知识清单16 晶体结构与性质
知识点01 晶体和晶体类型 知识点02 晶体结构与计算
知识点01 晶体和晶体类型
一、晶体
1．晶体与非晶体的比较
比较 晶体 非晶体
结构特征 结构微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈_周期性有序__排列 结构微粒(原子、离子或分子)_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__
实例 水、NaCl、Fe 玻璃、石蜡
两者区别方法 间接方法：测定其是否有固定的_熔点__
科学方法：对固体进行_X－射线衍射__实验
2．获得晶体的三种途径。
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。
3．非晶体、等离子体和液晶的比较
聚集状态 组成与结构特征 主要性能
非晶体 内部微粒的排列呈现杂乱无章（长程无序，短程有序）的分布状态的固体 某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大
等离子体 由电子、阳离子和电中性粒子组成，整体上呈电中性，带电离子能自由移动 具有良好的导电性和流动性
液晶 内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态 既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等
二、离子晶体
1．
离子晶体
构成微粒 _阴、阳离子__
粒子间的相互作用力 _离子键__
方向性和饱和性 没有方向性，没有饱和性
离子键强弱 阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
硬度 较大
熔、沸点 较高
溶解性 大多易溶于水等极性溶剂
导电、导热性 晶体不导电，水溶液或熔融态导电
物质类别及举例 金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2．离子晶体的性质
性质 原因
熔沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎
导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子（或水合离子），在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、CCl4）。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性
3．离子晶体组成的认识误区
（1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。
（2）离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。
（3）由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是由金属元素Al和非金属元素Cl组成的分子晶体。
（4）含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。
（5）离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
三、分子晶体
1．概念及粒子间作用力
分子晶体
构成微粒 _分子__
粒子间的相互作用力 _范德华力__(某些含氢键)
硬度 较小
熔、沸点 较低
溶解性 相似相溶
导电、导热性 一般不导电，溶于水后有的导电
物质类别及举例 大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
2．堆积方式
项目 分子密堆积 分子非密堆积
作用力 只有分子间作用力，无氢键 有分子间氢键，它具有方向性
空间特点 每个分子周围一般有12个紧邻的分子 空间利用率不高，留有相当大的空隙
举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰
3．常见分子晶体及物质类别
物质种类 实例
所有非金属氢化物 H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分非金属氧化物 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
四、共价晶体
1．共价晶体的结构特点
共价晶体
构成微粒 _原子__
粒子间的相互作用力 _共价键__
硬度 很大
熔、沸点 很高
溶解性 难溶于任何溶剂
导电、导热性 一般不具有导电性
物质类别及举例 部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼、晶体锗)、部分非金属化合物(如SiC、Si3N4、SiO2)，氮化硼（BN）
2．共价晶体的熔、沸点
（1）特点：共价晶体具有很高的熔点。原因：共价晶体熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度。
（2）影响因素：结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
3．对分子晶体和共价晶体的认识误区
（1）共价晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在；而分子晶体中存在真实的分子。
（2）共价晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。
（3）由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。
五、金属键和金属晶体
1．
金属晶体
构成微粒 金属阳离子、自由电子
粒子间的相互作用力 _金属键__
金属键的强弱比较 原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
金属键特征 无方向性和无饱和性。
硬度 有的很大，有的很小
熔、沸点 有的很高，有的很低
溶解性 难溶于常见溶剂
导电、导热性 电和热的良导体
物质类别及举例 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
2．金属晶体
（1）用电子气理论解释金属的性质
通性 理论解释
延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属阳离子与自由电子形成的电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性。
导电性 在外加电场的作用下，金属晶体中的电子气在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。
导热性 电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发生碰撞，从而引起两者能量的交换。
六、晶体类型的判断
1．微粒判据（本质判据）
晶体类型 离子晶体 分子晶体 金属晶体 共价晶体
构成微粒 阴阳离子 分子 金属阳离子和自由电子 原子
2．作用力判据（本质判据）
晶体类型 离子晶体 分子晶体 金属晶体 共价晶体
作用力 离子键 分子间作用力 金属键 共价键
3．结构判据：共价晶体为立体网状结构
4．组成判据
（1）金属晶体：金属单质（除汞外）与合金
（2）共价晶体：金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅
（3）离子晶体：金属和非金属形成的晶体及铵盐，AlCl3等除外
（4）分子晶体
①典型物质：非金属和非金属形成的晶体和AlCl3
②反例物质：铵盐及共价晶体
5．性能判据
（1）金属晶体：导热、导电、延展性、机械性能良好
（2）离子晶体：硬度较大或略硬而脆，大部分易溶于水
（3）共价晶体：硬度很大，熔沸点很高，不溶于任何常见的溶剂
（4）分子晶体：硬度小；熔沸点很低，常温下呈气体或液体；挥发性很强
6．用途判据
（1）共价晶体：常用于制作半导体材料
（2）共价晶体：常用于制作超硬、耐磨材料
（3）共价晶体：常用于制作耐高温、耐腐蚀材料
（4）分子晶体：常用于制作致冷剂
（5）金属晶体：常用于制作导电材料
7．实验判据
（1）离子晶体：熔融状态下能导电的化合物晶体
（2）分子晶体或共价晶体：熔融状态下不能导电的化合物晶体
（3）金属晶体：固体和熔融状态下都能导电的晶体
七、晶体熔沸点的比较
1．晶体熔沸点的比较
2．分子晶体熔沸点的比较
3．简答模板：晶体类型影响因素作用力强弱结果
（1）共价晶体：A和B都是共价晶体，A的原子半径小，键长短，键能大，共价键强，熔沸点高（硬度大）
（2）离子晶体：A和B都是离子晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，离子键强（晶格能大），熔沸点高
（3）金属晶体：A和B都是金属晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，金属键强，熔沸点高（硬度大）
（4）分子晶体
①A和B都是分子晶体，A的相对分子质量大，分子间作用力强，熔沸点高
②A和B都是分子晶体，A中存在分子间氢键，分子间作用力强，熔沸点高
③A和B都是分子晶体，A中存在分子内氢键，分子间作用力弱，熔沸点低
（5）不同晶体
①A是离子晶体，靠较强的离子键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
②A是共价晶体，靠较强的共价键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
③A是金属晶体，靠较强的金属键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)凡是有规则外形的固体一定是晶体( )
(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性( )
(3)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。( )
(4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )
(6)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。( )
(7)粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。( )
(8)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。( )
(9)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。( )
(10)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。( )
(11)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。( )
(12)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。( )
(13)离子晶体一定都含有金属元素( )
(14)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
(15)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高( )
【答案】(1) ( × )(2) ( √ )(3) ( × )(4) ( × )(5) ( √ )(6) ( √ )(7) ( × )(8) ( √ )(9) ( √ )(10) ( √ )(11) ( √ )
(12) ( × )(13) ( × )(14) ( √ )(15) ( √ )
1．(1)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．形成晶体硅的速率越大越好
B．晶体硅没有固定的熔、沸点
C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
(2)下列说法错误的是( )
A．晶体在受热熔化过程中不一定存在化学键的断裂
B．原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体的分子间除存在范德华力外，还有可能存在氢键
C．区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X－射线衍射实验
D．非金属元素的原子间只形成共价键，金属元素的原子和非金属元素的原子间只形成离子键
【答案】（1）C（2）D
【解析】 分子晶体熔化时一般破坏分子间作用力，而不影响化学键，如碘单质熔化，故A正确；原子晶体的原子间只存在共价键，某些分子晶体的分子间存在范德华力和氢键，如冰等，故B正确；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X－射线衍射图谱反映出来，因此，区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X－射线衍射实验，故C正确；铵盐是非金属元素组成的化合物，属于离子化合物，氯化铝是金属元素与非金属元素组成的共价化合物，故D错误。
2．现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 ℃ Li：181 ℃ HF：－83 ℃ NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：－51 ℃ CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为_____。
【答案】 (1)原子 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可) (4)②④
(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)＜r(K＋)＜r(Rb＋)＜r(Cs＋)，在离子所带电荷数相同的情况下，半径越小，晶格能越大，熔点就越高
【解析】 (1)A组熔点很高，为原子晶体，是由原子通过共价键形成的。(2)B组为金属晶体，具有①②③④四条共性。(3)HF中含有分子间氢键，故其熔点反常。(4)D组属于离子晶体，具有②④两条性质。(5)D组属于离子晶体，其熔点与晶格能有关。
知识点02 晶体结构及计算
一、晶体结构
1．晶胞
（1）概念：描述晶体结构的基本单元。
（2）结构：晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞无隙并置而成。
2．晶胞中微粒个数：均摊法
（1）如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
A．正三棱柱晶胞中：
B．六棱柱晶胞中：
C．石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。
（2）类比三种类型
晶胞 正或长方体 正六棱柱 正三棱柱
示意图
顶点上微粒
侧棱上微粒
上下棱微粒
面点上微粒
内部的微粒 1 1 1
3．金属晶体的四种堆积方式
堆积名称 面心立方 最密堆积 体心立 方堆积 六方最 密堆积 简单立 方堆积
堆积模型
堆积类型 A1型 或铜型 A2型或钾型 A3型 或镁型 Po型
堆积方式 …ABCABC… …ABAB…
配位数 12 8 12 6
晶胞结构
投影图
4．典型离子晶体的空间构型
类型 NaCl型 CsCl型 立方ZnS型 CaF2型
图示
结构特点 1/8晶胞为简单立方结构 体心立 方结构 间隔排列的4个小立方体的体心各有1个Zn2+ 8个小立方体的 体心各有1个F－
配位数 6 8 4 Ca2＋：8 F－：4
5．常见分子晶体和共价晶体的晶胞
晶胞 二氧化碳 金刚石 碳化硅 二氧化硅
图示
结构特点 面心立方 同ZnS 将金刚石中内部的4个碳原子换成硅原子 将晶体硅中每个硅硅键中间插入1个氧原子
配位数 12 4 4 Si：4；O：2
投影图
6．金刚石、晶体硅和二氧化硅的结构
（1）结构特点
①基本结构：正四面体结构，中心原子配位数为4
②空间构型：立体网状结构，键角为109°28′，都是sp3杂化
（2）最小的环
晶体 最小环 被共用的最小环数
原子 共价键
金刚石 _六元环 C：12 C－C键：6
二氧 化硅 _十二元环 Si：12 O：6 Si－O键：6
（3）化学键数
①金刚石：1mol金刚石中含2NA个C－C键
②晶体硅：1mol晶体硅中含2NA个Si－Si键
③二氧化硅：1mol二氧化硅中含4NA个Si－O键
7．石墨的结构
（1）结构特点
①基本结构：层状结构
②层内构型：平面正六边形结构，键角为120°，杂化方式：sp2
③最小碳环：有6个碳原子，实际含2个碳原子
（2）化学键
①1mol石墨中含有1.5mol C－C键（键）
②层和层的自由电子构成1个大键，沿层的平行方向可导电
（3）微粒间作用力
①层内部：共价键
②层之间：范德华力
③石墨的大键具有金属键的性质
（4）物理性质
①熔点：比金刚石的高，C－C键的键长比金刚石中的短
②质地：比较柔软，层与层间的距离比C－C键的键长长，作用力小
（5）晶体类型：混合键型晶体
二、晶体的有关计算
1．晶体中某些几何体中的数量关系（晶胞参数为a）
（1）立方体体对角线＝a，面对角线＝a
（2）面心立方晶胞相邻的两个面心间的距离＝a
（3）正四面体中各量的关系
①直角三角形BEC中：（BC）2＝（CE）2+（BE）2
②BO＝BE，OE＝BE
③直角三角形AOB中：（AB）2＝（BO）2+（AO）2
2．几种单质晶体晶胞的结构特点
（1）面心立方：面对角线上的三个原子相切：4r＝a
（2）体心立方：体对角线上的三个原子相切：4r＝a
（3）简单立方：侧面上的原子两两相切：2r＝1a
（4）六方最密：正四面体相邻原子两两相切：2r＝1a
（5）金刚石型：内部小立方体体对角线上的三个原子相切：8r＝a
3．晶胞密度的计算
（1）计算公式：ρ＝＝
（2）晶胞的体积：V＝Sh（S为底面积，h为高）
①立方体晶胞：V＝a3
②长方体晶胞：V＝abc
③正三棱柱晶胞：V＝a2hsin60°＝
④正六棱柱晶胞：V＝6×a2hsin60°＝
⑤六方最密堆积晶胞：V＝a2sin60°×2h＝2××a2sin60°＝a3
（3）单位换算
①1pm＝10－12m＝10－10cm
②1nm＝10－9m＝10－7cm
③1μm＝10－6m＝10－4cm
4．空间利用率
（1）空间利用率＝×100%
（2）原子的体积：V＝πr3（r为原子半径）
（3）晶胞体积
①根据晶胞参数计算
②根据密度计算：V＝
（4）三种典型结构的有关计算
三种典型结构型式 面心立方最密堆积(A1) 体心立方堆积(A2) 六方最密堆积(A3)
常见金属 Cu、Au、Ag Na、K、Fe Mg、Zn、Ti
结构示意图
晶胞
配位数 _12__ _8__ _12__
空间利用率 _74%__ 68% 74%
每个晶胞所含原子数 _4__ _2__ _2__
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个( )
(2)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个( )
(3)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个( )
(4)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个( )
(5)A1型最密堆积又称为六方最密堆积。( )
(6)A1型最密堆积和A3型最密堆积的配位数均为12。( )
(7)体心立方堆积的金属晶体的晶胞中含有4个原子。( )
(8)金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切，则钠原子的半径r为。( )
(9)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个，Na＋周围最近的Cl－构成一个正八面体。( )
(10)如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为21∶14∶9。( )
【答案】(1)( √ )(2)( √ )(3) ( √ )(4) ( × )(5) ( × )(6) ( √ )(7) ( × )(8) ( √ )(9) ( √ )(10) ( × )
1．(1)已知干冰晶胞属于面心立方最密堆积，晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是( B )
A．晶胞中一个CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm－3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的立体构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化
【解析】本题以干冰晶胞为载体，考查了晶胞中单个分子的配位数、晶体的密度、均摊法的应用和分子的空间构型、中心原子的杂化方式等知识点，考查了学生分析和解决化学问题的能力，体现了基础性和综合性的考查要求。
由于干冰晶胞属于面心立方最密堆积，则晶胞中1个CO2分子的配位数为12，故A错误；该晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，晶胞面对角线的一半长为a pm，则晶胞棱长为a pm＝a×10－10cm，晶胞体积为(a×10－10cm)3，该晶胞中CO2分子个数为8×＋6×＝4，晶胞密度ρ＝＝ g·cm－3＝g·cm－3，故B正确，C错误；CO2分子是直线形分子，C原子价层电子对数是2，则C原子杂化类型为sp，故D错误。
2．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(，0，)；C为(，，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)。
【答案】 ①(，，) ②×107
【解析】 ①由Ge单晶晶胞结构示意图，可知D原子与A原子及位于3个相邻面面心的3个原子构成了正四面体结构，D原子位于正四面体的中心，再根据A、B、C三个原子的坐标参数可知D原子的坐标参数为(，，)。②由锗单晶的晶胞结构示意图，可知该晶胞中位于顶点的有8个原子，位于面心的有6个原子，位于内部的有4个原子，则一个晶胞中所含有的锗原子个数为8×＋6×＋4＝8，再由晶胞参数可知该晶胞的边长为565.76 pm的正方体，则其密度为 g·cm－3。
3．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。
【答案】 ①3∶1 ② ×107
【解析】 ①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×＝3，镍原子的个数为8×＝1，则铜和镍的数量比为3∶1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为d g·cm－3，根据ρ＝，则晶胞参数a＝×107 nm。
4．GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________。
【答案】 GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体
5．(1)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有______个铜原子。
(2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为______。列式表示Al单质的密度__________________________g·cm－3(不必计算出结果)。
【答案】 (3)16 (4)12
6．周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的 3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：
(1)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。
(2)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。
该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有__________________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是_______________________。
【答案】 (1)＋1
(2)SO 共价键和配位键 H2O H2O与Cu2＋的配位键比NH3与Cu2＋的弱
【解析】 (4)e为Cu，c为O，由图1可知，晶胞中含Cu原子数为4个，含O原子为8×＋1＝2个，故化学式为Cu2O，O为－2价，则Cu为＋1价。(5)含有H、N、O、S、Cu 5种元素的化合物，结合课本选修3配合物有关知识和题目所给信息，观察中心为1个Cu2＋，周围为4个NH3分子和2个H2O分子，得到该化合物化学式为[Cu(NH3)4]SO4·2H2O，加热时，由于H2O和Cu2＋作用力较弱会先失去。
7．(1)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。
(2)在硅酸盐中，SiO四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中Si原子的杂化形式为______________，Si与O的原子数之比为______________，化学式为________________。
【答案】 (1)共价键 3
(2)sp3杂化 1∶3 [SiO3]或SiO
【解析】 (1)金刚石晶胞的面心上各有一个原子，面上的原子对晶胞的贡献是。
(2)在多硅酸根中每个硅原子都与4个O形成4个Si—O单键，因而Si原子都是sp3杂化；观察图(b)可知，每个四面体通过两个氧原子与其他四面体连接形成链状结构，因而每个四面体中硅原子数是1，氧原子数＝2＋2×＝3，即Si与O的原子个数比为1∶3，化学式为 [SiO3]。
()
知识清单16 晶体结构与性质
知识点01 晶体和晶体类型 知识点02 晶体结构与计算
知识点01 晶体和晶体类型
一、晶体
1．晶体与非晶体的比较
比较 晶体 非晶体
结构特征 结构微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈_ __排列 结构微粒(原子、离子或分子)_ _排列
性质特征 自范性 _ __ _ __
熔点 _ __ _ __
异同表现 _ __ _ __
实例 水、NaCl、Fe 玻璃、石蜡
两者区别方法 间接方法：测定其是否有固定的_ __
科学方法：对固体进行_ __实验
2．获得晶体的三种途径。
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接_ __。
③溶质从溶液中析出。
3．非晶体、等离子体和液晶的比较
聚集状态 组成与结构特征 主要性能
非晶体 内部微粒的排列呈现杂乱无章（长程无序，短程有序）的分布状态的固体 某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大
等离子体 由电子、阳离子和电中性粒子组成，整体上呈电中性，带电离子能自由移动 具有良好的导电性和流动性
液晶 内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态 既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等
二、离子晶体
1．
离子晶体
构成微粒 _ __
粒子间的相互作用力 _ __
方向性和饱和性 方向性， 饱和性
离子键强弱 阴、阳离子半径越 ，所带电荷数越 ，离子键越强。
硬度
熔、沸点 较高
溶解性 大多易溶于水等极性溶剂
导电、导热性 不导电， 导电
物质类别及举例 金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)
2．离子晶体的性质
性质 原因
熔沸点 离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高
硬度 硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎
导电性 不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子（或水合离子），在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电
溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、CCl4）。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子
延展性 离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性
3．离子晶体组成的认识误区
（1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。
（2）离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。
（3）由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是由金属元素Al和非金属元素Cl组成的分子晶体。
（4）含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。
（5）离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
三、分子晶体
1．概念及粒子间作用力
分子晶体
构成微粒 _ __
粒子间的相互作用力 _ __(某些含氢键)
硬度 较小
熔、沸点 较低
溶解性
导电、导热性 一般不导电，溶于水后有的导电
物质类别及举例 大多数非金属单质、气态氢化物、酸、非金属氧化物(SiO2除外)、绝大多数有机物(有机盐除外)
2．堆积方式
项目 分子密堆积 分子非密堆积
作用力 只有 ，无 有分子间 ，它具有
空间特点 每个分子周围一般有 个紧邻的分子 空间利用率不高，留有相当大的
举例 C60、干冰、I2、O2 HF、NH3、冰
3．常见分子晶体及物质类别
物质种类 实例
所有 H2O、NH3、CH4等
部分 卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分 CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的 HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数 苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
四、共价晶体
1．共价晶体的结构特点
共价晶体
构成微粒 _ __
粒子间的相互作用力 _ __
硬度 很大
熔、沸点 很高
溶解性 难溶于任何溶剂
导电、导热性 一般不具有导电性
物质类别及举例 部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼、晶体锗)、部分非金属化合物(如SiC、Si3N4、SiO2)，氮化硼（BN）
2．共价晶体的熔、沸点
（1）特点：共价晶体具有 的熔点。原因：共价晶体熔化时必须破坏 ，而破坏它们需要 的温度。
（2）影响因素：结构相似的共价晶体，原子半径越 ，键长越 ，键能越 ，晶体的熔点越 。
3．对分子晶体和共价晶体的认识误区
（1）共价晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在；而分子晶体中存在真实的分子。
（2）共价晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。
（3）由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。
五、金属键和金属晶体
1．
金属晶体
构成微粒 金属阳离子、自由电子
粒子间的相互作用力 _ __
金属键的强弱比较 原子半径越 ，价电子数越 ，金属键越 。
金属键特征 方向性和 饱和性。
硬度 有的很大，有的很小
熔、沸点 有的很高，有的很低
溶解性 难溶于常见溶剂
导电、导热性 电和热的良导体
物质类别及举例 金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)
2．金属晶体
（1）用电子气理论解释金属的性质
通性 理论解释
延展性 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生 ，但 不变，金属阳离子与自由电子形成的电子气 被破坏，所以金属有良好的延展性。
导电性 在外加电场的作用下，金属晶体中的 在电场中 而形成电流，呈现良好的导电性。
导热性 电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发生 ，从而引起两者能量的 。
六、晶体类型的判断
1．微粒判据（本质判据）
晶体类型 离子晶体 分子晶体 金属晶体 共价晶体
构成微粒
2．作用力判据（本质判据）
晶体类型 离子晶体 分子晶体 金属晶体 共价晶体
作用力
3．结构判据：共价晶体为 结构
4．组成判据
（1）金属晶体： （除汞外）与
（2）共价晶体： 、 、 、
（3）离子晶体：金属和非金属形成的晶体及铵盐， 等除外
（4）分子晶体
①典型物质：非金属和非金属形成的晶体和AlCl3
②反例物质：铵盐及共价晶体
5．性能判据
（1） 晶体：导热、导电、延展性、机械性能良好
（2） 晶体：硬度较大或略硬而脆，大部分易溶于水
（3） 晶体：硬度很大，熔沸点很高，不溶于任何常见的溶剂
（4） 晶体：硬度小；熔沸点很低，常温下呈气体或液体；挥发性很强
6．用途判据
（1） 晶体：常用于制作半导体材料
（2） 晶体：常用于制作超硬、耐磨材料
（3） 晶体：常用于制作耐高温、耐腐蚀材料
（4） 晶体：常用于制作致冷剂
（5） 晶体：常用于制作导电材料
7．实验判据
（1） 晶体：熔融状态下能导电的化合物晶体
（2） 晶体或 晶体：熔融状态下不能导电的化合物晶体
（3） 晶体：固体和熔融状态下都能导电的晶体
七、晶体熔沸点的比较
1．晶体熔沸点的比较
2．分子晶体熔沸点的比较
3．简答模板：晶体类型影响因素作用力强弱结果
（1）共价晶体：A和B都是共价晶体，A的原子半径小，键长短，键能大，共价键强，熔沸点高（硬度大）
（2）离子晶体：A和B都是离子晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，离子键强（晶格能大），熔沸点高
（3）金属晶体：A和B都是金属晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，金属键强，熔沸点高（硬度大）
（4）分子晶体
①A和B都是分子晶体，A的相对分子质量大，分子间作用力强，熔沸点高
②A和B都是分子晶体，A中存在分子间氢键，分子间作用力强，熔沸点高
③A和B都是分子晶体，A中存在分子内氢键，分子间作用力弱，熔沸点低
（5）不同晶体
①A是离子晶体，靠较强的离子键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
②A是共价晶体，靠较强的共价键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
③A是金属晶体，靠较强的金属键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)凡是有规则外形的固体一定是晶体( )
(2)晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性( )
(3)晶体的熔点一定比非晶体的熔点高。( )
(4)冰和固体碘晶体中相互作用力相同。( )
(5)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块。( )
(6)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体。( )
(7)粉末状的物质不是晶体，具有各向异性的固体一定是晶体。( )
(8)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。( )
(9)晶体内部的微粒按一定规律进行周期性排列。( )
(10)某晶体的熔点为112.8 ℃，溶于CS2、CCl4等溶剂，可推出该晶体可能为分子晶体。( )
(11)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子。( )
(12)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高。( )
(13)离子晶体一定都含有金属元素( )
(14)金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体( )
(15)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高( )
1．(1)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．形成晶体硅的速率越大越好
B．晶体硅没有固定的熔、沸点
C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
(2)下列说法错误的是( )
A．晶体在受热熔化过程中不一定存在化学键的断裂
B．原子晶体的原子间只存在共价键，而分子晶体的分子间除存在范德华力外，还有可能存在氢键
C．区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X－射线衍射实验
D．非金属元素的原子间只形成共价键，金属元素的原子和非金属元素的原子间只形成离子键
2．现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 ℃ Li：181 ℃ HF：－83 ℃ NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：－115 ℃ KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：－89 ℃ RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：－51 ℃ CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于____________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是__________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为_____。
知识点02 晶体结构及计算
一、晶体结构
1．晶胞
（1）概念：描述晶体结构的 。
（2）结构：晶胞一般都是 体，晶体是由无数晶胞 而成。
2．晶胞中微粒个数：均摊法
（1）如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
A．正三棱柱晶胞中：
B．六棱柱晶胞中：
C．石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占。
（2）类比三种类型
晶胞 正或长方体 正六棱柱 正三棱柱
示意图
顶点上微粒
侧棱上微粒
上下棱微粒
面点上微粒
内部的微粒
3．金属晶体的四种堆积方式
堆积名称 面心立方 最密堆积 体心立 方堆积 六方最 密堆积 简单立 方堆积
堆积模型
堆积类型 A1型 或铜型 A2型或钾型 A3型 或镁型 Po型
堆积方式 …ABCABC… …ABAB…
配位数
晶胞结构
投影图
4．典型离子晶体的空间构型
类型 NaCl型 CsCl型 立方ZnS型 CaF2型
图示
结构特点 1/8晶胞为简单立方结构 体心立 方结构 间隔排列的4个小立方体的体心各有1个Zn2+ 8个小立方体的 体心各有1个F－
配位数 Ca2＋： F－：
5．常见分子晶体和共价晶体的晶胞
晶胞 二氧化碳 金刚石 碳化硅 二氧化硅
图示
结构特点 面心立方 同ZnS 将金刚石中内部的4个碳原子换成硅原子 将晶体硅中每个硅硅键中间插入1个氧原子
配位数 Si： ；O：
投影图
6．金刚石、晶体硅和二氧化硅的结构
（1）结构特点
①基本结构： 结构，中心原子配位数为
②空间构型： 结构，键角为 ，都是 杂化
（2）最小的环
晶体 最小环 被共用的最小环数
原子 共价键
金刚石 _ 元环 C： C－C键：
二氧 化硅 _ 元环 Si： O： Si－O键：
（3）化学键数
①金刚石：1mol金刚石中含 NA个C－C键
②晶体硅：1mol晶体硅中含 NA个Si－Si键
③二氧化硅：1mol二氧化硅中含 NA个Si－O键
7．石墨的结构
（1）结构特点
①基本结构： 结构
②层内构型： 结构，键角为 ，杂化方式：
③最小碳环：有 个碳原子，实际含 个碳原子
（2）化学键
①1mol石墨中含有 mol C－C键（键）
②层和层的自由电子构成1个 键，沿层的平行方向可导电
（3）微粒间作用力
①层内部：
②层之间：
③石墨的大键具有 键的性质
（4）物理性质
①熔点：比金刚石的 ，C－C键的键长比金刚石中的
②质地：比较柔软，层与层间的距离比C－C键的键长 ，作用力
（5）晶体类型： 键型晶体
二、晶体的有关计算
1．晶体中某些几何体中的数量关系（晶胞参数为a）
（1）立方体体对角线＝ ，面对角线＝
（2）面心立方晶胞相邻的两个面心间的距离＝
（3）正四面体中各量的关系
①直角三角形BEC中：（BC）2＝（CE）2+（BE）2
②BO＝BE，OE＝BE
③直角三角形AOB中：（AB）2＝（BO）2+（AO）2
2．几种单质晶体晶胞的结构特点
（1）面心立方：面对角线上的三个原子相切： r＝ a
（2）体心立方：体对角线上的三个原子相切： r＝ a
（3）简单立方：侧面上的原子两两相切： r＝ a
（4）六方最密：正四面体相邻原子两两相切： r＝ a
（5）金刚石型：内部小立方体体对角线上的三个原子相切： ＝ a
3．晶胞密度的计算
（1）计算公式：ρ＝＝
（2）晶胞的体积：V＝Sh（S为底面积，h为高）
①立方体晶胞：V＝a3
②长方体晶胞：V＝abc
③正三棱柱晶胞：V＝a2hsin60°＝
④正六棱柱晶胞：V＝6×a2hsin60°＝
⑤六方最密堆积晶胞：V＝a2sin60°×2h＝2××a2sin60°＝a3
（3）单位换算
①1pm＝ m＝ cm
②1nm＝ m＝ cm
③1μm＝ m＝ cm
4．空间利用率
（1）空间利用率＝×100%
（2）原子的体积：V＝πr3（r为原子半径）
（3）晶胞体积
①根据晶胞参数计算
②根据密度计算：V＝
（4）三种典型结构的有关计算
三种典型结构型式 面心立方最密堆积(A1) 体心立方堆积(A2) 六方最密堆积(A3)
常见金属 Cu、Au、Ag Na、K、Fe Mg、Zn、Ti
结构示意图
晶胞
配位数 _ _ _ __ _ __
空间利用率 _ __
每个晶胞所含原子数 _ __ __ __
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)在金属钠形成的晶体中，每个钠原子周围与其距离最近的钠原子有8个( )
(2)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个( )
(3)在CsCl晶体中，每个Cs＋周围与其距离最近的Cl－有8个( )
(4)金属镁形成的晶体中，每个镁原子周围与其最近的镁原子有6个( )
(5)A1型最密堆积又称为六方最密堆积。( )
(6)A1型最密堆积和A3型最密堆积的配位数均为12。( )
(7)体心立方堆积的金属晶体的晶胞中含有4个原子。( )
(8)金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切，则钠原子的半径r为。( )
(9)在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个，Na＋周围最近的Cl－构成一个正八面体。( )
(10)如图a、b、c分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为21∶14∶9。( )
1．(1)已知干冰晶胞属于面心立方最密堆积，晶胞中相邻最近的两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是( B )
A．晶胞中一个CO2分子的配位数是8
B．晶胞的密度表达式是 g·cm－3
C．一个晶胞中平均含6个CO2分子
D．CO2分子的立体构型是直线形，中心C原子的杂化类型是sp3杂化
2．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(，0，)；C为(，，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)。
3．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。
4．GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是__________________。
5．(1)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有______个铜原子。
(2)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为______。列式表示Al单质的密度__________________________g·cm－3(不必计算出结果)。
6．周期表前四周期的元素a、b、c、d、e，原子序数依次增大。a的核外电子总数与其周期数相同，b的价电子层中的未成对电子有3个，c的最外层电子数为其内层电子数的 3倍，d与c同族；e的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子。回答下列问题：
(1)e和c形成的一种离子化合物的晶体结构如图1，则e离子的电荷为________。
(2)这5种元素形成的一种1∶1型离子化合物中，阴离子呈四面体结构；阳离子呈轴向狭长的八面体结构(如图2所示)。
该化合物中，阴离子为________，阳离子中存在的化学键类型有__________________；该化合物加热时首先失去的组分是________，判断理由是_______________________。
7．(1)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以____________相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献____________个原子。
(2)在硅酸盐中，SiO四面体[如下图(a)]通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限长单链结构的多硅酸根：其中Si原子的杂化形式为______________，Si与O的原子数之比为______________，化学式为________________。
()
