第3章 晶体结构与性质 整理与提升-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 不定项版）

化学　选择性必修2[RJ]导学案 不定项 晶体结构中的有关计算 角度一　晶体密度的计算 第一步：分析晶胞结构特点，利用“均摊法”确定物质的化学式，计算出晶胞的质量。 第二步：利用几何知识计算晶胞的体积。 第三步：根据ρ＝计算晶体密度，注意单位换算。 对于立方晶胞：ρ＝(a表示晶胞参数，N表示一个晶胞中微粒的数目)。 以NaCl晶体为例，设晶胞参数为a，NaCl的摩尔质量为M。 分析NaCl晶胞结构可知，该晶胞中含Na＋的个数：8×＋6×＝4， 含Cl－的个数：12×＋1＝4，共含4个“NaCl”。 晶胞的体积：V＝a3。 NaCl晶体的密度：ρ＝。 [注意]　晶胞类型不同，晶胞体积求算方法不同，如六棱柱型晶胞体积V≠a3。 角度二　晶胞内部各微粒的原子坐标的确定方法 含义 为了表示晶胞中所有原子的位置，用坐标(x，y，z)表达晶胞中原子的分布，该坐标被称为原子分数坐标 确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标 实例 例如，图中原子1的分数坐标为(1，0，0)，则原子2和3的分数坐标分别为、 确定方法：图中原子1的坐标为(1，0，0)，则坐标系是，原子2，3在晶胞内。从晶胞内的2、3点分别向x、y、z轴上作垂线，即可得出2、3两点的原子分数坐标 角度三　晶体中空间利用率的计算 空间利用率指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。解答此类问题时，首先分析晶胞中原子个数(N)和原子半径(r)，依据公式V原子＝N×πr3计算出晶胞中所有原子的体积。再根据立体几何知识找出原子半径(r)与晶胞棱长(a)的关系。 ①若金属晶体的晶胞结构(如Po)如下： 则a＝2r。 ②若金属晶体的晶胞结构(如Fe)如下。 则a＝r。 ③若金属晶体的晶胞结构(如Ca)如下： 则a＝2r。 对于立方晶胞V晶胞＝a3。 最后根据×100%计算空间利用率。 角度一　晶体密度的计算 1．(2024·河北卷)金属铋及其化合物广泛应用于电子设备、医药等领域。如图是铋的一种氟化物的立方晶胞及晶胞中MNPQ点的截面图，晶胞的边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　) A．该铋氟化物的化学式为BiF3 B．粒子S、T之间的距离为a pm C．该晶体的密度为 g·cm－3 D．晶体中与铋离子最近且等距的氟离子有6个 答案：D 解析：根据题给晶胞结构，由均摊法可知，每个晶胞中含有1＋12×＝4个Bi，含有8＋8×＋6×＝12个F，故该铋氟化物的化学式为BiF3，A正确；将晶胞均分为8个小立方体，则晶胞体内的8个F位于8个小立方体的体心，以M为原点建立坐标系，设N的原子分数坐标为(0，0，1)，与Q、M在同一条棱上的F的原子分数坐标分别为(0，1，0)、(1，0，0)，则T的原子分数坐标为，S的原子分数坐标为，故粒子S、T之间的距离为×a pm＝a pm，B正确；由A项分析可知，每个晶胞中有4个BiF3单元，晶胞体积为a3×10－30 cm3，则晶体密度为 g·cm－3＝ g·cm－3，C正确；以晶胞体心处铋离子为分析对象，距离其最近且等距的氟离子位于晶胞体内，有8个，D错误。 2．(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　　) A．图1晶体密度为 g·cm－3 B．图1中O原子的配位数为6 C．图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1－x D．Mg2＋取代产生的空位有利于Li＋传导 答案：C 解析：图2中Mg和空位均存在，Mg的个数小于2，C错误。 3．(2024·全国甲卷节选)结晶型PbS可作为放射性探测器元件材料，其立方晶胞如图所示。其中Pb的配位数为________。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度为__________g·cm－3(列出计算式)。 答案：6　或 解析：由PbS晶胞结构图可知，该晶胞中有4个Pb和4个S，距离每个原子周围最近的原子数均为6，因此Pb的配位数为6。设NA为阿伏加德罗常数的值，则该晶体密度为 g·cm－3或 g·cm－3。 4．(2023·全国甲卷节选)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在，其空间结构如图a所示，二聚体中Al的轨道杂化类型为________。AlF3的熔点为1090 ℃，远高于AlCl3的192 ℃，由此可以判断铝氟之间的化学键为________键。AlF3结构属立方晶系，晶胞如图b所示，F－的配位数为________。若晶胞参数为a pm，晶体密度ρ＝________g·cm－3(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 答案：sp3　离子　2　 解析：由AlF3的晶胞结构可知，其中大球的个数为12×＝3，小球的个数为8×＝1，则大球为F－，距F－最近且等距的Al3＋有2个，则F－的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为(a pm)3＝a3×10－30 cm3，晶胞的质量为 g，则其晶体密度ρ＝ g·cm－3。 角度二　晶胞内部各微粒的原子坐标的确定方法 5．(2022·河北高考节选)如图是CZTS四元半导体化合物的四方晶胞。 (1)该物质的化学式为____________。 (2)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，例如图中A原子的坐标为，则B原子的坐标为____________。 答案：(1)Cu2ZnSnS4　(2) 解析：(1)由晶胞结构可知，位于顶点和体心的锌原子个数为8×＋1＝2，位于面上的铜原子个数为8×＝4，位于面心和棱上的锡原子个数为2×＋4×＝2，位于体内的硫原子个数为8，则该物质的化学式为Cu2ZnSnS4。 6．(2021·山东高考节选)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有________个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为________；晶胞中A、B间距离d＝______________pm。 答案：2　　 解析：图中大球的个数为8×＋1＝2，小球的个数为8×＋2＝4，根据XeF2的原子个数比可知大球是Xe原子，小球是F原子，该晶胞中有2个XeF2分子；由A点坐标可知该原子位于晶胞的体心，且每个坐标系的单位长度都记为1，B点在棱的处，其分数坐标为；图中y是底面对角线的一半，y＝a，x＝－r，所以d＝＝ pm。 7．(2021·海南高考节选)以晶胞参数为单位长度建立坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子坐标。如图所示，在MnS晶胞坐标系中，a点硫原子坐标为，b点锰原子坐标为，则c点锰原子坐标为__________。 答案： 角度三　晶体中空间利用率的计算 8．(2021·全国乙卷节选)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________________%(列出计算表达式)。 答案：Al 　×100 解析：已知AlCr2具有体心四方结构，黑球个数为8×＋1＝2，灰球个数为8×＋2＝4，结合化学式AlCr2可知，灰球为Cr，黑球为Al，即处于顶角位置的是Al原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子的体积为×4＋×2＝，故金属原子空间占有率＝×100%＝×100%。 8 学科网（北京）股份有限公司 $$