第36讲 晶体与晶胞-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（苏教版2019）

第36讲 优化探究 大单元三　物质结构与性质　元素周期律 专题8 晶体结构与性质 晶体与晶胞 考点1　晶体 考点2　晶胞 课时作业36　晶体与晶胞 考点1　晶体 1. 晶体与非晶体 物质 晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈 ⁠ ⁠排列 原子排列相对 ⁠ ⁠ 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 异同表现 各向异性 各向同性 周期 性有序　 无 序　 掌握必备知识 筑牢应试根基 物质 晶体 非晶体 二者 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 熔点　 X射线衍射　 2. 获得晶体的三条途径 (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. 晶体结构的测定 [正误判断] (1)凡有规则外形的固体一定是晶体。 (　×　) (2)晶体内部的微粒按一定周期性规律排列。 (　√　) (3)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。 (　√　) (4)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。 (　√　) × √ √ √ 1. 下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是(　C　) A. 白磷、蓝矾 B. 陶瓷、塑料 C. 碘、橡胶 D. 食盐、蔗糖 选项A中二者都是晶体；选项B中二者都是非晶体；选项C中碘为晶体， 橡胶为非晶体；选项D中二者都是晶体。 C 提升关键能力 应对命题方式 2. 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 能够制作出直径为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正确的是(　C　) A. 形成晶体硅的速率越快越好 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 C A选项，晶体的形成要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率 等，但并不是结晶速率越快越好，错误；B选项，晶体有固定的熔、沸 点，错误；C选项，X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微 粒是否规则有序的排列就能区分出晶体与非晶体，正确；D选项，晶体 的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，错误。 3. 下列有关晶胞的叙述正确的是(　D　) A. 所有的晶胞都是平行六面体 B. 不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C. 晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞 D. 已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 D 晶胞是晶体结构中重复的基本单元，平行六面体是常见的晶胞结构，但 并不是晶胞唯一的结构，A项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全 相同，不同晶体中晶胞的大小和形状一般不同，B项错误；晶体中的粒 子如果被若干个晶胞所共有，则不完全属于某个晶胞，C项错误；知道 晶胞的组成，利用切割法可推知晶体的组成，D项正确。 考点2　晶胞 1. 晶胞 (1)晶胞：是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代 表性的最小重复单元。常规的晶胞都是 ⁠。 (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 ⁠； ②并置：所有晶胞都是 排列的， ⁠相同。 平行六面体　 间隙　 平行　 取向　 掌握必备知识 筑牢应试根基 2. 晶胞中微粒数的计算——切割法 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(包括正方体)型晶胞中不同位置的微粒数的计算。 1/ n 　 (2)非长方体型晶胞中的粒子数视具体情况而定。例如： ①石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(一个碳原子)被三个六 边形共有，每个六边形占 。 ②六棱柱中不同位置的粒子数的计算。 [正误判断] (1)晶胞不是构成晶体的基本微粒。 (　√　) (2)晶胞可无隙并置，且具有平移对称性(平移后重合)。 (　√　) √ √ 命题方式1　晶胞中微粒数、晶体的化学式的确定 1. 下列A～F是几种常见的晶胞结构，填写每个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. 铜晶胞：含 ⁠个原子。 4　 4　 4　 4　 8　 8　 4　 提升关键能力 应对命题方式 2. 如图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，该晶 体的化学式为 ，其中R元素为＋2价，G元素为－2价，则Q元 素的化合价为 ⁠。 RQ2G4　 ＋3价　 R：8× ＋1＝2；G：16× ＋4× ＋2＝8；Q：8× ＋2＝4。R、G、 Q的个数比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R元素为＋2价，G元 素为－2价，所以Q元素为＋3 价。 3. 已知镧镍合金LaNi n 的晶胞结构如图，则LaNi n 中 n ＝ ⁠。 La：2× ＋12× ＝3；Ni：12× ＋6× ＋6＝15；所以 n ＝5。 5　 4. (1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子 是分层排布的，图1是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原 子投影在同一平面上。硼化镁的化学式为 ⁠。 每个Mg原子周围有6个B原子，而每个B原子周围有3个Mg原子，所 以其化学式为MgB2。 MgB2　 (2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。图2是一种链状 结构的多硼酸根，多硼酸根的离子符号为 ⁠。 B 　 每个 单元中，都有一个B原子和一个O原子完全属于这个 单元，剩余的2个O原子分别被两个结构单元共用，所以B∶O＝1∶(1＋ )＝1∶2，化学式为B 。 　反思归纳：“切割法”计算晶胞中微粒数时首先辨认是否是晶胞，方 法是先看题目中的叙述，是晶胞结构还是某晶体结构的部分；再看图， 有的是晶胞，有的是晶胞的1/8，有的是两个晶胞并置在一起。 命题方式2　晶胞的结构 5. 测定大气中PM2.5浓度的方法之一是β－射线吸收法，β－射线放射源 可用 85Kr，已知Kr晶体的晶胞结构如图所示，设晶体中与每个Kr原子紧 邻的Kr原子有 m 个，晶胞中含Kr原子为 n 个，则 ＝ (填数字)。 晶体中与每个Kr原子紧邻的Kr原子有 ＝12个，晶胞中Kr原子有8× ＋6× ＝4个，则 ＝ ＝3。 3　 6. 冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞(其晶胞结构如图，其 中白球所示原子位于立方体的顶角或面心，灰球所示原子位于立方体 内)类似。每个冰晶胞平均占有 ⁠个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞的 微粒排列方式相同的原因是 ⁠ ⁠。 8　 C原子与O原子都为sp3杂化，且氢键和共 价键都具有方向性和饱和性 每个冰晶胞平均含有水分子数为8× ＋6× ＋4＝8；金刚石晶胞中，C 原子为sp3杂化，冰晶胞中，O原子也为sp3杂化，且氢键和共价键都具有 方向性和饱和性，故冰晶胞与金刚石晶胞的微粒排列方式相同。 课时作业36　晶体与晶胞 一、选择题 1. 铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体的晶胞在不 同温度下转化的示意图。下列有关说法不正确的是(　C　) A. 每个δ－Fe晶胞中有2个铁原子 B. γ－Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个 C. 每个γ－Fe晶胞中含有14个铁原子 D. 将加热到1 500 ℃的铁分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不 相同 C 2 3 4 5 6 7 8 9 1 根据切割法，一个δ－Fe晶胞中含有铁原子个数为 ×8＋1＝2，A正 确；γ－Fe晶胞中位于顶角的Fe原子，被晶胞的三个平面共有，每个平 面上有四个铁原子与顶角处的铁原子距离最短，则共有3×4＝12个，B 正确；根据切割法，一个γ－Fe晶胞中含有铁原子个数为 ×8＋ ×6＝ 4，C错误；依据得到晶体的条件可知，在急速冷却时(立即降温到912 ℃)得到α－Fe晶体，缓慢冷却时(缓慢冷却到1 394 ℃)得到γ－Fe晶体， 两种晶体类型不同，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2. 我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结 构如图。下列说法正确的是(　D　) A. 11BN和10BN的性质无差异 B. 该晶体具有良好的导电性 C. 该晶胞中含有14个B原子，4个N原子 D. N原子周围等距且最近的N原子数为12 D 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但其物理性 质不同，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B 错误；由图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶角和面心， 故B原子的数量为8× ＋6× ＝4，C错误；由晶胞示意图可知，1个N 原子与4个B原子成键，这4个B原子又分别与4个N原子成键，除去该N 原子本身，每个B原子周围有3个N原子与该N原子等距离且最近，则N 原子周围等距且最近的N原子数为12，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 3. 如图为高温超导领域里的一种化合物(钙钛矿)结构中的最小重复单 元。该化合物中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子有 a 个，氧原子、钛原子、钙原子的个数比为 b 。则 a 、 b 是(　A　) A. 6，3∶1∶1 B. 24，10∶8∶1 C. 12，5∶4∶1 D. 3，3∶2∶1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 1 由该晶胞结构可知，晶胞顶角相邻的钛离子相距最近，则每个钛离子周 围与它最接近且距离相等的钛离子有6个， a ＝6；该晶胞中钛原子个数 为8× ＝1，氧原子个数为12× ＝3，钙原子个数为1，则氧原子、钛 原子、钙原子的个数比为 3∶1∶1。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 4. 纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊 性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞 (如图所示)的大小和形状相同，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子 数的比值为(　D　) A. 7∶8 B. 13∶14 C. 1∶1 D. 26∶27 表面粒子数为8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26 ＋1＝27。 D 2 3 4 5 6 7 8 9 1 5. (2022·湖北卷)某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所 示。下列说法错误的是(　B　) A. Ca2＋的配位数为6 B. 与F－距离最近的是K＋ C. 该物质的化学式为KCaF3 D. 若F－换为Cl－，则晶胞棱长将改变 B 2 3 4 5 6 7 8 9 1 A. Ca2＋的配位数为与其距离最近且等距离的F－的个数，如题图所示， Ca2＋位于体心，F－位于面心，所以Ca2＋的配位数为6，A正确；B. F－与 K＋的最近距离为棱长的 ，F－与Ca2＋的最近距离为棱长的 ，所以与F －距离最近的是Ca2＋，B错误；C. K＋位于顶点，所以K＋个数为 ×8＝ 1，F－位于面心，F－个数为 ×6＝3，Ca2＋位于体心，所以Ca2＋个数为 1，故该物质的化学式为KCaF3，C正确；D. F－与Cl－半径不同，替换后 晶胞棱长将改变，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 6. 萤石(CaF2)晶胞结构如图所示，晶胞边长为 a pm，Ca2＋和F－的半径大 小分别为 r 1和 r 2。下列说法正确的是(　B　) A. 该晶胞中Ca2＋的配位数为4 B. 半径大小关系： r 1＜ r 2 C. 该晶胞中含有的Ca2＋数目为12 D. 该晶胞中Ca2＋和F－的最近距离为 a pm B 2 3 4 5 6 7 8 9 1 黑球位于晶胞的顶角和面心，其个数为8× ＋6× ＝4，灰球在晶胞内 部，个数为8，氟化钙的化学式为CaF2，黑球为Ca2＋，灰球为F－。根据 晶胞的结构，Ca2＋的配位数为8，故A错误；根据晶胞可知，Ca2＋和F－ 的最近距离是体对角线的 ，即为 a pm，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 二、非选择题 7. (1)氮化铁晶体的晶胞结构如图1所示。该晶体中Fe、N原子的个数比 为 ⁠。 由图1晶胞结构可知，Fe原子位于顶角、面心和内部，N原子位于内 部，用切割法可得晶胞中Fe原子的个数为12× ＋2× ＋3＝6，N原子 的个数为2，该晶体中Fe、N原子的个数比为6∶2＝3∶1。 3∶1　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (2)氧化亚铁晶体的晶胞如图2所示。在该晶胞中，与Fe2＋紧邻且等距离 的Fe2＋的数目为 ⁠。 根据图2晶胞结构可知，Fe2＋位于顶角和面心，与Fe2＋紧邻且等距离 的Fe2＋有12个。 12　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 8. (1)金属锰有多种晶型，其中δ－Mn的结构为体心立方堆积，晶胞参数 为 a pm。δ－Mn中锰的原子半径为 pm。已知阿伏加德罗常数的 值为 N A，δ－Mn的密度ρ＝ g·cm－3(列出计算式)。 δ－Mn的结构为体心立方堆积，设锰原子的半径为 r ，则体对角线为4 r ，则有 a ＝4 r ， r ＝ a ；一个晶胞中含有锰原子的数目为8× ＋1 ＝2， ρ＝ ＝ ＝ g·cm－3。 a 　 　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (2)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。 0.148　 0.076　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 因为O2－采用面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即 4 r (O2－)＝ a ，解得 r (O2－)＝ ×0.420 nm≈0.148 nm；MnO也属于 NaCl型结构，根据晶胞的结构，晶胞参数 a '＝2 r (O2－)＋2 r (Mn2＋)，则 r (Mn2＋)＝ ＝0.076 nm。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (3)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)。 　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 由题图可知，Li原子位于晶胞内部，O原子位于顶角和面心，因此一 个晶胞中有8个Li原子，O原子个数为6× ＋8× ＝4，因此一个Li2O晶 胞的质量为 g，一个晶胞的体积为(0.466 5×10－7)3cm3，即该晶 体密度为 g·cm－3。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 9. (1)钛酸锶(SrTiO3)可用作电子陶瓷材料和人造宝石。其晶胞结构如图 所示，Ti原子处于体心位置，则Sr原子处于 位置，O原子处 于 ⁠位置。 顶角　 面心　 已知钛酸锶的化学式为SrTiO3，Sr、Ti、O三种原子的个数比为 1∶1∶3，既然Ti原子处于体心位置，根据切割法，晶胞中Ti原子的数目 为1，处于面心位置的原子数为3，所以处于面心位置的原子为O原子， 那么，处于顶点位置的原子就是Sr原子。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 (2)Ni和La的合金是目前使用广泛的储氢材料，具有大容量、高寿命、耐 低温等特点，在我国已实现了产业化。该合金的晶胞结构如图所示。 该晶体的化学式为 ⁠。 由晶胞结构图可知，1个晶胞中La原子的个数为8× ＝1，Ni原子的 个数为8× ＋1＝5，则该晶体的化学式为LaNi5。 LaNi5　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 $$