晶体结构题型例析与训练

对化学竞赛中晶体结构题目的分析和处理对晶体结构的考查是空间想象能力的考查。

就近年的一些竞赛题目做一些分析。

一、根据晶体结构考查粒子个数（化学式）例1：（2005浙江）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（）(A)LaNi6(B) LaNi3(C) LaNi4(D) LaNi5解析：依据“均摊法”La 原子个数11=122362⨯+⨯=Ni原子个数1 618152=+⨯=La：Ni=1：5。

答案 D例2：（2005安徽）钾（·）的石墨嵌入化合物沿c轴的投影图如图1，该化合物的化学式为A.KC12B. KC10C. KC8D. KC6解析：本题是平面图，实际均摊如何考虑呢？我们从中仔细观察找出最小重复单元，如图2，6个K原子组成的六边形即为最小重复单元。

1个K 原子被3个六边形所共有，所以这个最小重复单元中K原子个数1623=⨯=C原子个数18624=+=K：C=1：12。

答案 A二、考查晶体微观结构，确定晶体内指定粒子的数目。

例3：（2005江苏）高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构。

晶体中氧的化合价可看作部分为0价，部分为－2价。

下图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元)。

则下列说法正确的是( ) A．晶体中与每个K+距离最近的K+有12个B．晶体中每个K+周围有8个O2-，每个O2-周围有8个K+C．超氧化钾的化学式为KO2每个晶胞含有14个K+和13个O2-D．晶体中，0价氧原子与-2价氧原子的数目比可看作为3：1图1 图2解析：将两个相邻的氧离子看作一个质点，此结构即为NaCl 晶体结构。

选定一个钾离子为研究对象，通过该钾离子沿x 、y 、z 三轴对晶体进行切割(想象出未画出部分)，得下图：可见，每个钾离子周围有6个O 2-。

同理晶体中与每个K +距离最近的K +有12个。

晶体结构题型例析与训练例题1： 石墨的片层结构如图1所示：试回答：（1）片层中平均每个六元环含碳原子数为 个。

（2）在片层结构中，碳原子数、C —C 键数、六元环数之比为【解析】在石墨的片层结构中，我们以一个六元环为研究对象，由于碳原子为三个六元环共用，即属于每个六元环的碳原子数为6×1/3＝2；另外碳碳键数为二个六元环共用，即属于每个六元环的碳碳键数为6×1/2＝3。

【答案】（1）．2 （2）．2:3:1 例题2：已知NaCl 晶体的中最小重复单元(晶胞)如图2所示, 氯化钠的摩尔质量为M g/mol, 氯化钠的密度为 a g/cm 3 ,阿佛加德罗常数为NA, 回答下列问题:(1)每个Na + 周围距离相等且最近的Cl -所围成的空间构型为 _____(2)NaCl 晶体的晶胞可看作由_____ 个Na + 和____个 Cl -组成(3)每个Na + 周围距离相等且最近Cl - Na +分别有 ______个(4)求氯化钠的晶体中最邻近的钠离子和氯离子中心间的距离为 ____(要有解题的过程)【解析】在氯化钠的晶体结构中，在体心的微粒被此晶胞所独有（即1/1，见图3）；在面心的微粒被2个晶胞所共有（即1/2，见图4）；在棱上的微粒被4个晶胞所共有（即1/4，见图5）；在顶点上的微粒被8个晶胞所共有（即1/8，见图6）。

图3(体心-1/1) 图4(面心-1/2) 图5(棱上-1/4) 图6(顶点---1/8) 由NaCl 晶体的晶胞可知，1个晶体的晶胞由8个小立方体构成，每个小立方体的8 个顶点分别由4个Na + 和4个 Cl - 占据，每个Na + Cl - 都只有1/8占据在小立方体中，因而每个小立方体含有Na + Cl - 都为4 ×1/8=1/2，即含有NaCl 1/2个。

设每个小立方体的边长为bcm 则有b 3 ×a = M/2NA 即可得b 的值。

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。

晶体结构综合例题一．有一立方晶系的离子晶体，其结构如右图所示，试回答：1．晶体所属的点阵形式及结构基元；2．已知＝169，＝181，试问此两种离于联合组成了何种型式的密堆积；3．2+处在何种空隙里？4．指出各离子的配位情况？解：1. 立方P，3 ;2. A1型（立方面心）堆积, ＋，－离子半径大致相近;3. 八面体空隙中;4. 2＋周围－配位数6，＋配位数8；－周围2＋配位数2，＋配位数4；＋周围－配位数12，2＋配位数8。

二．黄铜矿是最重要的铜矿，全世界的2/3的铜是由它提炼的。

1．右图为黄铜矿的晶胞。

计算晶胞中各种原子的数目,写出黄铜矿的化学式;2．在高温下，黄铜矿晶体中的金属离子可以发生迁移。

若铁原子与铜原子发生完全无序的置换，可将它们视作等同的金属离子，请说出它的晶胞。

3．在无序的高温型结构中，硫原子作什么类型的堆积？金属原子占据什么类型的空隙？该空隙被金属原子占据的分数是多少？4．计算黄铜矿晶体的密度; （晶胞参数：52.4，103.0；相对原子量：63.5 55.84 S 32.06）。

解：1. 各种原子的数目, , S: 4, 4, 8; 黄铜矿的化学式2 ;2.它的晶胞与晶胞相同；但金属离子随机性为50%;（如图）；3.硫原子作A1型（立方F）堆积; 金属原子占据四面体空隙; 该空隙被金属原子占据的分数1/2;4.容易计算黄铜矿晶体的密度4.313 .1/21/2S三．冰晶石（36）用作电解法炼铝的助熔剂。

冰晶石晶胞是以大阴离子（63－）构成的面心立方晶格，＋可看作是填充在晶格的空隙中，已知冰晶石的密度为2.953，—F 键长181 ，相对原子质量： 23.0； 27.0；F 19.0。

1．指出63－配离子中心离子的杂化轨道类型、配离子空间构型和所属分子点群。

2．指出36的点阵形式；阴离子作何种形式的堆积，阳离子占据何种空隙及占有率；写出它们的分数坐标。

3．计算冰晶石晶体的晶胞参数。

2022年高考化学晶体的结构与性质专项训练之知识梳理与训练及答案一、晶体的结构与性质1．经X射线研究证明PCl5在固态时，其空间构型分别是正四面体和正八面体的两种离子构成，下列关于PCl5的推断正确的是（）A．PCl5晶体是分子晶体B．PCl5晶体由[PCl3]2+和[PCl2]2-构成，且离子数目之比为1∶1C．PCl5晶体由[PCl4]+和[PCl6]-构成，且离子数目之比为1∶1D．PCl5晶体具有良好的导电性2．下列物质的结构与性质与氢键无关的是①乙醚的沸点②冰的密度比液态水小③邻羟基苯甲酸的熔沸点比对羟基苯甲酸的低④水分子在高温下很稳定⑤氢化镁的晶格能高⑥DNA的双螺旋结构⑦尿素的熔沸点比醋酸高A．④⑥②B．①④⑤C．②⑤⑥D．③⑤⑦3．GaAs 晶体的熔点很高，硬度很大，密度为ρ g•cm－3，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，其晶胞结构如图所示，下列说法错误的是A．该晶体为共价晶体B．该晶体中 Ga 和 As 均无孤对电子，Ga 和 As 的配位数均为 4C ．原子的体积占晶胞体积的百分率为-2733AGa As4π10Nρ(r Ga+r As)3(M+M)⨯⨯⨯D．所有原子均满足 8 电子稳定结构4．实验室常用氟化钙固体和浓硫酸混合加热制HF：CaF2+H2SO4(浓)CaSO4+2HF↑。

下列关于该反应的说法错误的是A．该反应利用了浓硫酸的酸性和难挥发性B．CaF2晶体中Ca2+和F－的配位数之比为1：2C．影响H2SO4和CaSO4熔点的作用力不同D．HF是极性分子且分子极性强于HC15．观察下列模型并结合有关信息，判断下列说法不正确的是（）晶体硼（其每个结构单元中有12个B原子）NaCl S8HCN结构模型示意图备注熔点2573K——易溶于CS2——A．晶体硼属于原子晶体，结构单元中含有30个B-B键，含20个正三角形B．NaCl晶体中每个Na+周围距离最近且相等的Na+有6个C．S8分子中的共价键为非极性键D．HCN分子中含有2个σ键，2个π键6．下列有关晶体的说法中正确的是A．原子晶体中只存在非极性共价键B．稀有气体形成的晶体属于原子晶体C．在晶体中有阳离子的同时不一定有阴离子D．非金属氧化物固态时都属于分子晶体7．对下列图形解释的说法错误的是（）A．晶体金红石的晶胞如图1所示，推知化学式为TiO2（注：氧原子分别位于晶胞的上下底面和内部）B．配合物（如图2）分子中含有分子内氢键C．某手性分子如图3：可通过酯化反应让其失去手性D．可以表示氯化钠晶体，是氯化钠的晶胞8．最近我国科学家预测并据此合成了新型碳材料：T-碳。

四种晶体练习题及答案在化学和物理学科中，晶体是一种具有规律排列的原子、离子或分子组成的固体。

晶体结构的类型对于材料的物理性质有着重要的影响。

以下是四种常见晶体结构的练习题及答案。

练习题1：请描述简单立方晶体的排列特征，并说明其晶格常数的计算方法。

答案1：简单立方晶体中，原子或分子在立方体的每个顶点上排列，每个顶点的原子属于相邻的八个立方体共享。

晶格常数a可以通过测量立方体的边长来确定。

练习题2：面心立方（FCC）晶体和体心立方（BCC）晶体有何区别？请用原子填充率来说明。

答案2：面心立方晶体中，除了立方体的每个顶点上有一个原子外，每个面的中心也有一个原子。

体心立方晶体则在立方体的中心有一个原子，而顶点上没有原子。

FCC的原子填充率大约为74.05%，而BCC的原子填充率大约为68%。

练习题3：金刚石晶体是一种什么类型的晶体结构？请简述其原子排列方式。

答案3：金刚石晶体是一种面心立方晶体结构，但它的每个原子都与四个其他原子以四面体的方式连接，形成了一个非常稳定的三维网络。

练习题4：石墨的晶体结构是怎样的？请描述其层与层之间的连接方式。

答案4：：石墨具有六角晶系的层状结构，每个碳原子与其三个最近邻的碳原子以sp²杂化形成平面六角网状结构，层与层之间通过范德华力连接。

练习题5：为什么说晶体的缺陷会影响其物理性质？答案5：晶体的缺陷，如点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界），会打断原子的规律排列，从而影响晶体的机械强度、导电性和光学性质等。

例如，位错的存在可以降低晶体的强度，而晶界的增加可以降低晶体的电导率。

结束语：通过以上练习题及答案，我们可以看到晶体结构的多样性及其对材料性质的重要影响。

了解和掌握不同晶体结构的特点对于材料科学和化学领域的研究至关重要。

希望这些练习题能帮助你更好地理解晶体结构的基本概念。

晶体结构与性质练习题晶体是由一定的周期性排列的原子、分子或离子组成的固体物质。

晶体的结构与性质有着密切的联系，不同的晶体结构会导致不同的晶体性质。

为了帮助大家更好地理解晶体结构与性质之间的关系，下面将提供一些练习题，供大家进行学习和思考。

题目一：简单晶体结构1. 以NaCl为例，简述其晶体结构的特点。

2. 请说出以下晶体中的阴离子和阳离子：CaF2、K2SO4、MgO。

3. 解释为什么NaCl和KCl的晶体结构相似，但是它们的性质却有所不同。

题目二：晶体缺陷1. 什么是点缺陷？举例说明。

2. 简述晶体中的位错缺陷以及其对晶体性质的影响。

3. 解释为什么金刚石可以成为优质的宝石。

题目三：晶体的导电性1. 解释为什么金属晶体具有良好的导电性。

2. 什么是半导体晶体？举例说明其应用。

3. 简述离子晶体的导电性及其应用。

题目四：晶体的光学性质1. 什么是吸收谱和荧光谱？它们对于研究晶体结构和性质有何意义？2. 简述偏光现象产生的原因以及其应用。

3. 解释为什么金属外观呈现出不同的颜色。

题目五：晶体的热学性质1. 解释晶体的热膨胀现象及其原理。

2. 简述晶体的热导性质以及其在热散热领域的应用。

3. 解释为什么铁磁性晶体具有自发磁化特性。

题目六：晶体的力学性质1. 解释为什么晶体呈现出不同的硬度。

2. 简述晶体的弹性性质以及其应用。

3. 什么是形状记忆合金？简述其工业应用。

以上是晶体结构与性质练习题，希望能够帮助大家加深对晶体结构与性质之间关系的理解。

通过思考与学习这些问题，相信大家能够更好地掌握晶体学知识，并在实际应用中发挥自己的才能。

祝你们学习进步！。

题型05 晶胞分析(1．常见原子晶体结构分析原子半径(r)与边长(a)的关系：3a=8r、离子晶体的配位数(1)金属晶体的四种堆积模型分析Po Mg Zn Ti(2)金属晶胞中原子空间利用率计算：3334ar V V •⨯==π球数空间利用率晶胞球 ①简单立方堆积：如图所示，原子的半径为r ，立方体的棱长为2r ，则V 球＝43πr 3，V晶胞＝(2r )3＝8r 3，空间利用率＝V 球V 晶胞×100%＝43πr 38r 3×100%＝6π≈52%。

②体心立方堆积：如图所示，原子的半径为r ，体对角线c 为4r ，面对角线b 为2a ，由(4r )2＝a 2＋b 2得a ＝43r 。

1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝V 球V 晶胞×100%＝2×43πr 3a 3×100%＝2×43πr 3(43r )3×100%＝83π≈68%。

③面心立方最密堆积：如图所示，原子的半径为r ，面对角线为4r ，a ＝22r ，V 晶胞＝a 3＝(22r )3＝162r 3,1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝V 球V 晶胞×100%＝4×43πr 3162r 3×100%＝62π≈74%。

④六方最密堆积：如图所示，原子的半径为r ，底面为菱形(棱长为2r ，其中一个角为60°)，则底面面积S ＝2r ×3r ＝23r 2，h ＝263r ，V 晶胞＝S ×2h ＝23r 2×2×263r ＝82r 3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝V 球V 晶胞×100%＝2×43πr 382r 3×100%＝62π≈74%。

(3)晶体密度的计算公式推导过程：若1个晶胞中含有x 个微粒，则晶胞的物质的量为：n ＝A N N ＝AN x mol ，晶胞的质量为：m ＝n·M ＝M N x A •g ；密度为：ρ＝33a N M x a MN xV m A A ••=•=。

高考热点晶体结构分析一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。

阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。

离子的配位数分析如下：离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该单元中所占的份额为18，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为14，面上的微粒属于该单元中所占的份额为12，中心位置上（嚷里边）的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。

1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个Cl －，每个Cl －周围有6个Na +，与一个Na +距离最近且相等的Cl －围成的空间构型为正八面体。

每个Na +周围与其最近且距离相等的Na +有12个。

见图1。

晶胞中平均Cl －个数：8×18 + 6×12 ＝ 4；晶胞中平均Na +个数：1 + 12×14＝ 4 因此NaCl 的一个晶胞中含有4个NaCl （4个Na +和4个Cl －）。

2.氯化铯晶体中每个Cs +周围有8个Cl －，每个Cl －周围有8个Cs +，与一个Cs +距离最近且相等的Cs +有6个。

晶胞中平均Cs +个数：1；晶胞中平均Cl －个数：8×18＝ 1。

因此CsCl 的一个晶胞中含有1个CsCl （1个Cs +和1个Cl －）。

【例题1】现有四种晶体，其离子排列方式如下图所示，其中化学式正确的是A B C D点拨：均摊法确定某些晶体的化学式的方法：均摊法是指每个晶体中平均拥有的离子数目。

例如立方晶体中粒子个数比的求法：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有18属于该晶胞； ②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有14属于该晶胞； ③处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子有12属于该晶胞； 图1图2 NaCl 晶体图3 CsCl 晶体AB 2 EF 2 X Y XY 3Z AB④处于晶胞内的粒子，则完全属于该晶胞。