秘籍12晶體類型晶胞及其計算-2023年高考化學(xué)搶分秘籍（新高考專用）（原卷版）

秘籍12晶體類型晶胞及其計算概率預(yù)測☆☆☆☆☆題型預(yù)測選擇題☆☆☆☆☆考向預(yù)測晶體類型的判斷、晶胞的計算的綜合分析及應(yīng)用聯(lián)系數(shù)學(xué)幾何知識考查晶體的計算等，一般利用均攤法考查晶胞中的原子個數(shù)，或者考查晶體的化學(xué)式的書寫、晶體類型的判斷、晶胞的計算等，考查的抽象思維能力、邏輯思維能力；同時培養(yǎng)學(xué)生的分析和推理能力?？键c一晶體類型與微粒間作用力1．不同晶體的特點比較離子晶體金屬晶體分子晶體原子晶體概念陽離子和陰離子通過離子鍵結(jié)合而形成的晶體通過金屬離子與自由電子之間的較強作用形成的晶體分子間以分子間作用力相結(jié)合的晶體相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體晶體微粒陰、陽離子金屬陽離子、自由電子分子原子微粒之間作用力離子鍵金屬鍵分子間作用力共價鍵物理性質(zhì)熔、沸點較高有的高(如鐵)、有的低(如汞)低很高硬度硬而脆有的大、有的小小很大溶解性一般情況下，易溶于極性溶劑(如水)，難溶于有機溶劑鈉等可與水、醇類、酸類反應(yīng)極性分子易溶于極性溶劑；非極性分子易溶于非極性溶劑不溶于任何溶劑2．晶體熔、沸點的比較(1)原子晶體eq\x(原子半徑越小)→eq\x(鍵長越短)→eq\x(鍵能越大)→eq\x(熔、沸點越高)如熔點：金剛石>碳化硅>晶體硅。(2)離子晶體①衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點越高，硬度越大。②一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，晶格能越大，離子間的作用力就越強，離子晶體的熔、沸點就越高，如熔點：MgO>NaCl>CsCl。(3)分子晶體①分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點越高；具有分子間氫鍵的分子晶體熔、沸點反常得高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高，如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大，其熔、沸點越高，如CO>N2。④在同分異構(gòu)體中，一般支鏈越多，熔、沸點越低，如正戊烷>異戊烷。(4)金屬晶體金屬離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強，熔、沸點就越高，如熔、沸點：Na<Mg<Al?？键c二、晶胞結(jié)構(gòu)1．常見原子晶體結(jié)構(gòu)分析晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析金剛石(1)每個C與相鄰4個C以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)鍵角均為109°28′(3)最小碳環(huán)由6個C組成且6個C不在同一平面內(nèi)(4)每個C參與4個C—C鍵的形成，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2(5)密度＝eq\f(8×12g·mol－1,NA×a3)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))SiO2(1)每個Si與4個O以共價鍵結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)每個正四面體占有1個Si,4個“eq\f(1,2)O”，因此二氧化硅晶體中Si與O的個數(shù)比為1∶2(3)最小環(huán)上有12個原子，即6個O,6個Si(4)密度＝eq\f(8×60g·mol－1,NA×a3)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))SiC、BP、AlN(1)每個原子與另外4個不同種類的原子形成正四面體結(jié)構(gòu)(2)密度：ρ(SiC)＝eq\f(4×40g·mol－1,NA×a3)；ρ(BP)＝eq\f(4×42g·mol－1,NA×a3)；ρ(AlN)＝eq\f(4×41g·mol－1,NA×a3)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))2.常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析干冰(1)每8個CO2構(gòu)成1個立方體且在6個面的面心又各有1個CO2(2)每個CO2分子周圍緊鄰的CO2分子有12個(3)密度＝eq\f(4×44g·mol－1,NA×a3)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))白磷(1)面心立方最密堆積(2)密度＝eq\f(4×124g·mol－1,NA×a3)(a為晶胞邊長，NA為阿伏加德羅常數(shù))3．常見金屬晶體結(jié)構(gòu)分析(1)金屬晶體的四種堆積模型分析堆積模型簡單立方堆積體心立方堆積六方最密堆積面心立方最密堆積晶胞配位數(shù)681212原子半徑(r)和晶胞邊長(a)的關(guān)系2r＝a2r＝eq\f(\r(3)a,2)2r＝eq\f(\r(2)a,2)一個晶胞內(nèi)原子數(shù)目1224原子空間利用率52%68%74%74%技法一、晶體類型的判斷1.依據(jù)物質(zhì)的分類判斷金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(如NaOH、KOH等)和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。大多數(shù)非金屬單質(zhì)(除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外)、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數(shù)有機物(除有機鹽外)都是分子晶體。常見的原子晶體單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等；常見的原子晶體化合物有碳化硅、二氧化硅等。金屬單質(zhì)(除汞外)與合金是金屬晶體。2.依據(jù)組成晶體的晶格質(zhì)點和質(zhì)點間的作用判斷離子晶體的晶格質(zhì)點是陰、陽離子，質(zhì)點間的作用是離子鍵；原子晶體的晶格質(zhì)點是原子，質(zhì)點間的作用是共價鍵；分子晶體的晶格質(zhì)點是分子，質(zhì)點間的作用為分子間作用力；金屬晶體的晶格質(zhì)點是金屬離子和自由電子，質(zhì)點間的作用是金屬鍵。3.晶體的熔點判斷離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百度至一千余度；原子晶體熔點高，常在一千度至幾千度；分子晶體熔點低，常在數(shù)百度以下至很低溫度；金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有相當?shù)偷摹?.依據(jù)導(dǎo)電性判斷離子晶體水溶液及熔化時能導(dǎo)電；原子晶體一般為非導(dǎo)體，但有些能導(dǎo)電，如晶體硅；分子晶體為非導(dǎo)體，而分子晶體中的電解質(zhì)(如酸和部分非金屬氣態(tài)氫化物)溶于水，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂形成自由離子也能導(dǎo)電；金屬晶體是電的良導(dǎo)體。5.依據(jù)硬度和機械性能判斷離子晶體硬度較大或略硬而脆；原子晶體硬度大；分子晶體硬度小且較脆；金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有較低的，且具有延展性。技法二、晶胞參數(shù)及相關(guān)計算1．晶胞參數(shù)的相關(guān)計算(1)晶胞參數(shù)晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示，包括晶胞的3組棱長a、b、c和3組棱相互間的夾角α、β、γ，即晶格特征參數(shù)，簡稱晶胞參數(shù)。(2)晶胞參數(shù)的計算方法(3)金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組計算公式(設(shè)棱長為a)①面對角線長＝eq\r(2)a②體對角線長＝eq\r(3)a③體心立方堆積4r＝eq\r(3)a(r為原子半徑)④面心立方堆積4r＝eq\r(2)a(r為原子半徑)⑤剛性原子球體積V(球)＝eq\f(4,3)πr3(r為原子半徑)2．金屬晶體空間利用率的計算方法(1)空間利用率的定義及計算步驟空間利用率(η)：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子總體積在整個晶體空間中所占有的體積百分比?？臻g利用率＝eq\f(晶胞中原子所占的總體積,晶胞體積)×100%(2)金屬晶體空間利用率分類簡析①簡單立方堆積設(shè)原子半徑為R，由于原子在晶胞棱的方向上相切，可以計算出晶胞參數(shù)：a＝b＝c＝2R，α＝β＝γ＝90°。每個晶胞中包含一個原子。η＝eq\f(1×\f(4,3)πR3,a3)×100%＝eq\f(1×\f(4,3)πR3,2R3)×100%≈52.36%。②體心立方堆積設(shè)原子半徑為R，由于原子在晶胞體對角線方向上相切，可以計算出晶胞參數(shù)：a＝b＝c＝eq\f(4\r(3),3)R，α＝β＝γ＝90°。每個晶胞中包含兩個原子。η＝eq\f(2×\f(4,3)πR3,a3)×100%＝eq\f(2×\f(4,3)πR3,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4\r(3)R,3)))3)×100%≈68.02%。③面心立方最密堆積設(shè)原子半徑為R，由于原子在晶胞面對角線方向上相切，可以計算出晶胞參數(shù)：a＝b＝c＝2eq\r(2)R，α＝β＝γ＝90°。每個晶胞中包含四個原子。η＝eq\f(4×\f(4,3)πR3,a3)×100%＝eq\f(4×\f(4,3)πR3,2\r(2)R3)×100%≈74.05%。④六方最密堆積設(shè)原子半徑為R，根據(jù)原子在晶胞中的相切關(guān)系，可以計算出晶胞參數(shù)：a＝b＝2R，c＝eq\f(2\r(6),3)a≈1.633a，α＝β＝90°，γ＝120°。每個晶胞中包含兩個原子。η＝eq\f(2×\f(4,3)πR3,a×\f(\r(3)a,2)×c)×100%＝eq\f(2×\f(4,3)πR3,2R×\r(3)R×1.633×2R)×100%≈74.05%。⑤金剛石型堆積設(shè)原子半徑為R，由于原子在晶胞體對角線方向上相切(相鄰兩個碳原子之間的距離為晶胞體對角線的四分之一)，可以計算出晶胞參數(shù)：a＝b＝c＝eq\f(8\r(3),3)R，α＝β＝γ＝90°。每個晶胞中包含八個原子。η＝eq\f(8×\f(4,3)πR3,a3)×100%＝eq\f(8×\f(4,3)πR3,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(8\r(3)R,3)))3)×100%≈34.01%。例1．（2023·遼寧·校聯(lián)考二模）Li2O具有反螢石結(jié)構(gòu)，其立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示(晶胞的邊長為apm)下列說法錯誤的是A．字母B表示氧離子，配位數(shù)是8B．若晶胞中M的坐標為(0，0，0)，則P的坐標為(，，)C．A處于B圍成的正八面體空隙中D．晶胞中A與B的最短距離為cm例2．（2023·山東棗莊·統(tǒng)考二模）砷化鎵是一種立方晶系如圖甲所示，將Mn摻雜到晶體中得到稀磁性半導(dǎo)體材料如圖乙所示，砷化鎵的晶胞參數(shù)為xpm，密度為。下列說法錯誤的是A．砷化鎵中配位鍵的數(shù)目是B．Ga和As的最近距離是C．沿體對角線a→b方向投影圖如丙，若c在11處，則As的位置為7、9、11、13D．Mn摻雜到砷化鎵晶體中，和Mn最近且等距離的As的數(shù)目為6例3．（2023·河北滄州·統(tǒng)考一模）一種理想的激光基質(zhì)材料M由元素鉀、鎂和氟組成。晶體M的晶胞如圖所示，已知：晶胞參數(shù)為。下列有關(guān)該晶體的說法錯誤的是A．晶胞中K、、F的原子個數(shù)比為1∶1∶3B．與K等距離且最近的F的數(shù)目為6C．在M晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中，若K位于晶胞的體心，則F位于棱心D．該晶體的密度為1．（2023·湖北武漢·校聯(lián)考模擬）硼氫化鋰(LiBH4)是一種潛在的高效儲能材料，在高壓下呈現(xiàn)出多晶型的轉(zhuǎn)變過程。圖a是不同壓強下LiBH4的兩種晶胞，圖b是晶胞I沿x、y、z軸的投影圖，下列有關(guān)說法錯誤的是A．電負性：H>B>LiB．晶胞II為較大壓強下的晶型C．LiBH4中存在配位鍵，B提供空軌道D．晶胞I中Li+周圍距離最近的BH有4個2．（2023春·重慶沙坪壩·高三重慶一中?？迹┫∮袣怏w能形成多種化合物，目前已知的稀有氣體化合物中，含氙(Xe)的最多，氪(Kr)次之，氬(Ar)化合物極少。是、與分子形成的加合物，其晶胞如圖所示。下列說法正確的是A．Ar、Kr、Xe基態(tài)原子的第一電離能依次增大B．和屬于同構(gòu)型的分子晶體，且的熔點高于C．中砷的價層電子對數(shù)為6，的空間結(jié)構(gòu)為平面三角形D．加合物中3．（2023·河北邯鄲·模擬）一種含Ca、As的鐵基超導(dǎo)材料的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該晶胞的參數(shù)分別為mpm、mpm、npm，體心的Ca原子和頂點的Ca原子有著相同的化學(xué)環(huán)境(化學(xué)環(huán)境受周圍粒子的數(shù)目與距離的影響)，其中a處As原子的坐標為(0.5m，0.5m，0.128n)。下列說法正確的是A．與Ca原子距離最近且相等的As原子有4個B．晶胞中l(wèi)=0.372nC．該超導(dǎo)材料中Fe元素的化合價有＋2、＋3兩種D．晶胞中As形成正十二面體4．（2023·山東泰安·模擬）時速600公里的磁浮列車需用到超導(dǎo)材料。超導(dǎo)材料TiN具有NaCl型結(jié)構(gòu)(如圖所示)，已知晶胞參數(shù)(晶胞邊長)為aD()，TiN的相對分子質(zhì)量為M。下列說法不正確的是A．基態(tài)Ti原子的電子排布式為 B．晶體中陰、陽離子的配位數(shù)都是4C．該晶胞沿z軸的投影圖為 D．該晶體的密度為5．（2023·河北唐山·模擬）圖1、圖2為晶胞結(jié)構(gòu)圖，圖3為三氯化氮的結(jié)構(gòu)式。下列有關(guān)敘述正確的是已知：①氯的電負性與氮的電負性大小幾乎相等。②圖2為六方最密堆積。A．圖1中每個Cu與3個Ca配位B．圖2所示物質(zhì)的化學(xué)式為ZnSC．圖3物質(zhì)水解產(chǎn)物一定是亞硝酸和鹽酸D．物質(zhì)熔、沸點大小：圖2＞圖1＞圖36．（2023·河北武漢·模擬）鈉元素和硒元素可組成一種對蛋白質(zhì)的合成和糖代謝有保護作用的無機化合物，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知和的半徑分別為anm和bnm，晶胞參數(shù)為cnm。下列有關(guān)說法錯誤的是A．該晶體的化學(xué)式為B．與距離最近且相等的數(shù)目為8C．該晶胞的空間利用率為D．位于由構(gòu)成的四面體空隙中，位于由構(gòu)成的六面體空隙中7．（2023·江蘇連云港·模擬）立方砷化硼(BAs)有潛力成為比硅更優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，BAs的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示：若晶胞參數(shù)為apm，下列有關(guān)說法錯誤的是A．該晶胞中所含As的個數(shù)與As的配位數(shù)相等B．基態(tài)B原子核外電子的空間運動狀態(tài)有3種C．晶胞中As原子與B原子的最近距離為D．晶胞在xy面上的投影圖為8．（2023春·湖南長沙·高三聯(lián)考）一種固體導(dǎo)電材料為四方晶系，其晶胞參數(shù)為apm、apm和2apm，晶胞沿x、y、z的方向投影(如圖所示)，A、B、C表示三種不同原子的投影，標記為n的原子分數(shù)坐標為，的摩爾質(zhì)量為，設(shè)為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是A．C表示的是Ag原子 B．距離Hg最近的Ag有8個C．m原子的分數(shù)坐標為 D．該晶體的密度為9．（2023·陜西太原·模擬）Ba、Ti、O形成的化合物晶胞結(jié)構(gòu)如圖：已知晶胞參數(shù)為(設(shè)為阿伏加德羅常數(shù)的值)。下列說法正確的是A．周圍最近的共4個B．與的最短距離為C．晶體密度為D．用代替晶胞中的部分后，形成的化合物可表示為10．（2023·福建福州·模擬）可用于配制無機防銹顏料的復(fù)合氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖，下列說法中不正確的是A．該復(fù)合氧化物的化學(xué)式為B．若圖中A、B的原子坐標均為(0,0,0)，則C的原子坐標為(0,0.5,0.5)C．若該晶體密度為，鈣和氧的最近距離為anm，則阿伏加德羅常數(shù)D．由晶胞結(jié)構(gòu)可知，與1個鈣原子等距離且最近的氧原子有8個11．（2023·北京朝陽·一模）我國科學(xué)家預(yù)言的T碳已被合成。T碳的晶體結(jié)構(gòu)可看做將金剛石中的碳原子用由四個碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代所得，T碳和金剛石的晶胞如圖所示。下列說法不正確的是A．T碳與金剛石互為同素異形體B．T碳與金剛石均屬于共價晶體C．T碳與金剛石中鍵角均為D．T碳晶胞中平均含有32個碳原子12．（2023·遼寧撫順·模擬）砷化鎵(GaAs)作為第二代半導(dǎo)體材料的代表，是目前研究最成熟、生產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料。GaAs晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞邊長為apm，下列說法正確的是A．GaAs屬于離子晶體B．基態(tài)砷原子價電子排布圖為C．As的配位數(shù)為4D．該晶體密度為13．（2023春·廣東廣州·廣東廣雅中學(xué)校考）亞鐵氰化鉀可用作食品添加劑，其受熱分解時發(fā)生反應(yīng)3K4[Fe(CN)6]12KCN+Fe3C+2(CN)2↑+N2↑+C(下圖為Fe3C的晶胞)，下列關(guān)于該反應(yīng)的說法不正確的是A．K4[Fe(CN)6]中心離子的配位數(shù)是6B．基態(tài)Fe2+和Fe3+的未成對電子數(shù)之比為6∶5C．(CN)2分子的空間結(jié)構(gòu)為直線形D．Fe3C晶體中與Fe最近且等距的C的個數(shù)為614．（2023·湖南長沙·湖南師大附中?？迹┳匀唤缰性~的硫化物經(jīng)氧化、淋濾后變成溶液，遇到ZnS(晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為anm)可緩慢轉(zhuǎn)化為CuS。已知：，。下列說法正確的是A．的配位數(shù)為6B．與的最短距離為nmC．體系達平衡后，溶液中：D．要使反應(yīng)正向進行，需滿足15．（2023春·湖北武漢·高三統(tǒng)考）硒化鋅是一種重要的半導(dǎo)體材料，圖甲為其晶胞結(jié)構(gòu)，圖乙為晶胞的俯視圖。已知a點的坐標，b點的坐標。下列說法正確的是A．的配位數(shù)為12 B．c點離子的坐標