第09讲 晶体 金属晶体（复习讲义）（上海专用）2026年高考化学一轮复习讲练测

第09讲 晶体 金属晶体 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 晶体的特性 知识点1 晶体与非晶体 知识点2 晶体的分类 考向1 晶体与非晶体 【思维建模】鉴别晶体与非晶体的方法 考向2 晶体的基本性质 考点二 金属晶体的结构 知识点1晶胞 知识点2晶胞组成的计算——均摊法 知识点2晶胞中的原子坐标 考向1晶体化学式的确定 【思维建模】晶胞中微粒数的计算方法——切割法 考向2金属晶胞的综合计算 考点三 金属键与金属晶体 知识点1金属键 知识点2 金属晶体 知识点3 常见金属晶体的堆积模型 考向1 金属晶体与金属性质 【思维建模】金属键对金属性质的影响 考向2 金属晶体的堆积方式 04 考点要求 考查形式 2025年 2024年 晶体、晶胞 非选择题 上海卷T二，3 ·上海卷T二，6 —— 金属晶体 非选择题 上海卷T二，1 上海卷T二，2 —— 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，自2024年以来上海高考化学试题采用新的命题形式，共五个大题，均为非选择题，对晶体基本常识和金属晶体有所涉及，尤其是晶胞化学式确定和综合计算。 2．从命题思路上看，预测新的一年高考，将以典型元素化合物、新材料、新技术为背景为载体，晶体基本常识和金属晶体将嵌入元素及化合物、物质结构与性质、化学工艺流程等大题中进行考查，重点关注：晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，能根据晶胞的结构确定微粒个数和化学式，学会晶体密度计算的方法。 复习目标： 1.了解晶体的特性，知道晶体与非晶体的区别。 2．能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。 3．理解金属键的概念，初步学会用电子气理论解释金属的物理性质。 4．能从微观上分析金属晶体的组成和结构特点，初步认识金属晶体的堆积模型。 5．学会用均摊法进行晶体的有关计算。 ( ) 考点一 晶体的特性 知识点1 晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的本质差异 固体 自范性 微观结构 晶体 有(能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 无(不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对无序 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．晶体的特性 (1)自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的几何多面体外形。本质上，晶体的自范性是晶体中原子、分子和离子等微粒在三维空间里呈现周期性有序排列的宏观表现。 (2)各向异性：晶体内部微粒的排列呈现周期性，而不同方向上的微粒排列情况是不同的。因此，在晶体中，不同的方向上具有不同的物理性质，如导电性、导热性、硬度、解理性等。 (3)对称性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，宏观观察分辨不出微观的不连续性，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。 (4)有序性：内部结构中的微观粒子(原子、分子、离子等)在三维空间呈周期性高度有序排列。 4．晶体与非晶体的区分方法 区分方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 可靠方法 对固体进行X射线衍射实验 5．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 知识点2 晶体的分类 1．分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。 2．分类 晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例 离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl 金属晶体 金属阳离子、自由电子 金属键 铜 原子晶体 原子 共价键 金刚石 分子晶体 分子 分子间作用力 冰 得分速记 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 考向1 晶体与非晶体 例1下列有关说法正确的是___________。 A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 B．石英玻璃和水晶的衍射图谱相同 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构 D．晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角 【答案】A 【解析】测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A正确；石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，两者的衍射图谱不同，B错误；通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C、D错误。 思维建模 鉴别晶体与非晶体的方法 (1)观察外观：晶体有规则的几何外形，而非晶体没有。 (2)测定熔点是否固定：晶体有固定熔点，而非晶体没有。 (3)测定是否具有各向异性：晶体有各向异性，而非晶体没有。 (4)X－射线衍射法(最科学可靠的方法)：晶体能使X－射线发生衍射(得到分立的斑点或明锐的谱线)，而非晶体只能散射(得到连续的谱线)。 【变式训练1·变载体】下列关于晶体性质的叙述不正确的是___________。 A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形 B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的 C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果 D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性 【答案】B 【解析】晶体在不同方向上物质粒子的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性重复排列，两者没有矛盾，故B错误；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，则晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，故C正确；由于晶体在不同方向上物质粒子的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D正确。 【变式训练2·变考法】晶体与非晶体的本质区别是___________。 A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形 B．晶体内部粒子呈周期性有序排列，而非晶体内部粒子排列相对无序 C．晶体有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点 D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小 【答案】B 【解析】A项，晶体有单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何外形，且非晶体可能有规则的几何外形，比如钻石形状的玻璃制品，A错误；B项，晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，B正确；C项，单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，但这不是二者的本质区别，C错误；D项，某些合金为非晶体，但具有很大的硬度，故D错误；故选B。 【变式训练3·变题型】下列晶体分类中正确的是___________。 选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 A NH4Cl Ar C6H12O6 生铁 B H2SO4 Si S Hg C CH3COONa SiO2 I2 Fe D Ba(OH)2 石墨 普通玻璃 Cu 【答案】C 【解析】A项，Ar是分子晶体而不是共价晶体；B项，H2SO4属于分子晶体而不是离子晶体；D项，石墨属于混合型晶体而不是共价晶体，普通玻璃不是晶体。 考向2 晶体的基本性质 例2下列关于晶体性质的描述中，正确的是___________。 A．晶体具有物理性质各向同性的特点 B．形成晶体的形态与结晶过程的速率无关 C．用X射线衍射实验可以区分晶体和非晶体 D．具有规则几何外形的固体均为晶体 【答案】C 【解析】A项，由于晶体内部质点排列的有序性，所以晶体的某些物理性质具有各向异性的特点，A错误；B项，晶体的形成都有一定的形成条件，如温度、结晶速率等，B错误；C项，X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列可区分晶体与非晶体，C正确；D项，具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如切割成有规则几何外形的玻璃不是晶体，D错误；故选C。 【新科技与学科知识结合】【变式训练1】美国加州 Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们，在40 Gpa的高压容器中，用Nd：YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800 K，二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是___________。 A．具有规则的几何外形 B．硬度与金刚石相近 C．熔化时破坏共价键 D．易升华，可用作制冷剂 【答案】D 【解析】A项，该晶体具有与石英相似的晶体结构，属于共价晶体，具有规则的几何外形，A项不选；B项，该晶体与金刚石都属于共价晶体，硬度与金刚石相近，B项不选；C项，该晶体属于共价晶体，熔化时破坏共价键，C项不选；D项，该晶体属于共价晶体，具有高熔点、高硬度，不易升华，不能用作制冷剂。 【变式训练2·变考法】将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)发现缺角的晶体变完整了(外形变规则了)。这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是___________。 A．减小、增大 B．增大、减小 C．不变、不变 D．不能确定 【答案】C 【解析】晶体中的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列，晶体的自范性、各向异性，胆矾晶体具有自范性，硫酸铜晶体和硫酸铜溶液存在着溶解平衡，即硫酸铜晶体不断溶解，溶液中的硫酸铜不断析出，由于在自然条件下结晶形成的晶体形状都是规则的，所以向饱和硫酸铜溶液中放入一小块缺角的胆矾晶体时硫酸铜晶体的形状会变得规则，而质量不发生变化，所以这段时间内晶体和溶液的质量变化都是不变，故C正确；故选C。 【变式训练3·变载体】金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是___________。 A．金属玻璃能自发呈现多面体外形 B．金属玻璃具有固定的熔点 C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验 D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物 【答案】C 【解析】A．根据题中描述，金属玻璃是非晶体，不能自发呈现多面体外形，A错误；B．金属玻璃是非晶体，没有固定熔沸点，B错误；C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验，C正确；D．金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的金属固体，D错误；故选C。 ( ) 考点二 金属晶体的结构 知识点1 晶胞 1．概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 金属金的晶体 晶胞 2．结构：常规的晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。 金属金的晶胞及其切割示意图 (1)“无隙”(密置层)：相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”(非密置层)：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 知识点2 晶胞组成的计算——均摊法 1．晶胞的概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 2．晶胞与晶体的关系：晶胞(微观)一般都是平行六面体，晶体(宏观)是由无数晶胞无隙并置而成。 (1)无隙：相邻晶胞之间无任何间隙。两个晶胞共用同一个平面：上面晶胞的下底面，就是下面晶胞的上底面。 (2)并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。即：将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 3．晶胞组成的计算方法 (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 4．晶胞中粒子配位数的计算 一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数 (1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。 (2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。 得分速记 (1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)： 每个面上有4个，共计12个。 (2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。 5．晶胞计算公式(立方晶胞) (1)晶体密度：a3ρNA＝NM (a：棱长；ρ：密度；NA：阿伏加德罗常数的值；N：1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。 (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＝a。 ②体对角线长＝a。 ③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 (3)空间利用率＝×100%。 6．晶胞密度的计算 (1)计算晶体密度的方法 (2)计算公式：ρ＝＝ (3)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 得分速记 (1)以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为：×n＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。 (2)对非立方体晶胞计算晶胞体积时可以根据具体晶胞计算如长方体的体积＝长×宽×高＝底面积×高。 7．原子空间利用率的计算 (1)已知晶体密度(ρ)求空间利用率 若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol 微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对分子质量)；1个晶胞的质量为ρV g(V为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρVNA g，因此有xM＝ρVNA。 晶胞体积V＝，晶胞含粒子体积V0＝x×πr3。故空间利用率＝×100%＝＝。 (2)已知晶胞结构求空间利用率 ①简单立方结构 空间利用率＝×100%≈52% ②体心立方结构 空间利用率＝×100%≈68% ③面心立方结构 如图所示，原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3，1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈74%。 得分速记 (1)1pm＝10－12m＝10－10cm (2)1nm＝10－9m＝10－7cm (3)1μm＝10－6m＝10－4cm 知识点3 晶胞中原子坐标 1．构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体几何模型 从最简单的晶胞——简单立方堆积的晶胞模型入手，构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体几何模型。 简单立方堆积的晶胞中8个顶点的微粒是完全一致的，因此可以任意选择一个原子为坐标原点。以立方体的三个棱延长线构建坐标轴，以晶胞边长为1个单位长度。由此可得如图所示的坐标系。 其他晶胞也可以采用这种方式构建。如六方最密堆积模型的晶胞按此法构建x轴和y轴，只不过夹角不是90°，而是120°或60°。 2．简单立方体模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：原子2为(0，0，0)，因为其他顶点与2完全相同，所以其他顶点的分数坐标都为(0，0，0)。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 3．体心立方晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：1～8的分数坐标为(0，0，0)， 9的分数坐标为。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 4．面心立方晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：0(0，0，0)，1和2，3和4，5和6。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 5．金刚石晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)若a原子为坐标原点，晶胞边长的单位为1，则原子1、2、3、4的分数坐标分别为、、、。 (2)x、y平面上的投影图为。 (3)沿体对角线的投影图为。 (4)沿体对角线切开的剖面图为。 考向1 晶体化学式的确定 例1(2025·上海市第二中学高三期中考试)(双选)钙和锶的氟化物具有相似的晶胞结构(如下图，M表示Ca或Sr)，晶胞形状为正方体。 分析晶胞结构，下列说法正确的是____________。 A．每个M2+粒子附近最近的F-为8个 B．该晶胞中有14个M2+粒子 C．CaF2的熔点高于SrF2 D．如白球表示F-，黑球表示M2+，该物质也是MF2 【答案】AC 【解析】A项，由晶胞结构可知，每个F-位于M2+粒子形成的四面体的中心，一个M2+在八个方向吸引F-，每个M2+粒子附近最近的F-为8个，A正确；B项，该晶胞中有个M2+粒子，B错误；C项，CaF2和SrF2都是离子化合物，阴离子半径相同，阳离子半径Sr2+大，晶格能小，所以熔点CaF2的熔点高于SrF2，C正确；D项，如白球表示F-有个，黑球表示M2+，有8个，该物质是M2F，D错误； 故选AC。 思维建模 晶胞中微粒数的计算方法——切割法 (1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。 (2)非长方体晶胞 在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有属于此晶胞，面上的原子有属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12×＋2×＝3，硼原子个数为6。 【变式训练1·变载体】如图所示是晶体结构中的一部分，图中、、分别表示原子X、Y、Z。其对应的化学式不正确的是___________。 A． XY B． X2Y C．X3Y D． XY3Z 【答案】B 【解析】A项，该晶胞中，X、Y的数目均为，粒子数目比为1∶1，化学式为XY，故A正确；B项，该晶胞中X位于体心，数目为1，Y的数目为，粒子数目比为1∶1，化学式为XY，故B错误；C项，该晶胞中，X位于体心和顶点，数目为，Y位于顶点，数目为，粒子数目比为3∶1，化学式为X3Y，故C正确；D项，该晶胞中，X的数目为，Y的数目为，Z的数目为1，粒子数目比为1∶3∶1，化学式为XY3Z，故D正确；故选B。 【变式训练2·变考法】晶体内微粒总是按周期性规律重复排列，反映其结构特点的基本重复单位为晶胞，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构，可做为晶胞的是___________。 A． (都在顶点) B． (在顶点和面心) C． (在顶点和面心) D． (在顶点和体心) 【答案】B 【解析】按照题意，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成，是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所有晶胞平行排列，取向相同。由此可知，平移后，重合位置的原子相同。A．不管是左右或上下平移时，大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合，但不是同一种原子，因此该结构不能作为晶胞，A错误；B．不管是上下平移还是左右平移，各原子都可以与相同的原子重叠，可平移无隙并置得到晶体，因此该结构可以作为晶胞，B正确；C．上下平移时，位于面心的两个不同的原子位置会重合，因此该结构不能作为晶胞，C错误；D．该结构平移时会存在空隙，因此不能作为晶胞，D错误；答案选B。 【变式训练3·变载体】钙、钛、氧可形成如图所示的晶胞，则所形成的物质的化学式可表示为___________。 A．Ca8TiO12 B．Ca4TiO6 C．Ca4TiO3 D．CaTiO3 【答案】D 【解析】根据均摊法，由晶胞结构图可知，Ca位于晶胞顶点上，数目为，Ti位于晶胞体心处，数目为1，O位于棱上，数目为，故所形成的物质的化学式为 CaTiO3；故选D。 考向2 金属晶胞的综合计算 例2(2025·上海市实验学校质检)白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方金刚石结构。 ①灰锡中每个Sn加原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有___________个。 ②若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1ncm-3和V2ncm-3，则白锡和灰锡晶体的密度之比是___________。 【答案】①7. 4 ② 【解析】①灰锡具有类似金刚石的晶体结构，但每个原子并非与四个异种原子相连，而是与四个同种原子(即Sn原子)形成正四面体结构，在正四面体结构中，每个顶点代表一个原子，对于中心原子(即我们关注的Sn原子)，它与四个位于正四面体顶点且距离相等的Sn原子相连，灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn原子共有4个；②根据均摊法，白锡晶胞中含Sn原子数为，灰锡晶胞中含Sn原子数为，所以白锡与灰锡的密度之比为。 【变式训练1·变考法】金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为___________。 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则ρ＝，进一步化简后可得。故选C。 【变式训练2·变载体】Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是___________。 A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 【答案】D 【解析】A项，根据均摊原则，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，故A错误；B项，Cu位于周期表中ds区，Ni位于周期表中d区，故B错误；C项，基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目分别是1、2、3，Sb>Ni>Cu，故C错误；D项，该晶胞含有1个Cu、1个Ni、2个Sb，设晶胞边长为a pm，该晶胞，，Cu和Ni的最短距离为晶胞边长的一半，Cu和Ni的最短距离，故D正确；故选D。 【变式训练3·变题型】(2025·上海复旦大学附中二模)一种铜合金由Cu、In、Te组成，可做热电材料。其晶胞及晶胞中各原子的投影位置如图所示，晶胞棱边夹角均为90° 。 (1)该晶体的化学式为___________。 (2)其晶胞结构由Ⅰ、Ⅱ两部分组成，如图所示。Ⅰ不是晶胞，从结构角度说明。___________。 (3)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、B点原子的分数坐标分别为(0，0，0)、(，，)。则C点原子的分数坐标为___________；晶胞 中C、D原子间距离d=___________pm。 【答案】(1)CuInTe2 (2)Ⅰ中8个顶点的原子不相同，上下两个面的原子也不相同，无法进行无隙并置，因此不是晶胞 (3) ①. (，，) ②. 【解析】(1)由晶胞结构可知，铜原子位于顶点、面上和体内，其个数为个，铟原子位于棱上、面心和面上，其个数为个，碲原子位于体内，其个数为8个，则该晶体的化学式为CuInTe2； (2) 晶胞是晶体中最小的重复结构单元，可以无隙并置，而Ⅰ中8个顶点的原子不相同，上下两个面的原子也不相同，无法进行无隙并置，因此不是晶胞； (3) 由A点、B点原子的分数坐标分别为(0，0，0)、(，，)知，位于体对角线处、面对角线处，C点原子的分数坐标为(，，)；由晶胞中C、D形成的直角三角形的边长为，可知，晶胞 中C、D原子间距离d=pm； ( ) 考点三 金属键与金属晶体 知识点1 金属键 1．概念：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 2．成键粒子：金属阳离子和自由电子。 3．成键条件：金属单质或合金。 4．成键本质(电子气理论)：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 5．特征：自由电子不属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子在整块金属中自由移动。金属键既没有方向性，也没有饱和性。 6．金属键的强弱比较：一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。反之，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 7．金属键对物质性质的影响：①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。②金属键越强，晶体的硬度越大。 知识点2 金属晶体 1．定义：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。 2．金属晶体的主要性质 ①金属晶体一般具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等。 ②熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 ③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 ④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。 3．用电子气理论解释金属的物理性质 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，金属晶体中的化学键没有被破坏，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“自由电子”做定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。 导热性 “自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者能量的交换 颜色/光泽 自由电子吸收所有频率光释放一定频率光。 得分速记 (1)在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 (2)金属单质或合金的晶体(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。 (3)金属晶体与共价晶体一样。是一种“巨分子”。 知识点3 常见金属晶体的堆积模型 金属晶体可看作是金属原子在三维空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：非密置层堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，密置层堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。常见金属晶体的四种结构型式如下表所示： 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 晶胞 配位数 空间利 用率 每个晶胞所含原子数 非密置层 简单立方 堆积 Po(钋) 6 52% 1 体心立方密堆积 (A2型) Li、Na、K、Ba、W、Fe 8 68% 2 密置层 六方最密堆积(A3型) Mg、Zn、Ti 12 74% 6 面心立方最密堆积 (A1型) Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Pt 12 74% 4 得分速记 三种典型结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 常见金属 Ca，Cu，Au，Al，Pd，Pt，Ag Li，Na，K，Ba，W，Fe Mg，Zn，Ti 结构示意图 配位数 12 8 12 晶体结构 面心立方晶胞 体心立方晶胞 六方晶胞 考向1 金属晶体与金属性质 例1金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是___________。 A．金属镁的硬度大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大，而所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；金属镁比金属钠离子的半径小而所带电荷多，金属键强，所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大；镁比钙离子的半径小，金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。 思维建模 金属键对金属性质的影响 (1)金属键越强，金属熔沸点越高。 (2)金属键越强，金属硬度越大。 (3)金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 (4)金属键越强，金属原子的电离能越大。 【变式训练1·变载体】下列关于金属键的叙述中不正确的是___________。 A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性 D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【答案】B 【解析】从构成物质的基本微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；“自由电子”是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。 【变式训练2·变考法】下列关于金属及金属键的说法正确的是___________。 A．Ca、Mg、Al三中金属晶体的熔点：Ca＞Mg＞Al B．金属具有光泽是因为金属正离子吸收并放出可见光 C．金属能导电是因为金属在外加电场作用下产生了自由电子 D．金属键是金属正离子与自由电子间的相互作用，将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏 【答案】D 【解析】A．三种金属原子的价电子数：Al＞Mg＝Ca，金属阳离子的半径：r(Ca＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，则熔点Al>Mg>Ca，A错误；B．金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，但不能放出可见光，B错误；C．金属中存在金属正离子和自由电子，当给金属通电时，自由电子定向移动而导电，C错误；D．金属键是存在于金属正离子和自由电子之间的强的相互作用，这些自由电子为所有的正离子所共用，将铁制品做成炊具，只利用了金属的延展性和导热性，金属键没有被破坏，D正确；故选D。 【变式训练3·变题型】根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是___________。 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 【答案】B 【解析】A项，由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体，错误；B项，金属晶体中有自由移动的电子，能导电，绝大多数金属在常温下为固体，熔点较高，所以固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体，正确；C项，相邻原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于共价晶体，错误；D项，固体不导电，说明晶体中无自由移动的带电微粒，则不可能为金属晶体，错误。 考向2 金属晶体的堆积方式 例2有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是___________。 A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 【答案】D 【解析】A项，图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，故A错；B项，图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，故B错；C项，图1~图4每个晶胞所含有的原子数分别为8=1、8+1=2、8+6=4、8+1=2，故C错；D项，图1~图4堆积方式的空间利用率分别为：52%、68%、74%、74%，故D正确；故选D。 【变式训练1·变载体】金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是___________。 A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 【答案】C 【解析】图(a)为密置层，图(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和体心立方两种堆积。 【变式训练2·变考法】关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是___________。 A．是密置层的一种堆积方式 B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 【答案】C 【解析】体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×8 (1)＋1＝2。故选C。 【变式训练3·变考法】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为___________。 A．21∶14∶9 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．3∶2∶1 【答案】D 【解析】晶胞(a)中所含原子＝12×6 (1)＋2×2 (1)＋3＝6，晶胞(b)中所含原子＝8×8 (1)＋6×2 (1)＝4，晶胞(c)中所含原子＝8×8 (1)＋1＝2。故选D。 (2025·上海卷T二，3)原子在晶胞中的_______位置。 A．顶点 B．棱上 C．面上 D．体心 【答案】BC 【解析】由图可知选BC； (2025·上海卷T二，6)图晶胞号O原子，若晶胞仅含1个完整WO42-四面体，组成该四面体的O编号是 。 表格(各种矿石密度)。 【答案】5、6、7、8 【解析】WO42-四面体是由1个W原子和4个O原子构成的，其中W原子位于四面体的中心，4个O原子位于四面体的4个顶点。从图1-8中可以看到晶胞的结构，当W原子与5、6、7、8号O原子相邻时，能组成一个四面体，故答案为：5、6、7、8； (2025·上海卷T二，1)钨作灯丝与_______性质有关(不定项)。 A．延展性 B．导电性 C．高熔点 D．易挥发 【答案】BC 【解析】因为W丝具有导电性高熔点的性质，所以可以用来做灯丝，故选BC； (2025·上海卷T二，2)钨有金属光泽的原因 (从微观角度解释)。 【答案】金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽 【解析】钨有金属光泽的原因是：金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽； 11. (2024·湖北卷，11，3分)黄金按质量分数分级，纯金为。Au-Cu合金的三种晶胞结构如图，Ⅱ和Ⅲ是立方晶胞。下列说法错误的是___________。 A．I为金 B．Ⅱ中的配位数是12 C．Ⅲ中最小核间距Au-Cu＜Au-Au D．I、Ⅱ、Ⅲ中，Au和Cu原子个数比依次为1：1、1：3、3：1 【答案】C 【解析】A项，由24K金的质量分数为100%，则18K金的质量分数为： ，I中Au和Cu原子个数比值为1:1，则Au的质量分数为： ，A正确；B项，Ⅱ中Au处于立方体的八个顶点，Au的配位数指距离最近的Cu，Cu处于面心处，类似于二氧化碳晶胞结构，二氧化碳分子周围距离最近的二氧化碳有12个，则Au的配位数为12，B正确；C项，设Ⅲ的晶胞参数为a，Au-Cu的核间距为，Au-Au的最小核间距也为 ，最小核间距Au-Cu=Au-Au，C错误；D项，I中，Au处于内部，Cu处于晶胞的八个顶点，其原子个数比为1:1；Ⅱ中，Au处于立方体的八个顶点，Cu 处于面心，其原子个数比为：；Ⅲ中，Au处于立方体的面心，Cu处于顶点，其原子个数比为；D正确；故选C。 16．(2025•山东卷，16) (3)可用作合成氨催化剂、其体心立方晶胞如图所示(晶胞边长为apm)。 ①晶胞中原子的半径为 pm。 ②研究发现，晶胞中阴影所示m，n两个截面的催化活性不同，截面单位面积含有原子个数越多，催化活性越低。m，n截面中，催化活性较低的是 ，该截面单位面积含有的原子为 个∙pm-2。 【答案】(3) n 【解析】(3)①为体心立方晶胞，晶胞边长为a pm，体对角线长度为，体心立方晶胞中Fe原子半径r与体对角线关系为4r=，因此Fe原子的半径为。②m截面面积Sm=a2pm2，每个角原子被4个相邻晶胞共享 (二维共享)，如图所示：，每个晶胞的顶点原子贡献个原子给该晶面，所含原子数为，单位面积原子数为个pm-2，n截面面积为pm2，每个角原子被4个相邻晶胞共享，体心原子完全属于本截面，所含原子数为，单位面积原子数为个∙pm-2，因此催化活性较低的是n截面，该截面单位面积含有的Fe原子为个∙pm-2。 18 / 27 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第09讲 晶体 金属晶体 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 晶体的特性 知识点1 晶体与非晶体 知识点2 晶体的分类 考向1 晶体与非晶体 【思维建模】鉴别晶体与非晶体的方法 考向2 晶体的基本性质 考点二 金属晶体的结构 知识点1晶胞 知识点2晶胞组成的计算——均摊法 知识点2晶胞中的原子坐标 考向1晶体化学式的确定 【思维建模】晶胞中微粒数的计算方法——切割法 考向2金属晶胞的综合计算 考点三 金属键与金属晶体 知识点1金属键 知识点2 金属晶体 知识点3 常见金属晶体的堆积模型 考向1 金属晶体与金属性质 【思维建模】金属键对金属性质的影响 考向2 金属晶体的堆积方式 04 考点要求 考查形式 2025年 2024年 晶体、晶胞 非选择题 上海卷T二，3 ·上海卷T二，6 —— 金属晶体 非选择题 上海卷T二，1 上海卷T二，2 —— 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，自2024年以来上海高考化学试题采用新的命题形式，共五个大题，均为非选择题，对晶体基本常识和金属晶体有所涉及，尤其是晶胞化学式确定和综合计算。 2．从命题思路上看，预测新的一年高考，将以典型元素化合物、新材料、新技术为背景为载体，晶体基本常识和金属晶体将嵌入元素及化合物、物质结构与性质、化学工艺流程等大题中进行考查，重点关注：晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，能根据晶胞的结构确定微粒个数和化学式，学会晶体密度计算的方法。 复习目标： 1.了解晶体的特性，知道晶体与非晶体的区别。 2．能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。 3．理解金属键的概念，初步学会用电子气理论解释金属的物理性质。 4．能从微观上分析金属晶体的组成和结构特点，初步认识金属晶体的堆积模型。 5．学会用均摊法进行晶体的有关计算。 ( ) 考点一 晶体的特性 知识点1 晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的本质差异 固体 自范性 微观结构 晶体 有(能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里呈_________有序排列 非晶体 无(不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对_________ 2.获得晶体的三条途径 (1) _________物质凝固。 (2) _________物质冷却不经液态直接_________ (凝华)。 (3) _________从溶液中析出。 3．晶体的特性 (1)自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的__________________外形。本质上，晶体的自范性是晶体中原子、分子和离子等微粒在三维空间里呈现__________________的宏观表现。 (2)各向异性：晶体内部微粒的排列呈现_________性，而不同方向上的微粒排列情况是不同的。因此，在晶体中，不同的方向上具有不同的物理性质，如_________性、_________性、硬度、解理性等。 (3)对称性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，宏观观察分辨不出微观的不连续性，故一块晶体各部分的_________完全相同。 (4)有序性：内部结构中的微观粒子(原子、分子、离子等)在三维空间呈_________性高度有序排列。 4．晶体与非晶体的区分方法 区分方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 可靠方法 对固体进行_______________实验 5．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_________ 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_________性，带电离子能自由移动 具有良好的_________性和流动性 液晶 内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出_________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 知识点2 晶体的分类 1．分类标准：根据晶体内部_________的种类和微粒间_________的不同。 2．分类 晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例 离子晶体 _________ _________ NaCl 金属晶体 _________ _________ 铜 原子晶体 _________ _________ 金刚石 分子晶体 _________ _________ 冰 得分速记 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。 (2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观。 (3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 考向1 晶体与非晶体 例1下列有关说法正确的是___________。 A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 B．石英玻璃和水晶的衍射图谱相同 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构 D．晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角 思维建模 鉴别晶体与非晶体的方法 (1)观察外观：晶体有规则的几何外形，而非晶体没有。 (2)测定熔点是否固定：晶体有固定熔点，而非晶体没有。 (3)测定是否具有各向异性：晶体有各向异性，而非晶体没有。 (4)X－射线衍射法(最科学可靠的方法)：晶体能使X－射线发生衍射(得到分立的斑点或明锐的谱线)，而非晶体只能散射(得到连续的谱线)。 【变式训练1·变载体】下列关于晶体性质的叙述不正确的是___________。 A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形 B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的 C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果 D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性 【变式训练2·变考法】晶体与非晶体的本质区别是___________。 A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形 B．晶体内部粒子呈周期性有序排列，而非晶体内部粒子排列相对无序 C．晶体有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点 D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小 【变式训练3·变题型】下列晶体分类中正确的是___________。 选项 离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体 A NH4Cl Ar C6H12O6 生铁 B H2SO4 Si S Hg C CH3COONa SiO2 I2 Fe D Ba(OH)2 石墨 普通玻璃 Cu 考向2 晶体的基本性质 例2下列关于晶体性质的描述中，正确的是___________。 A．晶体具有物理性质各向同性的特点 B．形成晶体的形态与结晶过程的速率无关 C．用X射线衍射实验可以区分晶体和非晶体 D．具有规则几何外形的固体均为晶体 【新科技与学科知识结合】【变式训练1】美国加州 Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们，在40 Gpa的高压容器中，用Nd：YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800 K，二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是___________。 A．具有规则的几何外形 B．硬度与金刚石相近 C．熔化时破坏共价键 D．易升华，可用作制冷剂 【变式训练2·变考法】将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)发现缺角的晶体变完整了(外形变规则了)。这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是___________。 A．减小、增大 B．增大、减小 C．不变、不变 D．不能确定 【变式训练3·变载体】金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是___________。 A．金属玻璃能自发呈现多面体外形 B．金属玻璃具有固定的熔点 C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验 D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物 ( ) 考点二 金属晶体的结构 知识点1 晶胞 1．概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 金属金的晶体 晶胞 2．结构：常规的晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。 金属金的晶胞及其切割示意图 (1)“无隙”(密置层)：相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”(非密置层)：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 知识点2 晶胞组成的计算——均摊法 1．晶胞的概念：晶胞是描述晶体结构的_________，晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 2．晶胞与晶体的关系：晶胞(微观)一般都是__________________，晶体(宏观)是由无数晶胞_________而成。 (1)无隙：相邻晶胞之间__________________。两个晶胞共用同一个平面：上面晶胞的下底面，就是下面晶胞的上底面。 (2)并置：所有晶胞都是平行排列的，取向_________。即：将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。 (3)所有晶胞的_________及其内部的_________、_________及_________排列是完全相同的。 3．晶胞组成的计算方法 (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 _________ _________ _________ 4．晶胞中粒子配位数的计算 一个粒子周围_________的粒子的数目称为配位数 (1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子) __________________的原子(或分子)的数目。 (2)离子晶体的配位数：指一个离子周围__________________的_________电性离子的数目。 得分速记 (1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)： 每个面上有4个，共计12个。 (2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。 5．晶胞计算公式(立方晶胞) (1)晶体密度：a3ρNA＝NM (a：棱长；ρ：密度；NA：阿伏加德罗常数的值；N：1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。 (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＝a。 ②体对角线长＝a。 ③体心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 ④面心立方堆积4r＝a(r为原子半径)。 (3)空间利用率＝×100%。 6．晶胞密度的计算 (1)计算晶体密度的方法 (2)计算公式：ρ＝＝ (3)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 得分速记 (1)以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为：×n＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。 (2)对非立方体晶胞计算晶胞体积时可以根据具体晶胞计算如长方体的体积＝长×宽×高＝底面积×高。 7．原子空间利用率的计算 (1)已知晶体密度(ρ)求空间利用率 若1个晶胞中含有x个微粒，则1 mol晶胞中含有x mol 微粒，其质量为xM g(M为微粒的相对分子质量)；1个晶胞的质量为ρV g(V为晶胞的体积)，则1 mol晶胞的质量为ρVNA g，因此有xM＝ρVNA。 晶胞体积V＝_________，晶胞含粒子体积V0＝_________。故空间利用率＝×100%＝_________。 (2)已知晶胞结构求空间利用率 ①简单立方结构 空间利用率＝×100%≈_________。 ②体心立方结构 空间利用率＝×100%≈_________。 ③面心立方结构 如图所示，原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V晶胞＝a3＝(2r)3＝16r3，1个晶胞中有4个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%≈_________。 得分速记 (1)1pm＝10－12m＝10－10cm (2)1nm＝10－9m＝10－7cm (3)1μm＝10－6m＝10－4cm 知识点3 晶胞中原子坐标 1．构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体几何模型 从最简单的晶胞——简单立方堆积的晶胞模型入手，构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体几何模型。 简单立方堆积的晶胞中8个顶点的微粒是_________的，因此可以__________________为坐标原点。以立方体的__________________构建坐标轴，以晶_________为1个单位长度。由此可得如图所示的坐标系。 其他晶胞也可以采用这种方式构建。如六方最密堆积模型的晶胞按此法构建x轴和y轴，只不过夹角不是90°，而是是________或________。 2．简单立方体模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：原子2为________，因为其他顶点与2完全相同，所以其他顶点的分数坐标都为________。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 3．体心立方晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：1～8的分数坐标为________， 9的分数坐标为____________。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 4．面心立方晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)原子分数坐标：0(0，0，0)，1和2____________，3和4____________，5和6____________。 (2)x、y平面上的投影图如图所示。 5．金刚石晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图 (1)若a原子为坐标原点，晶胞边长的单位为1，则原子1、2、3、4的分数坐标分别为____________、____________、____________、____________。 (2)x、y平面上的投影图为。 (3)沿体对角线的投影图为。 (4)沿体对角线切开的剖面图为。 考向1 晶体化学式的确定 例1(2025·上海市第二中学高三期中考试)(双选)钙和锶的氟化物具有相似的晶胞结构(如下图，M表示Ca或Sr)，晶胞形状为正方体。 分析晶胞结构，下列说法正确的是____________。 A．每个M2+粒子附近最近的F-为8个 B．该晶胞中有14个M2+粒子 C．CaF2的熔点高于SrF2 D．如白球表示F-，黑球表示M2+，该物质也是MF2 思维建模 晶胞中微粒数的计算方法——切割法 (1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。 (2)非长方体晶胞 在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有属于此晶胞，面上的原子有属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12×＋2×＝3，硼原子个数为6。 【变式训练1·变载体】如图所示是晶体结构中的一部分，图中、、分别表示原子X、Y、Z。其对应的化学式不正确的是___________。 A． XY B． X2Y C．X3Y D． XY3Z 【变式训练2·变考法】晶体内微粒总是按周期性规律重复排列，反映其结构特点的基本重复单位为晶胞，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构，可做为晶胞的是___________。 A． (都在顶点) B． (在顶点和面心) C． (在顶点和面心) D． (在顶点和体心) 【变式训练3·变载体】钙、钛、氧可形成如图所示的晶胞，则所形成的物质的化学式可表示为___________。 A．Ca8TiO12 B．Ca4TiO6 C．Ca4TiO3 D．CaTiO3 考向2 金属晶胞的综合计算 例2(2025·上海市实验学校质检)白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图：白锡具有体心四方结构；灰锡具有立方金刚石结构。 ①灰锡中每个Sn加原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有___________个。 ②若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1ncm-3和V2ncm-3，则白锡和灰锡晶体的密度之比是___________。 【变式训练1·变考法】金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为___________。 A． B． C． D． 【变式训练2·变载体】Cu、Ni、Sb组成的金属互化物是重要的合金超导体，其晶胞结构如下图所示，若该晶胞的空间几何构型为正方体，其晶胞密度为ρg· cm-3，下列说法正确的是___________。 A．该晶胞中含有8个Cu原子、4个Ni原子、2个Sb原子 B．Cu和Ni都位于周期表中ds区 C．基态Cu、Ni、Sb原子中未成对电子数目：Cu>Ni>Sb D．相邻Cu和Ni的最短距离(L)为 【变式训练3·变题型】(2025·上海复旦大学附中二模)一种铜合金由Cu、In、Te组成，可做热电材料。其晶胞及晶胞中各原子的投影位置如图所示，晶胞棱边夹角均为90° 。 (1)该晶体的化学式为___________。 (2)其晶胞结构由Ⅰ、Ⅱ两部分组成，如图所示。Ⅰ不是晶胞，从结构角度说明。___________。 (3)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、B点原子的分数坐标分别为(0，0，0)、(，，)。则C点原子的分数坐标为___________；晶胞 中C、D原子间距离d=___________pm。 ( ) 考点三 金属键与金属晶体 知识点1 金属键 1．概念：在金属单质晶体中原子之间以____________与___________之间强烈的相互作用。 2．成键粒子：___________和___________。 3．成键条件：金属单质或合金。 4．成键本质(电子气理论)：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 5．特征：自由电子不属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子在整块金属中自由移动。金属键既没有________性，也没有________性。 6．金属键的强弱比较：一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的________和________数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越________。反之，原子半径越小，价电子数越多，金属键越________。 7．金属键对物质性质的影响：①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。②金属键越强，晶体的硬度越大。 知识点2 金属晶体 1．定义：通过________________与____________之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。 2．金属晶体的主要性质 ①金属晶体一般具有金属光泽、良好的________性、________性和延展性等。 ②熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越________。同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 ③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 ④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很________；而铁常温下为固体，熔点很________。 3．用电子气理论解释金属的物理性质 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，金属晶体中的化学键没有被破坏，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“___________”做___________而形成电流，呈现良好的导电性。 导热性 “自由电子”在运动时会与金属离子不断发生碰撞，从而引起两者能量的交换 颜色/光泽 自由电子________所有频率光释放一定频率光。 得分速记 (1)在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 (2)金属单质或合金的晶体(晶体锗、灰锡除外)属于金属晶体。 (3)金属晶体与共价晶体一样。是一种“巨分子”。 知识点3 常见金属晶体的堆积模型 金属晶体可看作是金属原子在________空间(一层一层地)堆积而成。其堆积模式有以下四种。这四种堆积模式又可以根据每一层中金属原子的二维放置方式不同分为两类：___________堆积(包括简单立方堆积和体心立方密堆积)，___________堆积(包括六方最密堆积和面心立方最密堆积)。常见金属晶体的四种结构型式如下表所示： 堆积模型 采纳这种堆积的典型代表 晶胞 配位数 空间利 用率 每个晶胞所含原子数 非密置层 简单立方 堆积 Po(钋) _______ 52% _______ 体心立方密堆积 (A2型) Li、Na、K、Ba、W、Fe _______ 68% _______ 密置层 六方最密堆积(A3型) Mg、Zn、Ti _______ 74% _______ 面心立方最密堆积 (A1型) Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pb、Pt _______ 74% _______ 得分速记 三种典型结构型式 面心立方最密堆积A1 体心立方密堆积A2 六方最密堆积A3 常见金属 Ca，Cu，Au，Al，Pd，Pt，Ag Li，Na，K，Ba，W，Fe Mg，Zn，Ti 结构示意图 配位数 12 8 12 晶体结构 面心立方晶胞 体心立方晶胞 六方晶胞 考向1 金属晶体与金属性质 例1金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是___________。 A．金属镁的硬度大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属镁的熔点大于金属钠 D．金属镁的硬度小于金属钙 思维建模 金属键对金属性质的影响 (1)金属键越强，金属熔沸点越高。 (2)金属键越强，金属硬度越大。 (3)金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。 (4)金属键越强，金属原子的电离能越大。 【变式训练1·变载体】下列关于金属键的叙述中不正确的是___________。 A．金属键是金属阳离子和“自由电子”这两种带异性电荷的微粒间强烈的相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用 B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性 C．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性 D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【变式训练2·变考法】下列关于金属及金属键的说法正确的是___________。 A．Ca、Mg、Al三中金属晶体的熔点：Ca＞Mg＞Al B．金属具有光泽是因为金属正离子吸收并放出可见光 C．金属能导电是因为金属在外加电场作用下产生了自由电子 D．金属键是金属正离子与自由电子间的相互作用，将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏 【变式训练3·变题型】根据下列晶体的相关性质，判断可能属于金属晶体的是___________。 选项 晶体的相关性质 A 由分子间作用力结合而成，熔点低 B 固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右 C 由共价键结合成空间网状结构，熔点高 D 固体不导电，但溶于水或熔融后能导电 考向2 金属晶体的堆积方式 例2有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是___________。 A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 【变式训练1·变载体】金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是___________。 A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 【变式训练2·变考法】关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是___________。 A．是密置层的一种堆积方式 B．晶胞是六棱柱 C．每个晶胞内含2个原子 D．每个晶胞内含6个原子 【变式训练3·变考法】金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为___________。 A．21∶14∶9 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．3∶2∶1 1．(2025·上海卷T二，1)钨作灯丝与_______性质有关(不定项)。 A．延展性 B．导电性 C．高熔点 D．易挥发 【答案】BC 【解析】因为W丝具有导电性高熔点的性质，所以可以用来做灯丝，故选BC； 2．(2025·上海卷T二，2)钨有金属光泽的原因 (从微观角度解释)。 【答案】金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽 【解析】钨有金属光泽的原因是：金属晶体中有自由电子，所以当可见光照射到金属晶体表面时，晶体中的自由电子可以吸收光能而呈现能量较高的状态。但是这种状态不稳定，电子跃迁回到低能量状态时会将吸收的各种波长的光辐射出来，使得金属不透明并具有金属光泽； 3．(2025·上海卷T二，3)原子在晶胞中的_______位置。 A．顶点 B．棱上 C．面上 D．体心 【答案】BC 【解析】由图可知选BC； 4．(2025·上海卷T二，6)图晶胞号O原子，若晶胞仅含1个完整WO42-四面体，组成该四面体的O编号是 。 表格(各种矿石密度)。 【答案】5、6、7、8 【解析】WO42-四面体是由1个W原子和4个O原子构成的，其中W原子位于四面体的中心，4个O原子位于四面体的4个顶点。从图1-8中可以看到晶胞的结构，当W原子与5、6、7、8号O原子相邻时，能组成一个四面体，故答案为：5、6、7、8； 学科网（北京）股份有限公司 $$