2026届高三化学一轮复习 讲义 - 晶体结构与性质

晶体结构与性质 课前学习任务 一、课标解读 1.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞。 2.知道物质的聚集状态会影响物质的性质,通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。 二、必备知识 1.晶胞及其特点 (1)定义 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。 (2)晶胞形状 常规的晶胞大都是　　　　　　　　　。  (3)晶胞排列 ①无隙:相邻晶胞之间没有　　　　　　　。  ②并置:所有晶胞　　　　排列、　　　　相同。  (4)晶胞特点 晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 2.晶胞中微粒数的计算方法——均摊法 (1)基本原则 晶胞任意位置上的一个粒子若被n个晶胞所共用,则每个晶胞实际拥有该粒子的。 (2)平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 (3)非平行六面体晶胞(如六棱柱)中不同位置的粒子数的计算 3.晶胞中粒子配位数的判断 (1)一个粒子周围最近距离的粒子数目称为配位数,它反映了晶体中粒子排列的紧密程度。 (2)晶体中原子(或分子)的配位数 若晶体中粒子是同种原子(或分子),则某粒子的配位数是指与其等距离且最近的粒子数。 (3)离子晶体中离子的配位数 特指某个离子周围等距离且最近的带　　　　电荷的离子数目。例如,NaCl晶胞中Na+、Cl-的配位数均为6,CsCl晶胞中Cs+、Cl-的配位数均为8。  研教材·链高考 研点1确定晶胞中粒子数 [链高考](1)(2024·江苏卷节选)铁酸铋晶胞如图所示(图中有4个Fe原子位于晶胞体对角线上,O原子未画出),其中原子数目比N(Fe)∶N(Bi)=　　　。  (2)(2024·贵州卷节选)NaFeO2的晶胞结构示意图如图所示。每个晶胞中含有NaFeO2的单元数有　　　个。  (3)(2024·广东卷节选)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心,形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中,粒子个数最简比N(Co)∶N(Ga)∶N(Ni)=　　　,其立方晶胞的体积为　　　　　 nm3。  研点2确定晶体的化学式 [链高考](1)(2024·浙江1月选考卷节选)某化合物的晶胞如图,其化学式是　　　　　　　　　　　　,晶体类型是　　　　　　　。  (2)(2024·浙江6月选考卷节选)某化合物的晶胞如图,Cl-的配位数(紧邻的阳离子数)为　　　　,写出该化合物的化学式:　　　　　　　。  课堂核心考点 考向1利用“均摊法”计算晶体的密度 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M、N、P、Q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 2.(2024·广东茂名检测)为维护国家安全和利益,2023年7月3日,我国决定对镓、锗相关物质实施出口管制。氮化镓的晶胞结构如图所示(晶胞参数为a pm)。下列说法不正确的是(　　) A.该物质的化学式为GaN B.晶体结构中Ga的配位数为4 C.该晶体的密度为×10-27 g·cm-3 D.基态原子第一电离能:N>O 考向2计算粒子间距离 3.(2024·黑吉辽卷)某锂离子电池电极材料结构如图。结构1是钴硫化物晶胞的一部分,可代表其组成和结构;晶胞2是充电后的晶胞结构;所有晶胞均为立方晶胞。下列说法错误的是 (　　) A.结构1钴硫化物的化学式为Co9S8 B.晶胞2中S与S的最短距离为a C.晶胞2中距Li最近的S有4个 D.晶胞2和晶胞3表示同一晶体 4.(1)(2024·全国新课标卷节选)镍的晶胞结构类型与铜的相同,晶胞体积为a3,镍原子半径为　　　　　。  (2)(2022·全国甲卷节选)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物,其晶胞结构如图所示,X代表的离子是　　　　　;若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为　　　　 pm。  课后提升训练 进阶1　迁移·模拟演练 1.(2025·广西钦州示范高中联考)科学家合成了一种高温超导材料,其晶胞结构如图所示,该立方晶胞参数为a pm,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是(　　) A.晶体最简化学式为KCaB6C6 B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个 C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面 D.晶体的密度为 g·cm-3 2.(2024·广东东莞中学、广州二中等六校联考)一定温度下,V2O5溶解在NaOH溶液中可得到偏钒酸钠。偏钒酸钠阴离子呈现如图1所示的无限链状结构。碳化钒主要用于制造钒钢及碳化物硬质合金添加剂,其晶胞结构如图2所示。 (1)偏钒酸钠的化学式为　　　　。  (2)碳化钒晶胞中与碳原子距离最近且相等的碳原子个数为　　　　。  (3)若碳化钒合金的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶胞参数为　　　　 nm。  进阶2　对标·高考真题 3.(1)(2023·广东卷节选)由CoCl2可制备AlxCoOy晶体,其立方晶胞如图。Al与O最小间距大于Co与O最小间距,x、y为整数,则Co在晶胞中的位置为　　　　;晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为　　　。  (2)(2021·广东卷节选)理论计算预测,由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。 ①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构,它不是晶胞单元,理由是 　 。  ②图c为X的晶胞,X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为　　　　;该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=　　　　　　。  ③设X的最简式的式量为Mr,则X晶体的密度为　　　　　　 g·cm-3(列出算式)。  答案解析 必备知识·梳理 1.(2)平行六面体　(3)①任何间隙　②平行　取向 3.(3)异种 研点1 [链高考](1)2∶1　(2)3　(3)2∶1∶1　8a3 研点2 [链高考](1)Cr(H2O)4Cl2(或CrCl2·4H2O)　分子晶体　(2)12　K3ClO 关键能力·提升 典题1 D　解析 根据晶胞结构,每个晶胞中含Bi原子数为1+12×=4,含F原子数为8+8×+6×=12,故该铋氟化物的化学式为BiF3,A项正确;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),则T的原子分数坐标为(1,),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项正确;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项正确;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项错误。 典题2 C　解析 由均摊法可知,该晶胞中含8×+6×=4个Ga原子、4个N原子,该物质的化学式为GaN,A正确;与N原子最近且等距离的Ga原子有4个,N的配位数为4,Ga的配位数也为4,B正确;该晶胞的质量为 g,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3,GaN晶体的密度为×10-30 g·cm-3,C错误;同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA、ⅤA族的比相邻主族元素的电负性大,基态原子第一电离能:N>O,D正确。 典题3 B　解析 结构1中Co原子位于正方体的4个顶角和体内,Co原子个数为4×+4=4.5,而S原子位于正方体的12个棱的中心和体心,S原子个数为12×+1=4,则钴硫化物的化学式为Co9S8,A项正确;晶胞2中S和S的最短距离为面对角线的一半,所以最短距离为a,B项错误;根据晶胞2可知,Li处在S原子构成的正四面体的体心,所以距离Li最近的S有4个,C项正确;晶胞2和晶胞3中硫原子数均为4,Li原子数均为8,二者可表示同一晶体,D项正确。 典题4 答案 (1)a　(2)Ca2+　a 解析 (1)铜晶胞是面心立方晶胞,镍的晶胞结构类型与铜的相同,则镍原子半径为晶胞面对角线长度的;由于晶胞体积为a3,则晶胞棱长为a,面对角线长度为a,故镍原子半径为a。 (2)每个晶胞中的X离子位于晶胞的顶角和面心,每个晶胞中分摊4个X离子,Y离子位于晶胞内,共8个,X与Y的离子个数比为1∶2,故X是Ca2+,Y是F-。根据晶胞结构,可将晶胞分成8个相等的小正方体,仔细观察CaF2的晶胞结构,发现F-位于晶胞中小立方体的体心,小立方体棱长为a,体对角线为a,Ca2+与F-之间的距离就是小立方体的体对角线的一半,因此晶体中正负离子核间距的最小距离为a pm。 课后提升训练 1.C　解析 根据“均摊法”,Ca2+位于晶胞体心,有1×1=1个,K+位于晶胞的8个顶角,有8×=1个,C、B均位于晶胞的面上,每个面上有2个C、2个B,故C、B原子个数均为12×=6,该晶体最简化学式为KCaB6C6,A正确;K+位于立方晶胞的顶角,与之距离最近的Ca2+位于晶胞的体心,共有8个,B正确;晶胞中由2个B和2个C构成的四边形位于面上,共有6个,由3个B和3个C构成的六边形共有8个,共14个面,C错误;晶体摩尔质量为(39+40+6×11+6×12) g·mol-1=217 g·mol-1,晶胞体积为(a×10-10)3 cm3=a3×10-30 cm3,故晶体密度为 g·cm-3,D正确。 2.答案 (1)NaVO3　(2)12　(3)×107 解析 (1)阴离子中,每个含有V的数目为1,含有O的数目为2+2×=3,阴离子为V,V为+5价,O为-2价,Na为+1价,由此可知偏钒酸钠的化学式为NaVO3。(2)碳化钒晶胞中以体心的碳原子为例,与体心碳原子距离最近且相等的碳原子在12条棱上,则碳原子距离最近且相等的碳原子个数为12。(3)设晶胞参数为a cm,1 mol该晶胞的质量为63×4 g,1 mol晶胞的体积为NAa3 cm3,则ρ=,晶胞参数a=×107,即晶胞参数为×107 nm。 3.答案 (1)体心　12 (2)①不能无隙并置成晶体,不是最小重复单元　②4　1∶1∶2　③×1021 解析 (1)x、y为整数,根据图中信息Co、Al都只有1个原子,而氧(白色)原子有3个,Al与O最小间距大于Co与O最小间距,则Al在顶角,因此Co在晶胞中的位置为体心;以顶角Al分析,晶体中一个Al周围与其最近的O的个数为12。 (2)①对比图b和图c可得X晶体的晶胞中上下两个单元内的原子位置不完全相同,不符合晶胞是晶体的最小重复单元要求。②以晶胞立方体中右侧面心中Hg原子为例,同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2,右侧晶胞中有2个Sb原子与Hg原子距离最近,因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4。该晶胞中Sb原子均位于晶胞内,因此1个晶胞中含有Sb原子数为8;Ge原子位于晶胞顶角、面上、体心,因此1个晶胞中含有Ge原子数为1+8×+4×=4;Hg原子位于棱边、面上,因此1个晶胞中含有Hg原子数为6×+4×=4;则该晶胞中粒子个数比Hg∶Ge∶Sb=4∶4∶8=1∶1∶2。③1个晶胞的质量m= g,1个晶胞的体积V=(x×10-7cm)2×(y×10-7cm)=x2y×10-21 cm3,则X晶体的密度为×1021 g·cm-3。 学科网（北京）股份有限公司 $$