专题03 配位数与空间利用率计算（重难点讲义）化学鲁科版选择性必修2

本讲义聚焦高中化学晶体结构核心知识点，系统梳理配位数判断与空间利用率计算，按晶体类型（离子、金属、原子、分子）分方法讲解配位数（观察紧邻粒子、离子半径比、晶胞结构分析），结合晶胞参数与微粒半径构建空间利用率计算逻辑，建立两者与晶体结构及性质的关联，形成完整学习支架。 资料特色在于分类清晰、方法实用，通过离子半径比表、堆积方式对比表等模型建构，结合典例与变式训练培养科学思维，体现结构决定性质的化学观念。课中辅助教师系统授课，课后助力学生通过巩固训练查漏补缺，提升问题解决能力。

专题03 配位数与空间利用率计算 1.能根据晶体类型（离子、金属、共价晶体）、微粒堆积方式，准确判断常见及简单复杂晶胞中微粒的配位数。 2.掌握空间利用率的核心计算逻辑，能结合晶胞参数、微粒半径，完成简单立方、体心立方、面心立方等常见堆积模型的空间利用率计算。 3.建立配位数、空间利用率与晶体结构（堆积方式、微粒半径比）的关联，理解其对晶体密度、硬度等性质的影响。 1、 晶胞中配位数的计算 （一）离子晶体 方法 1：观察紧邻粒子法（最直接，适用于简单晶胞） 步骤：① 确定目标离子（如 Na⁺）；② 以该离子为中心，找空间中紧邻的异号离子（Cl⁻）；③ 计数（利用晶胞对称性，上下、左右、前后等对称位置）。 实例： ①NaCl 晶胞（面心立方型）： 以体心的 Na⁺为中心，上下、左右、前后 6 个方向各有 1 个紧邻的 Cl⁻（无其他更近的 Cl⁻），故 Na⁺配位数 = 6；同理 Cl⁻配位数 = 6。 ②CsCl 晶胞（体心立方型）： 以体心的 Cs⁺为中心，8 个顶点均为紧邻的 Cl⁻（距离相等且最近），故 Cs⁺配位数 = 8；Cl⁻配位数 = 8。 方法 2：离子半径比（r⁺/r⁻）判断法（高考常考，快速定位配位数） 离子晶体的配位数由阴阳离子半径比决定（半径比需在对应范围，才能稳定堆积），核心数据如下表： 离子半径比（r⁺/r⁻） 配位数 晶体类型（实例） 0.225~0.414 4 ZnS 型（ZnS、CuCl） 0.414~0.732 6 NaCl 型（NaCl、KBr） 0.732~1.0 8 CsCl 型（CsCl、CsBr） 应用：已知 r (Na⁺)=0.095nm，r (Cl⁻)=0.181nm，r⁺/r⁻≈0.525（0.414~0.732），故配位数 = 6（NaCl 型）。 方法 3：晶胞结构分析法（适用于复杂离子晶胞） 实例：CaF₂晶胞（萤石型） ① 找 Ca²⁺的配位数：Ca²⁺位于面心立方位置（顶点 + 面心），以一个 Ca²⁺为中心，周围紧邻的 F⁻分布在 8 个正四面体间隙中（晶胞内部 4 个 F⁻+ 相邻晶胞 4 个），故 Ca²⁺配位数 = 8； ② 找 F⁻的配位数：F⁻位于晶胞内部，每个 F⁻周围紧邻的 Ca²⁺有 4 个（空间对称分布），故 F⁻配位数 = 4； ③ 验证：配位数之比 Ca²⁺:F⁻=8:4=2:1，与化学式 CaF₂（Ca²⁺:F⁻=1:2）成反比，符合规律。 （二）金属晶体（配位数由堆积方式决定） 金属晶体的原子堆积方式直接决定配位数，高中阶段重点掌握 3 种堆积类型： 堆积方式 晶胞类型 配位数 典型金属 简单立方堆积 简单立方晶胞 6 Po（钋） 体心立方堆积（bcc） 体心立方晶胞 8 Na、K、Fe 面心立方最密堆积（fcc） 面心立方晶胞 12 Cu、Ag、Au 六方最密堆积（hcp） 六方晶胞 12 Mg、Zn、Ti 关键：最密堆积（fcc、hcp）配位数均为 12（原子排列最紧密，紧邻原子数最多）；非最密堆积配位数较低（6 或 8）。 （三）原子晶体（配位数由共价键饱和性决定） 原子晶体中原子通过共价键结合，配位数 = 原子形成的共价键数目（遵循 8 电子稳定结构，H 为 2 电子）： 金刚石（C）：每个 C 原子形成 4 个 C-C 共价键，配位数 = 4； 晶体硅（Si）：同金刚石，配位数 = 4； SiO₂（原子晶体）：① Si 原子形成 4 个 Si-O 键，配位数 = 4；② O 原子形成 2 个 Si-O 键，配位数 = 2； SiC（碳化硅）：Si 配位数 = 4，C 配位数 = 4（与金刚石结构相似，Si 和 C 交替连接）。 （四）分子晶体（配位数较少考查，重点记 1 种） 分子晶体的配位数由分子堆积方式决定，仅需掌握干冰（CO₂）： 干冰晶胞为面心立方晶胞，CO₂分子位于顶点和面心，采用面心立方最密堆积； 每个 CO₂分子周围紧邻的 CO₂分子有 12 个（配位数 = 12）。 【易错提醒】 ①混淆 “配位数” 与 “晶胞粒子数”：配位数是 “紧邻粒子数”，无需均摊；晶胞粒子数需用均摊法计算，二者无关； ②离子晶体中阴阳离子配位数不等时（如 CaF₂），需分别计算，不可混淆； ③原子晶体中配位数≠共价键总数（如 SiO₂中 1 个 Si 连 4 个 O，1 个 O 连 2 个 Si，整体共价键数为 4×n (Si)，但配位数是单个原子的紧邻数）； ④金属晶体中 “体心立方堆积” 配位数 = 8（非 12），需区分 “体心立方” 与 “面心立方” 的堆积差异。 2、 晶体中空间利用率及其计算 （1）空间利用率的定义及计算步骤 ①空间利用率(η)：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比 ② （2）金属晶体空间利用率分类简析 ①简单立方堆积：如图所示，原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球＝πr3，V晶胞＝(2r)3＝8r3 空间利用率＝×100%＝×100%＝≈52% ②体心立方堆积：如图所示，原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2＝a2＋b2得a＝r。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%＝≈68% ③面心立方最密堆积：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% ④六方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ⑤金刚石型堆积：设原子半径为R，由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出晶胞参数：a＝b＝c＝R，α＝β＝γ＝90°。每个晶胞中包含八个原子。 η＝×100%＝×100%≈34.01% 3、 解题方法和模型 晶胞中配位数的计算解题步骤 第一步：判断晶体类型； 第二步：确定目标粒子（如离子晶体中的 Na⁺、金属晶体中的 Cu 原子）； 第三步：根据晶体类型选择对应方法（如离子晶体用 “紧邻粒子法” 或 “半径比法”）； 第四步：利用晶胞对称性计数（避免重复计数，如顶点粒子为 8 个晶胞共用，但配位数计数时算 “紧邻”，无需均摊）； 第五步：验证（离子晶体可通过 “配位数之比 = 离子个数反比” 验证）。 题型01晶体中配位数的判断 【典例】（25-26高三上·宁夏·月考）已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示，若晶胞边长为xpm。已知a、b的坐标参数依次为、，下列说法正确的是 A．O的配位数为8 B．d的坐标参数为 C．不考虑原子的相对大小，晶胞体对角线的投影图为 D．a、b原子间距离为 【答案】C 【详解】A．由图可知，小球的数目为，大球的个数为4，所以小球和大球的比例为1：2，所以小球为O原子，大球为Cu原子，图中1个O原子被4个Cu原子包围，所以O的配位数为4，A错误； B．由图可知，d的坐标参数为，B错误； C．该晶胞沿体对角线投影图为正六边形，则不考虑原子的相对大小，晶胞体对角线的投影图为，C正确； D．b位于晶胞中心位置，则a、b原子原子间的距离为体对角线的一半，即，D错误； 故答案选C。 【变式】（2025·四川遂宁·二模）铬、钙、氧可形成一种具有特殊导电性的复合氧化物，其晶胞结构如图甲所示，氧离子与钙离子的最近距离为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是 A．钙离子的配位数为8 B．该复合氧化物晶体的密度为g·cm-3 C．该晶胞沿z轴方向的投影如图乙 D．氧离子与铬离子间的最短距离为a pm 【答案】B 【详解】A．图甲中，距离钙离子最近且等距离的氧离子有12个，即钙离子的配位数为12，故A错误； B．根据均摊法，钙离子有个，氧离子有个，铬离子有1个，其化学式为CaCrO3，晶胞参数为apm，晶胞体积=，根据可知，晶体密度为，故B正确； C．该晶胞沿z轴方向的投影图应为，故C错误； D．钙离子和氧离子的最近距离为晶胞面对角线长度的一半，则晶胞面对角线长度为2apm，晶胞参数为apm，氧离子与铬离子间的最短距离为pm，故D错误； 故选B。 题型02 晶体的空间利用率的计算 【典例】TiO2是金红石的主要成分，其晶胞结构如图所示，设Ti和O原子半径分别为和(单位：pm)，晶胞的长宽高分别为a、b、c(单位：cm)，则晶胞中原子的空间利用率为 (列出计算表达式)。(空间利用率指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比) 【答案】(1) 1s22s22p6 小于 F电负性大于氧，故OF2中O周围电子密度相对较小，斥力较小，键角变小 (2) (3)A (4) 1 sp2、sp3 CCl4 (5)或 【详解】（1）F的核电荷数为9，则F-的核外电子排布式为1s22s22p6，OF2和H2O分子中，中心O原子的价层电子对数都为4，都发生sp3杂化，但OF2中成键电子间的排斥作用小于H2O中成键电子间的排斥作用，所以F-O-F键角小于H2O中H-O-H键角，原因为：F电负性大于氧，故OF2中O周围电子密度相对较小，斥力较小，键角变小。 （2） 已知为平面结构，存在顺反异构，25℃时在水中溶解度分别为0.2577g和0.0366g，则在水中溶解度为0.2577g的分子为极性分子，为顺式结构，空间结构为。 （3） A．为失去一个电子后的基态的硼离子，再失去1个电子需要较大的能量； B．为基态的硼原子，失去1个电子所需的能量比A中小； C．为失去1个电子后的激发态的硼离子，再失去1个电子所需能量比A中小； D．为激发态的硼原子，失去1个电子后所需能量比B中小，更比A中小； 故选A。 （4） 是Zn2+的一种配合物，IMI的结构为，该配合物中，1号N原子形成共价键后，最外层还有1个孤电子对，2号N原子的1个孤电子对形成大π键，则配位原子为1，其中形成双键的碳原子发生sp2杂化，只形成单键的碳原子发生sp3杂化，则碳原子杂化方式为sp2、sp3。与该配合物外界互为等电子体的分子为CCl4。 （5）TiO2晶胞中，含Ti原子个数为=2，含O原子个数为，=4，设Ti和O原子半径分别为和(单位：pm)，晶胞的长宽高分别为a、b、c(单位：cm)，则晶胞中原子的空间利用率为或。 【变式】近日，福州大学徐军教授团队利用助力光催化偶联耦合产氢。化学反应原理如下： 根据上述涉及物质及元素，回答下列问题： (6)钯()晶胞为面心立方结构，其中顶点钯原子与面心钯原子紧邻，如下图所示。该晶胞中原子空间利用率为 (用含的式子表示，提示：原子空间利用率等于原子总体积与晶胞体积之比)。 【答案】 (6) 【详解】 （6）设晶胞参数为a，钯原子半径为r。晶胞面对角线上3个原子相切。根据均摊法，1个晶胞含：4个原子，则，原子空间利用率。 题型03 晶体中配位数和空间利用率综合应用 【典例】Cu和S形成某种晶体的晶胞如图所示。 (1)该晶体Cu的配位数为 。 (2)该晶胞原子坐标参数A为；为。则C原子的坐标参数为 。 (3)已知该晶体的密度为和的半径分别为和，阿伏加德罗常数值为。用含的式子表示该晶体中原子的空间利用率(已知：原子的空间利用率等于晶胞中原子体积与晶胞体积之比) 。 【答案】(1)4 (2) (3) 【详解】（1）Cu在立方体顶点，S在互不相邻的小立方体体心，故配位数为4； （2）根据A和B的原子坐标参数可知AB边为x轴，再根据图中所示球之间的连线方式可知C的原子的坐标参数为； （3）均摊法可知：。由密度公式：，则cm3,原子的体积和，空间利用率为： 【变式】铁是地球表面最丰富的金属之一，其合金、化合物具有广泛用途。 (1)可以与、、有机分子等形成配合物。基态的电子排布式为 ； (2)普鲁士蓝俗称铁蓝，结构如图甲所示(未画出)，平均每两个立方体中含有一个，该晶体的化学式为 。又知该晶体中铁元素有＋2价和＋3价两种，则与的个数比为 。 (3)在一定条件下铁形成的晶体的基本结构单元如图乙和图丙所示，则图乙和图丙的结构中铁原子的配位数之比为 ，两种晶体中空间利用率较高的是 。(填“图乙”或“图丙”) 【答案】(1) (2) (3) 图丙 【详解】（1）Fe原子核外电子排布为：，Fe原子失去4s能级的2个电子即3d能级的1个电子形成，则的核外电子排布为：； （2）平均每两个立方体中含有一个，所以一个晶胞中的个数为0.5，根据均摊法，该立方体中的个数为：，的个数为，所以晶体化学式是，化学式中铁元素的平均化合价为2.5，所以与的个数比为1:1； （3）图乙中Fe位于体心和顶点，铁的配位数为8，图丙中Fe位于顶点和面心，距离最近的为顶点和面心的铁原子，有12个，所以配位数为12，配位数之比为8：12=2:3；乙为体心立方堆积，空间利用率约为68％，丙为面心立方堆积，空间利用率约为74%，故空间利用率丙>乙。 【巩固训练】 1．（23-24高二下·山东泰安·阶段练习）FeSO4·7H2O的结构如图，下列说法错误的是 A．键角：①>② B．H2O与Fe2+、H2O与的作用力类型相同 C．Fe2＋的配位数是6 D．电负性：O>S>H 【答案】B 【详解】A．从结构图中可看出，键角①对应的与形成配位键，氧原子只有1个孤电子对，键角②对应的未与其他微粒形成化学键，只与、形成氢键，该氧原子有2个孤电子对，孤电子对越多对成键电子对斥力较大，使键角②较小，A正确； B．与形成配位键，与形成氢键，作用力类型不相同，B错误； C．从结构图中可看出，有6个与形成配位键，的配位数是6，C正确； D．元素非金属性越强，电负性越大，故电负性为，D正确； 答案选B。 2．下列说法错误的是 A．、均是由极性键构成的非极性分子 B．与的键角相等 C．中元素的电负性：O>N>C>H D．如图所示的立方晶胞中，的配位数为6 【答案】B 【详解】A．中的化学键为极性键，为正四面体结构，正负电荷中心重合为非极性分子，中的化学键为极性键，为直线型结构，正负电荷中心重合为非极性分子，A项正确； B．为直线型结构，键角为，而晶体中每个硅原子与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，不可能为直线型结构，故两者键角不可能相等，B项错误； C．元素的非金属性越强，电负性越大，C项正确； D．由图可知周围距离相等且最近的C个数为6，其配位数为6，D项正确； 答案选B。 3．（24-25高二下·浙江温州·期末）铜与氧形成的一种纳米级材料（颗粒直径）具有优良的催化性能，该化合物的立方晶胞如图，有关说法不正确的是 A．该化合物分散在水中形成的分散系能产生丁达尔效应 B．蔗糖与新制氢氧化铜反应可得到该化合物 C．该晶体与盐酸反应可生成和 D．氧原子的配位数为4 【答案】B 【详解】A．该纳米材料颗粒直径在1~100nm之间，分散在水中形成的分散系为胶体，能产生丁达尔效应，故A说法正确； B．白圈位于顶点和体心，个数为=2，黑圈位于晶胞内部，个数为4，因此该化合物的化学式为Cu2O，蔗糖属于非还原性糖，不能与新制氢氧化铜反应生成Cu2O，故B说法错误； C．Cu2O在酸性条件下发生歧化反应，生成Cu和Cu2+，因此氧化亚铜与盐酸反应可生成Cu和CuCl2，故C说法正确； D．根据晶胞可知，氧原子的配位数为4，故D说法正确； 答案为B。 4．（24-25高二上·河北邯郸·阶段练习）下列有关离子晶体的数据大小比较错误的是 A．硬度： B．晶格能： C．阴离子的配位数： D．熔点： 【答案】D 【详解】A．，故MgO、CaO的晶格能依次减小，硬度依次减小，A正确； B．，故NaF的晶格能大于NaCl，B正确； C．结合物质晶胞可知CsCl、NaCl中阴离子的配位数分别为8、6，C正确； D．，、且所带电荷数依次增大，离子半径减小，所以NaF、的离子键依次增强，晶格能依次增大，故熔点依次升高，D错误； 答案选D。 5．（24-25高三上·甘肃白银·阶段练习）钒镍合金是一种具有广泛应用前景的材料。镍晶体的结构示意图如图1所示，结构中不同位置的镍原子被钒原子替代后，可形成各种性能不同的钒镍合金，某钒镍合金的结构示意图如图2所示。下列说法错误的是 A．图2可表示该钒镍合金的晶胞 B．镍元素位于元素周期表d区 C．镍晶体的晶胞中Ni的配位数为12 D．该钒镍合金的化学式为 【答案】A 【详解】A．晶体是由晶胞无隙并置形成的，图2结构不能进行无隙并置，故图2结构不是晶胞，A错误； B．镍元素为第Ⅷ族元素，位于元素周期表d区，B正确； C．镍晶体的晶胞为面心立方结构，其配位数为12，C正确； D．依据图2的替换位置以及均摊法可知，该结构中含有Ni个数为，同理V个数为，故该合金的化学式为，D正确； 故选A。 6．（23-24高二下·新疆·期中）金属铁因生产工艺和温度不同，会有不同的晶体结构。和的晶体结构如图所示，下列说法正确的是 A．金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性 B．1个晶胞的质量约为 C．中铁原子的配位数为12 D．加热转变为属于物理变化 【答案】C 【详解】A．金属晶体因含有自由移动的电子而具有导电性，A错误； B．1个晶胞含有的铁原子个数为：，质量约为，B错误； C．属于面心立方最密堆积，铁原子的配位数为12，C正确 D．加热转变为结构改变，性质改变，属于化学变化，D错误； 答案选C。 7．（2025·辽宁·模拟预测）贮氢合金的多功能应用，特别是贮氢合金在电池领域的工业化，激起了人们对贮氢合金的高度重视。以下为La-Ni相(p图所示)及La-Mg-Ni相(p图的m、n结构中顶点的La被Mg代替)形成的两种晶体的晶胞结构(已知：La、Ni原子半径分别为，，La-Ni相晶胞参数为，相晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为)，下列有关说法错误的是 A．相的化学式为 B．相的晶胞密度为 C．相中原子空间利用率为 D．相中与Mg等距且最近的Mg有12个 【答案】C 【详解】A．根据均摊法计算，相晶胞中La的数目为，Ni的数目为16，因此化学式为，A正确； B．如图，相晶胞结构内4个La被Mg代替，因此化学式为，晶胞的质量为，晶胞的体积为，故密度为，B正确； C．已知：La、Ni原子半径分别为，，La-Ni相晶胞参数为，La原子的体积为，Ni原子的体积为，La-Ni相晶胞，相晶胞中La的数目为，Ni的数目为16，相中原子空间利用率为，C错误； D．La、Mg的相对位置类似于金刚石碳原子分布位置，因此相中与Mg等距且最近的Mg有12个，D正确； 故选C。 8．氧化铼晶胞如图所示，摩尔质量为M g/mol，晶胞密度为 b g/cm3，铼原子填在 个氧原子围成的 (填“四面体“立方体”或“八面体”)空隙中，已知：铼的原子半径为rRe pm，氧原子半径为 rOpm，该晶胞的空间利用率为 (用含有rRe、rO、b、M和NA的代数式表示，无须化简)。 【答案】 6 八面体 【详解】根据物质的名称可知晶胞的化学式，则Re与O的个数比为1∶3，顶点的是铼原子，棱中心的是O，离子晶体中配位数是某个微粒周围最近且等距离的异性电荷的微粒数，每个铼原子的上下左右前后都有一个等距的氧原子，故铼原子的配位数为6，铼原子填在由6个氧原子围成的八面体空隙中；根据已知得晶胞的体积：，一个晶胞有1个Re和3个O，二者的原子半径分别为rRepm和rOpm，阿伏加德罗常数值为NA，则晶胞中原子的体积占晶胞体积百分率为。 9．已知单质铁有如图所示的三种堆积方式的晶胞结构： ①晶胞a属于 堆积。 ②用含有的式子表示出晶胞b的空间利用率 。 ③若晶胞c的密度为，则铁的原子半径r= cm。(用含、的式子表示，表示阿伏加德罗常数的值)。 【答案】 体心立方 【详解】①由晶胞a的结构可知，晶胞a属于体心立方堆积； ②设铁原子的半径为r，晶胞b中共有4个铁原子，其总体积为，晶胞的面对角线长为4r，晶胞的参数为，晶胞的体积为，空间利用率=； ③一个晶胞c中含有1个铁原子，质量为，晶体c为简单立方堆积，晶胞参数为铁原子半径的2倍，即为2rcm，晶胞体积为8r3cm3，则，解得。 10．按要求填空。 (1)一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为 ，原子之间的作用力为 。 (2)铁有、、三种同素异形体，晶体原子堆积方式为 ；晶胞参数为acm，则铁原子半径为 (假设原子为刚性球体)；、两种晶胞中铁原子的配位数之比为 。晶体的空间利用率 。(写出计算式即可) (3)奥氏体是碳溶解在中形成的一种间隙固溶体，无磁性，其晶胞如图所示，则该物质的化学式为 ，若晶体密度为，则晶胞中最近的两个碳原子的距离为 pm(阿伏加德罗常数的值用表示，写出计算式即可)。 【答案】(1) 3：1 金属键 (2) 体心立方堆积 2：1 (3) FeC 【详解】（1）Cu处于面心，则Cu原子共6×=3个，Au处于顶点，则Au原子共8×=1个，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为3：1；原子之间的作用力为金属键。 （2）根据图可知，晶体原子堆积方式为体心立方堆积；晶胞中体对角线为铁原子半径的4倍，即(4r)2=3a2，铁原子的半径为；晶胞中铁原子配位数为12，-Fe晶胞中铁原子的配位数为6，则、两种晶胞中铁原子的配位数之比为2：1；晶胞中共有铁原子6×+8×=4个，晶胞的面对角线是铁原子半径的4倍，即(4r)2=2a2，a=r，空间利用率为。 （3）根据晶胞图可知，C原子有12×+1=4个，Fe原子有6×+8×=4个，故其化学式为FeC；设晶胞边长为a，由图可知最近的碳原子的距离为面对角线的一半，即，根据，可得，则最近的碳原子的距离为pm。 11．（25-26高二上·山东青岛·月考）镓、铁、钛等金属元素化合物的应用研究是当今前沿科学之一、回答下列问题： (1)的熔点高于的熔点为，其原因是 。 (2)铁氮化合物晶体中铁原子为面心立方最密堆积，氮原子位于体心，其晶胞沿z轴的投影如图所示，Fel、N间最近距离为apm，则该晶体的晶胞参数为 pm。 (3)下图是一种由Fe、Y、Ba、O组成的晶胞，四方锥底面中心和八面体中心的球代表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，称作原子的分数坐标，图中M点的分数坐标为。 ①Y的配位数为 。 ②Q点的分数坐标为 。 (4)属于四方晶系，晶胞参数。研究表明，通过氮掺杂反应生成，能使对可见光具有活性，反应如图丙所示。 晶体化学式中 ， 。的密度为，则阿伏加德罗常数的值 列出表达式。 (5)金属合金的结构可看作以四面体相互共用顶点替换立方金刚石结构中的碳原子，形成三维骨架，在晶胞空隙处，有序地放置Mg原子四面体的4个顶点代表Cu原子，圆球代表Mg原子，结构如图所示。 ① 。 ②若Mg原子A的原子坐标为，则C的原子坐标为 。 ③晶胞参数为anm，则AB原子之间的距离为 nm。用含a的代数式表示 【答案】(1)为离子晶体，为分子晶体 (2) (3) 8 (4) (5) 2 【详解】（1）为离子晶体，为分子晶体，离子晶体的熔点高于分子晶体，故答案为：为离子晶体，为分子晶体； （2）设该晶胞的边长为x，由晶胞投影图知，Fel位于晶胞顶点，由于氮原子位于体心，Fel、N间最近距离为a pm ，则，解得，故该晶体的晶胞参数为 pm，故答案为：； （3）①Y在晶胞中处于顶点位置，在一个晶胞中离Y等距且最近的是氧原子且氧原子为两个，每个顶点由八个晶胞共有，每个氧原子由两个晶胞共有，故Y的配位数为8，故答案为：8； ②M点在左侧面，分数坐标为，由图知，Q点在体内，分数坐标为，故答案为：； （4）晶胞中含Ti：个，含O：个，含N：个，所以化学式中a=，b=； TiO2晶胞中含Ti：个，则密度，整理可得阿伏加德罗常数的值，故答案为：； （5）①由图可知位于顶点、面心和四个四面体空隙，根据均摊法可得个数为，每个铜原子由两个四面体共用，因此铜原子个数为，Mg原子位于四个四面体空隙和八面体空隙中，八面体空隙有个，因此Mg原子共有8个，由此可知化学式为，即x=2，故答案为：2； ②由图可知，A原子位于左前上四面体空隙，C原子位于右前下四面体空隙，因此二者y坐标相同，x、z坐标相加为1，即C坐标为，即，故答案为：； ③由图可知，AB原子之间的距离为面对角线的一半，晶胞参数为a nm，则AB之间的距离为，故答案为：，故答案为：。 12．（2025·山东泰安·模拟预测）硅、硒、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。 (1)“中国芯”的主要原材料是高纯单晶硅，制备纯硅的反应原理：。 ①SiCl4中Si-Cl键是由硅的 轨道与氯的3p轨道重叠形成键，空间构型是 。 ②Si晶体熔点明显高于，原因是 。 (2)在元素周期表第4周期第族。基态原子的价层电子排布式是 。 (3)硒化锌是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如下图所示。 ①该晶胞中硒原子的配位数为 。 ②若该晶胞密度为，硒化锌的摩尔质量为，阿伏加德罗常数为，则晶胞边长a为 。 【答案】(1) 1个sp3杂化 正四面体 晶体硅是共价晶体，熔化破坏共价键，SiCl4是分子晶体，熔化破坏分子间作用力，由于共价键的作用比分子间作用力强，所以共价晶体熔化需要吸收能量大，熔点高 (2)4s24p2 (3) 4 【详解】（1）①SiCl4分子中，中心Si原子形成4个σ键，孤电子对数为=0，价层电子对数为4，采用sp3杂化，则Si-Cl键是由硅的1个sp3杂化轨道与氯的3p轨道重叠形成的σ键，空间构型为正四面体。 ②Si晶体熔点明显高于SiCl4，表明二者晶体类型不同。晶体硅是共价晶体，熔化破坏共价键，SiCl4是分子晶体，熔化破坏分子间作用力，由于共价键的作用比分子间作用力强，所以共价晶体熔化需要吸收能量大，熔点高。 （2）Ge在元素周期表第4周期第族，则最外层有4个电子，基态Ge原子的价层电子轨道表示式与同主族的C、Si相似，价层电子排布式为4s24p2。 （3）①由晶胞结构可知，以位于面心的原子为研究对象，该晶胞中与硒原子距离最近且相等的Zn有4个，位于上下两个晶胞中，该晶胞中硒原子的配位数为4； ②该晶胞中Zn的个数为4，Se的个数为，硒化锌的摩尔质量为，阿伏加德罗常数为NAmol-1，密度为，则晶胞边长a为。 13．（25-26高三上·山东济南·开学考试）含氟化合物应用广泛，回答下列问题： (1)1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐是一种离子液体，可作为锂电池的电解液，其结构如下图所示。 ①N、F、P三种元素电负性由大到小的顺序为 。 ②中心原子的价层电子对数为 。 ③咪唑环具有类似苯环的结构特征，标*号N原子提供 个电子形成大键；若咪唑环上的乙基替换为原子，该离子液体的黏稠度将增加，不利于离子传导，从粒子间相互作用的角度解释原因 。 (2)常用作钢铁冶炼的助溶剂，晶胞结构如下图1所示(晶胞边长为)，的面心立方晶胞结构如图2所示(晶胞边长为)。 ①小黑球表示 (填离子符号)，填充在围成的 形空隙中，的配位数为 。 ②晶胞中原子的半径为 ，阴影所示截面单位面积含有的原子为 个。 【答案】(1) F＞N＞P 6 2 阳离子体积减小，离子之间的作用力增强；连在N原子上的H原子可以与PF中的F原子形成氢键 (2) Ca2+ 正四面体 8 【详解】（1）①同周期元素电负性从左到右逐渐增大，同主族元素电负性从上到下逐渐减小，所以三种元素电负性的大小顺序为F＞N＞P； ②PF离子中磷原子的价层电子对数为6+=6； ③咪唑环具有类似苯环的结构特征，则咪唑环中与乙基相连的氮原子提供2个电子与各提供1个电子的3个碳原子和1个氮原子形成π大π键；若咪唑环上的乙基替换为氢原子，阳离子体积减小，离子之间的作用力增强，且连在氮原子上的氢原子可以与PF中的氟原子形成氢键使得离子液体中微粒间的作用力增强，导致离子液体的黏稠度增加，不利于离子传导； （2）①由晶胞结构可知，晶胞中位于体内的小黑球个数为4，位于顶点、面心、体心、棱上的小白球个数为8×+6×+1+12×=8，由氟化钙的化学式可知，小黑球表示钙离子、小白球表示氟离子；晶胞中位于体内的氟离子填充在钙离子围成的正四面体形空隙中；晶胞中位于顶点的钙离子与位于体对角线上的氟离子距离最近，则钙离子的配位数为8； ②设铁原子的原子半径为r pm，由晶胞结构可知，γ−Fe晶胞中面对角线是原子半径的4倍，由晶胞的边长为bnm可得：=4r，解得r=；阴影所示截面的面积为b pm×= pm，由分摊法可知，阴影所示截面中铁原子个数为4×+2×=2，则阴影所示截面单位面积含有的铁原子个数为个=个。 14．（2025·山东·二模）氮、磷是重要的生命元素，广泛存在于蛋白质、骨骼和遗传物质中。 回答下列问题： (1)血红蛋白(Hb)是血液中运输氧及二氧化碳的蛋白质，由球蛋白与血红素结合而成。血红素是由中心Fe2+与配体卟啉衍生物结合成的大环配位化合物，其结构如图所示。 ①血红素的组成元素中第一电离能最大的是 (填元素符号)；Fe2+的价电子排布式为 。 ②含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。1mol血红素中通过螯合作用形成 mol配位键。 ③血红蛋白运输O2的原理为(氧合血红蛋白)，氧分压高时Hb与O2疏松结合形成HbO2，氧分压低时HbO2释放O2，携带和释放O2的过程并不影响Fe2+。人体一氧化碳中毒的原理为，，Hb中的Fe2+与CO、卟啉的4个N结合形成八面体较稳定结构。Hb对CO的亲和力比对O2的亲和力大数百倍，所以血液中侵入CO时，Hb即使已与O2结合，CO也会把O2置换掉而使血红蛋白失去运输氧的能力。 由此可见HbCO中Fe原子的杂化轨道类型可能是 (填标号，下同)。 A． sp2            B． sp3            C． d2sp3                D． sp3d HbCO中Fe2+与CO之间的相互作用为 。 A．氢键            B．配位键                C．范德华力            D．离子键 (2)羟磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]是人体骨骼组织的主要无机组成成分。其熔点为1650℃，可以被、取代，形成氟磷灰石或氯磷灰石。 ①羟磷灰石属于 (填晶体类型)。 ②氮原子之间可以形成双键，而磷原子之间很难形成双键，原因是 。 (3)氮化铝熔点高、硬度大，其结构与金刚石类似，AlN晶胞结构如图所示，晶胞中Al和N紧密相连。晶胞中氮原子相连接形成的几何图形为 ；若Al原子半径为a、N原子半径为b，该晶胞的原子空间利用率为 (用含a、b、π的式子表示，列出计算式即可)。 【答案】(1) N 3d6 4 C B (2) 离子晶体 磷原子半径大，原子间形成的σ键较长，导致p-p轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠，难以形成π键 (3) 正四面体 【详解】（1）①血红素的组成元素有H、C、N、O、Fe，同周期从左到右主族元素的第一电离能呈增大趋势，同主族从上到下元素的第一电离能逐渐减小，N的价层电子排布式为2s22p3，2p轨道为半充满结构，N的第一电离能最大；Fe元素位于第四周期Ⅷ族，基态Fe原子的电子排布式[Ar]3d64s2，Fe2+价电子排布式为：3d6； ②由图示可知，1个配体中有4个配位N原子和中心原子形成4个配位键，1mol血红素中通过螯合作用形成4mol配位键； ③根据HbCO中的Fe2+与CO、卟啉的4个N结合形成八面体较稳定结构，HbCO中Fe的配位数为6，Fe原子的杂化轨道类型可能为d2sp3杂化，故选C；Hb对CO的亲和力比对O2的亲和力大数百倍，可以判断HbCO中Fe2+与CO之间的相互作用为配位键，故选B； （2）①由题目信息“羟磷灰石是人体骨骼组织的主要无机组成成分、熔点为1650℃”可知，羟磷灰石属于离子晶体； ②双键包含一个σ键和一个π键，磷原子半径大，原子间形成的σ键较长，导致p-p轨道肩并肩重叠程度较小或几乎不能重叠，难以形成π键，导致磷原子之间难形成双键； （3）晶胞内N原子相连接形成的几何图形为正四面体；晶胞中含Al原子数为，N原子数为4；Al原子半径为a、N原子半径为b，设晶胞参数为d，则晶胞体对角线为，，晶胞的原子空间利用率为。 15．（23-24高二下·河北保定·期中）硼及其化合物在结构上的复杂性和键型上的多样性，极大地丰富和扩展了现有的共价键理论，因此ⅢA族元素及其化合物在无机化学发展中占有独特的地位。 (1)某同学写出了铝原子的4种不同状态的电子排布图，其中能量最低的是 (填字母代号)，电子由状态C到状态B所得原子光谱为 光谱(填“发射”或“吸收”)。 A． B． C． D． (2)BF3、NF3、CH4的键角由大到小的顺序为 。 (3)中C原子的杂化轨道类型为 ，其中含有两个相同的大键，其形式为 (用表示，n为原子数，m为电子数)，检验时，以S原子配位不以N原子配位的原因是 。 (4)硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示： 在Xm-中，硼原子轨道的杂化类型有 ；配位键存在于 原子之间(填原子的数字标号)；m= (填数字)。 (5)如图，在NaCl的晶体中，和互相占据对方的正八面体空隙，晶体中，占据由构成的所有正四面体空隙。钛镍合金具有形状记忆功能。某钛、镍原子个数比为2∶1的合金的晶体结构为镍原子呈面心立方排列，钛原子填充在由镍原子围成的所有八面体空隙和一半的四面体空隙中，若最近的钛原子和镍原子紧密接触，镍原子周围距离最近的钛原子数为 ；钛原子和镍原子的半径分别为和，该晶体的空间利用率为 (用含r的代数式表示，不必化简，空间利用率)。 【答案】(1) A 发射 (2) (3) sp S元素的电负性小，离子中S原子易给出孤电子对 (4) 、 4，5(或5，4) 2 (5) 4 【详解】（1）按照构造原理、泡利不相容原理和洪特规则排布的电子能量最低，根据选项可知，A是基态Al核外电子排布图或轨道式，能量最低；C→B是能量高的3s、3p跃迁到2p上，能量以光的形式时放出，属于发射光谱；故答案为A；发射； （2）BF3中心原子为sp2杂化，空间构型为平面三角形，键角为120°，NF3中心原子为sp3杂化且存在1对孤电子对，空间构型为三角锥形，键角为107°，CH4中心原子为sp3杂化且没有孤电子对，空间构型为正四面体形，键角为109°28′，因此键角大小顺序是BF3＞CH4＞NF3； （3）中C和N形成叁键、和硫形成单键，碳原子的杂化轨道类型为sp杂化，其中含有两个相同的大键，为三原子四电子大π键，其形式为，检验时，以S原子配位不以N原子配位的原因是S元素的电负性小，离子中S原子易给出孤电子对，而氮电负性较大，不容易给出孤电子对； （4）根据模型可知1、3、5、6均代表氧原子，2、4代表B原子，硼原子是2号时，B的价层电子对数是3，采用sp2杂化，硼原子是4号时，B的价层电子对数是4，采用sp3杂化；B的最外层有3个电子，能形成三个共价键，第四个共价键为配位键，即配位键存在与4号B原子与5号O原子之间；该阴离子为[H4B4O9]m-，H为+1价，B显+3价，O为-2价，因此m=2；故答案为sp2、sp3；4，5或5，4；2； （5）该晶胞中Ni原子个数为，Ti原子个数为，若最近的钛原子和镍原子紧密接触，镍原子周围距离最近的钛原子数为4；钛原子和镍原子的半径分别为r1和r2，体对角线的长度为4（r1+ r2），则晶胞中钛原子和镍原子的体积为πr13×8+πr23×4= π（8r13+4r23 ），晶胞的边长为 ，体积为[]3，该晶体的空间利用率为。 【强化训练】 1．（2024·江西·高考真题）NbO的立方晶胞如图，晶胞参数为anm，P的分数坐标为(0，0，0)，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法正确的是 A．Nb的配位数是6 B．Nb和O最短距离为anm C．晶体密度 D．M的分数坐标为 【答案】D 【详解】A．由图可知，NbO的立方晶胞中距离Nb原子最近且距离相等的O原子有4个，Nb的配位数是4，故A错误； B．由图可知，Nb和O最短距离为边长的，晶胞参数为anm，Nb和O最短距离为anm，故B错误； C．根据均摊法计算可知，Nb的个数为6×=3，O的个数为12×=3，即晶胞中含有3个NbO，晶胞密度为ρ=g/cm3，故C错误； D．P的分数坐标为（0，0，0），M位于正方体的面心，M的分数坐标为（，，），故D正确； 故选：D。 2．（2024·湖北·高考真题）结构决定性质，性质决定用途。下列事实解释错误的是 事实 解释 A 甘油是黏稠液体 甘油分子间的氢键较强 B 王水溶解铂 浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性 C 冰的密度小于干冰 冰晶体中水分子的空间利用率相对较低 D 石墨能导电 未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【详解】A．甘油分子中有3个羟基，分子间可以形成更多的氢键，且O元素的电负性较大，故其分子间形成的氢键较强，因此甘油是黏稠液体，A正确； B．王水溶解铂，是因为浓盐酸提供的能与被硝酸氧化产生的高价态的铂离子形成稳定的配合物从而促进铂的溶解，在这个过程中浓盐酸没有增强浓硝酸的氧化性，而是通过形成配合物增强了铂的还原性，B不正确； C．冰晶体中水分子间形成较多的氢键，由于氢键具有方向性，因此，水分子间形成氢键后空隙变大，冰晶体中水分子的空间利用率相对较低，冰的密度小于干冰，C正确； D．石墨属于混合型晶体，在石墨的二维结构平面内，第个碳原子以C—C键与相邻的3个碳原子结合，形成六元环层。碳原子有4个价电子，而每个碳原子仅用3个价电子通过sp2杂化轨道与相邻的碳原子形成共价键，还有1个电子处于碳原子的未杂化的2p轨道上，层内碳原子的这些p轨道相互平行，相邻碳原子p轨道相互重叠形成大π键，这些p轨道的电子可以在整个层内运动，因此石墨能导电，D正确； 综上所述，本题选B。 3．（2025·陕西西安·模拟预测）下列对结构与性质的描述错误的是 A．①中人体细胞器的双分子膜，外侧是极性基团，内侧是非极性基团 B．②中由于水分子之间存在氢键，冰晶体空间利用率不高，其密度比液态水的小 C．③中石墨晶体是层状结构，由于层与层之间是范德华力，熔沸点比金刚石低 D．④中冠醚是皇冠状的分子，冠醚空腔的直径大小不同，可用于识别特定的离子 【答案】C 【详解】A．①为磷脂双分子膜，磷脂分子极性头部（亲水）朝外，非极性尾部（疏水）朝内，外侧是极性基团，内侧是非极性基团，A正确； B．②冰中水分子通过氢键形成四面体结构，分子间空隙大，空间利用率低，而液态水分子排列更紧密，故冰密度小于液态水，B正确； C．③石墨层内C-C键键长（142 pm）短于金刚石（154 pm），键能更大，石墨熔化需破坏强共价键，其熔沸点高于金刚石，描述错误，C错误； D．④冠醚（如18-冠-6）空腔直径特定，可与匹配半径的离子（如K⁺）形成配合物，用于识别特定离子，D正确； 故选C。 4．（2024·贵州贵阳·三模）Fe和N组成的一种立方晶胞如图所示，Fe原子和N原子都是紧密接触的刚性小球，Fe原子半径为a cm，N原子半径为b cm。下列说法正确的是 A．的核外电子填充了12个原子轨道 B．与N原子距离相等且第二近的N原子数目为8 C．N原子位于Fe原子形成的六面体空隙中 D．该晶体的空间利用率 【答案】D 【详解】A. 的电子排布式为，核外电子填充了14个原子轨道，A错误； B. 与N原子距离相等且第二近的N原子位于面对角线，数目应该有12个，B错误； C. N原子位于Fe原子形成的八面体空隙中，C错误； D. 每个晶胞中含有Fe原子的个数为个，含N原子的个数为，晶胞的棱长为(2a＋2b) cm，所以晶体的空间利用率，，D正确； 故答案选D。 5．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒。钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，是接触法制备硫酸的催化剂。将溶解在溶液中，可得到钒酸钠，也可以得到偏钒酸钠，偏钒酸钠阴离子呈现如图甲所示的无限链状结构。晶胞参数为的钒晶胞如图乙所示。已知：原子的空间利用率等于晶胞中原子体积与晶胞体积之比。下列说法错误的是 A．基态钒原子的价层电子排布式为 B．偏钒酸钠的化学式为 C．钒晶体中两个钒原子之间的最短距离为 D．钒晶体中原子的空间利用率为 【答案】D 【详解】A．钒原子序数23，根据能量最低原理，基态钒原子的价层电子排布式为，A正确； B．偏钒酸钠阴离子中，每个含有1个V，个O，再根据V为价，O为价、为价，可知偏钒酸钠的化学式为，B正确； C．由晶胞结构可知，钒晶体中两个钒原子之间的最短距离为晶胞体对角线长度的一半，即，C正确； D．设钒原子半径为，则，解得，钒晶胞中，V原子数目为，原子的空间利用率为，D错误； 答案选D。 6．（2023·浙江·高考真题）氮的化合物种类繁多，应用广泛。    请回答： (1)基态N原子的价层电子排布式是 。 (2)与碳氢化合物类似，N、H两元素之间也可以形成氮烷、氮烯。 ①下列说法不正确的是 。 A．能量最低的激发态N原子的电子排布式： B．化学键中离子键成分的百分数： C．最简单的氮烯分子式： D．氮烷中N原子的杂化方式都是 ②氮和氢形成的无环氮多烯，设分子中氮原子数为n，双键数为m，其分子式通式为 。 ③给出的能力： (填“>”或“<”)，理由是 。 (3)某含氮化合物晶胞如图，其化学式为 ，每个阴离子团的配位数(紧邻的阳离子数)为 。 【答案】(1)2s22p3 (2) A NnHn+2−2m(，m为正整数) ＜ 形成配位键后，由于Cu对电子的吸引，使得电子云向铜偏移，进一步使氮氢键的极性变大，故其更易断裂 (3) CaCN2 6 【详解】（1）N核电荷数为7，核外有7个电子，基态N原子电子排布式为1s22s22p3，则基态N原子的价层电子排布式是2s22p3；故答案为：2s22p3。 （2）①A．能量最低的激发态N原子应该是2s能级上一个电子跃迁到2p能级，其电子排布式：，故A错误；B．钙的金属性比镁的金属性强，则化学键中离子键成分的百分数：，故B正确；C．氮有三个价键，最简单的氮烯即含一个氮氮双键，另一个价键与氢结合，则其分子式：，故C正确；D．氮烷中N原子有一对孤对电子，有三个价键，则氮原子的杂化方式都是，故D正确；综上所述，答案为：A。 ②氮和氢形成的无环氮多烯，一个氮的氮烷为NH3，两个氮的氮烷为N2H4，三个氮的氮烷为N3H5，四个氮的氮烷为N4H6，设分子中氮原子数为n，其氮烷分子式通式为NnHn+2，根据又一个氮氮双键，则少2个氢原子，因此当双键数为m，其分子式通式为NnHn+2−2m(，m为正整数)；故答案为：NnHn+2−2m(，m为正整数)。 ③形成配位键后，由于Cu对电子的吸引，使得电子云向铜偏移，进一步使氮氢键的极性变大，故其更易断裂，因此给出的能力：＜(填“>”或“<”)；故答案为：＜；形成配位键后，由于Cu对电子的吸引，使得电子云向铜偏移，进一步使氮氢键的极性变大，故其更易断裂。 （3） 钙个数为，个数为，则其化学式为CaCN2；根据六方最密堆积图  ，以上面的面心分析下面红色的有3个，同理上面也应该有3个，本体中分析得到  ，以这个进行分析，其俯视图为  ，因此距离最近的钙离子个数为6，其配位数为6；故答案为：CaCN2；6。 7．（2023·全国甲卷·高考真题）将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题： (1)图1所示的几种碳单质，它们互为 ，其中属于原子晶体的是 ，间的作用力是 。 (2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。 酞菁分子中所有原子共平面，其中轨道能提供一对电子的原子是 (填图2酞菁中原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为 ，氮原子提供孤对电子与钴离子形成 键。 (3)气态通常以二聚体的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中的轨道杂化类型为 。的熔点为，远高于的，由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，的配位数为 。若晶胞参数为，晶体密度 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为)。 【答案】(1) 同素异形体 金刚石 范德华力 (2) ③ +2 配位 (3) 离子 2 【详解】（1）同一元素形成的不同单质之间互为同素异形体。图1所示的几种碳单质，它们的组成元素均为碳元素，因此，它们互为同素异形体；其中金刚石属于原子晶体，石墨属于混合型晶体，属于分子晶体，碳纳米管不属于原子晶体；间的作用力是范德华力； （2）已知酞菁分子中所有原子共平面，则其分子中所有的C原子和所有的N原子均为杂化，且分子中存在大π键，其中标号为①和②的N原子均有一对电子占据了一个杂化轨道，其p轨道只能提供1个电子参与形成大π键，标号为③的N原子的 p轨道能提供一对电子参与形成大π键，因此标号为③的N原子形成的N—H键易断裂从而电离出；钴酞菁分子中，失去了2个的酞菁离子与钴离子通过配位键结合成分子，因此，钴离子的化合价为+2，氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。 （3）由的空间结构结合相关元素的原子结构可知，Al原子价层电子对数是4，其与其周围的4个氯原子形成四面体结构，因此，二聚体中A1的轨道杂化类型为。AlF3的熔点为1090℃，远高于AlCl3的192℃，由于F的电负性最大，其吸引电子的能力最强，因此，可以判断铝氟之间的化学键为离子键。由AlF3的晶胞结构可知，其中含灰色球的个数为，蓝色球的个数为，则灰色的球为，距最近且等距的有2个，则的配位数为2。若晶胞参数为a pm，则晶胞的体积为，晶胞的质量为，则其晶体密度。 8．（2025·湖南·三模）铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。以黄铜矿(主要成分为)为原料冶炼精铜的一种工艺流程如图。回答下列问题： (1)Cu位于元素周期表的 区；铜的晶胞为面心立方最密堆积，其空间利用率为 (保留两位有效数字)。 【答案】(1) ds 74% 【分析】黄铜矿经过熔炼生成冰铜，冰铜经过吹炼得到粗铜，粗铜进行火法精炼得到精铜锭，精铜锭电解精炼得到精铜。 【详解】（1）Cu位于元素周期表的ds区。铜的晶胞为面心立方最密堆积，设其晶胞边长为a，铜原子的半径为R，则，，晶胞立方体的体积为，4个Cu原子的体积为，空间利用率为。 9．（2024·山东泰安·三模）配合物和超分子广泛应用于新材料合成、物质的鉴别和分离。如丁二酮肟(如图1)可用于鉴别 Ni2+，嘧啶衍生物(如图2)是形成高韧性超分子的单体，冠醚(如图3)是皇冠状分子，可有大小不同的空穴适配不同大小的碱金属离子。 回答下列问题： (1)基态 Ni2+核外未成对电子的数目为 。 (2)丁二酮肟与 Ni²⁺生成血红色配合物的结构为，相同压强下，该配合物的沸点低于干二酮肟的原因为 。 (3)Ni在一定条件下可与CO形成 Ni(CO)x，分子中每个Ni原子的价电子数及其周围CO提供的成键电子数之和为18，则x= 。 (4)图2所示分子所含元素电负性由小到大的顺序为 。 (5)冠醚是状如皇冠的一类醚，分子中存在空穴，图3中甲、乙两种冠醚可分别识别 Na+、K+，其主要原因为 ；乙的名称为 。 (6)金属Ni的立方晶胞结构如图4所示，则Ni的空间利用率为 (用含π的代式表示)。 【答案】(1)2 (2)丁二酮肟与生成的配合物存在分子内氢键，丁二酮肟可形成分子间氢键 (3)4 (4) (5) 和的半径不同，分别适配甲、乙两种冠醚中不同大小的空穴 18-冠-6 (6) 【详解】（1）镍元素的原子序数为28，基态镍离子的价电子排布式为3d8，核外电子有2个不成对电子，故答案为：2； （2）由结构简式可知，丁二酮肟分子中含有的羟基可以形成分子间氢键，而丁二酮肟与生成的配合物存在分子内氢键，所以丁二酮肟分子的分子间作用力大于配合物，沸点高于配合物，故答案为：丁二酮肟与生成的配合物存在分子内氢键，丁二酮肟可形成分子间氢键； （3）镍元素的原子序数为28，基态原子的价电子排布式为3d84s2，价电子数为10，每个一氧化碳分子提供的成键电子数2，由分子中每个Ni原子的价电子数及其周围CO提供的成键电子数之和为18可得10+2x=18，解得x=4，故答案为：4； （4）由结构简式可知，元素的非金属性越强，电负性越大，嘧啶衍生物分子中含有碳、氢、氧、氮四种元素的非金属性强弱顺序为H<C<N<O，则电负性由小到大的顺序为H<C<N<O，故答案为：H<C<N<O； （5）由结构简式可知，冠醚甲的名称为15-冠-5、则冠醚乙的名称为18-冠-6，两种冠醚中含有不同大小的空穴，且氧原子的数目越多，空穴越多，所以能识别离子半径不同的钠离子和钾离子，故答案为：和的半径不同，分别适配甲、乙两种冠醚中不同大小的空穴；18-冠-6； （6）由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点和面心的镍原子的个数为8×+6×=4，设镍原子的原子半径rcm，则晶胞的面对角线为4rcm，边长为cm，所以镍原子的空间利用率为×100%=，故答案为：。 10．（23-24高二上·山东青岛·期末）钴合金是以铂为基的含钴二元合金，在高温下，铂与钴可无限互熔，其固熔体为面心立方晶格。 (1)Co元素在周期表中属于 区，其基态原子的价电子排布图为 。 (2)二氯二吡啶合铂分子是一种铂配合物，有顺式和反式两种同分异构体(如图)。科学研究表明，顺式分子具有抗癌活性。 ①顺式二氯二吡啶合铂分子中不存在的化学键类型为 (填字母)。 A．共价键　　　B．离子键　　　C．氢键　　　D．范德华力　　　E．配位键 ②反式二氯二吡啶合铂分子是 分子(填“极性”或“非极性”)。 ③吡啶分子是大体积平面形配体，吡啶中原子的杂化方式为 ，吡啶分子中与形成配位键的电子对位于原子的 轨道上。 (3)金属铂晶体中，铂原子的配位数为12，其立方晶胞沿轴的投影图均为如下图所示，若金属铂的密度为原子的半径为，则晶胞参数a= (用含的表达式表示，下同)，该堆积方式中的空间利用率为 。 【答案】(1) d (2) B 非极性 sp2 2p (3) 【详解】（1） Co元素原子序数为27，其在周期表中属于d区，其基态原子的价电子排布图为； （2）①顺式二氯二吡啶合铂分子是由Pt2+、Cl-和吡啶结合形成的铂配合物，属于分子晶体，分子之间存在范德华力；Pt2+与Cl-、吡啶形成配位键；吡啶中碳原子之间形成非极性键、不同原子之间形成极性键，都属于共价键，没有离子键，该分子中也不能形成氢键，氢键、范德华力不是化学键，故答案为：B； ②反式二氯二吡啶合铂分子中Cl-、吡啶均关于Pt2+呈对称结构，分子中正负电荷重心重合，属于非极性分子； ③由吡啶的结构简式可以看出，N原子形成2个σ键，N上还有1对孤电子对，吡啶分子中氮原子的杂化方式是sp2杂化；吡啶分子中与形成配位键的电子对位于原子的2p轨道上； （3）根据图知，该金属为面心立方晶胞，每个面对角线上的3个原子紧密相邻，晶胞中Pt原子个数=8×+6×=4，则晶胞参数a=；该堆积方式中的空间利用率为==。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题03 配位数与空间利用率计算 1.能根据晶体类型（离子、金属、共价晶体）、微粒堆积方式，准确判断常见及简单复杂晶胞中微粒的配位数。 2.掌握空间利用率的核心计算逻辑，能结合晶胞参数、微粒半径，完成简单立方、体心立方、面心立方等常见堆积模型的空间利用率计算。 3.建立配位数、空间利用率与晶体结构（堆积方式、微粒半径比）的关联，理解其对晶体密度、硬度等性质的影响。 1、 晶胞中配位数的计算 （一）离子晶体 方法 1：观察紧邻粒子法（最直接，适用于简单晶胞） 步骤：① 确定目标离子（如 Na⁺）；② 以该离子为中心，找空间中紧邻的异号离子（Cl⁻）；③ 计数（利用晶胞对称性，上下、左右、前后等对称位置）。 实例： ①NaCl 晶胞（面心立方型）： 以体心的 Na⁺为中心，上下、左右、前后 6 个方向各有 1 个紧邻的 Cl⁻（无其他更近的 Cl⁻），故 Na⁺配位数 = 6；同理 Cl⁻配位数 = 6。 ②CsCl 晶胞（体心立方型）： 以体心的 Cs⁺为中心，8 个顶点均为紧邻的 Cl⁻（距离相等且最近），故 Cs⁺配位数 = 8；Cl⁻配位数 = 8。 方法 2：离子半径比（r⁺/r⁻）判断法（高考常考，快速定位配位数） 离子晶体的配位数由阴阳离子半径比决定（半径比需在对应范围，才能稳定堆积），核心数据如下表： 离子半径比（r⁺/r⁻） 配位数 晶体类型（实例） 0.225~0.414 4 ZnS 型（ZnS、CuCl） 0.414~0.732 6 NaCl 型（NaCl、KBr） 0.732~1.0 8 CsCl 型（CsCl、CsBr） 应用：已知 r (Na⁺)=0.095nm，r (Cl⁻)=0.181nm，r⁺/r⁻≈0.525（0.414~0.732），故配位数 = 6（NaCl 型）。 方法 3：晶胞结构分析法（适用于复杂离子晶胞） 实例：CaF₂晶胞（萤石型） ① 找 Ca²⁺的配位数：Ca²⁺位于面心立方位置（顶点 + 面心），以一个 Ca²⁺为中心，周围紧邻的 F⁻分布在 8 个正四面体间隙中（晶胞内部 4 个 F⁻+ 相邻晶胞 4 个），故 Ca²⁺配位数 = 8； ② 找 F⁻的配位数：F⁻位于晶胞内部，每个 F⁻周围紧邻的 Ca²⁺有 4 个（空间对称分布），故 F⁻配位数 = 4； ③ 验证：配位数之比 Ca²⁺:F⁻=8:4=2:1，与化学式 CaF₂（Ca²⁺:F⁻=1:2）成反比，符合规律。 （二）金属晶体（配位数由堆积方式决定） 金属晶体的原子堆积方式直接决定配位数，高中阶段重点掌握 3 种堆积类型： 堆积方式 晶胞类型 配位数 典型金属 简单立方堆积 简单立方晶胞 6 Po（钋） 体心立方堆积（bcc） 体心立方晶胞 8 Na、K、Fe 面心立方最密堆积（fcc） 面心立方晶胞 12 Cu、Ag、Au 六方最密堆积（hcp） 六方晶胞 12 Mg、Zn、Ti 关键：最密堆积（fcc、hcp）配位数均为 12（原子排列最紧密，紧邻原子数最多）；非最密堆积配位数较低（6 或 8）。 （三）原子晶体（配位数由共价键饱和性决定） 原子晶体中原子通过共价键结合，配位数 = 原子形成的共价键数目（遵循 8 电子稳定结构，H 为 2 电子）： 金刚石（C）：每个 C 原子形成 4 个 C-C 共价键，配位数 = 4； 晶体硅（Si）：同金刚石，配位数 = 4； SiO₂（原子晶体）：① Si 原子形成 4 个 Si-O 键，配位数 = 4；② O 原子形成 2 个 Si-O 键，配位数 = 2； SiC（碳化硅）：Si 配位数 = 4，C 配位数 = 4（与金刚石结构相似，Si 和 C 交替连接）。 （四）分子晶体（配位数较少考查，重点记 1 种） 分子晶体的配位数由分子堆积方式决定，仅需掌握干冰（CO₂）： 干冰晶胞为面心立方晶胞，CO₂分子位于顶点和面心，采用面心立方最密堆积； 每个 CO₂分子周围紧邻的 CO₂分子有 12 个（配位数 = 12）。 【易错提醒】 ①混淆 “配位数” 与 “晶胞粒子数”：配位数是 “紧邻粒子数”，无需均摊；晶胞粒子数需用均摊法计算，二者无关； ②离子晶体中阴阳离子配位数不等时（如 CaF₂），需分别计算，不可混淆； ③原子晶体中配位数≠共价键总数（如 SiO₂中 1 个 Si 连 4 个 O，1 个 O 连 2 个 Si，整体共价键数为 4×n (Si)，但配位数是单个原子的紧邻数）； ④金属晶体中 “体心立方堆积” 配位数 = 8（非 12），需区分 “体心立方” 与 “面心立方” 的堆积差异。 2、 晶体中空间利用率及其计算 （1）空间利用率的定义及计算步骤 ①空间利用率(η)：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比 ② （2）金属晶体空间利用率分类简析 ①简单立方堆积：如图所示，原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V球＝πr3，V晶胞＝(2r)3＝8r3 空间利用率＝×100%＝×100%＝≈52% ②体心立方堆积：如图所示，原子的半径为r，体对角线c为4r，面对角线b为a，由(4r)2＝a2＋b2得a＝r。1个晶胞中有2个原子，故空间利用率＝×100%＝×100%＝×100%＝≈68% ③面心立方最密堆积：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% ④六方最密堆积：如图所示，原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3,1个晶胞中有2个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝≈74% ⑤金刚石型堆积：设原子半径为R，由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出晶胞参数：a＝b＝c＝R，α＝β＝γ＝90°。每个晶胞中包含八个原子。 η＝×100%＝×100%≈34.01% 3、 解题方法和模型 晶胞中配位数的计算解题步骤 第一步：判断晶体类型； 第二步：确定目标粒子（如离子晶体中的 Na⁺、金属晶体中的 Cu 原子）； 第三步：根据晶体类型选择对应方法（如离子晶体用 “紧邻粒子法” 或 “半径比法”）； 第四步：利用晶胞对称性计数（避免重复计数，如顶点粒子为 8 个晶胞共用，但配位数计数时算 “紧邻”，无需均摊）； 第五步：验证（离子晶体可通过 “配位数之比 = 离子个数反比” 验证）。 题型01晶体中配位数的判断 【典例】（25-26高三上·宁夏·月考）已知Cu2O的立方晶胞结构如图所示，若晶胞边长为xpm。已知a、b的坐标参数依次为、，下列说法正确的是 A．O的配位数为8 B．d的坐标参数为 C．不考虑原子的相对大小，晶胞体对角线的投影图为 D．a、b原子间距离为 【变式】（2025·四川遂宁·二模）铬、钙、氧可形成一种具有特殊导电性的复合氧化物，其晶胞结构如图甲所示，氧离子与钙离子的最近距离为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法正确的是 A．钙离子的配位数为8 B．该复合氧化物晶体的密度为g·cm-3 C．该晶胞沿z轴方向的投影如图乙 D．氧离子与铬离子间的最短距离为a pm 题型02 晶体的空间利用率的计算 【典例】TiO2是金红石的主要成分，其晶胞结构如图所示，设Ti和O原子半径分别为和(单位：pm)，晶胞的长宽高分别为a、b、c(单位：cm)，则晶胞中原子的空间利用率为 (列出计算表达式)。(空间利用率指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比) 【变式】近日，福州大学徐军教授团队利用助力光催化偶联耦合产氢。化学反应原理如下： 根据上述涉及物质及元素，回答下列问题： (6)钯()晶胞为面心立方结构，其中顶点钯原子与面心钯原子紧邻，如下图所示。该晶胞中原子空间利用率为 (用含的式子表示，提示：原子空间利用率等于原子总体积与晶胞体积之比)。 题型03 晶体中配位数和空间利用率综合应用 【典例】Cu和S形成某种晶体的晶胞如图所示。 (1)该晶体Cu的配位数为 。 (2)该晶胞原子坐标参数A为；为。则C原子的坐标参数为 。 (3)已知该晶体的密度为和的半径分别为和，阿伏加德罗常数值为。用含的式子表示该晶体中原子的空间利用率(已知：原子的空间利用率等于晶胞中原子体积与晶胞体积之比) 。 （3）均摊法可知：。由密度公式：，则cm3,原子的体积和，空间利用率为： 【变式】铁是地球表面最丰富的金属之一，其合金、化合物具有广泛用途。 (1)可以与、、有机分子等形成配合物。基态的电子排布式为 ； (2)普鲁士蓝俗称铁蓝，结构如图甲所示(未画出)，平均每两个立方体中含有一个，该晶体的化学式为 。又知该晶体中铁元素有＋2价和＋3价两种，则与的个数比为 。 (3)在一定条件下铁形成的晶体的基本结构单元如图乙和图丙所示，则图乙和图丙的结构中铁原子的配位数之比为 ，两种晶体中空间利用率较高的是 。(填“图乙”或“图丙”) 【巩固训练】 1．（23-24高二下·山东泰安·阶段练习）FeSO4·7H2O的结构如图，下列说法错误的是 A．键角：①>② B．H2O与Fe2+、H2O与的作用力类型相同 C．Fe2＋的配位数是6 D．电负性：O>S>H 2．下列说法错误的是 A．、均是由极性键构成的非极性分子 B．与的键角相等 C．中元素的电负性：O>N>C>H D．如图所示的立方晶胞中，的配位数为6 3．（24-25高二下·浙江温州·期末）铜与氧形成的一种纳米级材料（颗粒直径）具有优良的催化性能，该化合物的立方晶胞如图，有关说法不正确的是 A．该化合物分散在水中形成的分散系能产生丁达尔效应 B．蔗糖与新制氢氧化铜反应可得到该化合物 C．该晶体与盐酸反应可生成和 D．氧原子的配位数为4 4．（24-25高二上·河北邯郸·阶段练习）下列有关离子晶体的数据大小比较错误的是 A．硬度： B．晶格能： C．阴离子的配位数： D．熔点： 5．（24-25高三上·甘肃白银·阶段练习）钒镍合金是一种具有广泛应用前景的材料。镍晶体的结构示意图如图1所示，结构中不同位置的镍原子被钒原子替代后，可形成各种性能不同的钒镍合金，某钒镍合金的结构示意图如图2所示。下列说法错误的是 A．图2可表示该钒镍合金的晶胞 B．镍元素位于元素周期表d区 C．镍晶体的晶胞中Ni的配位数为12 D．该钒镍合金的化学式为 6．（23-24高二下·新疆·期中）金属铁因生产工艺和温度不同，会有不同的晶体结构。和的晶体结构如图所示，下列说法正确的是 A．金属铁因为有自由移动的离子而具有导电性 B．1个晶胞的质量约为 C．中铁原子的配位数为12 D．加热转变为属于物理变化 7．（2025·辽宁·模拟预测）贮氢合金的多功能应用，特别是贮氢合金在电池领域的工业化，激起了人们对贮氢合金的高度重视。以下为La-Ni相(p图所示)及La-Mg-Ni相(p图的m、n结构中顶点的La被Mg代替)形成的两种晶体的晶胞结构(已知：La、Ni原子半径分别为，，La-Ni相晶胞参数为，相晶胞参数为，阿伏加德罗常数的值为)，下列有关说法错误的是 A．相的化学式为 B．相的晶胞密度为 C．相中原子空间利用率为 D．相中与Mg等距且最近的Mg有12个 8．氧化铼晶胞如图所示，摩尔质量为M g/mol，晶胞密度为 b g/cm3，铼原子填在 个氧原子围成的 (填“四面体“立方体”或“八面体”)空隙中，已知：铼的原子半径为rRe pm，氧原子半径为 rOpm，该晶胞的空间利用率为 (用含有rRe、rO、b、M和NA的代数式表示，无须化简)。 9．已知单质铁有如图所示的三种堆积方式的晶胞结构： ①晶胞a属于 堆积。 ②用含有的式子表示出晶胞b的空间利用率 。 ③若晶胞c的密度为，则铁的原子半径r= cm。(用含、的式子表示，表示阿伏加德罗常数的值)。 10．按要求填空。 (1)一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积结构，在晶胞中Cu原子处于面心，Au原子处于顶点，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为 ，原子之间的作用力为 。 (2)铁有、、三种同素异形体，晶体原子堆积方式为 ；晶胞参数为acm，则铁原子半径为 (假设原子为刚性球体)；、两种晶胞中铁原子的配位数之比为 。晶体的空间利用率 。(写出计算式即可) (3)奥氏体是碳溶解在中形成的一种间隙固溶体，无磁性，其晶胞如图所示，则该物质的化学式为 ，若晶体密度为，则晶胞中最近的两个碳原子的距离为 pm(阿伏加德罗常数的值用表示，写出计算式即可)。 11．（25-26高二上·山东青岛·月考）镓、铁、钛等金属元素化合物的应用研究是当今前沿科学之一、回答下列问题： (1)的熔点高于的熔点为，其原因是 。 (2)铁氮化合物晶体中铁原子为面心立方最密堆积，氮原子位于体心，其晶胞沿z轴的投影如图所示，Fel、N间最近距离为apm，则该晶体的晶胞参数为 pm。 (3)下图是一种由Fe、Y、Ba、O组成的晶胞，四方锥底面中心和八面体中心的球代表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，称作原子的分数坐标，图中M点的分数坐标为。 ①Y的配位数为 。 ②Q点的分数坐标为 。 (4)属于四方晶系，晶胞参数。研究表明，通过氮掺杂反应生成，能使对可见光具有活性，反应如图丙所示。 晶体化学式中 ， 。的密度为，则阿伏加德罗常数的值 列出表达式。 (5)金属合金的结构可看作以四面体相互共用顶点替换立方金刚石结构中的碳原子，形成三维骨架，在晶胞空隙处，有序地放置Mg原子四面体的4个顶点代表Cu原子，圆球代表Mg原子，结构如图所示。 ① 。 ②若Mg原子A的原子坐标为，则C的原子坐标为 。 ③晶胞参数为anm，则AB原子之间的距离为 nm。用含a的代数式表示 12．（2025·山东泰安·模拟预测）硅、硒、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。 (1)“中国芯”的主要原材料是高纯单晶硅，制备纯硅的反应原理：。 ①SiCl4中Si-Cl键是由硅的 轨道与氯的3p轨道重叠形成键，空间构型是 。 ②Si晶体熔点明显高于，原因是 。 (2)在元素周期表第4周期第族。基态原子的价层电子排布式是 。 (3)硒化锌是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如下图所示。 ①该晶胞中硒原子的配位数为 。 ②若该晶胞密度为，硒化锌的摩尔质量为，阿伏加德罗常数为，则晶胞边长a为 。 13．（25-26高三上·山东济南·开学考试）含氟化合物应用广泛，回答下列问题： (1)1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐是一种离子液体，可作为锂电池的电解液，其结构如下图所示。 ①N、F、P三种元素电负性由大到小的顺序为 。 ②中心原子的价层电子对数为 。 ③咪唑环具有类似苯环的结构特征，标*号N原子提供 个电子形成大键；若咪唑环上的乙基替换为原子，该离子液体的黏稠度将增加，不利于离子传导，从粒子间相互作用的角度解释原因 。 (2)常用作钢铁冶炼的助溶剂，晶胞结构如下图1所示(晶胞边长为)，的面心立方晶胞结构如图2所示(晶胞边长为)。 ①小黑球表示 (填离子符号)，填充在围成的 形空隙中，的配位数为 。 ②晶胞中原子的半径为 ，阴影所示截面单位面积含有的原子为 个。 14．（2025·山东·二模）氮、磷是重要的生命元素，广泛存在于蛋白质、骨骼和遗传物质中。 回答下列问题： (1)血红蛋白(Hb)是血液中运输氧及二氧化碳的蛋白质，由球蛋白与血红素结合而成。血红素是由中心Fe2+与配体卟啉衍生物结合成的大环配位化合物，其结构如图所示。 ①血红素的组成元素中第一电离能最大的是 (填元素符号)；Fe2+的价电子排布式为 。 ②含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。1mol血红素中通过螯合作用形成 mol配位键。 ③血红蛋白运输O2的原理为(氧合血红蛋白)，氧分压高时Hb与O2疏松结合形成HbO2，氧分压低时HbO2释放O2，携带和释放O2的过程并不影响Fe2+。人体一氧化碳中毒的原理为，，Hb中的Fe2+与CO、卟啉的4个N结合形成八面体较稳定结构。Hb对CO的亲和力比对O2的亲和力大数百倍，所以血液中侵入CO时，Hb即使已与O2结合，CO也会把O2置换掉而使血红蛋白失去运输氧的能力。 由此可见HbCO中Fe原子的杂化轨道类型可能是 (填标号，下同)。 A． sp2            B． sp3            C． d2sp3                D． sp3d HbCO中Fe2+与CO之间的相互作用为 。 A．氢键            B．配位键                C．范德华力            D．离子键 (2)羟磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]是人体骨骼组织的主要无机组成成分。其熔点为1650℃，可以被、取代，形成氟磷灰石或氯磷灰石。 ①羟磷灰石属于 (填晶体类型)。 ②氮原子之间可以形成双键，而磷原子之间很难形成双键，原因是 。 (3)氮化铝熔点高、硬度大，其结构与金刚石类似，AlN晶胞结构如图所示，晶胞中Al和N紧密相连。晶胞中氮原子相连接形成的几何图形为 ；若Al原子半径为a、N原子半径为b，该晶胞的原子空间利用率为 (用含a、b、π的式子表示，列出计算式即可)。 15．（23-24高二下·河北保定·期中）硼及其化合物在结构上的复杂性和键型上的多样性，极大地丰富和扩展了现有的共价键理论，因此ⅢA族元素及其化合物在无机化学发展中占有独特的地位。 (1)某同学写出了铝原子的4种不同状态的电子排布图，其中能量最低的是 (填字母代号)，电子由状态C到状态B所得原子光谱为 光谱(填“发射”或“吸收”)。 A． B． C． D． (2)BF3、NF3、CH4的键角由大到小的顺序为 。 (3)中C原子的杂化轨道类型为 ，其中含有两个相同的大键，其形式为 (用表示，n为原子数，m为电子数)，检验时，以S原子配位不以N原子配位的原因是 。 (4)硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm-(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所示： 在Xm-中，硼原子轨道的杂化类型有 ；配位键存在于 原子之间(填原子的数字标号)；m= (填数字)。 (5)如图，在NaCl的晶体中，和互相占据对方的正八面体空隙，晶体中，占据由构成的所有正四面体空隙。钛镍合金具有形状记忆功能。某钛、镍原子个数比为2∶1的合金的晶体结构为镍原子呈面心立方排列，钛原子填充在由镍原子围成的所有八面体空隙和一半的四面体空隙中，若最近的钛原子和镍原子紧密接触，镍原子周围距离最近的钛原子数为 ；钛原子和镍原子的半径分别为和，该晶体的空间利用率为 (用含r的代数式表示，不必化简，空间利用率)。 【强化训练】 1．（2024·江西·高考真题）NbO的立方晶胞如图，晶胞参数为anm，P的分数坐标为(0，0，0)，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法正确的是 A．Nb的配位数是6 B．Nb和O最短距离为anm C．晶体密度 D．M的分数坐标为 2．（2024·湖北·高考真题）结构决定性质，性质决定用途。下列事实解释错误的是 事实 解释 A 甘油是黏稠液体 甘油分子间的氢键较强 B 王水溶解铂 浓盐酸增强了浓硝酸的氧化性 C 冰的密度小于干冰 冰晶体中水分子的空间利用率相对较低 D 石墨能导电 未杂化的p轨道重叠使电子可在整个碳原子平面内运动 A．A B．B C．C D．D 3．（2025·陕西西安·模拟预测）下列对结构与性质的描述错误的是 A．①中人体细胞器的双分子膜，外侧是极性基团，内侧是非极性基团 B．②中由于水分子之间存在氢键，冰晶体空间利用率不高，其密度比液态水的小 C．③中石墨晶体是层状结构，由于层与层之间是范德华力，熔沸点比金刚石低 D．④中冠醚是皇冠状的分子，冠醚空腔的直径大小不同，可用于识别特定的离子 4．（2024·贵州贵阳·三模）Fe和N组成的一种立方晶胞如图所示，Fe原子和N原子都是紧密接触的刚性小球，Fe原子半径为a cm，N原子半径为b cm。下列说法正确的是 A．的核外电子填充了12个原子轨道 B．与N原子距离相等且第二近的N原子数目为8 C．N原子位于Fe原子形成的六面体空隙中 D．该晶体的空间利用率 5．（2024·黑龙江齐齐哈尔·三模）在钢中加入百分之几的钒，就能使钢的弹性、强度大增，抗磨损和抗爆裂性极好，既耐高温又抗奇寒。钒的氧化物已成为化学工业中最佳催化剂之一，是接触法制备硫酸的催化剂。将溶解在溶液中，可得到钒酸钠，也可以得到偏钒酸钠，偏钒酸钠阴离子呈现如图甲所示的无限链状结构。晶胞参数为的钒晶胞如图乙所示。已知：原子的空间利用率等于晶胞中原子体积与晶胞体积之比。下列说法错误的是 A．基态钒原子的价层电子排布式为 B．偏钒酸钠的化学式为 C．钒晶体中两个钒原子之间的最短距离为 D．钒晶体中原子的空间利用率为 6．（2023·浙江·高考真题）氮的化合物种类繁多，应用广泛。    请回答： (1)基态N原子的价层电子排布式是 。 (2)与碳氢化合物类似，N、H两元素之间也可以形成氮烷、氮烯。 ①下列说法不正确的是 。 A．能量最低的激发态N原子的电子排布式： B．化学键中离子键成分的百分数： C．最简单的氮烯分子式： D．氮烷中N原子的杂化方式都是 ②氮和氢形成的无环氮多烯，设分子中氮原子数为n，双键数为m，其分子式通式为 。 ③给出的能力： (填“>”或“<”)，理由是 。 (3)某含氮化合物晶胞如图，其化学式为 ，每个阴离子团的配位数(紧邻的阳离子数)为 。 7．（2023·全国甲卷·高考真题）将酞菁—钴钛菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上，制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题： (1)图1所示的几种碳单质，它们互为 ，其中属于原子晶体的是 ，间的作用力是 。 (2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图2所示。 酞菁分子中所有原子共平面，其中轨道能提供一对电子的原子是 (填图2酞菁中原子的标号)。钴酞菁分子中，钴离子的化合价为 ，氮原子提供孤对电子与钴离子形成 键。 (3)气态通常以二聚体的形式存在，其空间结构如图3a所示，二聚体中的轨道杂化类型为 。的熔点为，远高于的，由此可以判断铝氟之间的化学键为 键。结构属立方晶系，晶胞如图3b所示，的配位数为 。若晶胞参数为，晶体密度 (列出计算式，阿伏加德罗常数的值为)。 8．（2025·湖南·三模）铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。以黄铜矿(主要成分为)为原料冶炼精铜的一种工艺流程如图。回答下列问题： (1)Cu位于元素周期表的 区；铜的晶胞为面心立方最密堆积，其空间利用率为 (保留两位有效数字)。 9．（2024·山东泰安·三模）配合物和超分子广泛应用于新材料合成、物质的鉴别和分离。如丁二酮肟(如图1)可用于鉴别 Ni2+，嘧啶衍生物(如图2)是形成高韧性超分子的单体，冠醚(如图3)是皇冠状分子，可有大小不同的空穴适配不同大小的碱金属离子。 回答下列问题： (1)基态 Ni2+核外未成对电子的数目为 。 (2)丁二酮肟与 Ni²⁺生成血红色配合物的结构为，相同压强下，该配合物的沸点低于干二酮肟的原因为 。 (3)Ni在一定条件下可与CO形成 Ni(CO)x，分子中每个Ni原子的价电子数及其周围CO提供的成键电子数之和为18，则x= 。 (4)图2所示分子所含元素电负性由小到大的顺序为 。 (5)冠醚是状如皇冠的一类醚，分子中存在空穴，图3中甲、乙两种冠醚可分别识别 Na+、K+，其主要原因为 ；乙的名称为 。 (6)金属Ni的立方晶胞结构如图4所示，则Ni的空间利用率为 (用含π的代式表示)。 10．（23-24高二上·山东青岛·期末）钴合金是以铂为基的含钴二元合金，在高温下，铂与钴可无限互熔，其固熔体为面心立方晶格。 (1)Co元素在周期表中属于 区，其基态原子的价电子排布图为 。 (2)二氯二吡啶合铂分子是一种铂配合物，有顺式和反式两种同分异构体(如图)。科学研究表明，顺式分子具有抗癌活性。 ①顺式二氯二吡啶合铂分子中不存在的化学键类型为 (填字母)。 A．共价键　　　B．离子键　　　C．氢键　　　D．范德华力　　　E．配位键 ②反式二氯二吡啶合铂分子是 分子(填“极性”或“非极性”)。 ③吡啶分子是大体积平面形配体，吡啶中原子的杂化方式为 ，吡啶分子中与形成配位键的电子对位于原子的 轨道上。 (3)金属铂晶体中，铂原子的配位数为12，其立方晶胞沿轴的投影图均为如下图所示，若金属铂的密度为原子的半径为，则晶胞参数a= (用含的表达式表示，下同)，该堆积方式中的空间利用率为 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $