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第2章　物质的微观结构
第8讲　晶体结构(拓展)
目
录
1
知识框架
2
典型例题
知识框架
1
1. 晶体
由大量微观粒子(原子、离子、分子)按一定规则有序排列的结构。
2. 晶胞
晶胞是晶体在空间上重复无限延伸的结构，是指能完整反映晶体内
部微粒在三维空间分布的基本单元。晶体由无数个晶胞堆积而成。
3. 晶胞的微粒个数均摊计算
(1)简单立方：一个立方体晶胞的顶点各有一个微粒，每个顶点的微
粒有属于该晶胞，则此晶胞拥有的微粒个数为8×＝1，如图1。
(2)体心立方：一个立方体的内部有一个微粒，此原子完全属于此晶
胞。立方体的顶点微粒个数按照上述计算，则此晶胞拥有的微粒个
数为1＋8×＝2，如图2。
图1
图2
(3)面心立方：
①一个立方体的6个面中心都有一个微粒，每个面上的微粒有属于
该晶胞，立方体的顶点微粒个数按照上述计算，则此晶胞拥有的微
粒个数为6×＋8×＝4，如图3。
②一个立方体的12条棱边都有一个微粒，每个棱边的微粒有属于该
晶胞，立方体的顶点微粒个数按照上述计算，
则此晶胞拥有的微粒个数为12×＋8×＝4，如图4。
图3
图4
4. 同分异构体
合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现
象，具有同分异构现象的合物互为同分异构体。
(1)以甲烷为例，空间结构可能是平面型(如图5)或者正四面体型(如图6)；
图5
图6
若是平面型，则二氯取代物CH2Cl2的结构有两种，如图7和8；若是
空间型，则二氯取代物CH2Cl2的结构只有一种，如图9；
图7
图8
图9
(2)晶体在空间中还有两种互为镜像却不能重合的异构，就像人的左
手和右手，称为对映异构，如甲烷的三个氢原子被三个不同的原子氯溴
碘取代，生成CHFClBr，如图10。
图10
典型例题
2
例1　石墨晶体层内结构如图所示，每一层由无数个正六边形构成，
则平均每个正六边形所占有的碳原子数目为(　A　)
A. 2 B. 3
C. 4 D. 6
A
例2　硼和镁可形成超导合物。如图所示是该合物的晶体结构单
元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下面上还各有一个镁原子；6
个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该合物的学式可表示为(　B　)
A. MgB B. Mg3B2
C. MgB2 D. Mg2B3
B
例3　下列关于氯钠晶胞(如图)的说法正确的是(　D　)
A. 每个晶胞含有6个Na＋和6个Cl－
B. 晶体中每个Na＋周围有8个Cl－，每个Cl－周围有8个Na＋
C. 晶体中与每个Na＋最近的Na＋有8个
D. 每个Na＋距离最近且相等的Cl－所围成的空间几何结构是正八面体
D
例4　某合物MX6分子呈正八面体形式(如图所示)。
正八面体
MX6的结构
由于六个X原子与M的连接完全对称，因此将任意一个X用Y原子替
换，均只能得到一种结构的MX5Y分子，按此思路，若将其中任意两个X
原子用Y原子替换，则得到的学式为MX4Y2的分子(　B　)
A. 只有1种结构 B. 存在2种不同结构
C. 存在3种不同结构 D. 存在4种不同结构
B
例5　近年来发现海底蕴藏着大量天然气水合物——“可燃冰”，贮
藏量超过已知天然气、石油和煤蕴藏量总和的2倍，是目前开发前景十分
诱人的新能源。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每46个水分子构
建成8个笼，每个笼内可容纳1个甲烷分子或1个游离的水分子。若晶体中
每8个笼有6个容纳了甲烷分子，另外两个被水分子填充，则“可燃冰”
的平均分子组成为(　D　)
A. 3CH4·H2O B. CH4·6H2O
C. CH4·7H2O D. CH4·8H2O
D
例6　晶胞是指能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布的
学结构特征的平行六面体的基本单元。晶体由无数个晶胞堆积而成。
例：如图中甲左边为氯钠的晶体，右边为氯钠的晶胞。图乙为超导
合物——钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。在该晶胞中，平行
六面体的每条棱上都有
一个氧原子，每个顶点
上都有一个钛原子，晶
胞的中心有一个钙原子。
请回答：
甲
乙
(1)该超导合物的学式为 。
(2)在该合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子
共有 个。
CaTiO3　
6/六　
甲
乙
例7　(1)一个Cu2O晶胞(见图)中，Cu原子的数目为 。
(2)一种Pt、Co金属间合物可作为质子交换膜燃料电池的催剂，
其晶胞结构如图所示(Pt在面心)，该金属间合物的学式
为 。
4　
Pt3Co　
(3)室温下，[Cu(NH3)4](NO3)2与液氨混合并加入Cu可制得一种黑绿
色晶体。黑绿色晶体的晶胞如图所示，该晶体的学式为 。
Cu3N　
(4)如图是Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图(白球均在六棱柱
内)，则该晶体物质的学式可表示为 。
MnBi　
例8　已知甲烷分子中四个氢原子所处的学环境完全相同，据此推
测其结构有平面正方形和正四面体形两种可能，如下图所示。已知
CH2Cl2只有一种结构，则可知甲烷分子应为 形。
正四面体　
例9　晶体硼的基本结构单元是由二十个等边三角形和一定数目的顶
角组成的正二十面体，每个顶角均有一个硼原子，如图。通过仔细观察
图形，该晶体中每个硼原子分别和 个硼原子相连，推算晶体硼的基
本结构单元是由 个硼原子构成的，该图形表示的正二十面体
有 条棱。
5　
12　
30　
例10　(1)形式多样的硅酸盐是无机矿物的重要基石。Si是一种四
面体形的离子(属硅酸根)，其结构可用图a表示，硅原子位居该四面体中
心(图中不可见)，四个氧原子各占一个顶点。图b和图c则是复合硅酸根离
子中的两个实例，均为无支链的单环状，分别由数个硅氧四面体a通过共
用氧原子的形式构成。
①写出b的学式： 。
②若一个单环状离子中Si原子数为n(n≥3)，则其学式为 。
(SiO3(或Si3)　
(SiO3(或Sin)　
(2)在翡翠等硅酸盐中，Si四面体如下图(a)，通过共用顶角氧离子
可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图(b)为一种无限
长单链结构的多硅酸根，其学式为 。图(c)为一种无限长双链
的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为 ，学式
为 。
图(a)
Si　
4∶1　
[Si4O11　
图(b)
图(c)
例11　(1)W单质的晶体在不同温度下有两种原子堆积方式，晶胞分
别如图A、B所示：图B中原子堆积方式为 ，A、B中W原子
的个数之比为 。A、B晶胞的棱长分别为acm和bcm，则A、B两
种晶体的密度之比为 。
图A
面心立方　
1∶2　
b3∶2a3　
图B
(2)Fe和Mg组成的合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之
一，其晶胞结构如图(黑球代表Fe，灰球代表Mg)。则该合金的学式
为 。
FeMg2(或Mg2Fe)　

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