第三节 金属晶体与离子晶体（举一反三专项训练，北京专用）【上好课】化学人教版选择性必修2

第三节 金属晶体与离子晶体 题型01 金属键与金属晶体 题型02 离子晶体 题型03 过渡晶体与混合型晶体 题型04 典型晶体模型结构分析 题型05 晶体类型的比较 题型06 晶胞计算 题型01 金属键与金属晶体 1．金属键 (1)概念：________________和________________之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 (2)本质：金属原子脱落下来的________形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的______________维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 2．金属晶体的组成和性质 (1)组成：除纯金属外，还有大量________，大多数合金以一种金属为主要组成，如碳钢、锰钢、不锈钢的主要成分为铁；黄铜、青铜、白铜的主要成分为铜。 (2)性质 ①“电子气理论”解释金属的性质 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。 ②金属键的强弱决定着金属晶体的性质 金属原子半径________，价电子数________，金属键越强，金属晶体的熔、沸点________，硬度________。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属，铬是硬度最大的金属。 3．常见金属晶体的三种结构型式 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 结构 示意图 配位数 ________ ________ ________ 实例 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 【典例1】(2025·北京对外经贸大学附中高二期中)关于金属性质和原因的描述不正确的是( ) A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量 D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 【变式1-1】(2025·北京第二中学高二第一次月考)有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( ) A．①为简单立方堆积，③为面心立方最密堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个 C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12 D．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属原子间的相互作用 【变式1-2】(2025·北京朝阳高二期中)我国在单原子催化剂领域成绩斐然。 单原子催化剂是指孤立的金属原子均匀分散在载体表面，发生催化的位点落在单个原子上。 下列说法不正确的是( ) A．催化剂能提高化学反应速率 B．单原子催化剂能降低反应的焓变 C．单原子催化剂中原子的利用率高 D．金属晶体内存在金属键 【变式1-3】(2025·北京海淀高二期中)钛铁基储氢合金是由钛、铁两种元素组成。一种钛铁合金的晶胞如图ⅰ所示，该合金吸收的氢位于体心立方正八面体的中心，氢被4个钛原子和2个铁原子包围，如图ⅱ所示。下列说法不正确的是( ) A．钛铁合金(如图ⅰ所示)的化学式：TiFe B．如图ⅱ所示的每个体心立方正八面体均填充1个氢原子，则理论上形成的金属氢化物的化学式：TiFeH2 C．钛铁合金中每个Ti周围距离最近且等距的Fe有8个 D．Fe与Ti之间存在金属键 题型02 离子晶体 1．离子键及其影响因素 (1)概念：阴、阳离子之间通过__________________形成的化学键。 (2)影响因素：离子所带电荷数_________，离子半径__________，离子键越强。 特别提醒　离子键没有_________性和_________性。 2．离子晶体及其物理性质 (1)概念：由_________和_________相互作用而形成的晶体。 (2)离子晶体的性质 ①熔、沸点较____，硬度较______。 ②离子晶体不导电，但_________或_________后能导电。 ③大多数离子晶体_____溶于水，______溶于有机溶剂。 3．常见离子晶体的结构 (1)NaCl晶胞 NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有_____个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有_____个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为__________。回答下列问题： ①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是_____个。 ②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是_____个，Cl－数是_____个。 ③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为____________________。 (2)CsCl晶胞 CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有_____个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有_____个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为_________。 ①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有_____个，构成_________。 ②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有_____个，Cl－有_____个。 ③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为_________________。 【典例2】已知某离子晶体晶胞如图所示。已知该晶体的密度为ρ g/cm3，摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法中正确的是( ) A．该晶胞中阴、阳离子个数均为1 B．其中的阴、阳离子的配位数都是4 C．该晶胞可能是CsCl的晶胞 D．该晶胞中两个阳离子最近的核间距为 【变式2-1】下列说法一定正确的是( ) A．其水溶液导电的一定是离子晶体 B．熔融态导电的一定是离子晶体 C．离子晶体中肯定不含共价键 D．固态不导电，熔融态导电的一定是离子晶体 【变式2-2】气态N2O5呈平面结构，其结构式为。固态N2O5的晶胞如图所示，下列说法不正确的是( ) A．实验室利用P2O5的吸水性与浓硝酸反应制得N2O5 B．气态N2O5中N原子的杂化方式为sp2杂化 C．1mol气态N2O5中含6NA个σ键 D．固态N2O5为离子化合物 【变式2-3】NaCl晶体模型如下图所示： (1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。 (2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。 A．相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和 B．与氯化铯晶体结构相同 C．每个Na＋与6个Cl－作为近邻 题型03 过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的________晶体。 (2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2晶体中，化学键中离子键成分的百分数逐渐_______，其中Na2O当作_______晶体处理，SiO2、Al2O3晶体，当作_______晶体处理。 2．混合型晶体 混合型晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。石墨是典型的混合型晶体。 3．石墨晶体 (1)石墨晶体的特殊性 石墨晶体中，既有_______键，又有类似_______的作用力，还有____________，属于混合型晶体。 (2)石墨晶体的结构与性质 ①同层内碳原子采取_______杂化，以____________结合形成无限的六边形平面网状结构；每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。 ②层与层之间靠____________相结合。 ③石墨晶体中，每个C原子为3个六元环共用，每一个六元环平均只占有6×＝2个C原子，每一个六元环平均占有的C—C键数为2×＝3。故C原子与C—C键数之比为_______。 ④石墨的物理性质 石墨的熔点很高，石墨是熔点最高的非金属单质，比金刚石还高。金刚石中C原子采取_______杂化，形成4个C—C键，石墨中C原子采取_______杂化，且平面内存在大π键，石墨晶体中C—C键的键长更短，键能更大，故石墨的熔点比金刚石的熔点高。 石墨有良好的导电性。石墨晶体是层状结构，在同一层中，每个碳原子未参与杂化的p轨道中的电子可以在整个碳原子平面中运动，形成大π键，因此可以导电。 【典例3】(2025·北京十一学校教学诊断)磷可形成多种单质。黑磷具有类似石墨的层状结构，与白磷可在一定条件下相互转化，它们的结构如图所示，设NA为阿伏伽德罗常数，下列说法不正确的是( ) A．黑磷晶体中P原子杂化方式为sp2 B．白磷与黑磷互为同素异形体 C．含原子的单层黑磷中，六元环的个数为0.5NA D．黑磷层间作用为范德华力 【变式3-1】(2025·北京房山高二期中)六方氮化硼晶体俗称“白石墨”，与石墨具有类似的结构，六方氮化硼的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是( ) A．六方氮化硼可做润滑剂 B．六方氮化硼的化学式为BN C．每一个B或N的杂化类型是sp2 D．其晶体中存在的作用力只有共价键 【变式3-2】黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构(如图所示)。下列有关说法正确的是( ) A．磷原子为杂化，故每层中的磷原子均共平面 B．石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同 C．黑磷熔沸点很高，与金刚石晶体类型相同 D．黑磷、红磷和白磷三种物质互为同系物，化学性质相似 【变式3-3】(2025·北京中国人大附中高三统测)氮化硼晶体存在如下图所示的两种结构。六方氮化硼的结构与石墨类似，可作润滑剂；立方氮化硼的结构与金刚石类似，可作研磨剂。下列说法不正确的是( ) A．六方氮化硼层间的相互作用不属于化学键 B．立方氮化硼晶胞中，N和B之间存在配位键 C．六方氮化硼中N与B均为sp3杂化 D．立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子和4个硼原子 题型04 典型晶体模型结构分析 1．典型离子晶体的结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引_____个Cl－，每个Cl－同时吸引_____个Na＋，配位数为_____。每个晶胞含_____个Na＋和_____个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引_____个Cs＋，每个Cs＋吸引_____个Cl－，配位数为_____ CaF2型 在晶体中，F－的配位数为_____，Ca2＋的配位数为_____，晶胞中含_____个Ca2＋，含_____个F－。晶胞中F－在体对角线的_____处 2．典型共价晶体的结构模型 金刚石晶体 ①金刚石晶体中，每个C与另外_____个C形成共价键，碳原子采取_____杂化，C—C—C夹角是_____，最小的环是_____元环。每个C被_____个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C共价键有_____ mol。 ②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的_____处。每个晶胞含有_____个C 二氧化硅晶体 SiO2晶体中，每个Si原子与_____个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是_____元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是_____原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为_____，在SiO2晶体中Si、O原子均采取_____杂化。低温石英结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，具有__________。 3．典型分子晶体的结构模型 干冰的晶体结构 干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有_____个，属于分子__________。每个晶胞中含有_____个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等 冰的晶体结构 冰的结构模型中，每个水分子与相邻的_____个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成_____ mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有_____个H2O 4．典型混合型晶体的结构模型 (1)晶体模型 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取_____杂化，以共价键(σ键)结合，形成____________。 ②)层与层之间靠____________维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于____________。 (4)性质：熔点__________、质软、_____导电等。 【典例4】(2025·房山高二期中)下列说法中的不正确是( ) A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-形成正八面体 B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+ C．在CO2晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有12个 D．冰中的每个水分子均摊4个氢键 【变式4-1】(2025·北京顺义高三期中)化学材料在人类社会发展中起着重要作用。下列关于几种含碳材料的说法不正确的是( ) A．①属于共价晶体 B．②中碳原子是NH3＞CH4杂化 C．③碳纳米管属于胶体 D．④C60间的作用力是范德华力 【变式4-2】(2026·北京朝阳区高二期中)我国科学家首次用石墨成功合成了毫米级、结构有序、高纯度的六方金刚石。下列说法不正确的是( ) A．两者的碳原子杂化方式不同 B．两者的晶体类型相同 C．合成过程破坏了石墨的大π键 D．合成过程属于化学变化 【变式4-3】(2025·北京海淀高二期末)金刚石、石墨、富勒烯是具有重要应用价值的碳单质。 金刚石 石墨 富勒烯(C60) 下列关于这三种物质的说法正确的是( ) A．均能导电 B．互为同位素 C．均属于分子晶体 D．均含有碳碳原子间的键 题型05 晶体类型的比较 1．四种晶体的比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶 机械加工性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电 作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定 2．晶体类型的判断方法 晶体类型 根据晶体的概念判断 根据物质的类别判断 根据晶体的特征性质判断 离子晶体 通过阴、阳离子相互作用形成的晶体 金属氧化物、强碱和绝大多数盐类 熔、沸点较高，且在熔融状态下导电的化合物 分子晶体 由分子通过分子间作用力形成的晶体 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸和绝大多数有机物(除有机盐外) 熔、沸点较低且不导电的单质和化合物，溶解性符合“相似相溶”规律 共价晶体 由原子通过共价键形成的晶体 金刚石、晶体硅、晶体硼、SiC和SiO2等 熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质 金属晶体 由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体 纯金属、合金 有延展性、导电性、导热性，熔、沸点一般较高 3．晶体熔、沸点的比较方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 (2)相同类型晶体 ①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg<Al。 ②离子晶体：A．晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。B．阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。 ③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。 ④分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 (3)离子晶体：一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高 【典例5】下列有关晶体的说法中一定正确的是( ) ①共价晶体中只存在非极性共价键    ②稀有气体形成的晶体属于共价晶体    ③干冰晶体升华时，分子内共价键会发生断裂    ④金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物    ⑤分子晶体的堆积方式均为分子密堆积    ⑥离子晶体和金属晶体中均存在阳离子，但金属晶体中却不存在离子键    ⑦金属晶体和离子晶体都能导电 A．①③⑦ B．只有⑥ C．②④⑤⑦ D．⑤⑥ 【变式5-1】下列关于物质的熔沸点高低顺序中，正确的是( ) A．金刚石>晶体硅>金刚砂 B．NaF>NaCl>NaBr C．邻羟基苯甲酸>对羟基苯甲酸 D．生铁>纯铁>钠 【变式5-2】根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法错误的是( ) NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质B 熔点/℃ 801 712 190 2300 沸点/℃ 1465 1412 178 2500 注：AlCl3熔点在条件下测定。 A．SiCl4与SiO2晶体结构相似 B．单质B晶体内部原子之间通过共价键连接 C．AlCl3加热易升华 D．MgCl2晶体中离子键的强度比NaCl晶体中的小 【变式5-3】几种物质的沸点如图所示。下列推断正确的是 A．D可能为共价晶体，H为分子晶体 B．G可能为离子晶体，A可能为分子晶体 C．G、H一定是分子晶体，E、F一定是金属晶体 D．D可能为共价晶体，B一定是离子晶体 题型06 晶胞计算 1．微粒间距离的计算 计算晶体中微粒间距离的方法 2．晶胞密度的有关计算 (1)晶胞参数与晶胞密度的关系 (2)晶胞中的几组几何公式(设棱长为a) ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③4r＝a(r为原子半径)。 ④4r＝a(r为原子半径)。 3．晶胞参数(边长)与半径的关系 晶体 晶体结构 图示关系 晶胞参数与边长关系 简单立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有a=2r 体心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，体对角线长为c，则有c＝a＝4r 面心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4r＝a 六方最密堆积晶胞 晶胞中原子球半径为r，六棱柱边长为a，高为h，则有a＝2r，h＝2倍四面体高 石墨 晶胞 设石墨晶胞的底边长为a cm，原子球直径为r，高为h cm，层间距d cm，则h＝2d，由图可知：a/2＝r×sin60°，得a＝r 金刚石晶胞 ( 金刚石晶胞 ) G点是空的，没有球，是正立方体的体心，A球心到E球心，是2个半径，即一个直径；同样，E球心到G，是2个半径，即一个直径，所以AG是两个直径，体对角线是AG的两倍，所以体对角线是4个直径，即8r，则有8r＝a 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有8r＝a。(体对角线上五球相切，其中有两个假想球) CaF2型晶胞(与金刚石类似) 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4(r+ + r－)＝a 4．金属晶体空间利用率的计算方法 (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% 5．确定晶胞中原子坐标的方法 晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别≤1的数在立体坐标系中表示出来，如下图所示。 注意：在确定各原子的坐标时，要注意x、y、z轴的单位标准不一定相同。 【典例6】(2025·北京清华大学高三模拟预测)锡是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。白锡和灰锡晶胞结构如图，下列说法中错误的是( ) A．白锡与灰锡晶体的配位数之比为2：1 B．两种晶体的密度大小关系为白锡小于灰锡 C．若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1nm3和V2nm3，则白锡和灰锡晶体的密度之比是 D．若灰锡晶胞参数为a，则其中最近的两个锡原子间距为 【变式6-1】经X射线衍射实验测定，某金属单质M有如图甲、乙所示两种晶胞。已知：甲晶胞参数为anm，乙晶胞参数为bnm。下列叙述正确的是( ) A．1个图甲晶胞含4个金属原子 B．M晶体由阴离子和阳离子构成 C．图乙中两个粒子之间最近距离为bnm D．图甲和图乙晶体密度之比为 【变式6-2】(2026·北京海淀高三期中)Cu2Se可作为钠离子电池正极材料(晶胞如下图)，已知其晶胞是立方体，边长是acm，Cu2Se的摩尔质量是M g·molˉ1，下列说法正确的是( ) A．Cu、Se均为区元素 B．Cu2Se晶胞中距离Se等距最近的Cu有8个 C．Cu2Se的晶胞密度是 D．Cu2Se作正极反应物的产物是Cu2+ 【变式6-3】(2025·北京海淀高二期中)某种钙的氮化物可用于制荧光粉，其立方晶胞结构如下图。若晶胞棱长为a nm(1 nm=1×10-7 cm，NA表示阿伏加德罗常数的数值)，下列说法不正确的是( ) A．该化合物的化学式为Ca3N2 B．距离Ca2+最近且等距的N3-有6个 C．Ca2+与N3-之间的相互作用主要是离子键 D．其晶体密度为g·cm-3 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 金属晶体与离子晶体 题型01 金属键与金属晶体 题型02 离子晶体 题型03 过渡晶体与混合型晶体 题型04 典型晶体模型结构分析 题型05 晶体类型的比较 题型06 晶胞计算 题型01 金属键与金属晶体 1．金属键 (1)概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用称为金属键。 (2)本质：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，从而把所有的金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。 (3)描述金属键本质的最简单理论是“电子气理论”。 2．金属晶体的组成和性质 (1)组成：除纯金属外，还有大量合金，大多数合金以一种金属为主要组成，如碳钢、锰钢、不锈钢的主要成分为铁；黄铜、青铜、白铜的主要成分为铜。 (2)性质 ①“电子气理论”解释金属的性质 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。 ②金属键的强弱决定着金属晶体的性质 金属原子半径越小，价电子数越多，金属键越强，金属晶体的熔、沸点越高，硬度越大。金属键强度差别较大，如金属钠的熔点较低、硬度较小，而钨是熔点最高的金属，铬是硬度最大的金属。 3．常见金属晶体的三种结构型式 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 结构 示意图 配位数 12 8 12 实例 Ca、Al、Cu、Ag、 Au、Pd、Pt Li、Na、K、 Ba、W、Fe Mg、Zn、Ti 【典例1】(2025·北京对外经贸大学附中高二期中)关于金属性质和原因的描述不正确的是( ) A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量 D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 【答案】A 【解析】A项，金属光泽的产生是由于自由电子吸收并再发射光，与金属键中的自由电子有关，A错误；B项，金属导电性源于自由电子(电子气)在外电场下定向移动，B正确；C项，金属导热性通过自由电子与金属离子碰撞传递能量，C正确；D项，延展性因原子层滑动时金属键未被破坏，D正确；故选A。 40．(2025·北京通州高二期中)下列关于金属键的“电子气理论”说法不正确的是( ) A．金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用 B．金属受外力时，晶体中原子层相对滑动，电子气起润滑作用 C．温度升高，自由电子与金属原子频繁碰撞，使金属电导率降低 D．金属能导电是因为金属在外加电场作用下产生自由电子 【答案】D 【解析】A项，金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用，符合电子气理论的基本定义，A正确；B项，金属延展性源于原子层滑动时自由电子维持金属键的连续性，电子气确实起润滑作用，B正确；C项，温度升高导致离子振动加剧，阻碍自由电子定向移动，电导率降低，C正确；D项，金属导电是因外加电场使自由电子定向移动，而非“产生”自由电子，自由电子本就存在，D错误；故选D。 【变式1-1】(2025·北京第二中学高二第一次月考)有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( ) A．①为简单立方堆积，③为面心立方最密堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个 C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12 D．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属原子间的相互作用 【答案】B 【解析】A项，观察可知，①为简单立方堆积；③为六方最密堆积，并非面心立方最密堆积，A错误； B项，对于①，根据均摊法，顶点原子对晶胞的贡献为，每个晶胞有8个顶点，所以含有的原子数为8×=1个；对于②，顶点原子对晶胞贡献为，有8个顶点，体心原子对晶胞贡献为1，所以含有的原子数为8×+ 1=2个，对于③，同样根据均摊法，含有的原子数为8×+ 1=2个，对于④，顶点原子对晶胞贡献为，有8个顶点，面心原子对晶胞贡献为，有6个面心，所以含有的原子数为8×+6×=4个，B正确；C项，①简单立方堆积中，原子的配位数为6，②体心立方堆积中，原子的配位数为8， ③六方最密堆积中，原子的配位数为12，并非8，④面心立方最密堆积中，原子的配位数为12，C错误；D项，金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子与自由电子间的相互作用，并非金属原子间的相互作用，D错误；故选B。 【变式1-2】(2025·北京朝阳高二期中)我国在单原子催化剂领域成绩斐然。 单原子催化剂是指孤立的金属原子均匀分散在载体表面，发生催化的位点落在单个原子上。 下列说法不正确的是( ) A．催化剂能提高化学反应速率 B．单原子催化剂能降低反应的焓变 C．单原子催化剂中原子的利用率高 D．金属晶体内存在金属键 【答案】B 【解析】A项，催化剂能降低反应活化能，提高化学反应速率，故A正确；B项，催化剂不能改变反应物和生成物的能量，催化剂不能改变反应的焓变，故B错误；C项，单原子催化剂与反应物接触面积增大，原子的利用率高，故C正确；D项，金属晶体中由金属阳离子和自由电子形成金属键，故D正确；选B。 【变式1-3】(2025·北京海淀高二期中)钛铁基储氢合金是由钛、铁两种元素组成。一种钛铁合金的晶胞如图ⅰ所示，该合金吸收的氢位于体心立方正八面体的中心，氢被4个钛原子和2个铁原子包围，如图ⅱ所示。下列说法不正确的是( ) A．钛铁合金(如图ⅰ所示)的化学式：TiFe B．如图ⅱ所示的每个体心立方正八面体均填充1个氢原子，则理论上形成的金属氢化物的化学式：TiFeH2 C．钛铁合金中每个Ti周围距离最近且等距的Fe有8个 D．Fe与Ti之间存在金属键 【答案】B 【解析】A项，由图1晶胞结构可知，Ti位于顶点，Fe位于体心，因此每个晶胞中含有的Ti原子个数=8=1，含有的Fe原子个数=1，则钛铁合金的化学式为TiFe，A正确；B项，由图2可知，Ti位于晶胞的顶点和棱上，Fe位于晶胞内部，H位于体心和面上，因此每个晶胞中含有的Ti原子个数=8+4=2，含有的Fe原子个数=2，含有的H原子个数=10+1=6，Ti：Fe：H=2：2：6=1：1：3，则理论上形成的金属氢化物的化学式：TiFeH3，B错误；C项，由图1可知，该晶体中每个Fe被8个Ti所形成的立方体包围，每个Ti亦被8个Fe所形成的立方体包围，即钛铁合金中每个Ti周围距离最近且等距的Fe有8个，C正确；D项，钛铁合金的晶胞内Fe与Ti之间存在金属键，D正确；故选B。 题型02 离子晶体 1．离子键及其影响因素 (1)概念：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。 (2)影响因素：离子所带电荷数越多，离子半径越小，离子键越强。 特别提醒　离子键没有方向性和饱和性。 2．离子晶体及其物理性质 (1)概念：由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。 (2)离子晶体的性质 ①熔、沸点较高，硬度较大。 ②离子晶体不导电，但熔化或溶于水后能导电。 ③大多数离子晶体能溶于水，难溶于有机溶剂。 3．常见离子晶体的结构 (1)NaCl晶胞 NaCl晶胞如图所示，每个Na＋周围距离最近的Cl－有6个(上、下、左、右、前、后各1个)，构成正八面体，每个Cl－周围距离最近的Na＋有 6个，构成正八面体，由此可推知晶体的化学式为NaCl。回答下列问题： ①每个Na＋(Cl－)周围距离相等且最近的Na＋(Cl－)是12个。 ②每个晶胞中实际拥有的Na＋数是4个，Cl－数是4个。 ③若晶胞参数为a pm，则氯化钠晶体的密度为 g·cm－3。 (2)CsCl晶胞 CsCl晶胞如图所示，每个Cs＋周围距离最近的Cl－有8个，每个Cl－周围距离最近的Cs＋有 8个，它们均构成正六面体，由此可推知晶体的化学式为CsCl。 ①每个Cs＋(Cl－)周围距离最近的Cs＋(Cl－)有 6个，构成正八面体。 ②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有 1个，Cl－有 1个。 ③若晶胞参数为a pm，则氯化铯晶体的密度为 g·cm－3。 【典例2】已知某离子晶体晶胞如图所示。已知该晶体的密度为ρ g/cm3，摩尔质量为M g/mol，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法中正确的是( ) A．该晶胞中阴、阳离子个数均为1 B．其中的阴、阳离子的配位数都是4 C．该晶胞可能是CsCl的晶胞 D．该晶胞中两个阳离子最近的核间距为 【答案】D 【解析】A项，晶胞中白球位于棱心和体心，晶胞单独占有白球数目=12×+1=4，黑球位于顶点和面心，晶胞单独占有黑球数目=8×+6×=4，故A错误；B项，由晶胞结构，体心的白球周围有6个黑球，每个黑球周围有6个白球，所以晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，故B错误；C项，根据均摊法可知，在这个晶胞中阴、阳离子的个数都为4，阴、阳离子的配位数都为6，晶胞结构与NaCl晶胞相同，可能是NaCl的晶胞，CsCl的配位数是8，故C错误；D项，晶胞的棱长是cm，该晶胞中两个阳离子最近的距离是面对角线的一半，则为cm＝，故D正确；故选D。 【变式2-1】下列说法一定正确的是( ) A．其水溶液导电的一定是离子晶体 B．熔融态导电的一定是离子晶体 C．离子晶体中肯定不含共价键 D．固态不导电，熔融态导电的一定是离子晶体 【答案】D 【解析】A项，其水溶液导电的不一定是离子晶体，可能是共价化合物，如HCl，故错误；B项，熔融态导电的不一定是离子晶体，可能是金属单质，如Fe，应是熔融状态下导电的化合物一定是离子晶体，故错误；C项，离子晶体中一定含有离子键，可能含有共价键，如NaOH，故错误；D项，固态不导电，熔融态导电一定是离子晶体，因为金属单质固体也导电，故正确。 【变式2-2】气态N2O5呈平面结构，其结构式为。固态N2O5的晶胞如图所示，下列说法不正确的是( ) A．实验室利用P2O5的吸水性与浓硝酸反应制得N2O5 B．气态N2O5中N原子的杂化方式为sp2杂化 C．1mol气态N2O5中含6NA个σ键 D．固态N2O5为离子化合物 【答案】A 【解析】A项，五氧化二磷具有脱水性，可以使硝酸发生脱水反应生成五氧化二氮，反应的化学方程式为：2HNO3+P2O5=2HPO3+N2O5，所以五氧化二磷制备五氧化二氮时，五氧化二磷表现脱水性，不是吸水性，A错误；B项，由结构式可知，气态五氧化二氮分子中每个氮原子都形成3个σ键，不含孤对电子，所以氮原子的价层电子对数为3，杂化方式为sp2杂化，B正确；C项，由结构式可知，气态五氧化二氮分子中含有2个配位键、2个氮氧双键和2个氮氧单键，配位键和单键属于σ键，双键中含有1个σ键，所以1 mol气态五氧化二氮分子中含有σ键的数目为：1 mol×6×NAmol-1=6NA，C正确；项，由晶胞结构可知，固态五氧化二氮是由NO2+离子和NO3-离子形成的离子晶体，D正确；故选A。 【变式2-3】NaCl晶体模型如下图所示： (1)在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引________个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着________个Na＋，在NaCl晶胞中含有________个Na＋、________个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有________个。 (2)对于氯化钠晶体，下列描述正确的是________。 A．相邻的正、负离子核间距等于正、负离子半径之和 B．与氯化铯晶体结构相同 C．每个Na＋与6个Cl－作为近邻 【答案】(1)6　6　4　4　12　 (2)C 【解析】(1)在氯化钠晶体中，一个Na＋位于晶胞的中心，12个Na＋分别位于晶胞的12条棱上，则属于该晶胞的Na＋相当于3个，因此一个晶胞中共含有4个Na＋，8个Cl－分别位于晶胞的8个顶点上，则属于该晶胞的Cl－相当于1个，6个Cl－分别位于晶胞的6个面心上，则属于该晶胞的Cl－相当于3个，所以一个晶胞中共含有4个Cl－。可见NaCl晶体中Na＋、Cl－的个数比为1∶1；图中位于晶胞中心的Na＋实际上共有3个平面通过它，通过中心Na＋的每个平面都有4个Na＋位于平面的四角，这4个Na＋与中心Na＋距离最近且距离相等。所以在NaCl晶体中，每个Na＋周围与它距离最近且距离相等的Na＋共有12个，按相似的方法可推出每个Cl－周围与它最近且距离相等的Cl－也共有12个；(2)氯化铯晶体结构呈体心立方堆积，B错误，氯化钠晶体中以Na＋为中心向三维方向伸展，有6个Cl－近邻，C正确，相邻的正、负离子核间距不等于正、负离子半径之和，A错误。 题型03 过渡晶体与混合型晶体 1．过渡晶体 (1)典型晶体包括分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体。事实上，纯粹的典型晶体不多，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。 (2)Na2O、MgO、Al2O3、SiO2晶体中，化学键中离子键成分的百分数逐渐减小，其中Na2O当作离子晶体处理，SiO2、Al2O3晶体，当作共价晶体处理。 2．混合型晶体 混合型晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质。石墨是典型的混合型晶体。 3．石墨晶体 (1)石墨晶体的特殊性 石墨晶体中，既有共价键，又有类似金属键的作用力，还有范德华力，属于混合型晶体。 (2)石墨晶体的结构与性质 ①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合形成无限的六边形平面网状结构；每个碳原子还有1个与碳环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有1个未成对电子，因此能够形成遍及整个平面的大π键。 ②层与层之间靠范德华力相结合。 ③石墨晶体中，每个C原子为3个六元环共用，每一个六元环平均只占有6×＝2个C原子，每一个六元环平均占有的C—C键数为2×＝3。故C原子与C—C键数之比为2：3。 ④石墨的物理性质 石墨的熔点很高，石墨是熔点最高的非金属单质，比金刚石还高。金刚石中C原子采取sp3杂化，形成4个C—C键，石墨中C原子采取sp2杂化，且平面内存在大π键，石墨晶体中C—C键的键长更短，键能更大，故石墨的熔点比金刚石的熔点高。 石墨有良好的导电性。石墨晶体是层状结构，在同一层中，每个碳原子未参与杂化的p轨道中的电子可以在整个碳原子平面中运动，形成大π键，因此可以导电。 【典例3】(2025·北京十一学校教学诊断)磷可形成多种单质。黑磷具有类似石墨的层状结构，与白磷可在一定条件下相互转化，它们的结构如图所示，设NA为阿伏伽德罗常数，下列说法不正确的是( ) A．黑磷晶体中P原子杂化方式为sp2 B．白磷与黑磷互为同素异形体 C．含原子的单层黑磷中，六元环的个数为0.5NA D．黑磷层间作用为范德华力 【答案】A 【解析】A项，根据晶体结构，P原子的配位数是3，有1个孤电子对，分子中磷原子杂化方式为sp3杂化，故A错误；B项，黑磷与白磷是同种元素组成的不同单质，互为同素异形体，故B正确；C项，由图可知，单层黑磷中最小的环为六元环，每个P原子被三个环共用，故每个环平均含有2个P原子，故含1molP原子的单层黑磷中，六元环的个数为0.5NA，故C正确；D项，黑磷层与层之间无共价键，则黑磷层间作用为范德华力，故D正确；故选A。 【变式3-1】(2025·北京房山高二期中)六方氮化硼晶体俗称“白石墨”，与石墨具有类似的结构，六方氮化硼的晶体结构如图所示，下列说法不正确的是( ) A．六方氮化硼可做润滑剂 B．六方氮化硼的化学式为BN C．每一个B或N的杂化类型是sp2 D．其晶体中存在的作用力只有共价键 【答案】D 【解析】A项，六方氮化硼晶体与石墨具有类似的结构，层间可以滑动，可做润滑剂，A正确；B项，根据六方氮化硼的六元环中N原子和B原子数目相同，故六方氮化硼晶体的化学式为BN，B正确；C项，六方氮化硼的六元环为平面结构，B、N原子的杂化类型为sp2，C正确；D项，晶体层间存在分子间作用力，D错误；故选D。 【变式3-2】黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，是一种比石墨烯更优秀的新型材料。黑磷晶体具有与石墨类似的层状结构(如图所示)。下列有关说法正确的是( ) A．磷原子为杂化，故每层中的磷原子均共平面 B．石墨晶体沿片层与垂直片层方向的导电性不相同 C．黑磷熔沸点很高，与金刚石晶体类型相同 D．黑磷、红磷和白磷三种物质互为同系物，化学性质相似 【答案】B 【解析】A项，由黑鳞的结构图可知，黑鳞的中磷原子排列成立体结构，则磷原子杂化方式为sp3杂化，则每一层中的磷原子不可能在同一平面上，故A错误；B项，因为黑磷晶体与石墨类似的层状结构，所以黑磷晶体中层与层之间的作用力是分子间作用力，每层内是共价键，所以层与层之间和沿片层的导电性不同，故B正确；C项，黑磷晶体与石墨有类似的层状结构，则黑鳞最可能是混合型晶体(具有共价晶体和分子晶体的性质)，故C错误；D项，黑磷、白磷和红磷都是单质，不属于同系物，故D错误；故选B。 【变式3-3】(2025·北京中国人大附中高三统测)氮化硼晶体存在如下图所示的两种结构。六方氮化硼的结构与石墨类似，可作润滑剂；立方氮化硼的结构与金刚石类似，可作研磨剂。下列说法不正确的是( ) A．六方氮化硼层间的相互作用不属于化学键 B．立方氮化硼晶胞中，N和B之间存在配位键 C．六方氮化硼中N与B均为sp3杂化 D．立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子和4个硼原子 【答案】C 【解析】A项，六方氮化硼的结构和石墨相似，所以六方氮化硼层间存在分子间作用力，分子间作用力不属于化学键，所以六方氮化硼层间的相互作用不属于化学键，故A正确；B项，B原子含有空轨道、N原子含有孤电子对，立方氮化硼中每个B原子形成4个B－N共价键，所以立方氮化硼中B和N原子之间存在配位键，故B正确；C项，六方氮化硼的结构和石墨相似，每个N原子与三个B相连，每个B也与3个N相连，均为sp2杂化，故C错误；D项，立方氮化硼晶胞中N原子个数是4、B原子个数=8×+6×=4，故D正确；故选C。 题型04 典型晶体模型结构分析 1．典型离子晶体的结构模型 NaCl型 在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－ CsCl型 在晶体中，每个Cl－吸引8个Cs＋，每个Cs＋吸引8个Cl－，配位数为8 CaF2型 在晶体中，F－的配位数为4，Ca2＋的配位数为8，晶胞中含4个Ca2＋，含8个F－。晶胞中F－在体对角线的处 2．典型共价晶体的结构模型 金刚石晶体 ①金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是6元环。每个C被12个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C共价键有2 mol。 ②在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。每个晶胞含有8个C 二氧化硅晶体 SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。低温石英结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，具有手性。 3．典型分子晶体的结构模型 干冰的晶体结构 干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个，属于分子密堆积。每个晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等 冰的晶体结构 冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol氢键。晶胞结构与金刚石相似，含有8个H2O 4．典型混合型晶体的结构模型 (1)晶体模型 (2)结构特点——层状结构 ①同层内碳原子采取sp2杂化，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构。 ②)层与层之间靠范德华力维系。 ③石墨的二维结构内，每个碳原子的配位数为3，有一个未参与杂化的2p电子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。 (3)晶体类型：石墨晶体中，既有共价键，又有金属键和范德华力，属于混合晶体。 (4)性质：熔点很高、质软、易导电等。 【典例4】(2025·房山高二期中)下列说法中的不正确是( ) A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Cl-形成正八面体 B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均占有4个Ca2+ C．在CO2晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2有12个 D．冰中的每个水分子均摊4个氢键 【答案】D 【解析】A项，据图可知距Na+最近的Cl-位于棱心和体心，共6个，形成正八面体，A正确；B项，Ca2+位于晶胞的顶点和面心，根据均摊法，Ca2+个数为，B正确；C项，由图知，在CO2晶体中，每个CO2周围等距且紧邻的CO2同层上下层各4个，共12个，C正确；D项，冰中的每个水分子均摊个氢键，D错误；故选D。 【变式4-1】(2025·北京顺义高三期中)化学材料在人类社会发展中起着重要作用。下列关于几种含碳材料的说法不正确的是( ) A．①属于共价晶体 B．②中碳原子是NH3＞CH4杂化 C．③碳纳米管属于胶体 D．④C60间的作用力是范德华力 【答案】C 【解析】A项，金刚石中碳原子间均以共价键相结合，属于共价晶体，A正确；B项，石墨中的碳原子形成平面结构，采取sp2杂化，每个sp2杂化轨道含s轨道与p轨道，B正确；C项，碳纳米管属于单质，不属于胶体分散系，C错误；D项，C60之间的相互作用力是范德华力，属于分子晶体，D正确；故选C。 【变式4-2】(2026·北京朝阳区高二期中)我国科学家首次用石墨成功合成了毫米级、结构有序、高纯度的六方金刚石。下列说法不正确的是( ) A．两者的碳原子杂化方式不同 B．两者的晶体类型相同 C．合成过程破坏了石墨的大π键 D．合成过程属于化学变化 【答案】B 【解析】A项，石墨中碳原子的价层电子对个数是3、金刚石中碳原子的价层电子对个数是4，碳原子杂化类型：前者为sp2、后者为sp3，故A正确；B项，石墨为混合型晶体、六方金刚石为共价晶体，二者的晶体类型不同，故B错误；C项，石墨中含有大π键，六方金刚石中只含共价键，所以合成过程中破坏了石墨的大π键，故C正确；D项，石墨转化为六方金刚石时有新物质生成，所以该变化为化学变化，故D正确；故选B。 【变式4-3】(2025·北京海淀高二期末)金刚石、石墨、富勒烯是具有重要应用价值的碳单质。 金刚石 石墨 富勒烯(C60) 下列关于这三种物质的说法正确的是( ) A．均能导电 B．互为同位素 C．均属于分子晶体 D．均含有碳碳原子间的键 【答案】D 【解析】A项，金刚石中碳原子以共价键形成空间网状结构，不存在自由移动电子，不能导电；石墨中存在自由移动电子，能导电；富勒烯(C60)为分子晶体，一般不导电，A错误；B项，同位素是指质子数相同、中子数不同的原子，金刚石、石墨、富勒烯是碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，不是同位素，B错误；C项，金刚石是原子晶体，石墨是混合型晶体，富勒烯(C60)是分子晶体，C错误；D项，金刚石中碳原子之间通过σ键连接；石墨中每层碳原子之间存在σ键；富勒烯(C60)分子中碳原子之间也存在σ键，所以均含有碳碳原子间的σ键，D正确；故选D。 题型05 晶体类型的比较 1．四种晶体的比较 晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 共价晶体 构成微粒 分子 阴、阳离子 金属离子、自由电子 原子 微粒间作用力 范德华力(少数有氢键) 离子键 金属键 共价键 性质 熔、沸点 较低 较高 一般较高 很高 硬度 小 略硬而脆 一般较大 很大 溶解性 相似相溶 多数溶于水 不溶，有些与水反应 不溶 机械加工性能 不良 不良 良好 不良 导电性 固态、液态均不导电，部分溶于水时导电 固态时不导电，熔融时导电，能溶于水的溶于水时导电 固态、熔融态时导电 大部分固态、熔融时都不导电 作用力大小规律 组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大 离子所带电荷数多、半径小的离子键强 金属原子的价电子数多、半径小的金属离子与自由电子间的作用力强 共价键键长短(电子云重叠多)、原子半径小的共价键稳定 2．晶体类型的判断方法 晶体类型 根据晶体的概念判断 根据物质的类别判断 根据晶体的特征性质判断 离子晶体 通过阴、阳离子相互作用形成的晶体 金属氧化物、强碱和绝大多数盐类 熔、沸点较高，且在熔融状态下导电的化合物 分子晶体 由分子通过分子间作用力形成的晶体 部分非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼等外)、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物(除SiO2外)、稀有气体、几乎所有的酸和绝大多数有机物(除有机盐外) 熔、沸点较低且不导电的单质和化合物，溶解性符合“相似相溶”规律 共价晶体 由原子通过共价键形成的晶体 金刚石、晶体硅、晶体硼、SiC和SiO2等 熔、沸点很高，硬度很大，不导电，不溶于一般溶剂的物质 金属晶体 由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体 纯金属、合金 有延展性、导电性、导热性，熔、沸点一般较高 3．晶体熔、沸点的比较方法 (1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。 (2)相同类型晶体 ①金属晶体：金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na＜Mg<Al。 ②离子晶体：A．晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，熔点越高，硬度越大。B．阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。 ③原子晶体：原子半径越小，键长越短，熔沸点越高。 ④分子晶体：组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。 (3)离子晶体：一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，熔、沸点就越高 【典例5】下列有关晶体的说法中一定正确的是( ) ①共价晶体中只存在非极性共价键    ②稀有气体形成的晶体属于共价晶体    ③干冰晶体升华时，分子内共价键会发生断裂    ④金属元素和非金属元素形成的化合物一定是离子化合物    ⑤分子晶体的堆积方式均为分子密堆积    ⑥离子晶体和金属晶体中均存在阳离子，但金属晶体中却不存在离子键    ⑦金属晶体和离子晶体都能导电 A．①③⑦ B．只有⑥ C．②④⑤⑦ D．⑤⑥ 【答案】B 【解析】①共价晶体中也可能存在极性键，如SiO2晶体为共价晶体，晶体中存在极性共价键，不存在非极性共价键，①错误；②稀有气体分子属于单原子分子，形成的晶体属于分子晶体，②错误；③干冰属于分子晶体，升华时破坏的是分子间作用力，不是共价键，③错误；④金属元素与非金属元素形成的化合物不一定是离子化合物，如氯化铝是共价化合物，④错误；⑤分子晶体的堆积方式不一定均为分子密堆积，如冰，每个水分子周围只有4个水分子，不是密堆积，⑤错误；⑥离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合形成的晶体，金属晶体是金属阳离子和自由电子通过金属键结合而成的晶体，所以金属晶体中不存在离子键，⑥正确；⑦离子晶体中没有自由移动的离子，不能导电；金属晶体中存在自由移动的电子，能导电，⑦错误。综上，正确的选项只有⑥；故选B。 【变式5-1】下列关于物质的熔沸点高低顺序中，正确的是( ) A．金刚石>晶体硅>金刚砂 B．NaF>NaCl>NaBr C．邻羟基苯甲酸>对羟基苯甲酸 D．生铁>纯铁>钠 【答案】B 【解析】A项，同属于原子晶体，熔、沸点高低，主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅<碳化硅，A错误；B项，均为离子晶体，因离子半径F-<Cl-<Br-，离子晶体中离子键作用力逐渐减弱，熔、沸点高低顺序应为NaF<NaCl<NaBr，B错误；C项，邻羟基苯甲酸可以形成分子内氢键，使熔沸点偏低，而对羟基苯甲酸可以形成分子间氢键，使熔沸点偏高，故对羟基苯甲酸的沸点比邻羟基苯甲酸的高，C错误；D项，生铁为铁合金，熔点要低于纯铁，D错误；故选B。 【变式5-2】根据下列几种物质的熔点和沸点数据，判断下列有关说法错误的是( ) NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 单质B 熔点/℃ 801 712 190 2300 沸点/℃ 1465 1412 178 2500 注：AlCl3熔点在条件下测定。 A．SiCl4与SiO2晶体结构相似 B．单质B晶体内部原子之间通过共价键连接 C．AlCl3加热易升华 D．MgCl2晶体中离子键的强度比NaCl晶体中的小 【答案】A 【解析】A项，由表中数据可知，SiCl4的熔沸点较低，属于分子晶体，而SiO2属于共价晶体，二者晶体结构不相似，A错误；B项，单质B的熔沸点很高，所以单质B是共价晶体，晶体内部原子之间通过共价键连接，B正确；C项，由表中数据可以知道氯化铝的沸点低于熔点，所以受热时能够不经液态直接升华，C正确；D项，离子晶体的离子键越强，熔沸点越高，由表中数据可以知道，NaCl的熔、沸点均比MgCl2高，所以NaCl晶体中的离子键强度应比MgCl2的大，D正确；故选A。 【变式5-3】几种物质的沸点如图所示。下列推断正确的是 A．D可能为共价晶体，H为分子晶体 B．G可能为离子晶体，A可能为分子晶体 C．G、H一定是分子晶体，E、F一定是金属晶体 D．D可能为共价晶体，B一定是离子晶体 【答案】A 【解析】不同类型的晶体熔、沸点高低规律为：原子晶体(共价晶体)＞离子晶体＞分子晶体；金属晶体的熔、沸点有的很高，如钨等，有的则很低，如汞等。A项，由题图知，D的沸点最高，D晶体可能是共价晶体，G、H在常温下呈气态，一定是分子晶体，A正确；B项，由题图知，G在常温下呈气态，一定是分子晶体，B错误；C项，由题图知，E、F的沸点较低，可能为金属晶体或者离子晶体，C错误； D项，由题图知，B的沸点较低，可能为金属晶体或者离子晶体，D错误；故选A。 题型06 晶胞计算 1．微粒间距离的计算 计算晶体中微粒间距离的方法 2．晶胞密度的有关计算 (1)晶胞参数与晶胞密度的关系 (2)晶胞中的几组几何公式(设棱长为a) ①面对角线长＝a。 ②体对角线长＝a。 ③4r＝a(r为原子半径)。 ④4r＝a(r为原子半径)。 3．晶胞参数(边长)与半径的关系 晶体 晶体结构 图示关系 晶胞参数与边长关系 简单立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有a=2r 体心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，体对角线长为c，则有c＝a＝4r 面心立方晶胞 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4r＝a 六方最密堆积晶胞 晶胞中原子球半径为r，六棱柱边长为a，高为h，则有a＝2r，h＝2倍四面体高 石墨 晶胞 设石墨晶胞的底边长为a cm，原子球直径为r，高为h cm，层间距d cm，则h＝2d，由图可知：a/2＝r×sin60°，得a＝r 金刚石晶胞 ( 金刚石晶胞 ) G点是空的，没有球，是正立方体的体心，A球心到E球心，是2个半径，即一个直径；同样，E球心到G，是2个半径，即一个直径，所以AG是两个直径，体对角线是AG的两倍，所以体对角线是4个直径，即8r，则有8r＝a 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有8r＝a。(体对角线上五球相切，其中有两个假想球) CaF2型晶胞(与金刚石类似) 晶胞参数(边长)为a，原子球半径为r，则有4(r+ + r－)＝a 4．金属晶体空间利用率的计算方法 (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% 5．确定晶胞中原子坐标的方法 晶胞中的任意一个原子的中心位置均可用3个分别≤1的数在立体坐标系中表示出来，如下图所示。 注意：在确定各原子的坐标时，要注意x、y、z轴的单位标准不一定相同。 【典例6】(2025·北京清华大学高三模拟预测)锡是现代“五金”之一，广泛应用于合金、半导体工业等。白锡和灰锡晶胞结构如图，下列说法中错误的是( ) A．白锡与灰锡晶体的配位数之比为2：1 B．两种晶体的密度大小关系为白锡小于灰锡 C．若白锡和灰锡的晶胞体积分别为V1nm3和V2nm3，则白锡和灰锡晶体的密度之比是 D．若灰锡晶胞参数为a，则其中最近的两个锡原子间距为 【答案】B 【解析】A项，白锡的配位数为8，灰锡的配位数为4，因此白锡与灰锡晶体的配位数之比为2：1，故A正确；B项，晶体的体积大小未知，无法比较两种晶体的密度大小，故B错误；C项，一个白锡晶胞中含有的锡原子数为8×+1=2，一个灰锡晶胞中含有的锡原子数为8×+6×+4=8，则白锡和灰锡的密度之比为=，故C正确；D项，最近的两个锡原子间距为体对角线的，即为nm，故D正确；故选B。 【变式6-1】经X射线衍射实验测定，某金属单质M有如图甲、乙所示两种晶胞。已知：甲晶胞参数为anm，乙晶胞参数为bnm。下列叙述正确的是( ) A．1个图甲晶胞含4个金属原子 B．M晶体由阴离子和阳离子构成 C．图乙中两个粒子之间最近距离为bnm D．图甲和图乙晶体密度之比为 【答案】A 【解析】A项，甲晶胞是面心立方晶胞，8个原子在顶点、6个原子在面心，1个甲晶胞含个原子，A项正确；B项，金属晶体由金属阳离子、自由电子靠金属键构成，不含阴离子，B项错误；C项，图乙晶胞中，体对角线上3个粒子相切，两个最近粒子之间距离为，C项错误；D项，乙晶胞含，甲、乙晶胞含金属原子数分别为4、2，晶体密度计算式为：，二者密度之比为，D项错误；故选A。 【变式6-2】(2026·北京海淀高三期中)Cu2Se可作为钠离子电池正极材料(晶胞如下图)，已知其晶胞是立方体，边长是acm，Cu2Se的摩尔质量是M g·molˉ1，下列说法正确的是( ) A．Cu、Se均为区元素 B．Cu2Se晶胞中距离Se等距最近的Cu有8个 C．Cu2Se的晶胞密度是 D．Cu2Se作正极反应物的产物是Cu2+ 【答案】B 【解析】由晶胞结构可知，晶胞中位于体内的铜原子个数为8，位于顶点和面心的硒原子个数为8×+6×=4，设晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：=a3d，解得d=。A项，铜元素的原子序数为29，基态原子的价电子排布式为3d104s1，处于元素周期表ds区，硒元素的原子序数为34，基态原子的价电子排布式为4s24p4，处于元素周期表p区，均不是d区元素，A错误；B项，由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点的硒原子与处于体对角线上的铜原子距离最近，则晶胞中每个硒原子周围等距最近的铜原子有8个，B正确；C项，由分析可知，硒化亚铜的晶胞密度是，C错误；D项，硒化亚铜作正极时，硒化亚铜在正极得到电子发生还原反应生成铜和硒离子，D错误；故选B。 【变式6-3】(2025·北京海淀高二期中)某种钙的氮化物可用于制荧光粉，其立方晶胞结构如下图。若晶胞棱长为a nm(1 nm=1×10-7 cm，NA表示阿伏加德罗常数的数值)，下列说法不正确的是( ) A．该化合物的化学式为Ca3N2 B．距离Ca2+最近且等距的N3-有6个 C．Ca2+与N3-之间的相互作用主要是离子键 D．其晶体密度为g·cm-3 【答案】B 【解析】A项，据“均摊法”，晶胞中含个N3-、个Ca2+，则晶体的化学式为Ca3N2，A正确；B项，距离Ca2+最近且等距的N3-为体心的N3-，有2个，B错误；C项，Ca2+与N3-是阴阳离子，阴阳之间的相互作用主要是离子键，C正确；D项，化学式为Ca3N2，则晶体密度为=g·cm-3， D正确； 故选B。 1 / 1 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $