内容正文:
第3章 晶体结构与性质
第1节 物质的聚集状态与晶体的常识
思维导图
用图表整理章节逻辑,帮助建立系统化认知。
课程学习目标
掌握本节核心知识,为后续学习打好基础。
新知学习
通过预习内容初步理解新知识,培养独立思考能力。
拓展培优
结合例题解析高频考点,掌握易错点,提升能力。
课堂检测
基础训练:确保核心知识掌握,建立信心。
能力提升:提升应用能力,提升综合能力。
知识思维导图
第2课时 晶胞及其计算
课程学习目标
1.认识简单的晶胞,通过典型晶胞的学习,类推其他晶胞的分析方法
2.学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法),能根据晶胞的结构确定微粒个数和化学式。
3.初步学习晶体密度计算的方法
【新知学习】
知识点01晶胞
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.晶胞的结构
(1)晶胞的外形:常规的晶胞都是平行六面体。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,即8个顶点、六个面、12条棱。
(2)立方晶胞中微粒数的计算方法如下:晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
对于立方晶胞而言,每个晶胞实际含有的微粒数=顶点微粒数×+棱上微粒数×+面上微粒数×+体内微粒数×1。
(3)非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
三棱柱
六棱柱
平面型
石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占
(4)有关上述的计算必须明确:由晶胞构成的晶体,其化学式不是表示一个晶胞中含有多少个某原子,而是表示每个晶胞中平均含有各类原子的最简个数比。
知识点02晶胞的有关计算
1.求化学式:
(1)概念:一般地,晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是每个晶胞)中各类原子或离子数目的最简整数比。
(2)计算方法:均摊法
①立方晶胞:每个顶点上的粒子被8个晶胞共用,每个粒子只有(1/8)属于该晶胞;每条棱上的粒子被4个晶胞共用,每个粒子只有(1/4)属于该晶胞;每个面心上的粒子被2个晶胞共用,每个粒子只有(1/2)属于该晶胞;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
②六方晶胞:每个顶点上的粒子被6个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
③三棱晶胞:每个顶点上的粒子被12个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
2.计算晶体密度的方法
(1)思维流程
(2)计算公式:(N为晶胞中的粒子数,M为晶胞化学式的摩尔质量,NA为阿伏加德罗常数,a为晶胞边长)。
(3)常用到的单位换算: 1m=102cm=109nm=1010Å=1012pm。
3.计算晶体中粒子间距离的方法
(1)思维流程
(2)计算方法:微粒间距离的计算常常涉及晶体密度、NA、m、晶体体积等数据,解答这类题目时,一要掌握“均摊法”原理,二要熟悉常见晶体的结构特征,三要明确微粒的位置,结合数学知识,找出所求微粒间的距离与晶胞边长、面对角线或者体对角线的关系。
【拓展培优】
【问题探究】
1.晶体中粒子配位数的判断
(1)最密堆积晶体的配位数均为12。
金属晶体中的两种最密堆积:面心立方最密堆积A1、六方最密堆积A3。
①面心立方最密堆积A1(如图),典型代表Cu、Ag、Au,因周围的原子都与该原子形成金属键,以立方体的面心原子分析,上、中、下层各有4个配位原子,故配位数为12。
②六方最密堆积A3(如图),典型代表Mg、Zn、Ti,因周围的原子都与该原子形成金属键,以六方晶胞的面心原子分析,上、中、下层分别有3、6、3个配位原子,故配位数为12。
③分子晶体中的干冰(如图),以立方体的面心CO2分子分析,上、中、下层各有4个CO2分子,故配位数为12。
(2)体心立方堆积晶体的配位数为8。
①金属晶体中的体心立方堆积A2(如图),典型代表Na、K、Fe,因立方体8个顶点的原子都与体心原子形成金属键,故配位数为8。
②CsCl型离子晶体(如图),CsCl晶体中,每个离子被处在立方体8个顶点带相反电荷的离子包围,Cl-离子和Cs+离子的配位数都为8。或以大立方体的面心Cs+离子分析,上、下层各有4个Cl-离子,配位数为8。
【易错提醒】
每个Cl-(Cs+)离子周围等距且紧邻的Cl-(Cs+)在上下、左右、前后各2个,共6个,这不是真正的配位数。因为是同电性离子。
(3)面心立方堆积晶体的配位数为6。
①NaCl型离子晶体(如图),NaCl晶体中,每个离子被处在正八面体6个顶点带相反电荷的离子包围,Cl-离子和Na+离子的配位数都为6。
【易错提醒】
每个Cl-(Na+)离子周围等距且紧邻的Cl-(Na+)在上、中、下层4个,共12个,这不是真正的配位数。因为是同电性离子。
②金属晶体中的简单立方堆积(如图),PO晶体中,立方体位于1个顶点原子的上下、前后、左右各有2个原子与其形成金属键,配位数为6。
(4)配位数为4的几种晶体。
①ZnS型离子晶体(如图),ZnS晶体中的S2-离子和Zn2+离子排列类似NaCl型,但相互穿插的位置不同,使S2-、Zn2+离子的配位数不是6,而是4。具体可将图示中分为8个小立方体,其中体心有4个S2-离子,每个S2-离子处于Zn2+离子围成的正四面体中心,故S2-离子的配位数是4。以大立方体的面心Zn2+离子分析,上、下层各有2个S2-离子,故Zn2+离子的配位数为4。Zn2+离子的配位数不易观察,亦可利用ZnS的化学式中的离子比为1∶1,推知Zn2+离子的配位数为4。
②金刚石、碳化硅等原子晶体(如图),与ZnS型离子晶体类似情况,配位数均为4。二氧化硅原子晶体中,Si与O原子形成的是硅氧四面体(图示略),Si的配位数为4,而SiO2的原子比为1∶2,故O的配位数是2。
③CaF2型离子晶体(如图),F-和Ca2+离子的配位数分别4和8。具体分析:每个F-离子处于Ca2+离子围成的正四面体中心,故F-离子的配位数是4。以大立方体的面心Ca2+离子分析,上、下层各有4个F-离子,故Ca2+离子的配位数为8。亦可利用CaF2的化学式中的离子比为1∶2,推知Ca2+离子的配位数是8。
④在砷化镓晶胞结构(如图),小黑点为镓原子,其配位数为4,砷化镓原子比为1∶1,故As原子的配位数也是4。
(5)配位数为3的层状晶体。
①石墨(如图),每个碳原子的周围有3个碳原子,故碳原子的配位数为3。
②六方氮化硼(如图),氮原子的周围有3个硼原子,硼原子的周围有3个氮原子,故氮、硼原子的配位数都是3。
(6)链状结构的配位数为2。
硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图所示。Ti、O原子的配位数均为2。
【易错提醒】
由于晶体结构对称性关系,晶体中不可能有11、10、9、7、5的配位数。晶体中最高配位数为12。
2.原子分数坐标参数
(1)定义:以晶胞中的某一个顶点原子为坐标原点,以晶胞参数为单位长度建立的坐标系表示晶胞中各原子的位置。
(2)坐标的确定:任取晶胞内一点投影到三条坐标轴上即可得x,y,z。
(3)特点:晶胞具有无隙并置的特点、具有平移性,使得坐标参数定义域:0≤│x,y,z│<1。
(4)晶胞中不同位置原子分数坐标规律(如图):运用“遇1化0”方法后顶点原子坐标:3个0;面上坐标:1个0;棱上坐标2个0;体内坐标没有0。
①写出顶点的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(0,0,0)(1,0,0)(0,1,0)(1,1,0)(0,0,1)(1,0,1)(0,1,1)(1,1,1)→(0,0,0),顶点坐标就是3个0。
②写出面心的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(1/2,1/2,0)(1/2,1/2,1)(1/2,0,1/2)(1/2,1,1/2)(0,1/2,1/2)(1,1/2,1/2)→(1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2),面心的分数坐标都有1个0。
③写出棱心的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(1/2,0,0)(1/2,1,0)(0,1/2,0)(1,1/2,0)(0,0,1/2)(1,0,1/2)(0,1,1/2)(1,1,1/2)(1/2,0,1)(1/2,1,1)(1,1/2,1/2)(0,1/2,1/2)→(1/2,0,0)(0,1/2,0)(0,0,1/2),棱心的分数坐标都有2个0。
④写出体心的分数坐标, 有什么特点?
(1/2,1/2,1/2), 体心的分数坐标没有0。
【典例1】下列有关晶胞的说法中,正确的是
A.晶胞是晶体中最小的平行六面体
B.晶胞是晶体结构中最小的重复单元
C.晶胞中的粒子都完全属于该晶胞
D.不同晶体中晶胞的大小和形状均相同
【答案】B
【详解】A.大部分晶体是由平行六面体形晶胞无隙并置而成,但不是所有晶体,A错误;
B.晶体结构中的最小重复单元是晶胞,B正确;
C.由于晶胞要无隙并置排列,必然出现相邻晶胞共用粒子的情况,C错误;
D.不同晶体中的晶胞形状可能相同,但晶胞的大小不相同,如果形状和大小均相同,则是同一种晶胞,D错误;
故选B。
【归纳提升1】
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
(变式训练1-1)下列有关物质聚集状态的说法中不正确的是
A.气态物质不一定由分子构成 B.晶胞是晶体结构的最小重复单元
C.晶体一定具有肉眼可见的规则外形 D.液晶态是介于晶态和非晶态之间的状态
【答案】C
【详解】A.气态和液态物质不一定都是由分子构成,如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质,A正确;
B.描述晶体结构的基本单元叫做晶胞,即晶胞是晶体结构中最小的重复单元,B正确;
C.有些晶体的颗粒很小,观察晶体需要借助放大镜,故C错误;
D.液晶既不是晶态也不是非晶态,它是介于晶态和非晶态之间的物质聚集状态,D正确;
本题选C。
(变式训练1-2)下列有关晶体的说法正确的是
A.晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
B.晶胞是晶体中最小的平行六面体
C.晶体与非晶体的本质区别是晶体的衍射图谱有明锐的衍射峰
D.晶体的某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性
【答案】D
【详解】A.晶体中有阳离子不一定有阴离子,如金属晶体中有阳离子和自由电子、没有阴离子,A项错误;
B.晶胞是描述晶体结构的基本单元,大多数是平行六面体,但不是所有晶胞都是平行六面体,B项错误;
C.晶体与非晶体的本质区别是晶体中的粒子在微观空间里呈周期性的有序排列、非晶体中粒子无序排列,C项错误;
D.晶体的许多物理性质,如强度、导热性、光学性质等常常会表现出各向异性,晶体的某些物理性质的各向异性同样反映了晶体内部质点排列的有序性,非晶体不具有物理性质各向异性的特点,D项正确;
答案选D。
【典例2】 X(Zn)与Y(S)所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
(1)在1个晶胞中,X离子的数目为 。
(2)该化合物的化学式为 。
【答案】(1)4
(2)ZnS
【详解】(1)由晶胞结构可知,X(Zn)分别位于晶胞的顶点和面心,根据“均摊法”可计算在1个晶胞中,X离子的数目为:8×+6×=4;
(2)由图可知,Y(S)离子全部在晶胞中,则一个晶胞中含有4个Y(S)离子,一个晶胞中的X(Zn)离子数也为4,所以该化合物的化学式为ZnS。
【归纳提升2】
1.晶体中微粒的排列具有周期性,晶体中最小的结构重复单元称为晶胞,利用“均摊法”可以计算一个晶胞中的粒子数,从而确定晶体的化学式。
2.“均摊法”的基本思想是晶胞中任意位置上的一个粒子被n个晶胞共用,那么每个晶胞对这个原子分得份额就是(1/n)。常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞,以立方晶胞最为常见。
(1)立方晶胞:每个顶点上的粒子被8个晶胞共用,每个粒子只有(1/8)属于该晶胞;每条棱上的粒子被4个晶胞共用,每个粒子只有(1/4)属于该晶胞;每个面心上的粒子被2个晶胞共用,每个粒子只有(1/2)属于该晶胞;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(2)六方晶胞:每个顶点上的粒子被6个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(3)三棱晶胞:每个顶点上的粒子被12个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(变式训练2-1)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。钠的某氧化物晶胞如图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。
由晶胞图判断该氧化物的化学式为: 。
【答案】Na2O
【详解】图中所示,钠离子全部位于晶胞内,则晶胞中有8个钠离子,氧有个,二者个数比为2:1,则该氧化物的化学式为Na2O。
(变式训练2-2)以TiCl4、CaC2、叠氮酸盐作原料可以生成碳氮化钛,其结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构见图)顶点的氮原子,这种碳氮化钛化合物的化学式为 。
【答案】Ti4CN3
【详解】该晶胞中碳原子个数=8×=1,N原子个数=6×=3,Ti原子个数=1+12×=4,所以其化学式为:Ti4CN3。
【典例3】 利用钛粉和碳粉反应可生成硬度接近金刚石的碳化钛,它在刀具制造领域有重要应用。碳化钛晶胞如图所示,其化学式为 。设为阿伏加德罗常数的值,若晶胞边长为a cm,则晶体的密度为 。(写出表达式)
【答案】 TiC
【详解】根据碳化钛晶胞图,是和氯化钠晶胞相似,晶胞中,Ti原子在棱心和体心,个数为,C原子在顶点和面心,个数为,晶胞中原子个数比为4:4=1:1,故化学式为TiC,晶体密度根据计算公式得
【归纳提升3】
三种常见晶胞晶体密度的计算
说明:计算中常出现的问题:①NA个晶胞质量和摩尔质量关系; ②金属原子半径和立方体边长关系;③NA个晶胞体积忘记乘以NA ;④单位关系换算1 nm= 1000 pm=10-9m.
(变式训练3-1)利用钛粉和碳粉反应可生成硬度接近金刚石的碳化钛,它在刀具制造领域有重要应用,碳化钛晶胞如下图所示。
(1)测定碳化钛晶体结构可采用的仪器分析方法为___________。
A.晶体X射线衍射 B.红外光谱 C.紫外-可见光光谱 D.原子吸收光谱
(2)每个晶胞中有 个Ti原子,碳化钛的化学式为 。
(3)若晶胞边长为acm,则晶体的密度为 。(设为阿伏加德罗常数的值,写出表达式)
【答案】(1)A
(2) 4 TiC
(3)
【详解】(1)测定碳化钛晶体结构可采用的仪器分析方法为A.晶体X射线衍射;
(2)根据“均摊法”,晶胞中含个Ti、个C,则碳化钛的化学式为TiC;
(3)结合(2)分析,若晶胞边长为acm,则晶体的密度为。
(变式训练3-2)铝单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞特征如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。
若已知Al的原子半径为d pm,代表阿伏加德罗常数,Al的相对原子质量27,完成以下问题:
(1)Al在周期表中的位置: 。
(2)一个晶胞中Al原子的数目 。
(3)Al晶胞的密度表达式 。
【答案】(1)第三周期第ⅢA族
(2)4
(3)
【详解】(1)Al位于元素周期表第三周期第ⅢA族;
(2)从图乙可以看出,晶胞中的顶角原子由8个晶胞共用,面心原子由两个晶胞共用,每个晶胞中Al原子的数目;
(3)根据题干信息,Al的原子半径为d pm,则晶胞的面对角线长度为4d pm,则晶胞的边长,晶胞的体积为。由第(2)问分析可知,每个晶胞中含有4个Al原子,则每个晶胞的质量为则晶胞密度。
【典例4】 晶胞是长方体,边长,如图所示。下列说法不正确的是
A.一个晶胞中含有8个O原子
B.晶胞中分子的取向不完全相同
C.1号和2号S原子间的核间距为
D.每个原子周围与其等距且紧邻的S原子有4个
【答案】C
【详解】A.由晶胞图可知,分子位于长方体的棱心和体心,1个晶胞中SO2分子个数为=4,含有8个原子,A正确;
B.由图可知晶胞中分子的取向不完全相同,如1和2,B正确;
C.1号和2号S原子间的核间距离为上、下面面对角线的一半,即,C错误;
D.以体心的S原子为例,由于,每个原子周围与其等距且紧邻(距离最小)的原子有4个,D正确;
故答案选C。
【归纳提升4】
微粒间距离的计算常常涉及晶体密度、NA、m、晶体体积等数据,解答这类题目时,一要掌握“均摊法”原理,二要熟悉常见晶体的结构特征,三要明确微粒的位置,结合数学知识,找出所求微粒间的距离与晶胞边长、面对角线或者体对角线的关系。
(变式训练4-1)二氧化铈()氧载体具有良好的储氧放氧能力,可用于甲烷化学链重整,其原理如图所示(设阿伏加德罗常数的值为),下列说法错误的是
A.中
B.晶胞中,Ce的配位数为4
C.晶胞中,O原子处在Ce原子构成的正四面体空隙中
D.若晶体密度为,则Ce、O最短距离为
【答案】B
【详解】A.中的原子个数是,氧原子有7个,则,,A正确;
B.以面心的Ce为例,每个晶胞中有四个O与之配位,1个面心Ce被两个晶胞共有,故Ce的配位数为8,B错误;
C.由题图可知,中O的配位数为4,O原子处在Ce原子构成的正四面体空隙中,C正确;
D.设该晶胞参数是,其密度为:,,体对角线距离为:,最短距离为体对角线的,所以最短距离为,D正确;
故选B。
(变式训练4-2)Nb和O形成的一种化合物的晶胞结构如图所示,晶胞棱长为apm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A.该化合物的化学式为NbO B.该晶体的密度为
C.两个Nb之间的最近距离为 D.晶胞中Nb的配位数为6
【答案】D
【详解】A.根据均摊原则,晶胞中Nb原子数目是、O原子的数目为,A项正确;
B.该晶体的密度为,B项正确;
C.由题图可知,两个Nb之间的最近距离为面对角线长度的一半,面对角线长为,C项正确;
D.由题图可知,与Nb等距紧邻的O有4个,配位数为4,D项错误;
故选D。
【课堂检测】
【基础训练】
1.(24-25高二下·河南商丘·月考)下列图形表示的晶体局部结构中,符合晶胞特点的是
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】晶胞特点是周期性有序无隙并置排列,具有对称性,根据图中信息B、C、D都不满足,只有A满足条件。
故选A。
2.(2025·福建·一模)如图所示,是一种晶体的晶胞,该离子晶体的化学式为
A.ABC B.ABC3 C.AB2C3 D.AB3C3
【答案】B
【详解】该晶胞中A离子位于顶点,个数=8×=1,B离子位于体心,所以该晶胞中只含一个B离子,C离子位于棱心,个数==3,所以该晶体的化学式为:ABC3,故选B。
3.(24-25高二下·天津河北·期末)下列化学用语表述正确的是
A.CH4的球棍模型:
B.NaCl晶体的晶胞:
C.丁二烯的键线式:
D.基态Cr原子的价层电子轨道表示式:
【答案】D
【详解】
A.该模型为CH4的空间充填模型而非球棍模型,其球棍模型为,A错误;
B.晶胞要求是“无隙并置”,B选项给出的立方体平移一个单位后,顶点并不能重叠,所以不是NaCl的晶胞,B错误;
C.丁二烯的键线式为,C错误;
D.Cr是第24号元素,价电子排布式为3d54s1,其价层电子轨道表示式:,D正确;
故选D。
4.(24-25高二下·福建三明·期中)氮化碳是新发现的高硬度材料,其部分结构如下图所示。下列有关其说法不正确的是
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的硬度比金刚石大
C.氮化碳中C原子与N原子的个数比为
D.氮化碳中C原子和N原子的最外层满足8电子稳定结构
【答案】C
【详解】A.氮化碳是超硬新材料,符合共价晶体的典型物理性质,故A正确;
B.N原子半径小于C,C-N键长比金刚石中C-C键短,键能更大,氮化碳的硬度大于金刚石,故B正确;
C.晶体结构图中虚线部分是晶体的基本结构单元,正方形顶点的C原子被4个正方形所共有,边上的C原子被2个正方形所共有,故实际含有的C原子数为,N原子数为4,氮化碳中C原子与N原子的个数比为3:4,故C错误;
D.由图可知C与周围4个N形成单键,N与周围3个C形成单键,每个原子都满足8电子稳定结构,故D正确;
故选C。
5.(2025·陕西·二模)NiO是一种极有前景的功能材料,已被广泛应用于冶金、化工及电子工业等领域。其晶胞结构(与NaCl相同)如图所示。按面对角线对晶胞进行垂直切割,得到的截面图是
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】该晶胞为立方晶胞,若按面对角线对晶胞进行垂直切割,所得的截面图为长方形,Ni2+在晶胞中位于棱心和体心,则在截面图中,截面图的中心为Ni2+,故选D。
6.(2025·黑龙江吉林·一模)向溶液中滴入混合液,得到晶体M,其每个晶胞由两个小立方体构成,中N位于小立方体的体心,小立方体的边长为,晶胞结构如图。下列说法错误的是
A.在元素周期表第六周期ⅡB族 B.该晶体类型为离子晶体
C.中,距离为 D.1个晶胞中含有的质量为
【答案】D
【详解】A.为80号元素,在元素周期表第六周期ⅡB族,A正确;
B.该晶体中存在离子键,属于离子晶体,B正确;
C.中N位于小立方体的体心,小立方体的边长为,则中,距离为小立方体的边长的二分之一:,C正确;
D.1个晶胞中含有个数为,其质量应为,D错误;
故选D。
7.(24-25高二下·湖北恩施·期末)非金属单质在氩气气氛下冷却到52K以下,得到一种无色透明晶体,其晶胞结构如图所示,每个小球均代表一个X分子。已知晶胞参数,密度。
下列叙述错误的是
A.该晶体是分子晶体 B.每个晶胞含有X分子8个
C.可推测的分子式是 D.与体心的X分子最近的分子有12个
【答案】C
【详解】A.根据晶胞结构,每个小球均代表一个X分子,则该晶体是分子晶体,A正确;
B.根据均摊法,每个晶胞含有X分子为个,B正确;
C.根据公式,则M=37.9,的相对分子质量为28,可推测的分子式不是,C错误;
D.与体心的X分子最近的分子为6个面上的X分子,共12个,D正确;
故选C。
8.(24-25高二下·云南保山·期末)立方晶胞如图所示,晶胞参数为apm,下列有关该晶体的叙述不正确的是
A.该晶胞中和的最近距离为pm
B.位于构成的立方体的体心
C.每个硒离子周围距离相等且最近的硒离子有6个
D.原子1的分数坐标为,则原子2的分数坐标为
【答案】C
【分析】灰色原子个数:;黑色原子全部位于晶胞内,个数是个。所以黑色原子是钠,灰色原子是硒。
【详解】A.晶胞参数为apm,面对角线的两个硒原子距离为,体对角线的两个硒原子距离则为,体对角线上的和是最近距离,为其体对角线的,所以距离为,A正确;
B.6个面心上的硒原子构成一个八面体,8个位于构成的立方体的体心,B正确;
C.在面心立方堆积中,每个最近且等距的数为,C错误;
D.根据体对角线的两个硒原子距离则为,体对角线上的和,原子2与原子1的距离为其体对角线的,则原子2的分数坐标为,D正确;
故选C。
9.(24-25高二下·浙江台州·期末)下面是一种由N、H、F三种元素形成的晶胞。立方体的棱长为a nm,与之间形成了氢键。下列说法不正确的是
A.该化合物的化学式为 B.氢键键长为
C.1mol该物质中有个氢键 D.该晶体的密度为
【答案】B
【详解】A.根据“均摊法”,晶胞中含个、1个,则该化合物的化学式为,A正确;
B.由图,氢键键长不是面对角线的二分之一,B错误;
C.由图,晶胞中含4个氢键,则1mol该物质中有个氢键,C正确;
D.结合A分析,晶体密度为,D正确;
故选B。
10.(24-25高二下·福建莆田·期中)生产条件不同导致生成铁单质的晶体结构不同,两种铁晶体晶胞如下,下列说法不正确的是
A.用X射线衍射可测定图1与图2的结构
B.图1与图2均为立方体,边长相同,但密度不同
C.图1与图2代表的晶体中均含金属键
D.图1与图2代表的晶体中配位数不同
【答案】B
【详解】A.判断晶体和非晶体最可靠的科学方法是X射线衍射法,用X射线衍射可测定铁单质的晶体结构,A正确;
B.图1与图2的边长不同,体积不同,图1晶胞中铁原子个数为,图2晶胞中铁原子个数为,密度也不同,B错误;
C.金属晶体中,相邻的金属原子之间存在金属键,C正确;
D.图1为体心立方堆积,配位数为8,图2为面心立方最密堆积,配位数为12,图1与图2代表的晶体中配位数不同,D正确;
故选B。
11.(24-25高二下·辽宁大连·期中)化合物K是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料,其晶胞结构如图所示,阿伏加德罗常数为。Cu的半径为pnm、In的半径为qnm、S的半径为rnm。下列说法错误的是
A.K的化学式为
B.距离In最近S的个数为4个
C.A原子到B原子的距离为
D.晶体的空间占有率为
【答案】D
【详解】A.利用均摊法计算晶胞中原子个数:Cu原子:位于顶点(8个)、面心(4个)和体心(1个),根据均摊法,顶点原子对晶胞贡献,面心原子对晶胞贡献,体心原子对晶胞贡献1,则Cu原子个数N(Cu)=8×+4×+1 = 4;In原子:位于体内,个数为4;S原子:位于体内,个数为8。所以Cu、In、S原子个数比为4:4:8 = 1:1:2,化合物K的化学式为,A正确;
B.以In原子为研究对象,In原子周围距离最近的S原子个数为4个,B正确;
C.将晶胞底面左下角设为原点,底面两条边分别为x、y轴,晶胞高为z轴。A原子到B原子在x方向上的距离分量为x,在y方向上的距离分量为,根据空间两点间距离公式d=,在此处z方向距离分量为0,则A原子到B原子的距离为,C正确;
D.一个晶胞中含有4个Cu、4个In、8个S,原子总体积V原子=,晶胞体积V晶胞=x2y nm3;则晶体的空间占有率为,D错误;
故选D。
12.某物质的晶胞中含A、B、C三种元素,其排列方式如图所示(其中前后两面面心上的B原子没有画出),晶胞中A、B、C的原子个数比为 。
【答案】
【详解】根据均摊法,A位于顶点,个数为8×=1;B位于面心,个数为6×=3;C位于体心,个数为1,A、B、C三种原子的个数比为1∶3∶1。
13.(25-26高二·全国·假期作业)某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心,阴离子位于晶胞的8个顶点上,则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为 。
【答案】
【详解】阴离子位于晶胞的8个顶点,根据均摊法,阴离子个数为;阳离子位于晶胞的中心,个数为1,故阴、阳离子的个数比为。
14.结合课本金属镁晶胞,计算镁晶胞中包含的微粒数 。
【答案】2
【解析】略
15.(25-26高二上·上海杨浦·月考)白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图:
(1)灰锡中每个Sn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v1 nm3和v2 nm3,则白锡和灰锡晶体的密度之比是_______。
A. B. C. D.
【答案】(1)4
(2)C
【详解】(1)灰锡具有立方金刚石结构,金刚石中每个碳原子以单键与其他4个碳原子相连,此5碳原子在空间构成正四面体,且该碳原子在正四面体的体心,所以灰锡中每个Sn原子周围与它最近且距离相等的Sn原子有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,故选C。
【能力提升】
1.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图甲,沿z轴投影如图乙。已知晶胞参数为a nm, O点原子分数坐标为(0,0,0)。下列说法正确的是
A.晶胞中Se原子的配位数为8 B.晶胞中Q点原子分数坐标为(,,)
C.晶体密度ρ=g∙cm−3 D.Zn和Se的最短距离为a nm
【答案】D
【详解】A.根据均摊法,晶胞中Zn的个数为4,Se的个数为4,与Zn距离最近的Se原子的个数为4,与Se距离最近的Zn原子的个数为4,则晶胞中Se原子的配位数为4,故A错误;
B.将晶胞均分为8个小立方体,O的分数坐标为(0,0,0),原子Q应在上层四个小立方体的右前面一个小立方体的体心,Q的分数坐标为,B错误;
C.晶体密度,C错误;
D.图中相邻的Zn与Se之间的距离为体对角线的,体对角线为,则相邻的Se和Zn之间的距离为,D正确;
故答案选D。
2.(25-26高二上·吉林长春·期末)半导体材料硒化锌的立方晶胞如图所示。测得晶胞中,面心上硒与顶点硒之间距离为a nm,代表阿伏加德罗常数的值。以晶胞参数为单位长度建立坐标系,在晶胞坐标系中,A点硒原子坐标为,B点锌原子坐标为。下列说法错误的是(Zn的相对原子质量取65,Se的相对原子质量取79)
A.该半导体材料中锌原子与硒原子个数比为1:1
B.晶胞中与Se等距离且距离最近的Se原子有12个
C.硒化锌晶体密度为
D.C的原子坐标参数为
【答案】D
【详解】A.根据均摊法可知,该半导体材料中有锌原子4个,硒原子个,个数比为1:1,A正确;
B.晶胞中与Se等距离且距离最近的Se即顶点的Se与面心Se原子一共有12个,B正确;
C.硒化锌晶体密度为,C正确;
D.由于B点锌原子坐标为,C的原子坐标参数为, D错误;
答案选D。
3.(24-25高二下·江西吉安·期末)超高硬度生物材料Ti3Au合金是理想的人工髋关节和膝关节材料,其晶体有α-Ti3Au(图甲)、β-Ti3Au(图乙)两种结构,如下图所示。下列说法正确的是
A.图甲中,Au原子距离最近且等距的Ti原子有6个
B.图乙中,若M的坐标为(m,1/2,1),则N的坐标为(1,m,1/2)
C.图乙中Ti原子位于Au原子组成的四面体空隙中
D.图乙中,晶胞边长为dnm,晶体的密度为
【答案】C
【详解】A.图甲中,Au原子距离最近且等距的Ti原子有12个,A错误;
B.图乙中,若M的坐标为(m,1/2,1),则N的坐标为(1,1-m,1/2),B错误;
C.图乙中,Au原子形成体心立方堆积,晶胞每个面分成4个小正方形,每个小正方形中有一个四面体空隙,根据晶胞图,Ti原子位于Au原子构成的四面体空隙中,C正确;
D.,晶体的密度为,D错误;
故答案选C。
4.(24-25高二下·广西桂林·期末)已知几种物质的结构或晶胞如下图所示,下列说法正确的是
A.在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1:4
B.E和F形成的气态团簇分子的分子式为EF或FE
C.在NaCl晶体中,距离最近的形成正六面体形
D.在晶体中,与距离最近且紧邻的共有12个
【答案】D
【详解】A.在金刚石晶体中,每个C原子形成4个C-C键,每个C-C键只有一半属于该C原子,碳原子与碳碳键个数的比为1:2,A错误;
B.气态团簇分子所有的原子均属于该分子,由图可知一个团簇分子中含有4个E和4个F,分子式为:E4F4,B错误;
C.在NaCl晶体中,距离最近的有6个,形成正八面体形,C错误;
D.由图中上顶面面心的K+及周围距离最近的K+位置(同层4个、上层4个、下层4个)可看出,在晶胞中与K+距离最近的K+有12个,D正确;
故选D。
5.(24-25高二下·湖南郴州·期末)砷化镓的立方晶胞结构如图I,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料,其结构如图II所示。下列说法错误的是
A.砷化镓晶胞中As的配位数是4
B.稀磁性半导体材料中,、的原子个数比为5:32
C.若图I中A原子的坐标为,则B原子的坐标为
D.若GaAs晶体的晶胞棱长为a nm,则晶体的密度为
【答案】D
【详解】A.在图I中的砷化镓晶胞中,一个As原子(黑球)周围离其等距离且最近的Ga原子(白球)有4个,所以As的配位数是4,A正确;
B.根据均摊法,稀磁性半导体材料中,原子的个数为,原子的个数为4,则二者原子个数比为5:32,B正确;
C.若图I中A原子的坐标为,根据晶胞结构知,B原子位于晶胞体对角线的处,再结合几何知识知,B原子的坐标为,C正确;
D.一个砷化镓晶胞中含Ga原子:个,含As原子为4个,晶胞的质量为,则晶体密度为,D错误;
故选D。
6.(25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末)砷(As)和镍(Ni)形成某种晶体的晶胞结构如下图所示,距离As最近的Ni构成正三棱柱,为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是
A.该晶体的化学式为NiAs
B.晶体中Ni的配位数为6
C.(ⅰ)和(ⅱ)两个Ni之间的距离为
D.晶胞密度为
【答案】C
【详解】A.一个晶胞中Ni个数为=2,As位于内部,有2个,则该晶体的化学式为NiAs,故A正确;
B.距离As最近的Ni构成正三棱柱,结合图示可知,As的配位数为6,又Ni、As配位数比为1:1,则Ni的配位数为6,故B正确;
C.如图可知,该三棱柱底面为正三角形,晶胞底面夹角为60°和120°,(i)和(ii)两个Ni之间的距离为底边对角线长度,根据几何关系,(i)和(ii)两个Ni之间的距离为,故C错误;
D.一个晶胞中Ni个数为=2,As有2个,则晶胞质量为,晶胞体积为,则晶胞密度为,故D正确;
故答案为C。
7.(25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末)我国人造金刚石产量居世界首位。以石墨或甲烷为原料可制备金刚石。石墨和金刚石的晶胞如图,下列叙述不正确的是
A.金刚石每个晶胞平均含碳原子数为8 B.石墨晶体中层间没有化学键相连
C.石墨晶体中C原子杂化方式为sp2 D.石墨、金刚石互为同素异形体,硬度接近
【答案】D
【详解】A.由题干信息可知,金刚石晶胞中碳原子位于8个顶点、6个面心和4个体内,则金刚石每个晶胞平均含碳原子数为=8,A正确;
B.由图可知,石墨晶体层与层间的距离为335pm,层内C—C键的键长为142pm,可知层与层之间是分子间作用力,不存在化学键,B正确;
C.由图可知,石墨晶体中C原子周围的价层电子对数为3,则其杂化方式为sp2,C正确;
D.石墨、金刚石均为碳元素形成的两种单质,互为同素异形体,二者硬度相差很大,金刚石的硬度很大,而石墨的硬度很小,D错误;
故答案为:D。
8.(25-26高二上·重庆·期末)立方氮化硼是一种用于航空航天的热绝缘体纳米材料,与金刚石结构相似,其晶胞结构如图,晶胞棱长为anm。下列说法错误的是
A.立方氮化硼具有熔点高、硬度大的特点
B.该晶胞中B和N的配位数均为4
C.B和N的最近距离为anm
D.固体储氢材料氮硼烷(NH3BH3)中,B原子的杂化轨道类型为sp2
【答案】D
【详解】A.立方氮化硼与金刚石结构相似,均为共价晶体,原子间通过共价键结合,共价键键能大,因此具有熔点高、硬度大的特点,故A正确;
B.金刚石中每个碳原子配位数为4,立方氮化硼结构相似,B和N交替排列,故B和N的配位数均为4,故B正确;
C.晶胞棱长为a nm,体对角线长为a nm,B和N的最近距离为体对角线的,即 a nm,故C正确;
D.NH3BH3中B原子与3个H、1个N形成4个σ键(含1个配位键),价层电子对数为4,杂化轨道类型为sp3,故D错误;
故答案为D。
9.(25-26高二上·吉林·期末)铁镁合金是一种新型储氢材料,其立方晶胞结构如图所示。该合金储氢后H2位于晶胞的体心和棱心位置(晶胞图中未画出),晶胞参数为bpm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.铁原子和铁原子之间的最短距离为
B.该晶体的密度为
C.当储氢率为50%时,晶体的化学式为Mg2FeH
D.熔化该晶体需要破坏极性共价键
【答案】C
【详解】A.由晶胞结构可知,晶胞中Fe与Fe的最短距离为晶胞面对角线的一半,即,A错误;
B.该晶胞中铁原子个数为个,8个Mg位于晶胞内部为8个,则晶胞密度,B错误;
C.该合金储氢后位于晶胞的体心和棱心位置,则个数为,当储氢率为50%时即只有2个,4个Fe,8个Mg,化学式为,C正确;
D.铁镁合金属于金属晶体,只含金属键,则熔融该合金的过程中需要破坏金属键,D错误;
故选C。
10.(25-26高二上·吉林·期末)(CH3NH3)PbI3具有较高的光电转换效率,在太阳能电池领域具有重要的应用价值。(CH3NH3)PbI3的立方晶格结构如图所示,其中B代表Pb2+,下列说法错误的是
A.晶胞中A的坐标参数为(0,0,0),则B点的坐标参数为
B.晶胞中Pb2+填充在由阴离子I-构成的正八面体空隙里
C.中存在配位键
D.甲基的供电子能力强于氢原子,则接受质子能力:CH3NH2>(CH3)2NH
【答案】D
【详解】A.晶胞中A的坐标参数为(0,0,0),B点位于晶胞体心位置,则B点的坐标参数为,A正确;
B.晶胞中(B)的位置处于周围阴离子构成的正八面体空隙中(正八面体空隙由6个等距的原子/离子围成,体心位置恰好符合),B正确;
C.的结构为,其中N提供孤电子对,H+提供空轨道,可形成配位键,C正确;
D.甲基的供电子能力强于氢原子,中含有两个甲基,接受质子能力较强,则接受质子能力:,D错误;
故答案选D。
11.(25-26高二上·辽宁沈阳·期末)砷化镓是一种立方晶系如图甲所示,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁半导体材料如图乙所示,砷化镓的晶体密度为。下列说法错误的是
A.甲图中距离Ga原子最近的As原子个数是4
B.掺入Mn的晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为5:26:32
C.沿体对角线ab方向投影图如丙,若c在11处,则As的位置为7、9、11、13
D.该晶体中距离最近的两个镓原子之间的距离为
【答案】B
【详解】A.由图甲可知,Ga位于面心和顶角上,砷位于体内,砷和镓的配位数均为4,即距离Ga原子最近的As原子个数是4,A正确;
B.掺入Mn的晶体(图乙)中Ga有7个位于顶点,5个位于面心,个数为:;As有4个位于体内,Mn有1个位于顶点,1个位于面心,个数为:;Mn、Ga、As的原子个数比为,B错误;
C.由砷化镓晶胞结构可知,c位于侧面的面心,沿体对角线a→b方向投影图如丙,沿体对角线投影时,立方晶系的四面体空隙(As 的位置)会投影到图丙的六边形的对称位置(7、9、11、13),与 c(11 处)的位置对应,C正确;
D.由晶胞结构可知,晶胞中含4个Ga和4个As,晶胞中含4个GaAs,设晶胞参数为x pm,,则,距离最近的两个镓原子之间的距离为面对角线的一半,即,D正确;
故选B。
12.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末)硅酸盐阴离子以硅氧四面体作为基本结构单元,如图甲。每个硅氧四面体以3个顶角O原子分别连接相邻的3个硅氧四面体,形成类似于石墨的层状结构,其结构片段如图乙。则该硅酸盐阴离子中Si原子与O原子的数目之比为
A.1∶2 B.1∶3 C.1∶4 D.2∶5
【答案】D
【详解】由图可以看出,每个四面体中,有3个顶角O原子被2个四面体单元共用,1个O原子未被共用。根据均摊原则,一个四面体单元中包含的Si原子个数为1,包含O原子个数为,则Si原子与O原子的数目比为1∶2.5=2∶5;
故答案选D。
13.(25-26高二上·湖南湘西·阶段练习)硒化铟类晶体,具有优良的塑性和电学性能,一种Cu掺杂晶体的结构如图,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法不正确的是
A.晶体密度: g/cm3
B.Cu周围最近且等距的In个数:8
C.Se与Se最短的距离:
D.Se在元素周期表中的位置:第四周期,第ⅥA族
【答案】C
【详解】A.由均摊法可知,该结构中含Cu原子数为,含In原子个数为,含Se原子个数为8,则晶体密度为,A正确;
B.根据晶体结构图可知,以位于体心的Cu原子为例,离Cu周围最近且等距的In个数为8,B正确;
C.由图可知,Se与Se最短的距离为下底面对角线长的一半,即,C错误;
D.Se为34号元素,电子层数为4,最外层电子数为6,则Se在元素周期表中的位置为:第四周期,第ⅥA族,D正确;
故选C。
14.(24-25高二下·河北秦皇岛·期中)由La、Ba、Co、O元素组成的新型双钙钛矿型阴极材料成为低温固体氧化物燃料电池领域的一大研究热点。一种双钙钛矿型阴极材料晶体的典型结构单元(正方体)如图所示,真实的晶体中存在5%的O原子缺陷,从而让在其中传导。为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A.该化合物的化学式为
B.晶体中与La最近且等距的Ba有6个
C.粒子A、B之间的距离为 pm
D.该晶体的密度为
【答案】D
【详解】A.计算晶胞中各原子数目:La和Ba各4个顶点(4×=0.5),Co为体心(1×1=1),完美晶体中O原子数为 6×=3,5%缺陷后O=3×0.95=2.85,化学式为LaBaCo2O5.7,A正确;
B.以La原子(顶点)为中心,在三维空间中上下、左右、前后六个方向各有1个最近且等距的Ba原子,共6个,B正确;
C.A为顶点Ba(坐标(0,0,0)),B为面心O(坐标(a, , )),距离== pm,C正确;
D.晶胞中含0.5个LaBaCo2O5.7单元,摩尔质量=139+137+2×59+5.7×16=485.2 g/mol,密度ρ==g/cm3≠,D错误;
故选D。
15.(25-26高二上·上海·月考)如图是自然界中一种常见矿物的晶胞结构,该物质的化学式可表示为 ,若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为 pm。
【答案】 XY2 a
【详解】根据晶胞结构,X离子分布在晶胞的顶点和面心上,则1个晶胞中浅色X离子共有=4个, Y离子分布在晶胞内部,则1个晶胞中共有8个Y离子,因此该晶胞的化学式应为XY2,将晶胞分成8个相等的小正方体,Y离子位于晶胞中8个小立方体中互不相邻的8个小立方体的体心,小立方体边长为a,体对角线为a,X与Y之间距离就是小晶胞体对角线的一半,因此晶体中正负离子的核间距的最小的距离为a pm。
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第3章 晶体结构与性质
第1节 物质的聚集状态与晶体的常识
思维导图
用图表整理章节逻辑,帮助建立系统化认知。
课程学习目标
掌握本节核心知识,为后续学习打好基础。
新知学习
通过预习内容初步理解新知识,培养独立思考能力。
拓展培优
结合例题解析高频考点,掌握易错点,提升能力。
课堂检测
基础训练:确保核心知识掌握,建立信心。
能力提升:提升应用能力,提升综合能力。
知识思维导图
第2课时 晶胞及其计算
课程学习目标
1.认识简单的晶胞,通过典型晶胞的学习,类推其他晶胞的分析方法
2.学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法),能根据晶胞的结构确定微粒个数和化学式。
3.初步学习晶体密度计算的方法
【新知学习】
知识点01晶胞
1.晶胞的概念:晶胞是描述晶体结构的 ,晶胞是晶体中 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 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.晶胞的结构
(1)晶胞的外形:常规的晶胞都是平行六面体。晶胞是 个顶角相同、三套各 根平行棱分别相同、 套各 个平行面分别相同的最小平行六面体,即8个 、六个 、 条棱。
(2)立方晶胞中微粒数的计算方法如下:晶胞中任意位置上的一个原子如果是被 个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是 。
对于立方晶胞而言,每个晶胞实际含有的微粒数=顶点微粒数× +棱上微粒数× +面上微粒数×
+体内微粒数× 。
(3)非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
三棱柱
六棱柱
平面型
石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占
(4)有关上述的计算必须明确:由晶胞构成的晶体,其化学式不是表示一个晶胞中含有多少个某原子,而是表示每个晶胞中平均含有各类原子的 。
知识点02晶胞的有关计算
1.求化学式:
(1)概念:一般地,晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是每个晶胞)中各类原子或离子数目的 。
(2)计算方法:均摊法
①立方晶胞:每个顶点上的粒子被 晶胞共用,每个粒子只有( )属于该晶胞;每条棱上的粒子被 个晶胞共用,每个粒子只有( )属于该晶胞;每个面心上的粒子被 个晶胞共用,每个粒子只有( )属于该晶胞;晶胞内的粒子 属于该晶胞。
②六方晶胞:每个顶点上的粒子被 个晶胞共用;每条横棱上的粒子被 个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被 个晶胞共用;每个面心上的粒子被 个晶胞共用;晶胞内的粒子 属于该晶胞。
③三棱晶胞:每个顶点上的粒子被 个晶胞共用;每条横棱上的粒子被 个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被 个晶胞共用;每个面心上的粒子被 个晶胞共用;晶胞内的粒子 属于该晶胞。
2.计算晶体密度的方法
(1)思维流程
(2)计算公式:(N为晶胞中的粒子数,M为晶胞化学式的摩尔质量,NA为阿伏加德罗常数,a为晶胞边长)。
(3)常用到的单位换算: 1m=102cm=109nm=1010Å=1012pm。
3.计算晶体中粒子间距离的方法
(1)思维流程
(2)计算方法:微粒间距离的计算常常涉及晶体密度、NA、m、晶体体积等数据,解答这类题目时,一要掌握“均摊法”原理,二要熟悉常见晶体的结构特征,三要明确微粒的位置,结合数学知识,找出所求微粒间的距离与晶胞边长、面对角线或者体对角线的关系。
【拓展培优】
【问题探究】
1.晶体中粒子配位数的判断
(1)最密堆积晶体的配位数均为 。
金属晶体中的两种最密堆积:面心立方最密堆积A1、六方最密堆积A3。
①面心立方最密堆积A1(如图),典型代表Cu、Ag、Au,因周围的原子都与该原子形成金属键,以立方体的面心原子分析,上、中、下层各有4个配位原子,故配位数为 。
②六方最密堆积A3(如图),典型代表Mg、Zn、Ti,因周围的原子都与该原子形成金属键,以六方晶胞的面心原子分析,上、中、下层分别有3、6、3个配位原子,故配位数为 。
③分子晶体中的干冰(如图),以立方体的面心CO2分子分析,上、中、下层各有4个CO2分子,故配位数为 。
(2)体心立方堆积晶体的配位数为 。
①金属晶体中的体心立方堆积A2(如图),典型代表Na、K、Fe,因立方体8个顶点的原子都与体心原子形成金属键,故配位数为 。
②CsCl型离子晶体(如图),CsCl晶体中,每个离子被处在立方体8个顶点带相反电荷的离子包围,Cl-离子和Cs+离子的配位数都为 。或以大立方体的面心Cs+离子分析,上、下层各有4个Cl-离子,配位数为 。
【易错提醒】
每个Cl-(Cs+)离子周围等距且紧邻的Cl-(Cs+)在上下、左右、前后各2个,共6个,这不是真正的配位数。因为是同电性离子。
(3)面心立方堆积晶体的配位数为 。
①NaCl型离子晶体(如图),NaCl晶体中,每个离子被处在正八面体6个顶点带相反电荷的离子包围,Cl-离子和Na+离子的配位数都为 。
【易错提醒】
每个Cl-(Na+)离子周围等距且紧邻的Cl-(Na+)在上、中、下层4个,共12个,这不是真正的配位数。因为是同电性离子。
②金属晶体中的简单立方堆积(如图),PO晶体中,立方体位于1个顶点原子的上下、前后、左右各有2个原子与其形成金属键,配位数为 。
(4)配位数为4的几种晶体。
①ZnS型离子晶体(如图),ZnS晶体中的S2-离子和Zn2+离子排列类似NaCl型,但相互穿插的位置不同,使S2-、Zn2+离子的配位数不是6,而是4。具体可将图示中分为8个小立方体,其中体心有4个S2-离子,每个S2-离子处于Zn2+离子围成的正四面体中心,故S2-离子的配位数是 。以大立方体的面心Zn2+离子分析,上、下层各有2个S2-离子,故Zn2+离子的配位数为 。Zn2+离子的配位数不易观察,亦可利用ZnS的化学式中的离子比为1∶1,推知Zn2+离子的配位数为 。
②金刚石、碳化硅等原子晶体(如图),与ZnS型离子晶体类似情况,配位数均为 。二氧化硅原子晶体中,Si与O原子形成的是硅氧四面体(图示略),Si的配位数为 ,而SiO2的原子比为1∶2,故O的配位数是 。
③CaF2型离子晶体(如图),F-和Ca2+离子的配位数分别 和 。具体分析:每个F-离子处于Ca2+离子围成的正四面体中心,故F-离子的配位数是 。以大立方体的面心Ca2+离子分析,上、下层各有4个F-离子,故Ca2+离子的配位数为8。亦可利用CaF2的化学式中的离子比为1∶2,推知Ca2+离子的配位数是 。
④在砷化镓晶胞结构(如图),小黑点为镓原子,其配位数为 ,砷化镓原子比为1∶1,故As原子的配位数也是 。
(5)配位数为3的层状晶体。
①石墨(如图),每个碳原子的周围有 个碳原子,故碳原子的配位数为 。
②六方氮化硼(如图),氮原子的周围有 个硼原子,硼原子的周围有 个氮原子,故氮、硼原子的配位数都是 。
(6)链状结构的配位数为2。
硫酸氧钛晶体中阳离子为链状聚合形式的离子,结构如图所示。Ti、O原子的配位数均为 。
【易错提醒】
由于晶体结构对称性关系,晶体中不可能有11、10、9、7、5的配位数。晶体中最高配位数为12。
2.原子分数坐标参数
(1)定义:以晶胞中的某一个顶点原子为坐标原点,以晶胞参数为单位长度建立的坐标系表示晶胞中各原子的位置。
(2)坐标的确定:任取晶胞内一点 到三条坐标轴上即可得x,y,z。
(3)特点:晶胞具有无隙并置的特点、具有平移性,使得坐标参数定义域: 。
(4)晶胞中不同位置原子分数坐标规律(如图):运用“遇1化0”方法后顶点原子坐标:3个0;面上坐标:1个0;棱上坐标2个0;体内坐标没有0。
①写出顶点的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(0,0,0)(1,0,0)(0,1,0)(1,1,0)(0,0,1)(1,0,1)(0,1,1)(1,1,1)→(0,0,0),顶点坐标就是3个0。
②写出面心的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(1/2,1/2,0)(1/2,1/2,1)(1/2,0,1/2)(1/2,1,1/2)(0,1/2,1/2)(1,1/2,1/2)→(1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2),面心的分数坐标都有1个0。
③写出棱心的分数坐标, 按照“遇1化0”原则,转化后坐标有什么特点?
(1/2,0,0)(1/2,1,0)(0,1/2,0)(1,1/2,0)(0,0,1/2)(1,0,1/2)(0,1,1/2)(1,1,1/2)(1/2,0,1)(1/2,1,1)(1,1/2,1/2)(0,1/2,1/2)→(1/2,0,0)(0,1/2,0)(0,0,1/2),棱心的分数坐标都有2个0。
④写出体心的分数坐标, 有什么特点?
(1/2,1/2,1/2), 体心的分数坐标没有0。
【典例1】下列有关晶胞的说法中,正确的是
A.晶胞是晶体中最小的平行六面体
B.晶胞是晶体结构中最小的重复单元
C.晶胞中的粒子都完全属于该晶胞
D.不同晶体中晶胞的大小和形状均相同
【归纳提升1】
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
(变式训练1-1)下列有关物质聚集状态的说法中不正确的是
A.气态物质不一定由分子构成 B.晶胞是晶体结构的最小重复单元
C.晶体一定具有肉眼可见的规则外形 D.液晶态是介于晶态和非晶态之间的状态
(变式训练1-2)下列有关晶体的说法正确的是
A.晶体中只要有阳离子就一定有阴离子
B.晶胞是晶体中最小的平行六面体
C.晶体与非晶体的本质区别是晶体的衍射图谱有明锐的衍射峰
D.晶体的某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性
【典例2】 X(Zn)与Y(S)所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
(1)在1个晶胞中,X离子的数目为 。
(2)该化合物的化学式为 。
【归纳提升2】
1.晶体中微粒的排列具有周期性,晶体中最小的结构重复单元称为晶胞,利用“均摊法”可以计算一个晶胞中的粒子数,从而确定晶体的化学式。
2.“均摊法”的基本思想是晶胞中任意位置上的一个粒子被n个晶胞共用,那么每个晶胞对这个原子分得份额就是(1/n)。常见考题里涉及的晶胞有立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞,以立方晶胞最为常见。
(1)立方晶胞:每个顶点上的粒子被8个晶胞共用,每个粒子只有(1/8)属于该晶胞;每条棱上的粒子被4个晶胞共用,每个粒子只有(1/4)属于该晶胞;每个面心上的粒子被2个晶胞共用,每个粒子只有(1/2)属于该晶胞;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(2)六方晶胞:每个顶点上的粒子被6个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被3个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(3)三棱晶胞:每个顶点上的粒子被12个晶胞共用;每条横棱上的粒子被4个晶胞共用;每条纵棱上的粒子被6个晶胞共用;每个面心上的粒子被2个晶胞共用;晶胞内的粒子完全属于该晶胞。
(变式训练2-1)金属钠及其化合物在人类生产生活中起着重要作用。钠的某氧化物晶胞如图,图中所示钠离子全部位于晶胞内。
由晶胞图判断该氧化物的化学式为: 。
(变式训练2-2)以TiCl4、CaC2、叠氮酸盐作原料可以生成碳氮化钛,其结构是用碳原子取代氮化钛晶胞(结构见图)顶点的氮原子,这种碳氮化钛化合物的化学式为 。
【典例3】 利用钛粉和碳粉反应可生成硬度接近金刚石的碳化钛,它在刀具制造领域有重要应用。碳化钛晶胞如图所示,其化学式为 。设为阿伏加德罗常数的值,若晶胞边长为a cm,则晶体的密度为 。(写出表达式)
【详解】根据碳化钛晶胞图,是和氯化钠晶胞相似,晶胞中,Ti原子在棱心和体心,个数为,C原子在顶点和面心,个数为,晶胞中原子个数比为4:4=1:1,故化学式为TiC,晶体密度根据计算公式得
【归纳提升3】
三种常见晶胞晶体密度的计算
说明:计算中常出现的问题:①NA个晶胞质量和摩尔质量关系; ②金属原子半径和立方体边长关系;③NA个晶胞体积忘记乘以NA ;④单位关系换算1 nm= 1000 pm=10-9m.
(变式训练3-1)利用钛粉和碳粉反应可生成硬度接近金刚石的碳化钛,它在刀具制造领域有重要应用,碳化钛晶胞如下图所示。
(1)测定碳化钛晶体结构可采用的仪器分析方法为___________。
A.晶体X射线衍射 B.红外光谱 C.紫外-可见光光谱 D.原子吸收光谱
(2)每个晶胞中有 个Ti原子,碳化钛的化学式为 。
(3)若晶胞边长为acm,则晶体的密度为 。(设为阿伏加德罗常数的值,写出表达式)
(变式训练3-2)铝单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞特征如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。
若已知Al的原子半径为d pm,代表阿伏加德罗常数,Al的相对原子质量27,完成以下问题:
(1)Al在周期表中的位置: 。
(2)一个晶胞中Al原子的数目 。
(3)Al晶胞的密度表达式 。
【典例4】 晶胞是长方体,边长,如图所示。下列说法不正确的是
A.一个晶胞中含有8个O原子
B.晶胞中分子的取向不完全相同
C.1号和2号S原子间的核间距为
D.每个原子周围与其等距且紧邻的S原子有4个
【归纳提升4】
微粒间距离的计算常常涉及晶体密度、NA、m、晶体体积等数据,解答这类题目时,一要掌握“均摊法”原理,二要熟悉常见晶体的结构特征,三要明确微粒的位置,结合数学知识,找出所求微粒间的距离与晶胞边长、面对角线或者体对角线的关系。
(变式训练4-1)二氧化铈()氧载体具有良好的储氧放氧能力,可用于甲烷化学链重整,其原理如图所示(设阿伏加德罗常数的值为),下列说法错误的是
A.中
B.晶胞中,Ce的配位数为4
C.晶胞中,O原子处在Ce原子构成的正四面体空隙中
D.若晶体密度为,则Ce、O最短距离为
(变式训练4-2)Nb和O形成的一种化合物的晶胞结构如图所示,晶胞棱长为apm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A.该化合物的化学式为NbO B.该晶体的密度为
C.两个Nb之间的最近距离为 D.晶胞中Nb的配位数为6
【课堂检测】
【基础训练】
1.(24-25高二下·河南商丘·月考)下列图形表示的晶体局部结构中,符合晶胞特点的是
A. B. C. D.
2.(2025·福建·一模)如图所示,是一种晶体的晶胞,该离子晶体的化学式为
A.ABC B.ABC3 C.AB2C3 D.AB3C3
3.(24-25高二下·天津河北·期末)下列化学用语表述正确的是
A.CH4的球棍模型:
B.NaCl晶体的晶胞:
C.丁二烯的键线式:
D.基态Cr原子的价层电子轨道表示式:
4.(24-25高二下·福建三明·期中)氮化碳是新发现的高硬度材料,其部分结构如下图所示。下列有关其说法不正确的是
A.氮化碳属于共价晶体
B.氮化碳的硬度比金刚石大
C.氮化碳中C原子与N原子的个数比为
D.氮化碳中C原子和N原子的最外层满足8电子稳定结构
5.(2025·陕西·二模)NiO是一种极有前景的功能材料,已被广泛应用于冶金、化工及电子工业等领域。其晶胞结构(与NaCl相同)如图所示。按面对角线对晶胞进行垂直切割,得到的截面图是
A. B. C. D.
6.(2025·黑龙江吉林·一模)向溶液中滴入混合液,得到晶体M,其每个晶胞由两个小立方体构成,中N位于小立方体的体心,小立方体的边长为,晶胞结构如图。下列说法错误的是
A.在元素周期表第六周期ⅡB族 B.该晶体类型为离子晶体
C.中,距离为 D.1个晶胞中含有的质量为
7.(24-25高二下·湖北恩施·期末)非金属单质在氩气气氛下冷却到52K以下,得到一种无色透明晶体,其晶胞结构如图所示,每个小球均代表一个X分子。已知晶胞参数,密度。
下列叙述错误的是
A.该晶体是分子晶体 B.每个晶胞含有X分子8个
C.可推测的分子式是 D.与体心的X分子最近的分子有12个
8.(24-25高二下·云南保山·期末)立方晶胞如图所示,晶胞参数为apm,下列有关该晶体的叙述不正确的是
A.该晶胞中和的最近距离为pm
B.位于构成的立方体的体心
C.每个硒离子周围距离相等且最近的硒离子有6个
D.原子1的分数坐标为,则原子2的分数坐标为
9.(24-25高二下·浙江台州·期末)下面是一种由N、H、F三种元素形成的晶胞。立方体的棱长为a nm,与之间形成了氢键。下列说法不正确的是
A.该化合物的化学式为 B.氢键键长为
C.1mol该物质中有个氢键 D.该晶体的密度为
10.(24-25高二下·福建莆田·期中)生产条件不同导致生成铁单质的晶体结构不同,两种铁晶体晶胞如下,下列说法不正确的是
A.用X射线衍射可测定图1与图2的结构
B.图1与图2均为立方体,边长相同,但密度不同
C.图1与图2代表的晶体中均含金属键
D.图1与图2代表的晶体中配位数不同
11.(24-25高二下·辽宁大连·期中)化合物K是生物医药、太阳能电池等领域的理想荧光材料,其晶胞结构如图所示,阿伏加德罗常数为。Cu的半径为pnm、In的半径为qnm、S的半径为rnm。下列说法错误的是
A.K的化学式为
B.距离In最近S的个数为4个
C.A原子到B原子的距离为
D.晶体的空间占有率为
12.某物质的晶胞中含A、B、C三种元素,其排列方式如图所示(其中前后两面面心上的B原子没有画出),晶胞中A、B、C的原子个数比为 。
13.(25-26高二·全国·假期作业)某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心,阴离子位于晶胞的8个顶点上,则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为 。
14.结合课本金属镁晶胞,计算镁晶胞中包含的微粒数 。
15.(25-26高二上·上海杨浦·月考)白锡和灰锡是单质Sn的常见同素异形体。二者晶胞如图:
(1)灰锡中每个Sn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v1 nm3和v2 nm3,则白锡和灰锡晶体的密度之比是_______。
A. B. C. D.
【能力提升】
1.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末)硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图甲,沿z轴投影如图乙。已知晶胞参数为a nm, O点原子分数坐标为(0,0,0)。下列说法正确的是
A.晶胞中Se原子的配位数为8 B.晶胞中Q点原子分数坐标为(,,)
C.晶体密度ρ=g∙cm−3 D.Zn和Se的最短距离为a nm
2.(25-26高二上·吉林长春·期末)半导体材料硒化锌的立方晶胞如图所示。测得晶胞中,面心上硒与顶点硒之间距离为a nm,代表阿伏加德罗常数的值。以晶胞参数为单位长度建立坐标系,在晶胞坐标系中,A点硒原子坐标为,B点锌原子坐标为。下列说法错误的是(Zn的相对原子质量取65,Se的相对原子质量取79)
A.该半导体材料中锌原子与硒原子个数比为1:1
B.晶胞中与Se等距离且距离最近的Se原子有12个
C.硒化锌晶体密度为
D.C的原子坐标参数为
3.(24-25高二下·江西吉安·期末)超高硬度生物材料Ti3Au合金是理想的人工髋关节和膝关节材料,其晶体有α-Ti3Au(图甲)、β-Ti3Au(图乙)两种结构,如下图所示。下列说法正确的是
A.图甲中,Au原子距离最近且等距的Ti原子有6个
B.图乙中,若M的坐标为(m,1/2,1),则N的坐标为(1,m,1/2)
C.图乙中Ti原子位于Au原子组成的四面体空隙中
D.图乙中,晶胞边长为dnm,晶体的密度为
4.(24-25高二下·广西桂林·期末)已知几种物质的结构或晶胞如下图所示,下列说法正确的是
A.在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键个数的比为1:4
B.E和F形成的气态团簇分子的分子式为EF或FE
C.在NaCl晶体中,距离最近的形成正六面体形
D.在晶体中,与距离最近且紧邻的共有12个
5.(24-25高二下·湖南郴州·期末)砷化镓的立方晶胞结构如图I,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁性半导体材料,其结构如图II所示。下列说法错误的是
A.砷化镓晶胞中As的配位数是4
B.稀磁性半导体材料中,、的原子个数比为5:32
C.若图I中A原子的坐标为,则B原子的坐标为
D.若GaAs晶体的晶胞棱长为a nm,则晶体的密度为
6.(25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末)砷(As)和镍(Ni)形成某种晶体的晶胞结构如下图所示,距离As最近的Ni构成正三棱柱,为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是
A.该晶体的化学式为NiAs
B.晶体中Ni的配位数为6
C.(ⅰ)和(ⅱ)两个Ni之间的距离为
D.晶胞密度为
7.(25-26高二上·辽宁葫芦岛·期末)我国人造金刚石产量居世界首位。以石墨或甲烷为原料可制备金刚石。石墨和金刚石的晶胞如图,下列叙述不正确的是
A.金刚石每个晶胞平均含碳原子数为8 B.石墨晶体中层间没有化学键相连
C.石墨晶体中C原子杂化方式为sp2 D.石墨、金刚石互为同素异形体,硬度接近
8.(25-26高二上·重庆·期末)立方氮化硼是一种用于航空航天的热绝缘体纳米材料,与金刚石结构相似,其晶胞结构如图,晶胞棱长为anm。下列说法错误的是
A.立方氮化硼具有熔点高、硬度大的特点
B.该晶胞中B和N的配位数均为4
C.B和N的最近距离为anm
D.固体储氢材料氮硼烷(NH3BH3)中,B原子的杂化轨道类型为sp2
9.(25-26高二上·吉林·期末)铁镁合金是一种新型储氢材料,其立方晶胞结构如图所示。该合金储氢后H2位于晶胞的体心和棱心位置(晶胞图中未画出),晶胞参数为bpm,NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A.铁原子和铁原子之间的最短距离为
B.该晶体的密度为
C.当储氢率为50%时,晶体的化学式为Mg2FeH
D.熔化该晶体需要破坏极性共价键
10.(25-26高二上·吉林·期末)(CH3NH3)PbI3具有较高的光电转换效率,在太阳能电池领域具有重要的应用价值。(CH3NH3)PbI3的立方晶格结构如图所示,其中B代表Pb2+,下列说法错误的是
A.晶胞中A的坐标参数为(0,0,0),则B点的坐标参数为
B.晶胞中Pb2+填充在由阴离子I-构成的正八面体空隙里
C.中存在配位键
D.甲基的供电子能力强于氢原子,则接受质子能力:CH3NH2>(CH3)2NH
11.(25-26高二上·辽宁沈阳·期末)砷化镓是一种立方晶系如图甲所示,将Mn掺杂到晶体中得到稀磁半导体材料如图乙所示,砷化镓的晶体密度为。下列说法错误的是
A.甲图中距离Ga原子最近的As原子个数是4
B.掺入Mn的晶体中Mn、Ga、As的原子个数比为5:26:32
C.沿体对角线ab方向投影图如丙,若c在11处,则As的位置为7、9、11、13
D.该晶体中距离最近的两个镓原子之间的距离为
12.(25-26高二上·黑龙江哈尔滨·期末)硅酸盐阴离子以硅氧四面体作为基本结构单元,如图甲。每个硅氧四面体以3个顶角O原子分别连接相邻的3个硅氧四面体,形成类似于石墨的层状结构,其结构片段如图乙。则该硅酸盐阴离子中Si原子与O原子的数目之比为
A.1∶2 B.1∶3 C.1∶4 D.2∶5
13.(25-26高二上·湖南湘西·阶段练习)硒化铟类晶体,具有优良的塑性和电学性能,一种Cu掺杂晶体的结构如图,阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法不正确的是
A.晶体密度: g/cm3
B.Cu周围最近且等距的In个数:8
C.Se与Se最短的距离:
D.Se在元素周期表中的位置:第四周期,第ⅥA族
14.(24-25高二下·河北秦皇岛·期中)由La、Ba、Co、O元素组成的新型双钙钛矿型阴极材料成为低温固体氧化物燃料电池领域的一大研究热点。一种双钙钛矿型阴极材料晶体的典型结构单元(正方体)如图所示,真实的晶体中存在5%的O原子缺陷,从而让在其中传导。为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A.该化合物的化学式为
B.晶体中与La最近且等距的Ba有6个
C.粒子A、B之间的距离为 pm
D.该晶体的密度为
15.(25-26高二上·上海·月考)如图是自然界中一种常见矿物的晶胞结构,该物质的化学式可表示为 ,若该立方晶胞参数为a pm,正负离子的核间距最小为 pm。
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