专题3 专题突破(三) 晶体结构的分析与计算-【金版新学案】2025-2026学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

本高中化学讲义聚焦晶体结构分析与计算核心知识点，先系统梳理共价、分子、离子晶体的结构特点（如金刚石、SiO₂、干冰、NaCl等），再讲解密度、原子间距、空间利用率的计算方法，构建从结构到计算的学习支架。 资料通过结构分析表、计算公式及针对练题目，培养学生微观探析与模型建构的科学思维，提升科学探究与实践能力。课中辅助教师清晰授课，课后学生可通过实例巩固知识，查漏补缺，强化解决晶体结构问题的能力。

一、常见晶体的结构分析 1.常见共价晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) 金刚石 (1)每个C原子与紧邻的4个C原子以共价键结合，形成正四面体结构，每个晶胞含8个C原子； (2)键角均为109°28'； (3)最小碳环由6个C原子组成且6个C原子不在同一平面内，每个C原子被12个六元环共用； (4)每个C原子参与4个C—C键的形成，C原子数与C—C键个数之比为1∶2； (5)ρ＝ g·cm－3 续表 晶体 晶体结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) SiO2 (1)每个Si原子与4个O原子以共价键结合，形成正四面体结构； (2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，因此二氧化硅晶体中Si原子与O原子的个数比为1∶2； (3)最小环上有12个原子，即6个O原子、6个Si原子； (4)ρ＝ g·cm－3 续表 晶体 晶体结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) SiC、 BP、 AlN (1)每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构； (2)密度：ρ(SiC)＝g·cm－3； ρ(BP)＝ g·cm－3； ρ(AlN)＝ g·cm－3 2.常见分子晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) 干冰 (1)8个CO2分子占据立方体顶点且在6个面的面心又各有1个CO2分子； (2)每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个； (3)ρ＝ g·cm－3 白磷 ρ＝ g·cm－3 学生用书⬇第60页 3.常见离子晶体结构的分析 晶体 晶胞结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) NaCl (1)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－； (2)在每个Cl－周围最近且等距离的Cl－有12个，在每个Cl－周围最近且等距离的Na＋有6个； (3)ρ＝ g·cm－3 续表 晶体 晶胞结构 结构分析(晶胞边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值) CsCl (1)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。每个晶胞含1个Cs＋和1个Cl－； (2)在每个Cs＋周围最近且等距离的Cl－有8个，在每个Cl－周围最近且等距离(a)的Cl－有6个； (3)ρ＝ g·cm－3 CaF2 (1)Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4，每个晶胞含4个Ca2＋、8个F－； (2)与F－紧邻的4个Ca2＋构成一个正四面体； (3)F－与Ca2＋之间最短的距离为晶胞体对角线长的； (4)ρ＝ g·cm－3 二、有关晶体结构的计算 1.晶体密度的计算 (1)思维流程 (2)计算公式 ①晶体密度ρ＝＝ ②1个微粒的质量m＝(M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值) ③晶胞的体积V＝a3(立方体)＝abc(长方体) 2.晶体中原子间距离和晶胞参数的计算 (1)思维流程 根据密度求晶胞中原子之间的距离时，可首先由密度计算出晶胞体积(晶胞质量由晶胞含有的微粒数计算)，再根据晶胞结构判断微粒间距与棱长的关系。 (2)立方晶胞参数a的计算公式 a＝ 3.晶体中原子空间利用率的计算 (1)思维流程 空间利用率是指构成晶体的原子在整个晶体空间中所占有的体积百分比，首先分析晶胞中原子个数和原子半径，计算出晶胞中所有原子的体积，其次根据立体几何知识计算出晶胞的棱长，再计算出晶胞的体积，即可顺利解答此类问题。 (2)计算公式 空间利用率＝×100％ 针对练1.有关晶体的结构如图所示，下列说法中正确的是(　　) 学生用书⬇第61页 A. 图a金刚石晶体中，碳原子与碳碳键个数之比为1∶4 B.图b为E原子和F原子构成的气态团簇分子模型，其分子式为EF C.图c NaCl晶体中，距Na＋最近的Cl－形成正八面体形 D.图d KO2晶体中，与每个K＋距离最近的K＋数目为8 答案：C 解析：在金刚石晶体中，每一个碳正四面体平均含有2个碳原子和4条碳碳键，故二者的数目比为1∶2，A错误；该模型中含有4个E原子和4个F原子，故其分子式为F4E4或E4F4，B错误；以顶点Na＋研究，其周围一共有6个Cl－，这6个Cl－形成正八面体，C正确；在KO2晶体中，以中心的K＋为例，其周围等距离的K＋在棱心上，故与每个K＋距离最近的K＋数目为12，D错误。 针对练2.(2024·河北保定定州期中) 如图为某晶体的一个晶胞，若晶体中Y的化合价部分为0，部分为－2，则下列说法中不正确的是(　　) A.该晶体中既存在离子键也存在共价键，属于离子晶体 B.晶体中阴、阳离子配位数均为6 C.该晶体的化学式为XY2，每个晶胞含有4个X＋和4个 D.晶体中0价Y的原子与－2价Y的原子的数目之比为1∶1 答案：D 解析：晶体中Y的化合价部分为0，部分为－2价，该晶体中既存在离子键也存在共价键，属于离子晶体，故A项正确；由晶胞结构可知，每个阴(阳)离子周围有6个紧邻的阳(阴)离子，阴、阳离子配位数均为6，故B项正确；根据晶胞的结构示意图可知，其中X＋的个数为8×＋6×＝4，的个数为12×＋1＝4，每个晶胞含有4个X＋和4个，该晶体的化学式为XY2，故C项正确；1个晶胞中含有4个X、8个Y，其中X显＋1价，则根据化合物中元素正、负化合价的代数和为0可知，显－2价的Y的原子有2个，显0价的Y的原子有6个，晶体中，0价Y的原子与－2价Y的原子的数目之比为3∶1，故D项错误。 针对练3.砷化硼的晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，下列说法中正确的是(　　) A.砷化硼的化学式为B2As B.砷化硼晶胞中，As的配位数是4 C.砷化硼晶胞中，As原子之间的最短距离为a pm D.晶体的密度为 g·cm－3 答案：B 解析：根据砷化硼的晶胞结构图可知，该晶胞中As原子位于立方体内，个数为4，B原子位于顶点和面心，个数为8×＋6×＝4，则砷化硼的化学式为BAs，A错误；晶胞中与As原子距离最近且相等的B原子有4个，则砷化硼晶胞中，As的配位数是4，B正确；根据砷化硼的晶胞结构图可知，As原子之间的最短距离为面对角线的一半，为a pm，C错误；一个砷化硼晶胞的体积是a3×10－30cm3，一个砷化硼晶胞的质量是 g，则晶体的密度为 g·cm－3，D错误。 针对练4.一种复合型物质的晶胞结构如下图所示。 (1)该复合型物质的化学式为　　　　。 (2)每个Ti原子周围距离最近的O原子的个数为　　　　。 (3)已知，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度为ρ g/cm3。其晶胞为立方体结构，则晶胞的边长为　　　　　　cm。 答案：(1)SrTiO3　(2)6　(3) 解析：(1)在该晶胞中，O原子位于立方体的棱心，所以该晶胞含有3个O，Ti原子位于顶点，则含有1个Ti，Sr原子位于体心，则含有1个Sr，该复合型物质的化学式为SrTiO3；(2)每个Ti原子周围距离最近的O原子的个数为6；(3)该晶胞的质量为 g＝ g，晶体密度为ρ g/cm3，所以晶胞的体积为 cm3，晶胞的边长为 cm。 针对练5.如图所示，其中与I－紧邻的I－个数为　　　　。X射线衍射实验测得晶胞参数：密度为a g·cm－3，则晶胞的边长为　　　　 pm(该物质的相对分子质量为M，NA表示阿伏加德罗常数的值)。 答案：8　×1010 解析：I－位于面心，将2个晶胞叠加，则与I－紧邻的I－个数为8，晶胞中含有8×＝1个CH3N，含有1个Pb2＋，含有6×＝3个I－，相对分子质量为M，设晶胞边长为x cm，则a＝，解得x＝ cm＝×1010 pm。 针对练6.如图，在NaCl的晶体中，Na＋和Cl－互相占据对方的正八面体空隙，CaF2晶体中，F－占据由Ca2＋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r1和r2，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＝×100％)。 答案：4　×100％ 解析：该晶胞中Ni原子个数为8×＋6×＝4，Ti原子个数为12×＋1＋4＝8，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π×8＋π×4＝π(8＋4 )，晶胞的边长为 ，体积为，该晶体的空间利用率为×100％。 学生用书⬇第62页 学科网（北京）股份有限公司 $