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专题十　晶体结构与有关晶胞参数的计算
[考试要点]　1.掌握常见的晶体类型及微粒间的相互作用。　2.掌握常见晶体的结构及相关计算。
考点一
晶体类型与微粒相互作用力
1．晶体类型的2种判断方法
据各类晶
体的概念
判断　　 即根据构成晶体的粒子和粒子间的作用力类别进行判断。
如①由分子通过分子间作用力(范德华力、氢键)形成的晶体属于分子晶体；②由原子通过共价键形成的晶体属于共价晶体；③由阴、阳离子通过离子键形成的晶体属于离子晶体；④由金属阳离子和自由电子通过金属键形成的晶体属于金属晶体。
据各类晶
体的特征
性质判断 如①低熔点、沸点的晶体属于分子晶体；②熔点、沸点较高，且在水溶液中或熔融状态下能导电的晶体属于离子晶体；③熔点、沸点很高，不导电，不溶于一般溶剂的晶体属于共价晶体；④能导电、能传热、具有延展性的晶体属于金属晶体。
2.晶体熔点、沸点高低的比较
(1)不同类型晶体的熔点、沸点高低的一般规律
共价晶体>离子晶体>分子晶体；金属晶体的熔点、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，汞、铯等熔点很低。
(2)共价晶体
由共价键形成的共价晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔点、沸点高。如熔点：金刚石>碳化硅>硅晶体。
(3)离子晶体
一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，其晶体的熔点、沸点就越高，如熔点：MgO>NaCl>CsCl。
(4)分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔点、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常地高。如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔点、沸点越高。如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
③组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔点、沸点越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3。
(5)金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，金属熔点、沸点就越高。如Al>Mg>Na。
1．(2023·湖北卷，11)物质结构决定物质性质。下列性质差异与结构因素匹配错误的是(　　)
选项 性质差异 结构因素
A 沸点：正戊烷(36.1 ℃)高于新戊烷(9.5 ℃) 分子间
作用力
B 熔点：AlF3(1290 ℃升华)远高于AlCl3(178 ℃升华) 晶体类型
C 酸性：CF3COOH(pKa＝0.23)远强于CH3COOH(pKa＝4.76) 羟基极性
D 溶解度(20℃)：Na2CO3(29 g)大于NaHCO3(8 g) 阴离子电荷
D
2．(2022·山东卷，5)AlN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是(　　)
A.GaN的熔点高于AlN
B．晶体中所有化学键均为极性键
C．晶体中所有原子均采取sp3杂化
D．晶体中所有原子的配位数均相同
A
解析：A　Al和Ga均为第ⅢA元素，N属于第ⅤA元素，AlN、GaN的成键结构与金刚石相似，则都为共价晶体，且与金刚石互为等电子体，等电子体之间的结构和性质相似。AlN、GaN晶体中，氮原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。A.因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体，由于铝原子的半径小于Ga，N—Al键的键长小于N—Ga键的，则N—Al键的键能较大，键能越大则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AlN，A说法错误；B.不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，B说法正确；C.金刚石中每个碳原子形成4个共价键(即碳原子的价层电子对数为4)，碳原子无孤电子对，故碳原子均采取sp3杂化；由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子均采取sp3杂化，碳说法正确；D.金刚石中每个碳原子与其周围4个碳原子形成共价键，即碳原子的配位数是4，由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子的配位数也均为4，D说法正确。
3．(1)(2022·全国乙卷，35节选)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为______。解释X的熔点比Y高的原因_______________________________。
(2)(2021·湖南卷，18节选)硅和卤素单质反应可以得到SiX4，SiX4的熔点、沸点如表所示：
化学式 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4
熔点/K 183.0 203.2 278.6 393.7
沸点/K 187.2 330.8 427.2 560.6
0 ℃时，SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4呈液态的是____________(填化学式)，沸点依次升高的原因是________________________________。
答案：(1)CsCl　CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体，所以CsCl的熔点高于ICl
(2)SiCl4　SiX4都是结构相似的分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增大
1．(1)Ti的四卤化物熔点如表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是___________________。
化合物 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4
熔点/℃ 377 －25 39 150
(2)MnS晶胞与NaCl晶胞属于同种类型，如图所示。前者的熔点明显高于后者，其主要原因是________________________________。
(3)一些氧化物的熔点如表所示：
解释表中氧化物之间熔点差异的原因_______________________。
氧化物 Li2O MgO P4O6 SO2
熔点/℃ 1570 2852 23.8 －75.5
答案：(1)TiF4为离子晶体，熔点高，其他三种均为分子晶体，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高
(2)MnS中阴、阳离子所带电荷数比NaCl的多，离子键强度更大
(3)Li2O、MgO为离子晶体，P4O6、SO2为分子晶体。离子键强度：MgO>Li2O；分子间作用力：P4O6>SO2
2．(1)Cu2O与Cu2S比较，熔点较高的是________，原因是___________________________________。
(2)钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛的硬度比铝大的原因是________________________________。
(3)已知Ba、Mo的氯化物沸点信息如表所示。二者沸点差异的原因是_________________________________。
氯化物 沸点
BaCl2 1560 ℃
MoCl5 268 ℃
(4)[Zn(IMI)4](ClO4)2是Zn2+的一种配合物，IMI的结构为 ，IMI
的某种衍生物与甘氨酸形成的离子化合物 ，常温下为液态而非固态，原因是_________________________________。
答案：(1)Cu2O　两物质均为离子化合物，且离子带电荷数相同，O2-的半径小于S2-的，所以Cu2O的离子键强度大，熔点更高
(2)钛原子的价电子数比铝原子的多，金属键更强
(3)BaCl2属于离子晶体，MoCl5属于分子晶体，离子晶体的沸点主要取决于离子键，分子晶体的沸点主要取决于分子间作用力，离子键通常强于分子间作用力(合理即可)
(4)阴、阳离子半径大，电荷数小，形成的离子键较弱，熔点低
考点二
晶胞结构分析及相关计算
1．晶胞结构
(1)均摊法图示
(2)熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目
2．晶胞参数与晶体密度的计算关系
3．典型晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图
典型晶胞 原子分数坐标 xy平面上(沿z轴)的投影图
简单立
方晶胞
1(0，0，0)，2(0，1，0)，
3(1，1，0)，7(1，1，1)
典型晶胞 原子分数坐标 xy平面上(沿z轴)的投影图
体心立
方晶胞
典型晶胞 原子分数坐标 xy平面上(沿z轴)的投影图
面心立
方晶胞
典型晶胞 原子分数坐标 xy平面上(沿z轴)的投影图
金刚石
晶胞
B
B
3．[2022·湖南卷，18(4)]钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：
①该超导材料的最简化学式为_________________________；
②铁原子的配位数为________；
③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________________g·cm-3 (列出计算式)。
B
2．下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
(1)已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为____________；
(2)已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝________g·cm-3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。
晶胞中原子分数坐标
3．磷化铝熔点为2000 ℃，与晶体硅结构相似，磷化铝晶胞结构如图所示。
(1)磷化铝晶体中磷与铝微粒间的作用力为________，晶胞中由4个铝原子围成的空间结构是________。
(2)已知相邻的磷原子和铝原子的核间距是d nm，B原子的分数坐标为__________，磷化铝晶体的密度为________g·cm-3。
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课时作业
训练(十)　晶体结构与有关晶胞参数的计算
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2．CaF2的晶胞结构和部分离子的投影位置如图所示，下列说法错误的是
(　　)
A．CaF2属于离子晶体
B．Ca2+的配位数为8
C．图甲为F－沿y轴投影图
D．图乙为Ca2+沿面对角线投影图
D
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5．铁、钴、镍的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题：
钴的一种化合物晶胞结构如图所示。
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6．钙钛矿类杂化材料(CH3NH3)PbI3在太阳能电池领域具有重要的应用价值。(CH3NH3)PbI3的晶胞结构如图所示，其中B代表Pb2+。
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7．(1)MgO具有NaCl型结构(如图所示)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420 nm，则r(O2-)为________nm。MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448 nm，则r(Mn2+)为________nm。
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(2)两种含硅化合物的晶胞结构如图所示。
①这两种含硅化合物的化学式分别为______和________。
②Ⅰ的晶胞参数为a pm，则Ⅰ的密度为________ g·cm-3。
③Ⅱ的晶胞参数为b pm，Si和P的原子半径分别为r1 pm和r2 pm，则Ⅱ的空间占有率为________________________。
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8．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，称为原子的分数坐标。铁酸钇(YFeO3)的正交相晶胞结构以及各原子的投影位置如图所示，晶胞棱边夹角均为90°。
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