下载文档原格式
物质结构与性质专题3 晶体结构与性质方式。
7.了解晶胞的概念,能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
【考点过关】1。
晶体的结构在计算晶胞中粒子个数的过程中,不是任何晶胞都可用均摊法关系式若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol该晶胞中含有x mol微粒，其质量为xM g；又1个晶胞的质量为ρa3 g(a3为晶胞的体积，单位为cm3),则1 mol晶胞的质量为ρa3N A g，因此有xM＝ρa3N A类型金属晶体金属Po（钋）中金属原子堆积方式是简单立方堆积，原子的配位数为6,一个晶胞中含有1个原子金属Na、K、Cr、Mo（钼）、W等中金属原子堆积方式是体心立方堆积,原子的配位数为8,一个晶胞中含有2个原子金属Mg、Zn、Ti等中金属原子堆积方式是六方堆积,原子的配位数为12，一个晶胞中含有2个原子金属Au、Ag、Cu、Al等中金属原子堆积方式是面心立方堆积，原子的配位数为12，一个晶胞中含有4个原子NaCl晶体：晶胞中每个Na+周围吸引着6个Cl－，这些Cl－构成的几何图形是正八面体，每个Cl－周围吸引着6个Na+,Na+、Cl－个数比为1：1，每个Na+与12个Na+等距离相邻，每个氯化钠晶胞含有4个Na+和4个Cl离子晶体－。
（绿色为Cl—，桔黄色为Na+）CsCl晶体：晶胞中每个Cl—（或Cs+)周围与之最接近且距离相等的Cs+（或Cl-）共有8个，这几个Cs+（或Cl-）在空间构成的几何构型为立方体，在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有6个，这几个Cs+在空间构成的几何构型为正八面体，一个氯化铯晶胞含有1个Cs+和1个Cl-。
（绿色为Cl—，黑色为Cs+）ZnS晶体：晶胞中S2—以面心立方堆积,Zn2+占据S2-围成的八个正四面体空隙中的四个互不相邻的正四面体空隙。
每个硫离子周围距离最近且相等的锌离子有4个，每个锌离子周围距离最近且相等的硫离子有4个。
一个ZnS晶胞中含有4个Zn2+和4个S2—。
第三节晶体构造与性质[根底知识整合] 1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体比拟①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
③溶质从溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶体构造根本单元。
(2)晶体中晶胞排列——无隙并置。
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；②并置：所有晶胞平行排列、取向一样。
(3)一般形状为平行六面体。
(4)晶胞中粒子数目计算——均摊法晶胞任意位置上一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得份额就是1n。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置粒子数计算②非长方体：如三棱柱[应用体验]以下是几种常见晶胞构造，填写晶胞中含有粒子数。
A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－) B．干冰(含________个CO2)C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)D．金刚石(含________个C)E．体心立方(含________个原子)F．面心立方(含________个原子)[提示]A．4 4B．4 C．4 8D．8 E．2 F．4[考点多维探究]角度1 晶体概念及其性质1．如图是某固体微观构造示意图，请认真观察两图，判断以下说法正确是( )【导学号：95812296】A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规那么几何外形晶体B．Ⅰ形成固体物理性质有各向异性C．Ⅱ形成固体一定有固定熔、沸点D．二者X－射线图谱是一样B[Ⅰ会自动形成规那么几何外形晶体，具有各向异性，X－射线图谱有明锐谱线。
Ⅱ不会形成晶体。
]2．(2021·全国卷Ⅰ节选)准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序独特晶体，可通过________________________________________________方法区分晶体、准晶体与非晶体。
[解析]晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射方法进展区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体那么不能。
第三节晶体结构与性质考纲定位要点网络1.理解离子键的形成，能根据离子化合物的结构特征解释其物理性质。
2．了解晶体的类型，了解不同类型晶体中粒子结构、粒子间作用力的区别。
3．了解晶格能的概念，了解晶格能对离子晶体性质的影响。
4．了解分子晶体结构与性质的关系。
5．了解原子晶体的特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。
6．理解金属键的含义，能用金属键理论解释金属的一些物理性质。
了解金属晶体常见的堆积方式。
7．了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。
晶体与常见晶体的空间结构模型知识梳理1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体比较晶体非晶体结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性无各向异性二者区间接方法看是否有固定的熔点别方法 科学方法 对固体进行X射线衍射实验(2)①熔融态物质凝固；②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)； ③溶质从溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置。
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙； ②并置：所有晶胞平行排列，取向相同。
(3)一般形状为平行六面体。
(4)晶胞中粒子数目的计算——均摊法晶胞任意位置上的一个粒子如果是被n 个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1n。
长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(5)其他晶胞结构中粒子数的计算 ①三棱柱②六棱柱3．常见晶体模型的分析(1)原子晶体——金刚石与SiO2①a.金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是六元环。
每个C被12个六元环共用。
含有1 mol C的金刚石中形成的C—C有2 mol。
b．在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的14处。
每个晶胞含有8个C。
②SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是十二元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。
第三节晶体结构与性质[基础知识整合] 1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体比较(2)获得晶体的途径①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
③溶质从溶液中析出。
2．晶胞(1)概念：描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置。
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙；②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
(3)一般形状为平行六面体。
(4)晶胞中粒子数目的计算——均摊法晶胞任意位置上的一个原子如果是被n 个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1n。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算②非长方体：如三棱柱[应用体验]下列是几种常见的晶胞结构，填写晶胞中含有的粒子数。
A．NaCl(含________个Na＋，________个Cl－)B．干冰(含________个CO2)C．CaF2(含________个Ca2＋，________个F－)D．金刚石(含________个C)E．体心立方(含________个原子)F．面心立方(含________个原子)[提示]A．4 4B．4 C．4 8D．8 E．2 F．4[考点多维探究]角度1 晶体的概念及其性质1．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是( )【导学号：95812296】A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点D．二者的X－射线图谱是相同的B[Ⅰ会自动形成规则几何外形的晶体，具有各向异性，X－射线图谱有明锐的谱线。
Ⅱ不会形成晶体。
]2．(2014·全国卷Ⅰ节选)准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________________________________________________方法区分晶体、准晶体和非晶体。
[解析]晶体是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质，而非晶体内部质点在三维空间无规律地排列，因此可以通过X射线衍射的方法进行区分，晶体能使X射线发生衍射，而非晶体、准晶体则不能。
[答案]X射线衍射角度2 晶胞中粒子数及其晶体化学式的判断 3．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式(X 为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A 、B 、C 三种微粒的个数比是________。
(3)丙晶体中每个D 周围结合E 的个数是________。
(4)乙晶体中每个A 周围结合B 的个数为________。
[答案] (1)X 2Y (2)1∶3∶1 (3)8 (4)124．右图是由Q 、R 、G 三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R 为＋2价，G 为－2价，则Q 的化合价为________。
[解析] R ：8×18＋1＝2G ：8×14＋8×14＋4×12＋2＝8Q ：8×14＋2＝4R 、G 、Q 的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ 2G 4。
由于R 为＋2价，G 为－2价，所以Q 为＋3价。
[答案] ＋35．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A 、B 、C 三种粒子数之比是( )A ．3∶9∶4B ．1∶4∶2C ．2∶9∶4D ．3∶8∶4B [A 粒子数为6×112＝12；B 粒子数为6×14＋3×16＝2；C 粒子数为1；故A 、B 、C 粒子数之比为1∶4∶2。
]6．Cu 元素与H 元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。
则该化合物的化学式为________。
[解析] Cu 个数：12×16＋2×12＋3＝6，H 个数：6×13＋4＝6。
[答案] CuH7．石墨晶体为层状结构，每层内每个六边形含有________个碳原子，________个C —C 键。
[解析] C 个数：6×13＝2，C —C 键数：6×12＝3。
[答案] 2 31．晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
2．在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次被6、3、4、2个晶胞所共有。
角度3 利用晶胞结构进行晶体密度的有关计算8．(2016·全国丙卷节选)GaAs 的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·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________。
[解析] GaAs 的熔点为1 238 ℃，其熔点较高，据此推知GaAs 为原子晶体，Ga 与As 原子之间以共价键键合。
分析GaAs 的晶胞结构，4个Ga 原子处于晶胞体内，8个As 原子处于晶胞的顶点、6个As 原子处于晶胞的面心，结合“均摊法”计算可知，每个晶胞中含有4个Ga 原子，含有As 原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4(个)，Ga 和As 的原子半径分别为r Ga pm ＝r Ga ×10－10cm ，r As pm ＝r As ×10－10cm ，则原子的总体积为V 原子＝4×43π×[(r Ga ×10－10cm)3＋(r As ×10－10cm)3]＝16π3×10－30(r 3Ga ＋r 3As )cm 3。
又知Ga 和As 的摩尔质量分别为M Ga g·mol－1和M As g·mol －1，晶胞的密度为ρ g·cm －3，则晶胞的体积为V 晶胞＝4(M Ga ＋M As )/ρN A cm 3，故GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为V 原子V 晶胞×100%＝16π3×10－30r 3Ga ＋r 3As 3M Ga ＋M As ρN A cm3×100%＝4π10－30×N A ρr 3Ga ＋r 3AsM Ga ＋M As×100%。
[答案] 原子晶体 共价 4π10－30×N A ρr 3Ga ＋r 3AsM Ga ＋M As×100%9．(2016·全国甲卷节选)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 13×107nm 。
[答案] (1)3∶1 (2)⎣⎢⎡⎦⎥⎤2516.02×1023×d 13×107 或3251N A d ×10710．(2014·海南高考节选)金刚石晶胞含有________个碳原子。
若碳原子半径为r ，金刚石晶胞的边长为a ，根据硬球接触模型，则r ＝________a ，列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_________________________(不要求计算结果)。
[解析] 金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4，然后依据晶胞计算确定在晶体中碳原子数目，碳原子数目为n ＝8×1/8＋6×1/2＋4＝8；根据硬球接触模型可以确定，体对角线四分之一处的原子与顶点上的原子紧贴，因此有14·(3a )＝2r ，则r ＝38a ；然后可以确定原子的占有率为(8×43πr 3)/a 3＝3π16。
[答案] 8 38 8×43πr 3a 3＝3π1611．(2015·全国卷Ⅱ节选)A 和B 能够形成化合物F ，其晶胞结构如下图所示，晶胞参数a ＝0.566 nm ，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·cm－3)________。
(已知A 为O 元素，B 为Na 元素)[解析] O 2－半径大于Na ＋半径，由F 的晶胞结构可知，大球代表O 2－，小球代表Na ＋，每个晶胞中含有O 2－个数为8×1/8＋6×1/2＝4，含有Na ＋个数为8，故O 2－、Na ＋离子个数之比为4∶8＝1∶2，从而推知F 的化学式为Na 2O 。
由晶胞结构可知，每个O 原子周围有8个Na 原子，故O 原子的配位数为8。
晶胞参数a ＝0.566 nm ＝0.566×10－7cm ，则晶胞的体积为(0.566×10－7cm)3，从而可知晶体F 的密度为4×62 g·mol －1－73×6.02×1023mol－1≈2.27 g·cm －3。
[答案] Na 2O 84×62 g·mol －1×6.02×10mol≈2.27 g·cm －3晶体结构的相关计算(1)晶胞计算公式(立方晶胞)a 3ρN A ＝nM (a ：棱长，ρ：密度，N A ：阿伏加德罗常数的数值，n ：1 mol 晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的量，M ：组成的摩尔质量)。
(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 ) ①面对角线长＝2a 。
②体对角线长＝3a 。
③体心立方堆积4r ＝3a (r 为原子半径)。
④面心立方堆积4r ＝2a (r 为原子半径)。
