晶体结构的计算(历年高考题汇总)

晶体结构是近几年来高考考查的重点和热点，特别是晶体结构的计算更是其中的重中之重，它体现了高考考试说明中提出的“将化学问题抽象为数学问题，利用数学工具，通过计算推理解决化学问题的能力”的要求，是高考向“3+X”综合发展的趋势.在高考的第二轮复习中有必要加以归纳整理。

晶体结构的计算通常有以下类型:qqqeee 一．晶体中距离最近的微粒数的计算：例1：在氯化钠晶体（图1）中，与氯离子距离最近的钠离子有个；与氯离子距离最近的氯离子有个.解析：我们可以选定中心的氯离子作为基准,设立方体的边长为a，则氯a，此钠离子位于立方体六个面的面心上,即有离子与钠离子之间的最近距离为2六个钠离子；氯离子间的最近距离为a2，共有12个.（如图标号1-12所示）。

2例2：二氧化碳晶体中，与二氧化碳分子距离最近的二氧化碳分子有个。

解析：在图2 的二氧化碳分子晶体结构中，8个二氧化碳分子处于正方体的8个顶点上，还有6个处于正方体的六个面的面心上。

此时可选定面心的二氧化碳分子为基准，设正方体的边长为a，则二氧化碳分子间的最近距离为a2，从图中2看有8个，它们分别位于该侧面的四个顶点及与之相连的四个面的面心上。

此时应注意，图中所给出的结构仅是晶胞.所谓晶胞，是晶体中最小的重复结构单元,它能全面正确地表示晶体中各微粒的空间关系.也就是说晶体是以晶胞为核心向空间延伸而得到的，单个的晶胞不能表示整个晶体的结构。

所以在我们观察晶体结构时应充分发挥空间想象的能力 ,要将晶胞向各个方向（上，下，左，右，前，后）扩展。

图2向右扩展 得图3(为容易观察,用•表示二氧化碳分子)，从中可以看出与二氧化碳分子距离最近的二氧化碳分子有 12 个。

从以上的分析可以看出，要正确确定晶体中距离最近的微粒的数目，首先要对晶体结构熟悉，其次要有良好的 空间想象能力，要有以晶胞为核心向空间扩展的意识。

二．晶体中结构单元微粒实际数目的计算、离子晶体化学式的确定例3：在氯化钠晶胞中,实际的钠离子和氯离子各有多少个？解析:从图1中可以看出有13个氯离子和14个钠离子,但这并不表示真正的离子数。

突破点3晶体结构分析和有关计算命题角度1原子间距离、原子坐标与配位数判断1.(化学式确定)(1)(2023·浙江1月选考)Si 与P 形成的某化合物晶体的晶胞如图。

该晶体类型是_共价晶体__，该化合物的化学式为_SiP 2__。

(2)(2022·天津选考)钠的某氧化物晶胞如图，图中所示钠离子全部位于晶胞内。

由晶胞图判断该氧化物的化学式为_Na 2O__。

【解析】(1)Si 与P 形成的某化合物晶体的晶胞如图可知，原子间通过共价键形成的空间网状结构，形成共价晶体；根据均摊法可知，一个晶胞中含有8×18＋6×12＝4个Si,8个P，故该化合物的化学式为SiP 2。

(2)钠的某氧化物晶胞如图，图中所示钠离子全部位于晶胞内，则晶胞中有8个钠，氧有8×18＋6×12＝4个，钠氧个数比为2∶1，则该氧化物的化学式为Na 2O。

2.(配位数)(2022·重庆选考)X 晶体具有面心立方结构，其晶胞由8个结构相似的组成单元(如图)构成。

(1)晶胞中与同一配体相连的两个[Zn 4O]6＋的不同之处在于_与Zn 2＋相连的双键氧原子不在对称轴的同侧__。

(2)X 晶体中Zn 2＋的配位数为_4__。

【解析】(1)由X 晶胞的组成单元的对角面可知，晶胞中与同一配体相连的两个[Zn 4O]6＋的不同之处在于与Zn 2＋相连的双键氧原子不在对称轴的同侧。

(2)1个[Zn 4O]6＋上、下、左、右、前、后共有6个L 2－，每个L 2－与[Zn 4O]6＋形成2个Zn←O 配位键，1个[Zn 4O]6＋含有4个Zn←O 配位键，1个[Zn 4O]6＋中Zn 2＋形成的配位键数目为6×2＋4＝16,1个Zn 2＋的配位数为4。

3.(原子距离与坐标)(2021·山东选考)XeF 2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有_2__个XeF 2分子。

高考化学晶体试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 下列关于晶体的描述中，正确的是：A. 晶体具有固定的熔点B. 非晶体没有固定的熔点C. 晶体和非晶体在结构上没有区别D. 晶体和非晶体在物理性质上完全相同答案：A2. 晶体的X射线衍射图谱可以用来确定晶体的：A. 化学成分B. 晶体结构C. 晶体颜色D. 晶体密度答案：B3. 下列物质中，属于晶体的是：A. 玻璃B. 珍珠C. 石英D. 沥青答案：C4. 晶体的熔点与其结构稳定性的关系是：A. 无关B. 结构越稳定，熔点越高C. 结构越不稳定，熔点越高D. 结构稳定性与熔点无关答案：B二、填空题（每题5分，共20分）1. 晶体的熔点与非晶体相比，晶体具有_________。

答案：固定的熔点2. 晶体的X射线衍射图谱可以用来确定晶体的_________。

答案：晶体结构3. 石英是一种常见的_________。

答案：晶体4. 晶体的熔点与其结构稳定性的关系是：结构越稳定，熔点越_________。

答案：高三、简答题（每题10分，共20分）1. 简述晶体与非晶体在物理性质上的主要区别。

答案：晶体具有规则的几何形状和固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点，其物理性质也不如晶体规则。

2. 晶体的X射线衍射图谱有何应用？答案：晶体的X射线衍射图谱可以用来确定晶体的晶体结构，这对于研究材料的物理和化学性质至关重要。

四、计算题（每题20分，共40分）1. 已知某种晶体的熔点为1000℃，其在标准大气压下的熔化热为200 J/g。

求该晶体1kg在熔化过程中吸收的热量。

答案：晶体1kg在熔化过程中吸收的热量为200,000 J。

2. 假设一种晶体在熔化过程中，其温度从800℃升高到1000℃，已知其熔化热为150 J/g。

求该晶体在熔化过程中每克吸收的热量。

答案：该晶体在熔化过程中每克吸收的热量为150 J。

专题73 晶体结构与性质1．【2022年山东卷】AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N-Al键、N-Ga键。

下列说法错误的是A．GaN的熔点高于AlN B．晶体中所有化学键均为极性键C．晶体中所有原子均采取3sp杂化D．晶体中所有原子的配位数均相同【答案】A【解析】Al和Ga均为第ⅢA元素，N属于第ⅢA元素，AlN、GaN的成键结构与金刚石相似，则其为共价晶体，且其与金刚石互为等电子体，等电子体之间的结构和性质相似。

AlN、GaN晶体中，N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。

A．因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于Al原子的半径小于Ga，N—Al的键长小于N—Ga的，则N—Al的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN，A说错误；B．不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，B说法正确；C．金刚石中每个C原子形成4个共价键（即C原子的价层电子对数为4），C原子无孤电子对，故C原子均采取sp３杂化；由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子均采取sp3杂化，C说法正确；D．金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键，即C原子的配位数是4，由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子的配位数也均为4，D说法正确。

综上所述，本题选A。

Cu Se是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶2．【2022年山东卷】2-x胞(示意图)的组成变化如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。

下列说法正确的是A ．每个2-x Cu Se 晶胞中2+Cu 个数为xB ．每个2Na Se 晶胞完全转化为2-x Cu Se 晶胞，转移电子数为8C ．每个NaCuSe 晶胞中0价Cu 原子个数为1-xD ．当2x y -Na Cu Se 转化为NaCuSe 时，每转移(1-y)mol 电子，产生(1-x)molCu 原子【答案】BD【解析】A ．由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×18+6×12=4，位于体内的铜离子和亚铜离子的个数之和为8，设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a 和b ，则a+b=8-4x ，由化合价代数和为0可得2a+b=4×2，解得a=4x ，故A 错误；B ．由题意可知，Na 2Se 转化为Cu 2-x Se 的电极反应式为Na 2Se-2e -+(2-x)Cu=Cu 2-x Se+2Na +，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×18+6×12=4，则每个晶胞中含有4个Na 2Se ，转移电子数为8，故B 正确；C ．由题意可知，Cu 2-x Se 转化为NaCuSe 的电极反应式为Cu 2-x Se+ e -+Na +=NaCuSe+(1-x)Cu ，由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8×18+6×12=4，则每个晶胞中含有4个NaCuSe ，晶胞中0价铜而个数为(4-4x)，故C 错误；D ．由题意可知，Na y Cu 2-x Se 转化为NaCuSe 的电极反应式为Na y Cu 2-x Se+(1-y) e -+ Na +=NaCuSe+(1-x)Cu ，所以每转移(1-y)电子，产生(1-x)mol 铜，故D 正确；故选BD 。

2024全国高考真题化学汇编认识晶体一、单选题1．（2024吉林高考真题）某锂离子电池电极材料结构如图。

结构1是钴硫化物晶胞的一部分，可代表其组成和结构；晶胞2是充电后的晶胞结构；所有晶胞均为立方晶胞。

下列说法错误的是A ．结构1钴硫化物的化学式为98Co SB ．晶胞2中S 与S 的最短距离为当3a 2C ．晶胞2中距Li 最近的S 有4个D ．晶胞2和晶胞3表示同一晶体2．（2024安徽高考真题）下列各组物质的鉴别方法中，不可行．．．的是A ．过氧化钠和硫黄：加水，振荡B ．水晶和玻璃：X 射线衍射实验C ．氯化钠和氯化钾：焰色试验D ．苯和甲苯：滴加溴水，振荡3．（2024安徽高考真题）研究人员制备了一种具有锂离子通道的导电氧化物(x y 3Li La TiO )，其立方晶胞和导电时+Li 迁移过程如下图所示。

已知该氧化物中Ti 为+4价，La 为3 价。

下列说法错误的是A ．导电时，Ti 和La 的价态不变B ．若1x=3，+Li 与空位的数目相等C ．与体心最邻近的O 原子数为12D ．导电时、空位移动方向与电流方向相反二、解答题4．（2024北京高考真题）锡(Sn )是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。

(1)Sn 位于元素周期表的第5周期第IVA 族。

将Sn 的基态原子最外层轨道表示式补充完整：。

(2)2SnCl 和4SnCl 是锡的常见氯化物，2SnCl 可被氧化得到。

①2SnCl 分子的VSEPR 模型名称是。

②4SnCl 的Sn Cl —键是由锡的轨道与氯的3p 轨道重叠形成σ键。

(3)白锡和灰锡是单质Sn 的常见同素异形体。

二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方金刚石结构。

①灰锡中每个Sn 原子周围与它最近且距离相等的Sn 原子有个。

②若白锡和灰锡的晶胞体积分别为31v nm 和32v nm ，则白锡和灰锡晶体的密度之比是。

(4)单质Sn 的制备：将2SnO 与焦炭充分混合后，于惰性气氛中加热至800C ，由于固体之间反应慢，未明显发生反应。

晶体结构的分析与计算1．常见共价晶体结构的分析2.常见分子晶体结构的分析3.常见离子晶体结构的分析684F－：8；Ca2＋：41．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．①③B．②⑤C．⑤⑥D．③④⑤⑥2．如图为几种晶体或晶胞的示意图：请回答下列问题：(1)上述晶体中，微粒之间以共价键结合形成的晶体是________。

(2)冰、金刚石、MgO、CaCl2、干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为______________________。

(3)NaCl晶胞与MgO晶胞相同，NaCl晶体的离子键________(填“大于”或“小于”)MgO 晶体的离子键，原因是___________________________________________________________。

(4)CaCl2晶体中Ca2＋的配位数________。

(5)冰的熔点远高于干冰，除H2O是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是_______________________________________________________________________________。

3．[2017·全国卷Ⅲ，35(5)]MgO具有NaCl型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X­射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2－)为________nm。

MnO 也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2＋)为________nm。

4．Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。

已知晶胞参数为0.466 5 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)。

5．[2018·全国卷Ⅱ，35(5)]FeS2晶体的晶胞如图所示。

——晶体结构及简单计算【提分训练】1． (2019·全国卷Ⅱ，节选)一种四方结构的超导化合物的晶胞结构如图1所示。

晶胞中Sm 和As 原子的投影位置如图2所示。

图中F －和O 2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x 和1－x 代表，则该化合物的化学式表示为________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x 值，完成它们关系表达式：ρ＝________g ·cm －3。

以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图1中原子1的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，12，则原子2和3的坐标分别为________、________。

解析：由图1可知，每个晶胞中含Sm 原子：4×12＝2，含Fe 原子：4×14＋1＝2，含As 原子：4×12＝2，含O 原子：8×18＋2×12(1－x )＝2(1－x )，含F 原子：8×18＋2×12x ＝2x ，所以该化合物的化学式为SmFeAsO1－x F x ；根据该化合物的化学式为SmFeAsO 1－x F x ，一个晶胞的质量为2[281＋16(1－x )＋19x ]N Ag ，一个晶胞的体积为a 2c ×10－30cm 3，则密度ρ＝2[281＋16(1－x )＋19x ]a 2cN A ×10－30g ·cm －3；根据原子1的坐标12，12，12，可知原子2和3的坐标分别为12，12，0，0,0，12。

答案：SmFeAsO 1－x F x2[281＋16(1－x )＋19x ]a 2cN A ×10－30 ⎝ ⎛⎭⎪⎫12，12，0 ⎝⎛⎭⎪⎫0，0，122．(2019·全国卷Ⅲ，节选)NH 4H 2PO 4和LiFePO 4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。

高考微专题复习——晶体密度计算1、Ge单晶具有金刚石型结构，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）。

2、CuNi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。

3、GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm−3，其晶胞结构如图所示。

该晶体的类型为___________,Ga与As以________键键合。

Ga和As的摩尔质量分别为M Ga g•mol−1和M As g•mol−1，原子半径分别为r Ga pm和r As pm，阿伏加德罗常数值为N A，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为____________________。

4、YMY（Cu）与M（Cl）形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为______________________，已知晶胞参数a=0.542 nm，此晶体的密度为______________________g·cm–3。

（写出计算式，不要求计算结果。

阿伏加德罗常数为N A）5、（O）和B（Na）能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞参数，a＝0.566nm，F的化学式为____________；晶胞中A原子的配位数为____________；列式计算晶体F的密度(g·c m¯3)___________________________________。

6、Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405nm，晶胞中铝原子的配位数为_________，列式表示Al单质的密度为________________________g·cm¯3（不必计算出结果）7、金刚石晶胞含有_______个碳原子。

6.晶体结构的计算【考点归纳】 1.晶胞化学式的计算晶体中微粒的排列具有周期性，晶体中最小的结构重复单元称为晶胞，利用“均摊法”可以计算一个晶胞中的粒子数，从而确定晶体的化学式。

“均摊法”的基本思想是晶胞中任意位置上的一个粒子被n 个晶胞共用，那么每个晶胞对这个原子分得份额就是。

常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最为常见。

（1）立方晶胞：每个顶点上的粒子被8个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；每条棱上的粒子被4个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有属于该晶胞；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。

（2）六方晶胞：每个顶点上的粒子被6个晶胞共用；每条横棱上的粒子被4个晶胞共用；每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用；每个面心上的粒子被2个晶胞共用；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。

（3）三棱晶胞：每个顶点上的粒子被12个晶胞共用；每条横棱上的粒子被4个晶胞共用；每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用；每个面心上的粒子被2个晶胞共用；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。

2.晶体密度及微粒间距离的计算(1)晶体微粒与M 、ρ之间的关系：若1个晶胞中含有x 个微粒，则1mol 晶胞中含有x mol 微粒，其质量为xM g(M 为微粒的相对“分子”质量)；1个晶胞的质量为ρa 3g(a 3为晶胞的体积，ρ为晶胞的密度)，则1mol晶胞的质量为ρa 3N A g ，因此有xM ＝ρa 3N A 。

（2）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 ；体心立方堆积4r ＝3a (r 为原子半径)；面心立方堆积4r ＝2a (r 为原子半径)。

（3）空间利用率的计算：空间利用率＝晶胞占有的微粒体积晶胞体积。

【过关练习】1.下图是甲、乙、丙三种晶体的晶胞，则甲晶体中x 与y 的个数比是______，乙中a 与b 的个数比是______，丙中一个晶胞中有________个c 离子和________个d 离子。

高中化学——晶胞的结构与计算专题练习（带答案解析）一、单选题1．快离子导体是一类具有优良导电能力的固体电解质。

图1(Li3SBF4)和图2是潜在的快离子导体材料的结构示意图。

温度升高时，NaCl晶体出现缺陷，晶体的导电性增强。

该晶体导电时，③迁移的途径有两条：途径1：在平面内挤过2、3号氯离子之间的狭缝(距离为x)迁移到空位。

途径2：挤过由1、2、3号氯离子形成的三角形通道(如图3，小圆的半径为y)迁移到空位。

已知：氯化钠晶胞参数a=564pm，r(Na+)=95pm，r(Cl-)=185pm下列说法不正确的是A．第二周期元素中第一电离能介于B和F之间的元素有4种B．图1所示晶体中，每个Li+与4个呈四面体结构的离子相邻C．氯化钠晶体中，Na+填充在氯离子形成的正八面体空隙中D．温度升高时，NaCl晶体出现缺陷，晶体的导电性增强，该晶体导电时，③迁移的途径可能性更大的是途径12．某铜的氯化物常作工业催化剂，其晶胞结构如图所示，晶胞中C、D两原子核间距为298pm。

N，则下列说法正确的是设阿伏加德罗常数的值为AA．Cu的+2价比+1价稳定，是因为最外层电子达到半充满结构CuClB．此氯化物的化学式为2C．晶胞中Cu位于Cl形成的四面体空隙D ．Cu 与Cl倍 3．Al x CoO y 的立方晶胞如图所示，已知处在体心处的原子为Co ，晶胞参数anm ，下列说法错误的是A ．x=1，y=3B ．该晶胞的密度为23-33A1.3410g cm a N ⨯⋅ C ．该晶胞的俯视图为D ．晶体中一个Al 周围与其最近的O 的个数为64．某立方晶系的锑钾()Sb K -合金可作为钾离子电池的电极材料，下图表示1/8晶胞。

下列说法中错误的是A ．该晶胞的体积为33038a 10cm -⨯B ．K 和Sb 原子数之比为3:1C ．与K 最邻近的Sb 原子数为4D ．该晶胞的俯视图为5．2CaC 的晶胞与NaCl 相似，但由于22C -的结构导致晶胞沿一个方向拉长(如图)，已知2CaC 的摩尔质量为1M g mol -⋅，若阿伏加德罗常数的值为A N ，下列说法错误．．的是A ．2Ca +填充在22C -围成的八面体空隙中B ．每个2Ca +周围等距紧邻的22C -有6个C ．两个最近2Ca +D ．2CaC 晶体密度的计算式为3230A 4g cm 10M N a b --⋅⨯ 6．某镁镍合金储氢后所得晶体的立方晶胞如图1(为便于观察，省略了2个图2的结构)，晶胞边长为apm 。