公式，热运动使衍射线变弱的效应，发展了X射线衍射理论。W·L·布拉格在衍射实验中发现，晶体中显得有一系列原子面在反射X射线。他从劳厄方程引出了布拉格方程，并从KCl和NaCl的劳厄衍射图引出了晶体中的原子排列方式，W·L·布拉格在劳厄发现的基础上开创了X射线晶体结构分析工作。 伦琴在1901年由于发现X射线成为世界上第一个诺贝尔物理奖获得者，而劳厄由于发现X射线的晶体衍射效应也在1914年获得了诺贝尔物理奖。 （二）X射线晶体结构分析促进了化学发展 W·L·布拉格开创的X射线晶体结构分析工作把X射线衍射效应和化学联系在一起。当NaCl等晶体结构被测定后，使化学家恍然大悟，NaCl的晶体结构中没有用NaCl表示的分子集团，而是等量的Na+离子和Cl-离子棋盘交叉地成为三维结构。当时X射线结构分析中的位相问题是通过强度数据和强度公式用试差法来解决的，只能测定含二三十个参数的结构，这些结构虽简单，但使无机物的结构化学有了真正的开始。 从1934年起，帕特孙（Patterson）法和其他应用付里叶级数的方法相继提出，位相问题可通过帕特孙函数找出重原子的位置来解决，使X射线晶体结构分析摆脱了试差法。1940年后计算机的使用，使X射线晶体结构分析能测定含重原子的复杂的化合物的结构。X射线晶体结构分析不但印证了有机物的经典结构化学，也为有机物积累了丰富的立体化学数据，
浅谈有关晶体结构的分 析和计算 Revised as of 23 November 2020
浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘要：晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一，本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定，晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面，探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词：晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中，有三个题目是现行中学化学教材中选学内容，它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题，由于是选学内容，学生对选学内容往往重视不够，所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结，或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助，若有不妥这处，敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 （一）、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 （1）金刚石晶体中微粒分布： ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C 键的形成，碳原子与C-C 键之比为1:2。 （2）二氧化硅晶体中微粒分布 ①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合，形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ，4个“2 1氧”，n(Si)：n(O)=1：2。 ③、最小环上有12个原子，即：6个氧原子和6个硅原子.
2、分子晶体：干冰（CO 2）晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 （1）、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +（Cl -）周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每 个Na +周围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和4个Cl -。 （2）、CsCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Cs +周围等距离且紧邻的Cl -有8个，每个Cs +（Cl -) 周围等距离且紧邻的Cs +(Cl -)有6个。 ②、如图为8个晶胞，每个晶胞中含有1个Cs +和1个Cl - 。 3、金属晶体 （1）、简单立方晶胞：典型代表Po ，空间利用率52%，配位数为6 （2）、体心立方晶胞（钾型）：典型代表Na 、K 、Fe ，空间利用率60%，配位数为8。 （3）、六方最密堆积（镁型）：典型代表Mg 、Zn 、Ti ，空间利用率74%，配位数为12。 （4）、面心立方晶胞（铜型）：典型代表Cu 、Ag 、Au ，空间利用率74%，配位数为12。 （二）、晶胞中微粒的计算方法——均摊法 1、概念：均摊法是指每个图形平均拥有的粒子数目，如某个粒子为n 个晶胞所共有，则 该粒子有n 1属于一个晶胞。 2、解题思路：首先应分析晶胞的结构（该晶胞属于那种类型），然后利用“均摊法”解题。
2001年第5题 今年3月发现硼化镁在39K 呈超导性，可能是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图5-1是该晶体微观空间中取出的部分原子沿C 轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。 5-1 由图5-1可确定硼化镁的化学式为： 。 5-2 在图5-l 右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。 图5-1硼化镁的晶体结构示意图 第5题（5分） 5-1 MgB 2 （2分）（注：给出最简式才得分） 或 a = b ≠ c ，c 轴向上（3分） 5-2 （注：任何能准确表达出Mg ︰B ＝1︰2的晶胞都得满分，但所取晶胞应满足晶胞是晶体微观空间基本平移单位的定义，例如晶胞的顶角应完全相同等。） 2001年第11题（10分）研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d ，以钠离子为中心，则： 11-1 第二层离子有 个，离中心离子的距离为 d ，它们是 离子。 11-2 已知在晶体中Na +离子的半径为116pm ，Cl -离子的半径为167pm ，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。 11-3 纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。 11-4 假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。
晶体结构的分析与计算训练题 1．(2015·全国卷Ⅰ)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： (1)在石墨烯晶体中，每个C 原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C 原子。 (2)在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个C 原子连接______个六元环，六元环中最多有______个C 原子在同一平面。 解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C 原子连接3个六元环，每个六元环占有的C 原子数为1 3 ×6＝2。 (2)由金刚石的结构可知，每个C 可参与形成4条C —C 键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C 原子连接12个六元环。六元环中C 原子采取sp 3 杂化，为空间六边形结构，最多有4个C 原子位于同一平面。 答案：(1)3 2 (2)12 4 2.(2016·全国卷Ⅱ)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 g·cm －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8×1 8＝ 1，故晶胞中Cu 原子与Ni 原子的数量比为3∶1。 (2)根据m ＝ρV 可得， 1 mol 晶胞的质量为(64×3＋59)g ＝a 3 ×d g·cm －3 ×N A ，则a ＝? ????2516.02×1023×d 1 3 cm ＝? ?? ??2516.02×1023×d 1 3×107 nm 。 答案：(1)3∶1 (2)? ?? ? ?2516.02×1023×d 1 3×107 3．(2017·全国卷Ⅰ)(1)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a ＝0.446 nm ，晶胞中K 、I 、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______
涉及晶胞的有关计算 晶胞作为晶体结构的基本单元，具有“无隙并置”，可平移的特征。通过对晶胞上占有的粒子数、晶胞体积的计算，结合阿伏伽德罗常数可以把微观的晶胞和 宏观的物质的有关性质密度、摩尔质量联系起来。 从99年高考出现NiO晶胞与晶体密度关系计算以来，涉及晶胞的计算在高中化学教学中一直被作为一个重点，而且在计算的设计上变化层出。 例：晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单元称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知Fe x O晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1。 测知Fe x O晶体密度ρ=5.71g/cm3，晶胞边长a = 4.28×10－10m。（铁相对原子质量为55.9，氧相对原子质量为16）求： （1）Fe x O中x值（精确至0.01）为_____________。 （2）晶体中的Fe分别为Fe2＋、Fe3＋，在Fe2＋和Fe3＋的总数中，Fe2＋所占分数（用小数表示，精确至0.001）为___________。 （3）此晶体化学式为___________。 解析：要计算x的值实际就是计算Fe x O的摩尔质量。假定有1molFe x O晶体，求出1mol晶体质量即可解决问题。题目条件中有晶体密度，如果求出1mol晶体的体积，体积乘以密度就是质量。这样问题就转化为求1mol晶体的体积了。1mol Fe x O晶体含有N A个O2- ,一个晶胞上占有4个O2-,所以1mol晶体含有N A/4个晶胞。每个晶胞的体积V = a 3 = (4.28×10－8cm)3，因此1mol晶体的体积就是 N A ×(4.28×10－8cm)3/4。1mol晶体质量为m =ρ.(N A /4).V = 5.71g/cm3×(N A /4) ×(4.28×10－8cm)3 = 67.4g。x =(67.4－16)/56 = 0.92 。（3）小题的答案就可以表示为Fe 0.92 O 。(2)小题是纯数学计算，设Fe2+、Fe3+分别为m、n个，根据化合物中正负化合价代数和为0建立方程组：m+n=0.92 ; 2m+3n=2就可以求出相应的数值。 这种类型的计算通常涉及宏观晶体的密度、摩尔质量与阿伏伽德罗常数和微观的晶胞边长、晶胞粒子的半径。 例1.右图是金属铁晶体结构的示意图： 已知：金属铁的密度为7.8 g·cm-3。求：铁原子的半径。 例2．图乙为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。
第五章 典型半导体材料及电子材料晶体 结构特点及有关性质 5.1 典型半导体材料晶体结构类型 5.2 半导体材料晶体结构与性能 5.3 电子材料中其他几种典型晶体结构 5.4 固溶体晶体结构 5.5 液晶的结构及特征 5.6 纳米晶体的结构及特征 2013-12-81
5.1.1 金刚石型结构 硅 Si：核外电子数14，电子排布式方式为 1s2 2s22p6 3s23P2 锗Ge：核外电子数32，电子排布式方式为 1s2 2s22p6 3s23p63d104s24p2 在Si原子与Si原子，Ge原子与Ge原子相互作用构成Si、Ge晶体时，由于每个原子核对其外层电子都有较强的吸引力。又是同一种原子相互作用，因此原子之间将选择共价键方式结合。 电负性：X Si= X Ge=1.8，⊿X = 0， ∴形成非极性共价键 2013-12-83
为了形成具有8个外层电子的稳定结构，必然趋于与邻近的四个原子形成四个共价键。由杂化理论可知，一个s轨道和三个p轨道杂化，结果产生四个等同的sp3杂化轨道，电子云的方向刚好指向以原子核为中心的正四面体的四个顶角，四个键在空间处于均衡，每两个键的夹角都是109°28′。如图5.11所示。 图5.1.1 SP3杂化轨道方向 2013-12-84
每个原子都按此正四面体键，彼此以共价键结合在一起，便形成如图5.1.2和图5.1.3所示的三维空间规则排列结构—金刚石性结构。金刚石型结构的晶体具有Oh群的高度对称性。(对称中心在哪里? 答案 ) 2013-12-85
5.1.2 闪锌矿结构 化合物半导体GaAs、InSb、GaP等都属于闪锌矿结构，以GaAs为例介绍其结构特点。 Ga 的原子序数 31，核外电子排布式 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p1 As 的原子序数 33，核外电子排布式 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p3 电负性：X Ga ＝1.6，X As＝2.0，电负性差⊿X＝0.4 <1.5。 ∴形成共价键(极性共价键) 。 2013-12-86
第一章材料的结构 2006-09-16 11:50 第一章材料的结构 重点与难点： 在晶体结构中，最常见的面心立方结构（fcc）、体心立方结构（bcc）、密排六方结构（hcp）、金刚石型结构及氯化钠型结构。内容提要： 在所有固溶体中，原子是由键结合在一起。这些键提供了固体的强度和有关电和热的性质。例如，强键导致高熔点、高弹性系数、较短的原子间距及较低的热膨胀系数。由于原子间的结合键不同，我们经常将材料分为金属、聚合物和陶瓷3类。 在结晶固体中，材料的许多性能都与其内部原子排列有关。因此，必须了解晶体的特征及其描述方法。根据参考轴间夹角和阵点的周期性，可将晶体分为7种晶系，14种晶胞。本章重点介绍了在晶体结构中，最常见的面心立方结构（fcc）、体心立方结构（bcc）、密排六方结构（hcp）、金刚石型结构及氯化钠型结构。务必熟悉晶向、晶面的概念及其表示方法（指数），因为这些指数被用来建立晶体结构和材料性质及行为间的关系。在工程实际中得到广泛应用的是合金。合金是由金属和其它一种或多种元素通过化学键合而成的材料。它与纯金属不同，在一定的外界条件下，具有一定成分的合金其内部不同区域称为相。合金的组织就是由不同的相组成。在其它工程材料
中也有类似情形。尽管各种材料的组织有多种多样，但构成这些组织的相却仅有数种。本章的重点就是介绍这些相的结构类型、形成规律及性能特点，以便认识组织，进而控制和改进材料的性能。学习时应抓住典型例子，以便掌握重要相的结构中原子排列特点、异类原子间结合的基本规律。 按照结构特点，可以把固体中的相大致分为五类。 固溶体及金属化合物这两类相是金属材料中的主要组成相。它们是由金属元素与金属元素、金属元素与非金属元素间相互作用而形成。固溶体的特点是保持了溶剂组元的点阵类型不变。根据溶质原子的分布，固溶体可分为置换固溶体及间隙固溶体。一般来说，固溶体都有一定的成分范围。化合物则既不是溶剂的点阵，也不是溶质的点阵，而是构成了一个新的点阵。虽然化合物通常可以用一个化学式（如AxBy）表示，但有许多化合物，特别是金属与金属间形成的化合物往往或多或少由一定的成分范围。 材料的成分不同其性能也不同。对同一成分的材料也可通过改变内部结构和组织状态的方法，改变其性能，这促进了人们对材料内部结构的研究。组成材料的原子的结构决定了原子的结合方式，按结合方式可将固体材料分为金属、陶瓷和聚合物。根据其原子排列情况，又可将材料分为晶体与非品体两大类。本章首先介绍材料的晶体结构。基本要求： 1.认识材料的3大类别：金属、聚合物和陶瓷及其分类的基础。 2.建立原子结构的特征，了解影响原子大小的各种因素。
晶胞的有关计算：体积、微粒数、晶体密度 一、如何利用晶胞参数计算晶胞体积？ 平行六面体的几何特征可用边长关系和夹角关系确定。布拉维晶胞的边长与夹角叫做晶胞参数。共有7种不同几何特征的三维晶胞，称为布拉维系，它们的名称、英文名称、符号及几何特征如下： 立方cubic(c)a=b=c,α=β=γ=90°,(只有一个晶胞参数a) 四方tetragonal(t)a=b≠c,α=β=γ=90°,(有2个晶胞参数a 和c) 六方hexagonal(h)a=b≠c,α=β=90°,γ=120°,(有2个晶胞参数a 和c) 正交orthorhombic(o)a≠b≠c,α=γ=90°,(有3个晶胞参数a,b 和c) 单斜monoclinic(m)a≠b≠c,α=γ=90°,β≠90°,(有4个晶胞参数a,b,c 和β) 三斜anorthic(a)a≠b≠c,α≠β≠γ,(有6个晶胞参数a,b,c,α,β和γ) 菱方rhombohedral(R)a=b=c,α=β=γ≠90°,(有2个晶胞参数a 和α) 六方a^2Xcsin120 正交V=abc 单斜V=abcsin β 三斜V=abc(1-cos2α-cos2β-cos2γ+2cos αcos βcos γ) 菱方V=a^3(1-3cos2α+2(cos α)^3) 二、均摊法---计算晶胞中的粒子数 位于晶胞顶点的微粒,实际提供给晶胞的只有1/8; 位于晶胞棱边的微粒,实际提供给晶胞的只有1/4; 位于晶胞面心的微粒,实际提供给晶胞的只有1/2; 位于晶胞中心的微粒,实际提供给晶胞的只有1. 三、晶胞的密度计算 1） 利用晶胞参数可计算晶胞体积(V)，根据相对分子质量(M)、晶胞中粒子数(Z)和阿伏伽德罗NA ，可计算晶体的密度ρ： V N MZ A =ρ
浅谈有关晶体结构的分析和计算
浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘要：晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一，本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定，晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面，探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词：晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中，有三个题目是现行中学化学教材中选学内容，它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题，由于是选学内容，学生对选学内容往往重视不够，所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结，或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助，若有不妥这处，敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 （一）、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 （1）金刚石晶体中微粒分布： ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合，形成正四面体 结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C键的形成，碳原子与C-C键之比为1:2。 （2）二氧化硅晶体中微粒分布
①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合，形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ，4个“2 1氧”，n(Si)：n(O)=1：2。 ③、最小环上有12个原子，即：6个氧原子和6个硅原子. 2、分子晶体：干冰（CO 2）晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个 CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 （1）、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +（Cl -）周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每 个Na +周围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和 4个Cl -。 （2）、CsCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Cs +周围等距离且紧邻的Cl -有 8个，每个Cs +（Cl -) 周围等距离且紧邻的Cs +(Cl -)有6个。 ②、如图为8个晶胞，每个晶胞中含有1个Cs +和1个Cl - 。 3、金属晶体 （1）、简单立方晶胞：典型代表Po ，空间利用率52%，配位数为6
典型的晶体结构 1.铁 铁原子可形成两种体心立方晶胞晶体：910℃以下为α－Fe，高于1400℃时为δ－Fe。在这两种温度之间可形成γ－面心立方晶。这三种晶体相中，只有γ－Fe能溶解少许C。问：1．体心立方晶胞中的面的中心上的空隙是什么对称？如果外来粒子占用这个空隙，则外来粒子与宿主离子最大可能的半径比是多少？ 2．在体心立方晶胞中，如果某空隙的坐标为（0，a/2，a/4），它的对称性如何？占据该空隙的外来粒子与宿主离子的最大半径比为多少？ 3．假设在转化温度之下，这α－Fe和γ－F两种晶型的最相邻原子的距离是相等的，求γ铁与α铁在转化温度下的密度比。 4．为什么只有γ－Fe才能溶解少许的C？ 在体心立方晶胞中，处于中心的原子与处于角上的原子是相接触的，角上的原子相互之间不接触。a＝(4/3)r。 ①②③ 1．两个立方晶胞中心相距为a，也等于2r＋2r h［如图①］，这里r h是空隙“X”的半径，a ＝2r＋2r h＝(4/3)r r h/r＝0.115（2分） 面对角线（2a）比体心之间的距离要长，因此该空隙形状是一个缩短的八面体，称扭曲八面体。（1分） 2．已知体心上的两个原子（A和B）以及连接两个晶体底面的两个角上原子［图②中C和D］。连接顶部原子的线的中心到连接底部原子的线的中心的距离为a/2；在顶部原子下面的底部原子构成晶胞的一半。空隙“h”位于连线的一半处，这也是由对称性所要求的。所以我们要考虑的直角三角形一个边长为a/2，另一边长为a/4［图③］，所以斜边为16 /5a。（1分）r＋r h＝16 /5a＝3/5r r h/r＝0.291（2分） 3．密度比＝42︰33＝1.09（2分） 4．C原子体积较大，不能填充在体心立方的任何空隙中，但可能填充在面心立方结构的八面体空隙中（r h/r＝0.414）。（2分） 2.四氧化三铁 科学研究表明，Fe3O4是由Fe2＋、Fe3＋、O2－通过离子键而组成的复杂离子晶体。O2－的重复排列方式如图b所示，该排列方式中存在着两种类型的由O2－围成的空隙，如1、3、6、7的O2－围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2－围成的空隙，前者为正四面体空隙，后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3＋填充在正四面体空隙中，另一半Fe3＋和Fe2＋填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中正四面体空隙数与O2－数之比为2：1，其中有12.5%正四面体空隙填有Fe3＋，有50%正八面体空隙没有被填充。 Fe3O4中三价铁离子：亚铁离子：O原子=2：1：4 晶胞拥有8个正四面体空隙，4个O2－离子；所以2：1 一半三价铁离子放入正四面体空隙，即一个三价铁离子，所以为1/8=12.5%晶胞实际拥有4个正八面体空隙，其中已经有一个放Fe3+，另外一个Fe2+占据一个正八面体空隙，所以50%的正八面体空隙没有被填充。
金属晶体四类晶胞空间利用率的计算 高二化学·唐金圣 在新课标人教版化学选修3《金属晶体》一节中，给出了金属晶体四种堆积方式的晶胞空间利用率。空间利用率就是晶胞上占有的金属原子的体积与晶胞体积之比。下面就金属晶体的四种堆积方式计算晶胞的空间利用率。 一、简单立方堆积： 在简单立方堆积的晶胞中，晶胞边长a等于金属原子半径r的2倍，晶胞的体积V晶胞=(2r)3。晶胞上占有1个金属原子，金属原子的体积V原子=4πr3/3 ，所以空间利用率V原3/ （3×(2r)3）=52.33﹪。 子/V晶胞= 4πr 二、体心立方堆积： 在体心立方堆积的晶胞中，体对角线上的三个原子相切，体对角线长度等于原子半径的4倍。假定晶胞边长为a ，则a2 + 2a2 = (4r)2，a=4 r/√3 ，晶胞体积V晶胞=64r3/ 3√3 。体心堆积的晶胞上占有的原子个数为2，原子占有的体积为V原子=2×（4πr3/3）。晶胞的空间利用率等于V原子/V晶胞=（2×4πr3×3√3）/（3×64r3）= 67.98﹪。 三、面心立方最密堆积 在面心立方最密堆积的晶胞中，面对角线长度是原子半径的4倍。假定晶胞边长为a,则a2 + a2 = (4r)2 ,a = 2√2r ,晶胞体积V晶胞=16√2r3。面心立方堆积的晶胞上占有的原子数为4，原子占有的体积为V原子= 4×（4πr3/3）。晶胞的空间利用率等于V原子/V晶胞=（4×4πr3）/(3×16√2r3)= 74.02﹪.
四、六方最密堆积 六方最密堆积的晶胞不再是立方结构。晶胞上、下两个底面为紧密堆积的四个原子中心连成的菱形，边长a = 2r ,夹角分别为60°、120°，底面积s = 2r×2r×sin(60°) 。晶胞的高h的计算是关键，也是晶胞结构中最难理解的。在晶胞的上、下两层紧密堆积的四个原子中，各有两个凹穴，中间层的原子在上、下两层正对的凹穴中。中间层的原子和上层形成凹穴的三个原子构成一个正四面体；和下层对应的三个原子也构成一个正四面体，这两个正四面体的高之和就是晶胞的高。正四面体的边长为2r,正四面体的高h 1 = 2√2r/√3 。晶胞的高为h = 4√2r/√3，晶胞的体积V晶胞=(2r×2r×sin(60°)×4√2r)/√3 = 8√2r3 。六方最密堆积的晶胞上占有2个原子，原子的体积V原 子= 2×（4πr 3/3）。晶胞的空间利用率为V 原子/V晶胞= （2×4πr 3）/（3×8√2r3 ） = 74.02 ﹪.
晶体结构的分析与计算 1．(2015·全国卷Ⅰ)碳有多种同素异形体，其中石墨烯与金刚石的晶体结构如图所示： (1)在石墨烯晶体中，每个C 原子连接________个六元环，每个六元环占有________个C 原子。 (2)在金刚石晶体中，C 原子所连接的最小环也为六元环，每个C 原子连接______个六元环，六元环中最多有______个C 原子在同一平面。 解析：(1)由石墨烯的结构可知，每个C 原子连接3个六元环，每个六元环占有的C 原子数为13 ×6＝2。 (2)由金刚石的结构可知，每个C 可参与形成4条C —C 键，其中任意两条边(共价键)可以构成2个六元环。根据组合知识可知四条边(共价键)任选其中两条有6组，6×2＝12。因此每个C 原子连接12个六元环。六元环中C 原子采取sp 3杂化，为空间六边形结构，最多有4个C 原子位于同一平面。 答案：(1)3 2 (2)12 4 2.(2016·全国卷Ⅱ)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 g·cm － 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3∶1。 (2)根据m ＝ρV 可得， 1 mol 晶胞的质量为(64×3＋59)g ＝a 3×d g·cm － 3×N A ，则a ＝????2516.02×1023×d 13cm ＝??? ?2516.02×1023×d 1 3×107 nm 。 答案：(1)3∶1 (2)??? ?2516.02×1023×d 13×107 3．(2017·全国卷Ⅰ)(1)KIO 3晶体是一种性能良好的非线性光学材 料，具有钙钛矿型的立方结构，边长为a ＝0.446 nm ，晶胞中K 、I 、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_____。
晶体结构分析与计算 湖南省浏阳市第一中学潘丹张水强410300 在2005年高考考纲中，在思维能力中增加了“对原子、分子、化学键等 微观结构有一定的三维想象能力”的要求。三维想象能力可能通过“晶体结构”试题来体现，而“晶体结构”这一知识点前几年是高考的热点之一（如 92年的金刚石、96年的SiO2 、97年的C60、98年的GBO、99年的NiO等等）。间隔了几年，笔者认为有必要引起广大考生足够的重视。本文从最常见的几 种晶体结构题型入手，分析晶体结构有关的问题，帮助同学们更好地掌握晶 体结构的内容，培养空间想象能力和形象思维能力。 一、常见的几种晶体结构分析 (一)、氯化钠晶体 1、NaCl晶体是一种简单立方结构——Na+和Cl-交替占据立 方体的顶点而向空间延伸。 2、在每个Na+周围最近且等距离（设边长为a）的Cl-有6 个，在每个Cl-周围最近且等距离的Na+有6个。 3、在每个Na+周围最近且等距离（平面对角线为2a）的Na+有12 个，在每个Cl-周围且最近等距离（平面对角线为2a）的Cl-有12 个。 (二)、氯化铯晶体 1、CsCl晶体是一种立方体心结构—— 每8个Cs+、8个Cl-各自构成立方体。 在每个立方体的中心有一个异种离子 （Cl-或Cs+）。 2、在每个Cs+周围最近且等距离的Cl- （设为3a/2）有8个。在每个Cl-周 围最近且等距离的Cs+有8个。 3、在每个Cs+周围最近且等距离（必为a）的Cs+有6个，在每个Cl-周围最近且等距离的Cl-有6个。 (三)、金刚石晶体 1、金刚石晶体是一种空间网状结构——每个C原子与另4个C原子以共价键结 合，前者位于正四面体中心，后者位于正四面体顶点。 2、晶体中所有C—C键键长相等（1.55×10-10m），键角 相等（均为109028'），晶体中最小碳环由6个C组成 且六者不在同一平面内。 3、晶体中每个C原子参与了4条C—C键的形成，而 在每条键中的贡献只有一半，故C原子个数与C—C键
微型专题（四）晶体类型的判断及晶体结构的分析与计算 ［核心素养发展目标］1.能辨识常见物质的晶体类型，能从微观角度分析各种晶体的构成微粒及微粒间的作用力，并解释各类晶体性质的差异。 2.熟知各类晶体的结构特点及堆积模型, 能利用均摊法对晶胞进行结构分析和计算。 |微型专题 克难解疑精准高效一、晶体类型的判断 例1 （2018 ?上海杨浦区检测）四种物质的一些性质如下表: 晶体类型：单质硫是______________________ 晶体；单质硼是_______________ 晶体；氯化铝是 ___________________ 晶体；苛性钾是_____________ 晶体。 答案分子原子分子离子 解析单质硫为非金属单质，其熔、沸点都较低，则晶体为分子晶体；单质硼为非金属单质，其熔、沸点都很高，则晶体为原子晶体；氯化铝为化合物，其熔、沸点都较低，并能在较低温度下升华，则晶体为分子晶体；苛性钾为化合物，其熔点较高，沸点很高，晶体不导电，熔融态导电，则晶体为离子晶体。 -方迭规律■----------------------------------------------------------------------------- "三看” 确定晶体类型 （1）看构成微粒或作用力类型四类晶体的构成微粒和微粒间作用力列表如下：
（2）看物质类别 ①单质类：a.金属单质和合金属于金属晶体； b.大多数非金属单质（金刚石、石墨、晶体硅、 晶体硼等除外）属于分子晶体。 ②化合物类：a.离子化合物一定为离子晶体； b.共价化合物绝大多数为分子晶体，但SiO2、SiC等为原子晶体。 （3）看物理性质 变式1 （2018 ?成都高二月考）AB型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构 所表示的物质最有可能是分子晶体的是（） A. ①③ B.②⑤ C.⑤⑥ D.③④⑤⑥ 答案B 解析从各图中可以看出②⑤都不能再以化学键与其他原子结合, 所以最有可能是分子晶体。 二、晶体熔、沸点的比较
晶胞结构的分析与计算 ——晶体结构与性质章复习（第2课时） 【学习目标】 1.能根据分摊法确定晶体的组成；提高抽象思维能力，提升宏观辨识与微观探析的发展水平。（重难点） 2.通过典型晶胞再认识，学会利用晶胞的基本特点分析晶体中微粒配位数。 3.建立解晶胞的一般观念、思维模型，能类比迁移相关知识解决新情境新问题；提升解决复杂问题的能力。（重难点） ，则晶胞中最邻近两个金属原子间的距离为？ 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如 顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子， 它的化学式是？ 分摊法能解决哪些问题？使用分摊法时应注意什么问题？ 石英晶体的晶胞如图，确定其化学式的方法有哪些？ 晶胞中，配位情况对比 CsCl晶胞数目NaCl晶胞数目CaF2晶胞数目 +Ca2+配位数
1.有下列某晶体的空间结构示意图。图中●和化学式中M分别代表阳离子，图中○和化学式中N分别 代表阴离子，则化学式为MN2的晶体结构为（） A B C D 2.下列说法正确的是（）（N A表示阿伏加德罗常数） A.1mol冰中含有氢键的个数为2 N A B.12g石墨中含有C-C键的个数为3N A C.二氧化硅晶体中存在四面体网状结构，O处于中心，Si处于4个顶点 D.密置层在三维空间堆积可得体心立方堆积和面心立方最密堆积 3.氮化碳结构如下图所示，其硬度超过金刚石，下列有关氮化碳的说法不正确的是（） A.氮化碳属于原子晶体 B.氮化碳中碳显－4价，氮显＋3价 C.氮化碳的化学式为C3N4 D.每个碳原子与四个氮原子相连，每个氮原子与三个碳原子相连 4.ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如下图所示，其晶胞边 长为540.0 pm．密度为（列式并计算），a位置S2－离子与b位置Zn2+离子之间的 距离为pm（列示表示） 5.晶胞有两个基本要素： ①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0， 0，0）；B为（1/2，0，1/2）；C为（1/2，1/2，0）。则D原子的坐标参数为_________。 ②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm，其密度为____g·cm-3（列出计算式即可） 6.Na的密度小于Mg，从空间利用率角度如何解释？（提示：Na、Mg的空间利用率分别为68%、74%）
浅谈有关晶体结构的分析和计算 摘 要：晶体结构的分析和计算是历年全国高考化学试卷中三个选做题之一，本文从晶体结构的粒子数和化学式的确定，晶体中化学键数的确定和晶体的空间结构的计算等方面，探讨有关晶体结构的分析和计算的必要性。 关键词：晶体、结构、计算、晶胞 在全国统一高考化学试卷中，有三个题目是现行中学化学教材中选学内容，它们分别《化学与生活》、《有机化学基础》和《物质结构与性质》。虽然三个题目在高考时只需选做一题，由于是选学内容，学生对选学内容往往重视不够，所以在高考时学生对这部分题目得分不够理想。笔者对有关晶体结构的分析和计算进行简单的归纳总结，或许对学生学习有关晶体结构分析和计算有所帮助，若有不妥这处，敬请同仁批评指正。 一、有关晶体结构的粒子数和化学式确定 （一）、常见晶体结构的类型 1、原子晶体 （1）金刚石晶体中微粒分布： ①、每个碳原子与4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构。 ②、键角均为109°28′。 ③、最小碳环由6个碳组成并且六个碳原子不在同一平面内。 ④、每个碳原子参与4条C-C 键的形成，碳原子与C-C 键之比为1:2。 （2）二氧化硅晶体中微粒分布 ①、每个硅原子与4个氧原子以共价键结合，形成正四面体结构。 ②、每个正四面体占有1个Si ，4个“ 2 1 氧”，n(Si)：n(O)=1：2。 ③、最小环上有12个原子，即：6个氧原子和6个硅原子. 2、分子晶体：干冰（CO 2）晶体中微粒分布 ①、8个CO 2分子构成立方体并且在6个面心又各占据1个CO 2分子。 ②、每个CO 2分子周围等距离紧邻的CO 2分子有12个。 3、离子晶体 （1）、NaCl 型晶体中微粒分布 ①、每个Na +（Cl -）周围等距离且紧邻的Cl -(Na +)有6个。每个Na +周 围等距离紧邻的Na +有12个。 ②、每个晶胞中含4个Na +和 4个Cl -。
《无极材料测试技术》课程作业 对编号01N2009534的样品XRD测试数据进行物相分析，并计算其平均晶粒尺寸大小与晶胞参数。 1.物相分析过程 使用MDI Jade5.0软件对样品XRD测试数据进行分析，以定性分析样品的物相。 1.1.数据的导入 将测试得到的XRD测试数据文件01N2009534.txt直接拖动到Jade软件图标上，导入数据，得到样品XRD衍射图（图1-1）。 图1-1 数据导入Jade5.0后得到的XRD图 1.2.初步物相检索 右键点击键，弹出检索对话框，设定初步检索条件：选择所有类型的数据库；检索主物相（Major Phase）；不使用限定化学元素检索（Use Chemistry前方框不打钩）（如图1-2所示）。点击“OK”开始检索，得到的检索结果见图1-3。 从初步检索结果可以看出，最可能的物相有四个：CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3（图1-3）、CaB6O10·5H2O（图1-4a）、Ca2.62Al9.8Si26.2O72H4.56（图1-4b）和C20H20N16O8S4Th（图1-4c）。其中前三个均为无机物，第四个为有机金属化合物。
从结果分析，由图1-4b、c中可以看出，这两种物相的标准衍射峰没有与样品衍射峰中的最强峰匹配，因此样品中不含有第三、四中物相或者其主晶相不是第三、四种物相。而从图1-3以及图1-4a中可以看出，两种物相的衍射峰与样品的衍射峰几乎都能对上，并且强弱对应良好，因此样品中主晶相可能为CaB5O8(OH)B(OH)3(H2O)3或CaB6O10·5H2O或者两者的混合物。 图1-2 初步物相检索条件设定 图1-3 经过初步检索得到的检索结果
晶体结构的计算 目的：１、掌握几类常见晶体的类型； ２、掌握晶体的有关计算； ３、培养学生空间想象能力。 教学过程： 导入：晶体结构的考查是高考化学的一个重点和难点，考纲明确指出，要求考生“对原子、分子、化学键等微观结构有一定的想象能力”。为此，我们要求同学们不仅要熟悉 常见的几类晶体的空间构型，还要掌握一些简单的计算。 新授 （二）晶胞的计算公式： A N NM pv 式中p —晶体密度，V —晶体所占体积，N —微粒个数，M —粒子的摩尔质量，N A ——阿伏加德罗常数。 一、晶体化学式及离子数的确定 例1 如图是离子晶体的晶胞，该离子晶体的化学式是： A 、ABC B 、ABC 3 C 、AB 2C 3 D 、AB 3C 3 析：A 离子被个晶胞共用，∴8 1 ×8=1 B 离子位于体心被子8个晶胞共用一个， C 离子属于枝边，4 1 ×12=3 ∴选B 练习、观察NACL 晶胞回答： (1)在一个晶胞中，平均分摊到 个Na + 个Cl -。 (2)若某NaCl 晶体为0.589，它约含 个晶胞。 答：4 4 1.51× 1021 延伸：在立体结构的“分子”中，若也有重复的结构单元（如多元环）且结构单元
（多元环）中的一个原子被几个结构单元（多元环）所共用，它在特定结构单元中就相当等于几分之一个原子。同样，若结构单元中的某一棱边（即多元环的某个化学键）被几个结构单元所共用，则它在特定的结构单元中，就相当于于几分之一条棱边（化学键），基于此，便可以确定结构单元中的原子数，化学键数。 例2： 如图是“足球烯”分子，它仅由碳原子直接构成， 已知每个足球烯分子中含有12个五边形，20个六边形，30个双键。 ①平均每个五边形含有碳原子数为 个，平均每个六边形所含的碳原子数为 个。 ②“足球烯”分子的分子式为 。 ③“足球烯”分子中含有化学键单数为别 个。 ④若某“足球烯：”分子为12个正方形，25个六边形，则其分子式为 。 分析 1) 如图：每个C 原子被3个多元环共用故对1个多元环说，每个多元环只占有1/3 个碳原子，即每个五边形碳原子数为 5×3531= 每个六边形含碳原子数为6×23 1 = 个 2) 分子中C 原子数为12×2035+×3 6 =60个（即C60） 3) 如图，因每条棱边被动2个多元环共用，故化学键数共为12×5×2 1 ＋20×6× 2 1 =90个。 或理解为每个C 原子与相邻碳原子形成3个化学键，每个化学键又被2个多元环所 共用（相当于是1/2个化学键），故化学键总数为60×2 1 ×3=90 ∴“足球烯”分子中单键数为90-30=60 4) 分子式 12×5×31+25×6×3 1 =70(即C 70） 练习：如图，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，试观察右图回答。 ①这个基本单元由 个硼原子组成 键角是 度，共含 个B-B 键。 析：由图知每个B 原子在三角形中分摊1/5，故有5 1 ×3×20=12个B ，键角为600， 每个三角形中分摊1/2，故化学键共有 2 1 ×3×20=30个。 二、晶体的空间结构及微粒间距离的计算。 切割法： 若一个晶胞中含许多个小立方体，在分析紧邻微粒个数及计算微粒间距离的时候，我们可采用切割法，即把其中一个小立方体切割出来进行分析和计算，或对经过其中一