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第5讲　晶体结构与性质
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问题思考 问题1　准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体？ 利用X射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。 问题2　NaCl、CsCl、金属晶体和金刚石的配位数是多少？ 晶体NaClCsCl金属晶体金刚石体心立方堆积六方最密堆积立方最密堆积配位数68812124
能力自测　 　 排查问题，找出差距
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) (2024·安徽卷)鉴别水晶和玻璃：X射线衍射实验(　√　)
(2) (2024·山东卷)通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构(　√　)
(3) 冰的晶体类型为共价晶体(　×　)
(4) NaCl晶胞中Na＋的配位数为12(　×　)
(5) 固态四乙基铅(熔点为－136 ℃，极易挥发)为离子晶体(　×　)
(6) ⅣA族元素单质的晶体类型相同(　×　)
【高考能力】
[晶体类型]
1．(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是(　B　)
A．金刚石(C) B．单晶硅(Si)
C．金刚砂(SiC) D．氮化硼(BN，立方相)
【解析】 该4种物质均属于共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，键长：Si—Si>Si—C>B—N>C—C，故熔点最低的是单晶硅，B符合题意。
2．(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨和石墨炔的说法正确的是(　A　)
A．三种物质中均有碳、碳原子间的σ键
B．三种物质中的碳原子的杂化轨道类型均为sp3
C．三种物质的晶体类型相同
D．三种物质均能导电
【解析】 金刚石中碳原子的杂化轨道类型均为sp3，石墨中碳原子的杂化轨道类型均为sp2，石墨炔中苯环上的碳原子的杂化轨道类型为sp2，碳碳三键上的碳原子的杂化轨道类型为sp，B错误；金刚石为共价晶体，石墨为混合型晶体，C错误；金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D错误。
[晶体结构及计算]
3．(2024·江西卷)NbO的立方晶胞如图所示，晶胞参数为a nm，原子P的分数坐标为(0，0，0)，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(Nb—93)(　D　)
A．Nb原子的配位数是6
B．Nb原子和O原子的最短距离为a nm
C．晶体密度ρ＝ g/cm3
D．M的分数坐标为
【解析】 由图可知，距离Nb原子最近且距离相等的O原子的数目为4，故Nb原子的配位数是4，A错误；Nb原子和O原子最短距离为边长的，即Nb原子和O原子的最短距离为 nm，B错误；根据均摊法可知，晶胞中Nb原子的数目为6×＝3，O原子的数目为12×＝3，则晶胞密度为ρ＝＝＝ g/cm3，C错误；M位于正方体顶面的面心，原子P的分数坐标为(0，0，0)，则M的分数坐标为，D正确。
4．按要求完成下列填空。
(1) (2025·广东卷)NixCuyNz晶体的立方晶胞中原子所处位置如图甲所示。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比d(Ni—Cu)∶d(Ni—N)＝∶1，则x∶y∶z＝__3∶1∶1__；晶体中与Cu原子最近且等距离的原子的数目为__12__。
甲 乙
【解析】 设晶胞边长为a，由几何关系可知，面心的原子与顶点的原子距离为a，面心的原子与体心的原子距离为a，已知相邻原子间的最近距离之比d(Ni—Cu)∶d(Ni—N)＝∶1，则晶胞中面心原子为Ni原子，其数目为6×＝3；顶点原子为Cu原子，其数目为8×＝1；体心原子为N原子，其数目为1，则x∶y∶z＝3∶1∶1；以顶点的Cu原子为研究对象，距离最近且等距离的原子为面心上Ni原子，其数目为3×8×＝12。
(2) (2023·广东卷)由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图乙所示。Al原子与O原子最小间距大于Co原子与O原子最小间距，x、y为整数，则Co原子在晶胞中的位置为__体心__；晶体中一个Al原子周围与其最近的O原子的数目为__12__。
【解析】 根据AlxCoOy的立方晶胞可知，该晶胞中Co原子和Al原子的数目为1，O原子的数目为3，Al原子与O原子的最小间距大于Co原子与O原子的最小间距，则Al原子在晶胞的顶点，Co原子在晶胞的体心；以顶点的Al原子为研究对象，距离最近且等距离的O原子数目为12。
(3) (2024·广东卷)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga原子与Ni原子交替填充在Co原子构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝__2∶1∶1__，其立方晶胞的体积为__8a3__nm3。
【解析】 该合金的晶体结构可描述为Ga原子与Ni原子交替填充在Co原子构成的立方体体心，则晶胞中Ga原子和Ni原子形成的8个小正方体体心为Co原子，则晶胞中Ga原子和Ni原子的数目都为4，Co原子的数目为8，则Co∶Ga∶Ni＝8∶4∶4＝2∶1∶1；晶胞棱长为两个最近的Ga原子之间(或最近的Ni原子之间)的距离为2a nm，故晶胞的体积为8a3 nm3。
考点研析 精细归纳，构建体系
考点1　常见晶体与晶体类型的判断
晶体
1．晶体的特点
(1) __自范性__：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2) __各向异性__：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。
(3) 晶体有固定的__熔点__。
2．区分晶体与非晶体方法
(1) 晶体的熔点较固定。
(2) 最可靠的科学方法是对固体进行__X射线衍射实验__。
3．晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。
分子晶体
1．概念：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。构成粒子是__分子__，粒子间作用力是__分子间作用力__。
2．性质：具有较低的熔、沸点，易升华，硬度小。
3．常见的分子晶体
(1) 所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。
(2) 部分非金属单质：卤素(X2)、O2、S8、N2、白磷(P4)、C60等。
(3) 部分非金属氧化物：CO2、P4O10、SO2等。
(4) 稀有气体。
(5) 几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4等。
(6) 绝大多数有机化合物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
4．典型的分子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
干冰 (1) 干冰中的CO2分子间相互作用力是__范德华力__ (2) 每个晶胞中有__4__个CO2分子、__12__个原子 (3) 每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为__12__，属于分子密堆积
冰 (1) 水分子之间的主要作用力是__氢键__，也存在范德华力 (2) 氢键有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的__4__个相邻水分子互相吸引 (3) 含1 mol H2O的冰晶体中最多可形成__2_mol__氢键
共价晶体
1．概念：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。构成粒子是__原子__，粒子间作用力为__共价键__。
2．性质：硬度大，熔、沸点高。
3．常见的共价晶体
(1) 某些单质：金刚石、晶体硅(Si)、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)等。
(2) 某些非金属化合物：碳化硅(SiC)、氮化硼(BN，立方相)等。
(3) 某些氧化物：二氧化硅(SiO2)等。
4．典型的共价晶体
晶体名称 晶体结构模型 晶胞 结构特点
金刚石 (1) 碳原子的杂化轨道类型是__sp3__，C—C—C夹角为__109°28′__ (2) 每个碳原子与周围紧邻的__4__个碳原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构。含1 mol 碳原子的金刚石中含有__2_mol__ C—C (3) 最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用 (4) 金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个碳原子，晶胞内部有4个碳原子，内部的碳原子在晶胞的体对角线的处，每个金刚石晶胞中含有__8__个碳原子
SiO2 (1) 硅原子的杂化轨道类型是__sp3__，正四面体内O—Si—O键角为__109°28′__ (2) 每个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶点，同时每个氧原子被2个硅氧正四面体共用；每个氧原子和2个硅原子形成2个共价键，晶体中硅原子与氧原子个数之比为__1∶2__ (3) 1 mol SiO2晶体中含__4_mol__ Si—O
SiC (1) 碳、硅原子的杂化轨道类型是__sp3__，键角为__109°28′__ (2) 每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构 (3) 每个SiC晶胞中含有4个碳原子和4个硅原子
离子晶体
1．概念：由__阳__离子和__阴__离子相互作用而形成的晶体。构成粒子是__离子__，粒子间作用力主要是__离子键__。
2．晶格能：(1) 含义：指拆开1 mol离子晶体，使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。
(2) 离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越__大__。晶格能越大，离子晶体的熔点越__高__、硬度越__大__。
3．常见的离子晶体：强碱、大多数金属氧化物和大多数盐。
4．典型的离子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
NaCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有__4__个Na＋和__4__个Cl－ (2) Na＋的配位数为__6__，Cl－的配位数为__6__ (3) 每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋的数目为__12__，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为__12__ (4) 常见的离子晶体实例：KCl、NaBr、CaO和AgF等。
CsCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有__1__个Cs＋、__1__个Cl－ (2) Cs＋的配位数为__8__，Cl－的配位数为__8__ (3) 每个Cs＋周围等距且紧邻的Cs＋的数目为__6__，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为__6__ (4) 常见的离子晶体实例：CsBr、NH4Cl等
ZnS型晶体 (1) 每个晶胞中含有__4__个Zn2+，__4__个S2- (2) Zn2+的配位数为__4__，S2―的配位数为__4__ (3) 每个Zn2+周围等距且紧邻的Zn2+的数目为__12__， 每个S2-周围等距且紧邻的S2-的数目为__12__ (4) 常见的离子晶体实例：ZnS等
CaF2型晶体 (1) 每个晶胞中含有__4__个Ca2+，__8__个F－ (2) Ca2+的配位数为__8__，F－的配位数为__4__ (3) 每个Ca2+周围等距且紧邻的Ca2+的数目为__12__，每个F－周围等距且紧邻的F－的数目为__6__ (4) 常见的离子晶体实例：CaF2、BaF2、PbF2、CeO2等
金属晶体
1．概念：金属原子通过金属键形成的晶体。构成粒子是__金属阳离子、“自由电子”__，粒子间作用力是__金属键__。
2．性质：金属原子半径越小，价层电子数越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高。具有良好的导电、导热性能。
3．典型的金属晶体
晶体名称 晶体的结构模型 结构特点
简单立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为__1__ (2) 每个金属原子的配位数为__6__ (3) 常见金属晶体实例：Po
面心立方最密堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为__4__ (2) 每个金属原子的配位数为__12__ (3) 常见金属晶体实例：Ca、Cu、Au等
体心立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为__2__ (2) 每个金属原子的配位数为__8__ (3) 常见金属晶体实例：Li、Na、K等
六方最密堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为__6__ (2) 每个金属原子的配位数为__12__ (3) 常见金属晶体实例：Mg、Zn、Ti等
解疑释惑　11
晶体熔、沸点的判断步骤
1．先判断晶体的类型，一般情况下，熔点：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
2．晶体类型相同的，再根据其他条件进行判断。
(1) 金属晶体：金属原子的价层电子数越多，半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：Al>Mg>Na。
(2) 离子晶体：阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：MgO>NaCl>KCl，NH4Cl>CH3NH3Cl。
(3) 共价晶体：原子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：金刚石>金刚砂>单晶硅。
(4) 分子晶体
①首先判断是否存在分子间氢键，形成分子间氢键的晶体的沸点大于未形成分子间氢键的。如沸点：NH3>PH3。
②组成和结构相似的，相对分子质量越大，沸点越高。如沸点：SiI4>SiBr4>SiCl4>SiF4。
③相对分子质量相近的，分子的极性越大，沸点越高。如沸点：CO>N2。
【常考判断】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 单晶硅为分子晶体(　×　)
(2) 石墨质软的原因是其层间作用力微弱(　√　)
(3) 1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O(　×　)
(4) 在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个(　√　)
(5) SiO2晶体中O—Si—O键角为120°(　×　)
(6) S8是分子晶体(　√　)
【及时巩固】
例1　下列说法正确的是(　C　)
A．CO2与SiO2的晶体类型相同
B．SiCl4与SiHCl3分子中的键角相等
C．1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si
D．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2
【解析】 CO2属于分子晶体，SiO2属于共价晶体，A错误；SiCl4分子空间结构是正四面体形，键角为109°28′，SiHCl3分子空间结构不是正四面体形，则键角不等于109°28′，B错误；晶体硅中每个硅原子与4个硅原子形成Si—Si，同时2个Si原子共用1个Si—Si，故1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si，C正确；CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，D错误。
例2　下列晶体性质的比较错误的是(　C　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
【解析】 3种物质都是共价晶体，原子半径：C＜Si，则键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，键能越大，共价晶体的熔点越高，故熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅，A正确；NH3分子间存在氢键，沸点：NH3＞PH3，B正确；SiO2是共价晶体，硬度最大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C错误；四卤化硅均为分子晶体，结构相似，且分子间不存在氢键，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4，D正确。
例3　按要求完成下列填空。
(1) NaH的熔点为800 ℃，不溶于有机溶剂。NaH属于__离子__晶体，其电子式为__Na＋[∶H]－__。单质硒的熔点为217 ℃，属于__分子__晶体。
(2) K和Na位于同主族，K2S的熔点为840 ℃，Na2S的熔点为950 ℃，前者熔点较低的原因是__K＋的半径比Na＋大，导致K2S的晶格能比Na2S小__。
(3) K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子数相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是__K原子半径较大，导致金属K中金属键较弱__。
(4) 如图1所示的是CO2分子晶体结构的一部分，每个CO2分子周围有__12__个与之紧邻的CO2分子，该结构单元平均占有__4__个CO2分子。
图1 图2
(5) NaCl晶体模型如图2所示，在NaCl晶体中，每个Na＋周围同时吸引__6__个Cl－，每个Cl－周围也同时吸引着__6__个Na＋，在NaCl晶胞中含有__4__个Na＋、__4__个Cl－，晶体中每个Na＋周围与它距离最近且相等的Na＋共有__12__个。
深度指津
晶体结构的复杂性
1．纯粹的典型晶体是不多见的，大多数晶体都是四类晶体之间的过渡晶体。
2．离子键的百分数依据电负性的差值计算出的，差值越大，离子键百分数越大，性质越偏向离子晶体。
3．常见的混合型晶体——石墨
　
①同层内碳原子的杂化轨道类型为sp2，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，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，其电子轨道垂直于碳原子平面。
②石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合型晶体。层与层之间相互作用力是范德华力。
③石墨的性质：熔点较高、质软、易导电等。
4．硅酸盐中不存在单独的SiO，硅氧四面体通过共用顶角氧原子形成较大的链状硅酸盐{SiO}∞单元。
硅的含氧酸根阴离子的结构示意图
考点2　与晶胞相关的概念和计算
晶胞中微粒数的计算(均摊法)
晶胞中配位数的计算
1．金属晶体、共价晶体、分子晶体的配位数：晶胞中与一个原子(或分子)最近且等距的原子(或分子)的数目。常见晶胞的配位数如下表：
晶胞结构模型
配位数 __6__ __8__ __12__
2．离子晶体的配位数：与一个离子周围最近且等距的异种电性离子的数目。
晶胞结构模型 NaCl型 CsCl型 CaF2型
配位数 __6__ __8__ Ca2+：__8__ F－：__4__
晶体密度
1．1个微粒的质量：m＝ (M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值)。
2．晶胞体积：V＝a3(立方体)＝abc(长方体)。
3．晶体密度
ρ＝
原子半径与晶胞参数的关系
晶胞类型 晶胞结构模型 原子半径(r)与晶胞参数(a)的关系
简单立方 __a＝2r__
体心立方 __a＝4r__
面心立方 __a＝4r__
金刚石型 __a＝8r__
空间利用率
1．定义：构成晶体的微粒的总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分数。
2．公式：空间利用率＝×100%＝×100%。
3．常见的金属晶体的空间利用率
(1) 简单立方堆积：__52%__。
(2) 体心立方堆积：__68%__。
(3) 立方最密堆积、六方最密堆积：__74%__。
【及时巩固】
例4　按要求完成下列填空。
(1) 由Li2CO3可制备X晶体，其晶胞为长方体，结构如图所示：
①X的化学式为__LiCoO2__。
②与Li原子距离最近且等距的Co原子的数目为__8__。
③设X最简式的式量为Mr，阿伏加德罗常数的值为NA，则X晶体的密度为____g/cm3(列出计算式)。
【解析】 ①由图可知，晶胞中Li原子的数目为1，O原子的数目为4×＋2×＝2，Co原子的数目为8×＝1，则X的化学式为LiCoO2。②由图可知，以体心的Li原子为研究对象，则与Li原子距离最近且等距的Co原子的数目为8。③X晶体的密度为ρ＝＝＝g/cm3。
(2) 含Pd、Cs、I的化合物可用于太阳能电池材料。一定条件下，其中一种晶体可由立方结构(结构单元如图1所示)转化为四方结构(晶胞结构如图2所示)，两种结构的棱边夹角均为90°，且转化过程中原子个数比保持不变。
图1
图2
①立方结构中Pd、Cs、I的原子个数比为__1∶2∶6__。
②立方结构单元与四方结构的密度之比为____。
【解析】 ①由图可知，立方结构中Pd原子的数目为4×＝，Cs原子的数目为1，I原子的数目为12×＝3，则Pd∶Cs∶I＝1∶2∶6。②由图可知，四方结构中Pd原子的数目为8×＋1＝2，转化过程中，原子的数目之比保持不变，则在四方结构中Pd原子、Cs原子和I原子的数目分别为2、4和12，设立方结构单元的摩尔质量为M，则四方晶胞结构的摩尔质量为4M，故立方结构单元与四方结构的密度比为＝。
课堂评价 即学即练，当堂评价
1．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(　C　)
A．XYZ
B．X2Y4Z
C．XY4Z
D．X4Y2Z
2．如表所示的是几种常见氯化物的熔、沸点：
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据数据分析，属于分子晶体的是(　B　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
3．(2024·广州天河)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．S元素位于元素周期表s区
B．该物质的化学式为H2S
C．该晶体属于分子晶体
D．原子M的分数坐标为
【解析】 S元素位于元素周期表p区，A错误；根据均摊法，晶胞中S原子的数目为1＋8×＝2，H原子的数目为12×＋6×＝6，则其化学式为H3S，B错误；该晶体是一种新型超导材料，说明是由阴、阳离子构成的，属于离子晶体，C错误；M原子位于体心，则分数坐标为，D正确。
4．(1) 某含锰光电材料KMnxFy(x、y为整数)的立方晶胞如图1所示。K原子与F原子最小间距大于Mn原子与F原子最小间距，则该光电材料的化学式为__KMnF3__；K原子在晶胞中的位置为__体心__；晶体中一个Mn原子周围与其最近的F原子的数目为__6__。
图1
(2) 某稀土金属氧化物的立方晶胞如图2所示，则该氧化物的化学式为__REO2__，距离RE原子最近的O原子的数目为__8__。若M(晶胞)＝M g/mol，晶胞边长为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为__×1021__g/cm3(列出计算式)。
图2
(3) 一种铀的氧化物晶体结构可描述为U与空位交替填充在由氧原子构成的体积相等的立方体体心，形成如图3所示的结构单元。
图3
①该氧化物的化学式为__UO2__。
②若该氧化物的立方晶胞的晶胞参数为a nm，则O原子与U原子最近的距离为__a__ nm(用a表示)。
【解析】 (1) 根据均摊法，在晶胞中白球的数目为8×＝1，灰球的数目为1，黑球的数目为12×＝3；根据化合物中各元素化合价代数和为0，推测数量最多的黑球代表F原子，K原子与F原子的最小间距大于Mn原子与F原子的最小间距，白球与黑球的最短距离为棱长的，灰球与黑球的最短距离为面对角线长度的，则白球代表Mn原子，灰球代表K原子，即K原子位于晶胞的体心，该光电材料的化学式为KMnF3；以顶点Mn原子为研究对象，晶胞中一个Mn原子周围与其距离最近的F原子的数目为6。(2) 根据均摊法，晶胞中RE原子的数目为8×＋6×＝4，O原子的数目为8，则该氧化物化学式为REO2；以顶面面心RE原子为研究对象，距离RE原子最近的O原子的数目为8。(3) ①根据均摊法，O原子的数目为8×＋12×＋6×＋1＝8，U原子的数目为4，该氧化物的化学式为UO2。②O原子与U原子最近的距离为晶胞体对角线长度的，即a nm。
配套精练 分层训练，综合应用
练习1　晶体结构与性质
1．(2025·湖北卷)如图所示的是SO2的晶胞，呈长方体，晶胞参数a≠b≠c。下列说法正确的是(　D　)
A．晶胞中含有4个O原子
B．晶胞中SO2分子的取向相同
C．1号和2号S原子间的核间距为pm
D．与每个S原子距离最近且等距的的S原子的数目为4
【解析】 由图可知，晶胞中SO2分子数为12×＋1＝4，则晶胞中含有8个O原子，A错误；晶胞中SO2分子的取向不完全相同，B错误；1号和2号S原子间的核间距离为顶面对角线的一半，即 pm，C错误；以体心的S原子为研究对象，由于a≠b≠c，则与每个S原子距离最近且等距的S原子的数目为4，D正确。
2．(2025·湖南卷)K＋掺杂的铋酸钡具有超导性。K＋替代部分Ba2+形成Ba0.6K0.4BiO3(摩尔质量为354.8 g/mol)，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞的参数为a nm。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　A　)
A．晶体中与Bi原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．晶胞中含有的Bi原子的数目为8
C．第一电离能：Ba>O
D．晶体的密度为g/cm3
【解析】 由图可知，以顶点的Bi原子为研究对象，与Bi原子距离最近且等距的O原子的数目为6，A正确；根据均摊法，晶胞中含有的Bi原子的数目为8×＝1，B错误；同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，第一电离能：Be3．(2025·黑吉辽蒙卷)NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异，当0.44≤x≤0.95时，其立方晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　B　)
A．与W原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．x增大时，W原子的平均化合价升高
C．当晶胞密度为g/cm3时，x＝0.5
D．空位数不同，吸收的可见光波长不同
【解析】 由图可知，以晶胞顶角的W原子为研究对象，与W原子距离最近且等距的O原子的数目为6，A正确；在化合物中，O元素的化合价一般为－2，设W元素的平均化合价为y，根据化合物的各元素的化合价代数和为0可得：－6＋y＋x＝0，整理得y＝6－x，则x增大，W元素的平均化合价降低，B错误；当0.44≤x≤0.95时，立方晶胞中W原子的数目为8×＝1，O原子的数目为12×＝3，晶体密度为＝g/cm3，则有23x＋232＝243.5，解得x＝0.5，C正确；NaxWO3晶体中空位数不同，吸收的可见光波长不同，D正确。
4．一种负热膨胀材料的立方晶胞结构如图所示，晶胞密度为d g/cm3。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　A　)
A．沿晶胞体对角线方向的投影图为
B．Ag原子和B原子的杂化轨道类型均为sp3
C．晶体中与Ag原子距离最近且等距的Ag原子的数目为6
D．Ag原子和B原子的最短距离为××1010 pm
【解析】 由图可知，Ag原子位于体心，与周围4个N原子形成正四面体，则Ag原子的杂化轨道类型为sp3，以共用顶点B原子为研究对象，在周围8个晶胞中，有4个晶胞中存在1个C原子与该B原子成键，则B原子的价层电子对数为4，故其杂化轨道类型为sp3，B正确；以晶胞中位于体心的Ag原子为研究对象，与Ag原子距离最近且等距的Ag原子的数目为6，C正确；由均摊法可知，晶胞中B原子、Ag原子、C原子和N原子的数目分别为1、1、4和4，则由晶胞密度可知晶胞参数a＝×1010 pm，Ag原子和B原子的最短距离为体对角线的一半，即××1010 pm，D正确。
5．(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　C　)
A．晶体最简化学式为KCaB6C6
B．晶体中与K原子最近且距离相等的Ca原子的数目为8
C．晶胞中B原子和C原子构成的多面体有12个面
D．晶体的密度为 g/cm3
【解析】 根据均摊法可知，K原子的数目为8×＝1，Ca原子的数目为1，B原子的数目为12×＝6，C原子的数目为12×＝6，则该晶体的最简化学式为KCaB6C6，A正确；由晶胞结构可知，K原子位于晶胞顶点，Ca原子位于体心，每个K原子为8个晶胞共用，则晶体中与K原子最近且距离相等的Ca原子的数目为8，B正确；由晶胞结构图可知，晶胞中B原子和C原子构成的多面体有14个面，C错误；晶胞密度ρ＝ g/cm3＝ g/cm3，D正确。
6．(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　C　)
图1 图2
A．图1晶体密度为 g/cm3
B．图1中O原子的配位数为6
C．图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1－x
D．Mg2+取代产生的空位有利于Li＋传导
【解析】 根据均摊法可知，图1中Li原子的数目为8×＋1＝3，O原子的数目为2×＝1，Cl原子的数目为4×＝1，则图1晶体的密度ρ＝ g/cm3＝ g/cm3，A正确；在图1晶胞中，O原子呈负电性，则O原子的配位数就是与O原子最近的呈正电性的原子(即Li原子)的数目，由图1可知，与O原子距离最近的Li原子的数目为6，B正确；根据均摊法可知，图2中Li原子的数目为1，O原子的数目为2×＝1，Mg原子或空位的数目为8×＝2，Cl原子或Br原子的数目为4×＝1，设Mg原子的数目为y，根据化合物中各元素的化合价代数和为0可得：1＋2y＋(－2)＋(－1)＝0，解得y＝1，则能表示图2晶体的化学式为LiMgOClxBr1－x，C错误；由“镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料”可推测出Mg2+取代产生的空位有利于Li＋的传导，D正确。
7．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列关于各晶体模型示意的说法错误的是(　C　)
　　
A．NaCl晶胞中，Na＋的配位数是6
B．每个Si原子与4个O原子以共价键相连
C．SiO2晶胞中，A原子的分数坐标是
D．12 g石墨中含有共价键的数目为1.5NA
【解析】 由NaCl晶胞图可知，与Na＋距离最近且等距的Cl－的数目为6，A正确；由SiO2晶胞图可知，每个Si原子与4个O原子以共价键相连，则A原子的分数坐标是，B正确，C错误；由石墨的结构可知，每个C原子形成的共价键的数目为3×＝1.5，故12 g(即1 mol)石墨中含有共价键的数目为1.5NA，D正确。
8．K3[Fe(CN)6]是特征鉴定Fe2+的试剂，两者混合后产生特征蓝色沉淀，该蓝色固体俗称普鲁士蓝。普鲁士蓝的晶体结构为图Ⅰ与图Ⅱ结构在空间中交替排列而成。下列说法错误的是(　A　)
图Ⅰ 图Ⅱ
A．普鲁士蓝晶胞的体积为a3 nm3
B．普鲁士蓝的化学式为KFe[Fe(CN)6]
C．与Fe2+距离最近且等距的CN－的数目为6
D．K＋处于Fe2+形成的四面体空隙中
【解析】 普鲁士蓝的晶体结构为图Ⅰ与图Ⅱ结构在空间中交替排列而成，则图Ⅰ不是整个晶胞结构，故晶胞的体积为(2a)3 nm3＝8a3 nm3，A错误。
9．硫化镁钙是一种潜在的新型材料，其晶胞结构如图所示。已知：晶胞中1号S原子的分数坐标为。下列说法正确的是(　C　)
A．基态Ca原子的价层电子的电子云轮廓图为哑铃形
B．与Ca原子距离最近且等距的S原子的数目为2
C．该物质的化学式为CaMgS2
D．2号S原子的分数坐标为
【解析】 基态Ca原子的价层电子排布式为4s2，s轨道的电子云轮廓图为球形，A错误；以顶面的Ca原子为研究对象，与Ca原子距离最近且等距的S原子的数目为4，B错误；根据均摊法可知，晶胞中Ca原子的数目为4×＋6×＝4，Mg原子的数目为8×＋4×＋1＝4，S原子的数目为8，则该物质的化学式为CaMgS2，C正确；晶胞中1号S原子的分数坐标为，说明上、下两个小正方体的高相等，2号S原子在上方小立方体的体对角线长的，则2号S原子的分数坐标为，D错误。
10．CeO2纳米粒子在抗病毒和抗肿瘤方面有无限潜力，其晶胞结构如图所示，M原子的分数坐标为(0，0，0)。下列说法正确的是(　D　)
A．一个晶胞中有14个Ce
B．Ce的配位数为6
C．N原子的分数坐标为
D．每个O原子周围与它最近且等距的O原子的数目为6
【解析】 根据均摊法计算，晶胞中Ce原子的数目为8×＋6×＝4，A错误；由晶胞结构图可知，以顶面面心的Ce原子为研究对象，与Ce原子距离最近且等距的O原子的数目为8，则Ce的配位数为8，B错误；由图可知，N原子的分数坐标为，C错误；由晶胞结构图可知，每个O原子周围与之距离最近且等距的O原子位于其上下前后左右，共有6个，D正确。
11．某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。该晶胞在体对角线方向的投影为(　C　)
【解析】 由晶胞结构图可知，沿晶胞对角线投影，以顶点上的K原子构成一个大六边形，面心上的F原子构成一个小六边形，体心的Ca原子与顶点K原子重合，C正确。
12．二氟化氙(XeF2)是一种选择性良好的氟化试剂。在室温下易升华，其晶体属四方晶系，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞参数如图所示，其中B原子的分数坐标为(0，0，r)。下列说法错误的是(　B　)
A．Xe元素位于元素周期表p区
B．F位于晶胞的顶点和体心
C．晶胞中A、B间距离d＝pm
D．该晶体属于分子晶体
【解析】 Xe元素位于元素周期表p区，A正确；根据均摊法可知，晶胞中大球的数目为8×＋1＝2，小球的数目为8×＋2＝4，则大球代表的是Xe原子，小球代表的是F原子，则Xe原子位于晶胞的顶点和体心，B错误；过A点向B点所在棱边作垂线，相交于D点，则D点为B点所在棱边的中点，则BD＝ pm，AD长度为底面对角线的一半，即AD＝a pm，故AB＝ pm，C正确；由XeF2在室温下易升华可知，XeF2晶体属于分子晶体，D正确。
13．按要求完成下列填空。
(1)(2021·江苏卷)如图1所示，AgI晶胞(如图)中含有的I原子的数目为__4__。
图1 图2
(2) (2019·江苏卷)如图2所示，Cu2O晶胞中含有的Cu原子的数目为__4__。
(3) (2014·江苏卷)如图3所示的是铜晶胞结构，则铜晶体中与每个铜原子距离最近且等距的铜原子数目为__12__。
图3 图4
(4) 铟(In)可与砷(As)形成一种光纤通信晶体材料，其晶胞结构如图4所示。
①该晶体中，铟原子的配位数为__4__。
②已知晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常数的值为NA。则晶体密度为__×1021__g/cm3。
【解析】 ②由均摊法可知，晶胞中As原子的数目为4，In原子的数目为8×＋6×＝4，则晶体密度为＝ g/cm3。
(5) 钒的化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。一种钒的硫化物的晶体结构及其俯视图如图5所示：
　　
图5
该钒的硫化物晶体中，与每个V原子最近且等距的S原子的数目是__6__。
(6) 氧化铈(CeO2)常用作玻璃工业添加剂，其立方晶胞中掺杂Y2O3，Y3+占据原来Ce4+的位置，可以得到更稳定的结构。如图6所示，在CeO2晶胞中，与Ce原子距离最近且等距的O原子的核间距为a pm。已知：O原子的空缺率＝×100%。
图6
① CeO2晶体中，与Ce原子距离最近且等距的Ce原子的数目为__12__。
② CeO2晶体的密度为____g/cm3(只需列出表达式，Ce—140)。
③ 若掺杂Y2O3后得到的晶体中n(CeO2)∶n(Y2O3)＝3∶1，则晶体中O原子的空缺率为__10%__。
(7) 一种锗晶胞结构如图7a所示，与锗原子距离最近且等距的锗原子的数目为__4__，锗原子A的分数坐标为(0，0，0)，锗原子B的分数坐标为____；将该晶胞沿图7a中体对角线投影，锗原子B投影的位置是图7b的__4__(填数字)号位。
图7a 图7b
【解析】 由晶胞图可知，以晶胞顶点的锗原子为研究对象，与该锗原子距离最近且等距的锗原子的数目为4；若位于顶点的锗原子A的分数坐标为(0，0，0)，则位于右侧面心的锗原子B的分数坐标为；由投影图中锗原子A、C的位置可知，锗原子B投影的位置是图中的4号位。
(8) (2022·广东卷)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图8a，沿x、y、z轴方向的投影均为图8b。
图8a
图8b
①X的化学式为__K2SeBr6__。
②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρ g/cm3，则X中相邻K之间的最短距离为__××107__nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
【解析】 ①由图可知，K原子位于晶胞内部，“SeBr6”位于顶点和面心位置，由均摊法可知，该晶胞中K原子的数目为8，“SeBr6”的数目为8×＋6×＝4，则化学式为K2SeBr6。②晶胞中含有4个“K2SeBr6”，设晶胞参数为x，则晶体密度ρ＝＝ g/cm3＝ g/cm3，解得x＝cm，由图可知，晶胞中相邻K原子之间的最短距离为x＝× cm＝××107 nm。
(9) (2021·广东卷)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图9a所示)中部分Ge原子被Hg原子和Sb原子取代后形成。
图9a
①图9b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是__晶胞是8个顶角相同的最小平行六面体，晶胞中平行棱相同，平行面也相同，此结构不符合这些特征__。
图9b
②图9c为X的晶胞，X的晶体中与Hg原子距离最近的Sb原子的数目为__4__；该晶胞中粒子个数之比Hg∶Ge∶Sb ＝__1∶1∶2__。
图9c
③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为____g/cm3(列出计算式)。
【解析】 ②以图9c顶面面心的Hg原子为研究对象，与Hg原子距离最近的Sb原子数目为4；由均摊法可知，晶胞中含有Hg原子数目为6×＋4×＝4，Ge原子数目为1＋8×＋4×＝4，Sb原子数目为8，则该晶胞中粒子个数之比Hg∶Ge∶Sb ＝4∶4∶8＝1∶1∶2。
练习2　物质结构与性质综合
1．下列关于物质性质的解释错误的是(　C　)
选项 物质性质 解释
A 熔点：NaCl>CsCl NaCl的离子键强于CsCl的
B I2易溶于CCl4 I2和CCl4都是非极性分子
C NaHC2O4溶液显酸性 HC2O的水解程度大于电离程度
D 离子液体导电性良好 离子液体中有可移动的阴、阳离子
【解析】 离子半径：Na＋2．(2025·湖北卷)下列关于物质性质或应用的解释错误的是(　A　)
选项 性质或应用 解释
A 石蜡油的流动性比水的差 石蜡油的分子间作用力比水的小
B NH3溶于水显碱性 NH3可结合水中的质子
C OF2可以氧化H2O OF2中O显正电性
D 石墨作为润滑剂 石墨层间靠范德华力维系
【解析】 石蜡油的成分主要是高级脂肪烃，相对分子质量较大，分子间作用力较大，导致黏性大，故流动性比水的差，A错误；NH3分子中N原子有1个孤电子对，能与水提供的H＋结合，故NH3溶于水显碱性，B正确；OF2分子的O元素的化合价为＋2，H2O分子中O元素的化合价为－2，二者可以发生归中反应，C正确；石墨是层状结构，层间靠范德华力维系，范德华力较弱，导致层与层之间容易滑动，故石墨具有润滑性，D正确。
3．(2025·河北卷)化学研究应当注重宏观与微观相结合。下列宏观现象与微观解释不符合的是(　D　)
选项 宏观现象 微观解释
A 氮气稳定存在于自然界中 氮分子中存在氮氮三键，断开该共价键需要较多的能量
B 苯不能使溴的CCl4溶液褪色 苯分子中碳原子形成了稳定的大π键
C 天然水晶呈现多面体外形 原子在三维空间里呈周期性有序排列
D 熔点：NaCl>AlCl3 离子晶体中离子所带电荷数越少，离子半径越大，离子晶体熔点越低
【解析】 N2分子含有氮氮三键，键能高，难断裂，故N2能稳定存在自然界中，A正确；苯分子中因存在大π键，结构稳定，难与Br2发生加成反应或取代反应，B正确；水晶的规则外形由原子三维有序排列(晶体结构)导致，C正确；NaCl属于离子晶体，AlCl3属于分子晶体，一般情况下，离子晶体的熔、沸点高于分子晶体的，D错误。
4．(2025·湖南卷)下列关于物质性质的解释错误的是(　C　)
选项 性质 解释
A 酸性：CH3COOHB 熔点：C2H5NH3NO3C 熔点：Fe>Na Fe比Na的金属性弱
D 沸点：H2O>H2S H2O分子间存在氢键
【解析】 烷基是推电子基团，则甲基使乙酸分子中O—H的极性减弱，酸性弱于甲酸，A正确；离子体积：C2H5NH>NH，离子键强度：C2H5NH3NO3< NH4NO3，则熔点：C2H5NH3NO35．(2025·湖北卷)N和P为同主族相邻元素。下列关于物质性质或现象的解释错误的是(　A　)
A．KNO3的熔点比K3PO4的低的原因是KNO3的离子键更强
B．磷单质通常不以P2形式存在的原因是磷磷之间难以形成三键
C．次磷酸()的酸性比硝酸()的弱的原因是次磷酸中的O—H的极性较小
D．P可以与F2反应生成PF5，而N2与F2反应只能生成NF3，原因是P的价层电子轨道更多且半径更大
【解析】 离子晶体中，阴、阳离子所带的电荷数越多，离子键强度越大，熔、沸点越高，阴离子的电荷数：PO>NO，离子键强度：KNO36．(2025·重庆卷)3种氮氧化物的球棍模型如图所示：
下列说法正确的是(　A　)
A．氮氮键的键能：N2O>N2O3
B．熔点：N2O3>N2O4
C．分子的极性：N2O4>N2O
D．N—N—O的键角：a>b
【解析】 化学键的键长越短，键能越大，由图可知，氮氮键的键长：N2ON2O3，A正确；N2O3和N2O4均为分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则熔点：N2O37．(2025·河南卷)自旋交叉化合物在分子开关、信息存储等方面具有潜在的应用价值。某自旋交叉化合物的结构及在氦气气氛下的热重曲线分别如图1和图2所示。该化合物的相对分子质量Mr＝870＋32x(x为整数)。
图1 图2
下列说法正确的是(　A　)
A．x＝1
B．第一电离能：CC．该化合物中不存在离子键
D．该化合物中配位数与配体个数相等
【解析】 同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的，则第一电离能：N>O>C，B错误；在该化合物中，配离子与NO之间存在离子键，C错误；由图可知，配体的数目为2，Fe的配位数为6，二者不相等，D错误。
8．“机械键”是两个或多个分子在空间上穿插互锁的一种结合形式。我国科研人员合成了由两个全苯基大环分子组成如图所示的具有“机械键”的索烃。下列说法错误的是(　C　)
A．该索烃属于芳香烃
B．该索烃的相对分子质量可用质谱仪测定
C．该索烃的两个大环之间不存在范德华力
D．破坏该索烃中的“机械键”需要断裂共价键
【解析】 该物质是由两个全苯基大环分子组成的具有“机械键”的索烃，只含有苯环和碳碳单键，故属于芳香烃，A正确；质谱仪可测定有机物分子的相对分子质量，B正确；该物质属于分子晶体，分子间存在范德华力，C错误；该物质分子含有共价键，破坏“机械键”时需要断裂共价键，D正确。
9．(2025·黑吉辽蒙卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙[(YW2)2XZ]，开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y、Z同周期，基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是(　D　)
A．第一电离能：Z>Y>X
B．甲中不存在配位键
C．乙中σ键和π键的数目之比为6∶1
D．甲和乙中X杂化轨道类型分别为sp和sp2
【解析】 由题可知，W为H元素，X为C元素，Y为N元素，Z为O元素。同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素第一电离能大于同周期相邻元素的，则第一电离能：N＞O＞C，A错误；甲为NH4OCN，NH中有N原子提供孤电子对，H＋提供空轨道形成的配位键，B错误；乙为，分子中σ键与π键的数目之比为7∶1，C错误；OCN－中心碳原子的杂化轨道类型为sp，CO(NH2)2中心碳原子的杂化轨道类型为sp2，D正确。
10．(2025·安徽卷)某化合物的结构如图所示。W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素，其中X、Z位于同一主族。下列说法错误的是(　D　)
A．电负性：X>Z>Y
B．该物质中Y原子和Z原子的杂化轨道类型均为sp3
C．基态原子中未成对电子数：WD．第一电离能：X>Z>Y
【解析】 由题可知，W为H元素，X为O元素，Y为P元素，Z为S元素。同周期主族元素从左向右，电负性逐渐增大，同主族元素从上向下，电负性逐渐减小，故电负性：O>S>P，A正确；该物质中，P原子和S原子的价层电子对数均为4，则二者的杂化轨道类型均为sp3，B正确；基态H原子中未成对电子数为1；基态O原子的价层电子排布式为2s22p4，未成对电子数为2；基态P原子的价层电子排布式为3s23p3，未成对电子数为3，则基态原子中未成对电子数：HS，D错误。
11．半导体材料种类繁杂，第一代：硅、锗；第二代：砷化镓、磷化铟等；第三代：碳化硅、氮化镓、氧化锌等；第四代：氧化镓、氮化铝等。下列说法正确的是(　A　)
A．化学稳定性(常温下被O2氧化)：Si＞Ge
B．熔点：GaAs＞GaN
C．SiC中每个Si与周围的C形成2个共价键
D．AlN、ZnO均是两性氧化物
【解析】 同主族元素从上到下，元素单质的还原性逐渐增强，则还原性：Ge>Si，则化学稳定性(常温下被O2氧化)：Si＞Ge，A正确；GaAs和GaN都是共价晶体，原子半径：As>N，键长：Ga—As＞Ga—N，则熔点：GaAs＜GaN，B错误；SiC晶体中每个Si原子与周围4个C原子形成共价键，C错误；AlN不是氧化物，D错误。
12．物质的结构决定其性质。下列性质差异与结构因素没有关联的是(　D　)
选项 性质差异 结构因素
A 在CCl4中的溶解度：I2＞ICl 分子极性
B 熔点：SiC(2 830℃)＞SiF4(－90 ℃) 晶体类型
C 沸点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛 氢键类型
D Ka：F3CCOOH＞Cl3CCOOH 范德华力
【解析】 CCl4是非极性分子，I2是非极性分子，ICl是极性分子，根据“相似相溶”规律可知，I2在CCl4中的溶解度大于ICl在CCl4中的溶解度，A正确；共价晶体的熔、沸点高于分子晶体的，SiC属于共价晶体，SiF4属于分子晶体，晶体类型不同，则熔点：SiC>SiF4，B正确；对羟基苯甲醛形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，形成分子间氢键的分子晶体沸点较高，故沸点：对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛，C正确；电负性：F>Cl，F原子的吸电子能力强，使羧基中O—H的极性变大，更容易电离出H＋，则Ka：F3CCOOH>Cl3CCOOH，D错误。
13．氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)是第三代半导体材料。
(1) 基态Ga原子的电子排布式为__[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1)__。Ga、N和O的第一电离能由小到大的顺序为__Ga【解析】 同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的，则第一电离能：B(2) GaCl3的熔点为77.9 ℃，气体在270 ℃左右以二聚物存在，GaF3的熔点为1 000 ℃；GaCl3的熔点低于GaF3的原因为__GaCl3属于分子晶体，GaF3属于离子晶体，一般情况下，离子晶体的熔点高于分子晶体的__。
(3) GaCl3·xNH3(x＝3，4，5，6)是一系列化合物，向含1 mol GaCl3·xNH3的溶液中加入足量AgNO3溶液，有难溶于稀硝酸的白色沉淀生成；过滤后，充分加热滤液，有4 mol NH3逸出，且又有上述沉淀生成，两次沉淀的物质的量之比为1∶2。
①NH3分子的空间结构为__三角锥形__。
②GaCl3·xNH3的化学式为__[Ga(NH3)4Cl2]Cl__。
(4) [Co(NO3)4]2-中Co2+的配位数为4，配体中N原子的杂化轨道类型为__sp2__，1 mol该配离子中含σ键的物质的量为__16_mol__。
【解析】 向溶液中加入足量AgNO3溶液，有沉淀生成，说明该配合物外界中有Cl－；过滤后，充分加热滤液，有4 mol NH3逸出，即x＝4；同时Cl－与Ag＋反应生成沉淀，两次沉淀的物质的量之比为1∶2，则说明内界的Cl－与外界的Cl－的数目之比为2∶1，则该溶液中溶质的化学式为[Ga(NH3)4Cl2]Cl。第5讲　晶体结构与性质
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问题思考 问题1　准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体？ 问题2　NaCl、CsCl、金属晶体和金刚石的配位数是多少？
能力自测 排查问题，找出差距
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) (2024·安徽卷)鉴别水晶和玻璃：X射线衍射实验(　　)
(2) (2024·山东卷)通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构(　　)
(3) 冰的晶体类型为共价晶体(　　)
(4) NaCl晶胞中Na＋的配位数为12(　　)
(5) 固态四乙基铅(熔点为－136 ℃，极易挥发)为离子晶体(　　)
(6) ⅣA族元素单质的晶体类型相同(　　)
【高考能力】
[晶体类型]
1．(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是(　　)
A．金刚石(C) B．单晶硅(Si)
C．金刚砂(SiC) D．氮化硼(BN，立方相)
2．(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨和石墨炔的说法正确的是(　　)
A．三种物质中均有碳、碳原子间的σ键
B．三种物质中的碳原子的杂化轨道类型均为sp3
C．三种物质的晶体类型相同
D．三种物质均能导电
[晶体结构及计算]
3．(2024·江西卷)NbO的立方晶胞如图所示，晶胞参数为a nm，原子P的分数坐标为(0，0，0)，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(Nb—93)(　　)
A．Nb原子的配位数是6
B．Nb原子和O原子的最短距离为a nm
C．晶体密度ρ＝ g/cm3
D．M的分数坐标为
4．按要求完成下列填空。
(1) (2025·广东卷)NixCuyNz晶体的立方晶胞中原子所处位置如图甲所示。已知：同种位置原子相同，相邻原子间的最近距离之比d(Ni—Cu)∶d(Ni—N)＝∶1，则x∶y∶z＝________；晶体中与Cu原子最近且等距离的原子的数目为________。
甲 乙
(2) (2023·广东卷)由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图乙所示。Al原子与O原子最小间距大于Co原子与O原子最小间距，x、y为整数，则Co原子在晶胞中的位置为________；晶体中一个Al原子周围与其最近的O原子的数目为________。
(3) (2024·广东卷)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga原子与Ni原子交替填充在Co原子构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝________，其立方晶胞的体积为______________nm3。
考点研析 精细归纳，构建体系
考点1　常见晶体与晶体类型的判断
晶体
1．晶体的特点
(1) ________：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2) ________：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。
(3) 晶体有固定的________。
2．区分晶体与非晶体方法
(1) 晶体的熔点较固定。
(2) 最可靠的科学方法是对固体进行_____________________________。
3．晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。
分子晶体
1．概念：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力是________。
2．性质：具有较低的熔、沸点，易升华，硬度小。
3．常见的分子晶体
(1) 所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。
(2) 部分非金属单质：卤素(X2)、O2、S8、N2、白磷(P4)、C60等。
(3) 部分非金属氧化物：CO2、P4O10、SO2等。
(4) 稀有气体。
(5) 几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4等。
(6) 绝大多数有机化合物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
4．典型的分子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
干冰 (1) 干冰中的CO2分子间相互作用力是________ (2) 每个晶胞中有________个CO2分子、________个原子 (3) 每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为________，属于分子密堆积
冰 (1) 水分子之间的主要作用力是________，也存在范德华力 (2) 氢键有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的________个相邻水分子互相吸引 (3) 含1 mol H2O的冰晶体中最多可形成_______氢键
共价晶体
1．概念：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力为________。
2．性质：硬度大，熔、沸点高。
3．常见的共价晶体
(1) 某些单质：金刚石、晶体硅(Si)、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)等。
(2) 某些非金属化合物：碳化硅(SiC)、氮化硼(BN，立方相)等。
(3) 某些氧化物：二氧化硅(SiO2)等。
4．典型的共价晶体
晶体名称 晶体结构模型 晶胞 结构特点
金刚石 (1) 碳原子的杂化轨道类型是______，C—C—C夹角为______ (2) 每个碳原子与周围紧邻的________个碳原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构。含1 mol 碳原子的金刚石中含有________ C—C (3) 最小碳环由6个碳原子组成，且最小环上有4个碳原子在同一平面内；每个碳原子被12个六元环共用 (4) 金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个碳原子，晶胞内部有4个碳原子，内部的碳原子在晶胞的体对角线的处，每个金刚石晶胞中含有________个碳原子
SiO2 (1) 硅原子的杂化轨道类型是______，正四面体内O—Si—O键角为________ (2) 每个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶点，同时每个氧原子被2个硅氧正四面体共用；每个氧原子和2个硅原子形成2个共价键，晶体中硅原子与氧原子个数之比为________ (3) 1 mol SiO2晶体中含________ Si—O
SiC (1) 碳、硅原子的杂化轨道类型是________，键角为________ (2) 每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构 (3) 每个SiC晶胞中含有4个碳原子和4个硅原子
离子晶体
1．概念：由______离子和______离子相互作用而形成的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力主要是________。
2．晶格能：(1) 含义：指拆开1 mol离子晶体，使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。
(2) 离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越______。晶格能越大，离子晶体的熔点越______、硬度越______。
3．常见的离子晶体：强碱、大多数金属氧化物和大多数盐。
4．典型的离子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
NaCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有______个Na＋和______个Cl－ (2) Na＋的配位数为________，Cl－的配位数为_______ (3) 每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋的数目为__________，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为______ (4) 常见的离子晶体实例：KCl、NaBr、CaO和AgF等。
CsCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有________个Cs＋、________个Cl－ (2) Cs＋的配位数为________，Cl－的配位数为________ (3) 每个Cs＋周围等距且紧邻的Cs＋的数目为__________，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为________ (4) 常见的离子晶体实例：CsBr、NH4Cl等
ZnS型晶体 (1) 每个晶胞中含有________个Zn2+，________个S2- (2) Zn2+的配位数为__________，S2―的配位数为__________ (3) 每个Zn2+周围等距且紧邻的Zn2+的数目为__________，每个S2-周围等距且紧邻的S2-的数目为__________ (4) 常见的离子晶体实例：ZnS等
CaF2型晶体 (1) 每个晶胞中含有________个Ca2+，________个F－ (2) Ca2+的配位数为________，F－的配位数为__________ (3) 每个Ca2+周围等距且紧邻的Ca2+的数目为__________，每个F－周围等距且紧邻的F－的数目为__________ (4) 常见的离子晶体实例：CaF2、BaF2、PbF2、CeO2等
金属晶体
1．概念：金属原子通过金属键形成的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力是________。
2．性质：金属原子半径越小，价层电子数越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高。具有良好的导电、导热性能。
3．典型的金属晶体
晶体名称 晶体的结构模型 结构特点
简单立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为_____________ (2) 每个金属原子的配位数为______________ (3) 常见金属晶体实例：Po
面心立方最密堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为________ (2) 每个金属原子的配位数为________ (3) 常见金属晶体实例：Ca、Cu、Au等
体心立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为________ (2) 每个金属原子的配位数为________ (3) 常见金属晶体实例：Li、Na、K等
六方最密堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为________ (2) 每个金属原子的配位数为________ (3) 常见金属晶体实例：Mg、Zn、Ti等
解疑释惑　11
晶体熔、沸点的判断步骤
1．先判断晶体的类型，一般情况下，熔点：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
2．晶体类型相同的，再根据其他条件进行判断。
(1) 金属晶体：金属原子的价层电子数越多，半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：Al>Mg>Na。
(2) 离子晶体：阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：MgO>NaCl>KCl，NH4Cl>CH3NH3Cl。
(3) 共价晶体：原子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：金刚石>金刚砂>单晶硅。
(4) 分子晶体
①首先判断是否存在分子间氢键，形成分子间氢键的晶体的沸点大于未形成分子间氢键的。如沸点：NH3>PH3。
②组成和结构相似的，相对分子质量越大，沸点越高。如沸点：SiI4>SiBr4>SiCl4>SiF4。
③相对分子质量相近的，分子的极性越大，沸点越高。如沸点：CO>N2。
【常考判断】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 单晶硅为分子晶体(　　)
(2) 石墨质软的原因是其层间作用力微弱(　　)
(3) 1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O(　　)
(4) 在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个(　　)
(5) SiO2晶体中O—Si—O键角为120°(　　)
(6) S8是分子晶体(　　)
【及时巩固】
例1　下列说法正确的是(　　)
A．CO2与SiO2的晶体类型相同
B．SiCl4与SiHCl3分子中的键角相等
C．1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si
D．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2
例2　下列晶体性质的比较错误的是( )
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅
B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅
D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
例3　按要求完成下列填空。
(1) NaH的熔点为800 ℃，不溶于有机溶剂。NaH属于______晶体，其电子式为______。单质硒的熔点为217 ℃，属于______晶体。
(2) K和Na位于同主族，K2S的熔点为840 ℃，Na2S的熔点为950 ℃，前者熔点较低的原因是___________________________________。
(3) K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子数相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是________。
(4) 如图1所示的是CO2分子晶体结构的一部分，每个CO2分子周围有________个与之紧邻的CO2分子，该结构单元平均占有________个CO2分子。
图1 图2
(5) NaCl晶体模型如图2所示，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。
深度指津
晶体结构的复杂性
1．纯粹的典型晶体是不多见的，大多数晶体都是四类晶体之间的过渡晶体。
2．离子键的百分数依据电负性的差值计算出的，差值越大，离子键百分数越大，性质越偏向离子晶体。
3．常见的混合型晶体——石墨
①同层内碳原子的杂化轨道类型为sp2，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，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，其电子轨道垂直于碳原子平面。
②石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合型晶体。层与层之间相互作用力是范德华力。
③石墨的性质：熔点较高、质软、易导电等。
4．硅酸盐中不存在单独的SiO，硅氧四面体通过共用顶角氧原子形成较大的链状硅酸盐{SiO}∞单元。
硅的含氧酸根阴离子的结构示意图
考点2　与晶胞相关的概念和计算
晶胞中微粒数的计算(均摊法)
晶胞中配位数的计算
1．金属晶体、共价晶体、分子晶体的配位数：晶胞中与一个原子(或分子)最近且等距的原子(或分子)的数目。常见晶胞的配位数如下表：
晶胞结构模型
配位数 ________ ________ ________
2．离子晶体的配位数：与一个离子周围最近且等距的异种电性离子的数目。
晶胞结构模型 NaCl型 CsCl型 CaF2型
配位数 ________ ________ Ca2+：______ F－：________
晶体密度
1．1个微粒的质量：m＝ (M为摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数的值)。
2．晶胞体积：V＝a3(立方体)＝abc(长方体)。
3．晶体密度
ρ＝
原子半径与晶胞参数的关系
晶胞类型 晶胞结构模型 原子半径(r)与晶胞参数(a)的关系
简单立方 ___________________________
体心立方 ___________________________
面心立方 ___________________________
金刚石型 ___________________________
空间利用率
1．定义：构成晶体的微粒的总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分数。
2．公式：空间利用率＝×100%＝×100%。
3．常见的金属晶体的空间利用率
(1) 简单立方堆积：____________。
(2) 体心立方堆积：____________。
(3) 立方最密堆积、六方最密堆积：________。
【及时巩固】
例4　按要求完成下列填空。
(1) (2025·广州二模)由Li2CO3可制备X晶体，其晶胞为长方体，结构如图所示：
①X的化学式为________。
②与Li原子距离最近且等距的Co原子的数目为________。
③设X最简式的式量为Mr，阿伏加德罗常数的值为NA，则X晶体的密度为________ g/cm3(列出计算式)。
(2) (2025·深圳二模)含Pd、Cs、I的化合物可用于太阳能电池材料。一定条件下，其中一种晶体可由立方结构(结构单元如图1所示)转化为四方结构(晶胞结构如图2所示)，两种结构的棱边夹角均为90°，且转化过程中原子个数比保持不变。
图1 图2
①立方结构中Pd、Cs、I的原子个数比为______________。
②立方结构单元与四方结构的密度之比为________。
课堂评价 即学即练，当堂评价
1．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(　　)
A．XYZ B．X2Y4Z
C．XY4Z D．X4Y2Z
2．如表所示的是几种常见氯化物的熔、沸点：
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据数据分析，属于分子晶体的是(　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
3．(2024·广州天河)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．S元素位于元素周期表s区
B．该物质的化学式为H2S
C．该晶体属于分子晶体
D．原子M的分数坐标为
4．(1) (2025·广州期末)某含锰光电材料KMnxFy(x、y为整数)的立方晶胞如图1所示。K原子与F原子最小间距大于Mn原子与F原子最小间距，则该光电材料的化学式为________；K原子在晶胞中的位置为________；晶体中一个Mn原子周围与其最近的F原子的数目为________。
图1
(2) (2025·肇庆二模)某稀土金属氧化物的立方晶胞如图2所示，则该氧化物的化学式为________，距离RE原子最近的O原子的数目为__________。若M(晶胞)＝M g/mol，晶胞边长为a nm，NA为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为________g/cm3(列出计算式)。
图2
(3) 一种铀的氧化物晶体结构可描述为U与空位交替填充在由氧原子构成的体积相等的立方体体心，形成如图3所示的结构单元。
图3
①该氧化物的化学式为________。
②若该氧化物的立方晶胞的晶胞参数为a nm，则O原子与U原子最近的距离为________ nm(用a表示)。
配套热练
练习1　晶体结构与性质
1．(2025·湖北卷)如图所示的是SO2的晶胞，呈长方体，晶胞参数a≠b≠c。下列说法正确的是(　　)
A．晶胞中含有4个O原子
B．晶胞中SO2分子的取向相同
C．1号和2号S原子间的核间距为pm
D．与每个S原子距离最近且等距的的S原子的数目为4
2．(2025·湖南卷)K＋掺杂的铋酸钡具有超导性。K＋替代部分Ba2+形成Ba0.6K0.4BiO3(摩尔质量为354.8 g/mol)，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞的参数为a nm。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是(　　)
A．晶体中与Bi原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．晶胞中含有的Bi原子的数目为8
C．第一电离能：Ba>O
D．晶体的密度为g/cm3
3．(2025·黑吉辽蒙卷)NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异，当0.44≤x≤0.95时，其立方晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　　)
A．与W原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．x增大时，W原子的平均化合价升高
C．当晶胞密度为g/cm3时，x＝0.5
D．空位数不同，吸收的可见光波长不同
4．(2025·陕晋青宁卷)一种负热膨胀材料的立方晶胞结构如图所示，晶胞密度为d g/cm3。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是(　　)
A．沿晶胞体对角线方向的投影图为
B．Ag原子和B原子的杂化轨道类型均为sp3
C．晶体中与Ag原子距离最近且等距的Ag原子的数目为6
D．Ag原子和B原子的最短距离为××1010 pm
5．(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是(　　)
A．晶体最简化学式为KCaB6C6
B．晶体中与K原子最近且距离相等的Ca原子的数目为8
C．晶胞中B原子和C原子构成的多面体有12个面
D．晶体的密度为 g/cm3
6．(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是(　　)
图1 图2
A．图1晶体密度为 g/cm3
B．图1中O原子的配位数为6
C．图2表示的化学式为LiMg2OClxBr1－x
D．Mg2+取代产生的空位有利于Li＋传导
7．(2025·佛山联考)设NA为阿伏加德罗常数的值，下列关于各晶体模型示意的说法错误的是(　　)
　　
A．NaCl晶胞中，Na＋的配位数是6
B．每个Si原子与4个O原子以共价键相连
C．SiO2晶胞中，A原子的分数坐标是
D．12 g石墨中含有共价键的数目为1.5NA
8．(2025·佛山期末)K3[Fe(CN)6]是特征鉴定Fe2+的试剂，两者混合后产生特征蓝色沉淀，该蓝色固体俗称普鲁士蓝。普鲁士蓝的晶体结构为图Ⅰ与图Ⅱ结构在空间中交替排列而成。下列说法错误的是(　　)
图Ⅰ 图Ⅱ
A．普鲁士蓝晶胞的体积为a3 nm3
B．普鲁士蓝的化学式为KFe[Fe(CN)6]
C．与Fe2+距离最近且等距的CN－的数目为6
D．K＋处于Fe2+形成的四面体空隙中
9．(2025·广东联考)硫化镁钙是一种潜在的新型材料，其晶胞结构如图所示。已知：晶胞中1号S原子的分数坐标为。下列说法正确的是(　　)
A．基态Ca原子的价层电子的电子云轮廓图为哑铃形
B．与Ca原子距离最近且等距的S原子的数目为2
C．该物质的化学式为CaMgS2
D．2号S原子的分数坐标为
10．(2024·广州部分重点中学联考)CeO2纳米粒子在抗病毒和抗肿瘤方面有无限潜力，其晶胞结构如图所示，M原子的分数坐标为(0，0，0)。下列说法正确的是(　　)
A．一个晶胞中有14个Ce
B．Ce的配位数为6
C．N原子的分数坐标为(，，)
D．每个O原子周围与它最近且等距的O原子的数目为6
11．(2024·湛江二模)某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。该晶胞在体对角线方向的投影为(　　)
12．(2024·广州二模)二氟化氙(XeF2)是一种选择性良好的氟化试剂。在室温下易升华，其晶体属四方晶系，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞参数如图所示，其中B原子的分数坐标为(0，0，r)。下列说法错误的是(　　)
A．Xe元素位于元素周期表p区
B．F位于晶胞的顶点和体心
C．晶胞中A、B间距离d＝pm
D．该晶体属于分子晶体
13．按要求完成下列填空。
(1)(2021·江苏卷)如图1所示，AgI晶胞(如图)中含有的I原子的数目为________。
图1
(2) (2019·江苏卷)如图2所示，Cu2O晶胞中含有的Cu原子的数目为________。
图2
(3) (2014·江苏卷)如图3所示的是铜晶胞结构，则铜晶体中与每个铜原子距离最近且等距的铜原子数目为________。
图3
(4) (2025·深圳联考)铟(In)可与砷(As)形成一种光纤通信晶体材料，其晶胞结构如图4所示。
图4
①该晶体中，铟原子的配位数为________。
②已知晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常数的值为NA。则晶体密度为________ g/cm3。
(5) (2025·汕头一模)钒的化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。一种钒的硫化物的晶体结构及其俯视图如图5所示：
　　
图5
该钒的硫化物晶体中，与每个V原子最近且等距的S原子的数目是________。
(6) (2025·深圳宝安)氧化铈(CeO2)常用作玻璃工业添加剂，其立方晶胞中掺杂Y2O3，Y3+占据原来Ce4+的位置，可以得到更稳定的结构。如图6所示，在CeO2晶胞中，与Ce原子距离最近且等距的O原子的核间距为a pm。已知：O原子的空缺率＝×100%。
图6
① CeO2晶体中，与Ce原子距离最近且等距的Ce原子的数目为________。
② CeO2晶体的密度为________________g/cm3(只需列出表达式，Ce—140)。
③ 若掺杂Y2O3后得到的晶体中n(CeO2)∶n(Y2O3)＝3∶1，则晶体中O原子的空缺率为________。
(7) (2025·汕头三模)一种锗晶胞结构如图7a所示，与锗原子距离最近且等距的锗原子的数目为________，锗原子A的分数坐标为(0，0，0)，锗原子B的分数坐标为________；将该晶胞沿图7a中体对角线投影，锗原子B投影的位置是图7b的________(填数字)号位。
图7a 图7b
(8) (2022·广东卷)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图8a，沿x、y、z轴方向的投影均为图8b。
图8a
图8b
①X的化学式为________。
②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρ g/cm3，则X中相邻K之间的最短距离为________nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
(9) (2021·广东卷)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图9a所示)中部分Ge原子被Hg原子和Sb原子取代后形成。
图9a
①图9b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是____。
图9b
②图9c为X的晶胞，X的晶体中与Hg原子距离最近的Sb原子的数目为________；该晶胞中粒子个数之比Hg∶Ge∶Sb ＝________。
图9c
③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为________g/cm3(列出计算式)。
练习2　物质结构与性质综合
1．(2025·陕晋青宁卷)下列关于物质性质的解释错误的是(　　)
选项 物质性质 解释
A 熔点：NaCl>CsCl NaCl的离子键强于CsCl的
B I2易溶于CCl4 I2和CCl4都是非极性分子
C NaHC2O4溶液显酸性 HC2O的水解程度大于电离程度
D 离子液体导电性良好 离子液体中有可移动的阴、阳离子
2．(2025·湖北卷)下列关于物质性质或应用的解释错误的是(　　)
选项 性质或应用 解释
A 石蜡油的流动性比水的差 石蜡油的分子间作用力比水的小
B NH3溶于水显碱性 NH3可结合水中的质子
C OF2可以氧化H2O OF2中O显正电性
D 石墨作为润滑剂 石墨层间靠范德华力维系
3．(2025·河北卷)化学研究应当注重宏观与微观相结合。下列宏观现象与微观解释不符合的是(　　)
选项 宏观现象 微观解释
A 氮气稳定存在于自然界中 氮分子中存在氮氮三键，断开该共价键需要较多的能量
B 苯不能使溴的CCl4溶液褪色 苯分子中碳原子形成了稳定的大π键
C 天然水晶呈现多面体外形 原子在三维空间里呈周期性有序排列
D 熔点：NaCl>AlCl3 离子晶体中离子所带电荷数越少，离子半径越大，离子晶体熔点越低
4．(2025·湖南卷)下列关于物质性质的解释错误的是(　　)
选项 性质 解释
A 酸性：CH3COOHB 熔点：C2H5NH3NO3C 熔点：Fe>Na Fe比Na的金属性弱
D 沸点：H2O>H2S H2O分子间存在氢键
5．(2025·湖北卷)N和P为同主族相邻元素。下列关于物质性质或现象的解释错误的是(　　)
A．KNO3的熔点比K3PO4的低的原因是KNO3的离子键更强
B．磷单质通常不以P2形式存在的原因是磷磷之间难以形成三键
C．次磷酸()的酸性比硝酸()的弱的原因是次磷酸中的O—H的极性较小
D．P可以与F2反应生成PF5，而N2与F2反应只能生成NF3，原因是P的价层电子轨道更多且半径更大
6．(2025·重庆卷)3种氮氧化物的球棍模型如图所示：
下列说法正确的是(　　)
A．氮氮键的键能：N2O>N2O3 B．熔点：N2O3>N2O4
C．分子的极性：N2O4>N2O D．N—N—O的键角：a>b
7．(2025·河南卷)自旋交叉化合物在分子开关、信息存储等方面具有潜在的应用价值。某自旋交叉化合物的结构及在氦气气氛下的热重曲线分别如图1和图2所示。该化合物的相对分子质量Mr＝870＋32x(x为整数)。
图1 图2
下列说法正确的是(　　)
A．x＝1
B．第一电离能：CC．该化合物中不存在离子键
D．该化合物中配位数与配体个数相等
8．(2025·陕晋青宁卷)“机械键”是两个或多个分子在空间上穿插互锁的一种结合形式。我国科研人员合成了由两个全苯基大环分子组成如图所示的具有“机械键”的索烃。下列说法错误的是(　　)
A．该索烃属于芳香烃
B．该索烃的相对分子质量可用质谱仪测定
C．该索烃的两个大环之间不存在范德华力
D．破坏该索烃中的“机械键”需要断裂共价键
9．(2025·黑吉辽蒙卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙[(YW2)2XZ]，开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y、Z同周期，基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是(　　)
A．第一电离能：Z>Y>X
B．甲中不存在配位键
C．乙中σ键和π键的数目之比为6∶1
D．甲和乙中X杂化轨道类型分别为sp和sp2
10．(2025·安徽卷)某化合物的结构如图所示。W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素，其中X、Z位于同一主族。下列说法错误的是(　　)
A．电负性：X>Z>Y
B．该物质中Y原子和Z原子的杂化轨道类型均为sp3
C．基态原子中未成对电子数：WD．第一电离能：X>Z>Y
11．(2025·深圳期末)半导体材料种类繁杂，第一代：硅、锗；第二代：砷化镓、磷化铟等；第三代：碳化硅、氮化镓、氧化锌等；第四代：氧化镓、氮化铝等。下列说法正确的是(　　)
A．化学稳定性(常温下被O2氧化)：Si＞Ge
B．熔点：GaAs＞GaN
C．SiC中每个Si与周围的C形成2个共价键
D．AlN、ZnO均是两性氧化物
12．(2025·深圳联考)物质的结构决定其性质。下列性质差异与结构因素没有关联的是(　　)
选项 性质差异 结构因素
A 在CCl4中的溶解度：I2＞ICl 分子极性
B 熔点：SiC(2 830℃)＞SiF4(－90 ℃) 晶体类型
C 沸点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛 氢键类型
D Ka：F3CCOOH＞Cl3CCOOH 范德华力
13．(2025·梅州梅雁中学) 氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)是第三代半导体材料。
(1) 基态Ga原子的电子排布式为________。Ga、N和O的第一电离能由小到大的顺序为________。
(2) GaCl3的熔点为77.9 ℃，气体在270 ℃左右以二聚物存在，GaF3的熔点为1 000 ℃；GaCl3的熔点低于GaF3的原因为______________。
(3) GaCl3·xNH3(x＝3，4，5，6)是一系列化合物，向含1 mol GaCl3·xNH3的溶液中加入足量AgNO3溶液，有难溶于稀硝酸的白色沉淀生成；过滤后，充分加热滤液，有4 mol NH3逸出，且又有上述沉淀生成，两次沉淀的物质的量之比为1∶2。
①NH3分子的空间结构为________。
②GaCl3·xNH3的化学式为___________________。
(4) [Co(NO3)4]2-中Co2+的配位数为4，配体中N原子的杂化轨道类型为________，1 mol该配离子中含σ键的物质的量为________。(共127张PPT)
大单元一
第5讲　晶体结构与性质
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问题思考 问题1　准晶体是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，通过什么方法可以区别晶体、准晶体和非晶体？
问题2　NaCl、CsCl、金属晶体和金刚石的配位数是多少？
利用X射线衍射法能区分晶体、准晶体和非晶体。
晶体 NaCl CsCl 金属晶体 金刚石
体心立方堆积 六方最密堆积 立方最密堆积
配位数 6 8 8 12 12 4
能力自测
【课前8 min】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) (2024·安徽卷)鉴别水晶和玻璃：X射线衍射实验 (　　)
(2) (2024·山东卷)通过X射线衍射可测定青蒿素晶体结构 (　　)
(3) 冰的晶体类型为共价晶体 (　　)
(4) NaCl晶胞中Na＋的配位数为12 (　　)
(5) 固态四乙基铅(熔点为－136 ℃，极易挥发)为离子晶体 (　　)
(6) ⅣA族元素单质的晶体类型相同 (　　)
√
√
×
×
×
×
【高考能力】
[晶体类型]
1．(2024·山东卷)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是 (　　)
A．金刚石(C) B．单晶硅(Si)
C．金刚砂(SiC) D．氮化硼(BN，立方相)
B
【解析】 该4种物质均属于共价晶体，结构相似，则原子半径越大，键长越长，键能越小，熔、沸点越低，键长：Si—Si>Si—C>B—N>C—C，故熔点最低的是单晶硅，B符合题意。
2．(2023·北京卷)中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨和石墨炔的说法正确的是 (　　)
A．三种物质中均有碳、碳原子间的σ键
B．三种物质中的碳原子的杂化轨道
类型均为sp3
C．三种物质的晶体类型相同
D．三种物质均能导电
A
【解析】 金刚石中碳原子的杂化轨道类型均为sp3，石墨中碳原子的杂化轨道类型均为sp2，石墨炔中苯环上的碳原子的杂化轨道类型为sp2，碳碳三键上的碳原子的杂化轨道类型为sp，B错误；金刚石为共价晶体，石墨为混合型晶体，C错误；金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D错误。
[晶体结构及计算]
3．(2024·江西卷)NbO的立方晶胞如图所示，晶胞参数为a nm，原子P的分数坐标为(0，0，0)，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是(Nb—93) (　　)
D
4．按要求完成下列填空。
3∶1∶1
甲
乙
12
(2) (2023·广东卷)由CoCl2可制备AlxCoOy晶体，其立方晶胞如图乙所示。Al原子与O原子最小间距大于Co原子与O原子最小间距，x、y为整数，则Co原子在晶胞中的位置为________；晶体中一个Al原子周围与其最近的O原子的数目为______。
【解析】 根据AlxCoOy的立方晶胞可知，该晶胞中Co原子和Al原子的数目为1，O原子的数目为3，Al原子与O原子的最小间距大于Co原子与O原子的最小间距，则Al原子在晶胞的顶点，Co原子在晶胞的体心；以顶点的Al原子为研究对象，距离最近且等距离的O原子数目为12。
体心
乙
12
(3) (2024·广东卷)一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga原子与Ni原子交替填充在Co原子构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。该合金的晶胞中，粒子个数最简比Co∶Ga∶Ni＝_________，其立方晶胞的体积为_____ nm3。
【解析】 该合金的晶体结构可描述为Ga原子与Ni原子交替填充在Co原子构成的立方体体心，则晶胞中Ga原子和Ni原子形成的8个小正方体体心为Co原子，则晶胞中Ga原子和Ni原子的数目都为4，Co原子的数目为8，则Co∶Ga∶Ni＝8∶4∶4＝2∶1∶1；晶胞棱长为两个最近的Ga原子之间(或最近的Ni原子之间)的距离为2a nm，故晶胞的体积为8a3 nm3。
2∶1∶1
8a3
考点研析
考点1　常见晶体与晶体类型的判断
知识
1
晶体
1．晶体的特点
(1) __________：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2) ____________：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。
(3) 晶体有固定的________。
2．区分晶体与非晶体方法
(1) 晶体的熔点较固定。
(2) 最可靠的科学方法是对固体进行_________________。
3．晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。
自范性
各向异性
熔点
X射线衍射实验
知识
2
分子晶体
1．概念：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体。构成粒子是______，粒子间作用力是________________。
2．性质：具有较低的熔、沸点，易升华，硬度小。
3．常见的分子晶体
(1) 所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等。
(2) 部分非金属单质：卤素(X2)、O2、S8、N2、白磷(P4)、C60等。
(3) 部分非金属氧化物：CO2、P4O10、SO2等。
(4) 稀有气体。
(5) 几乎所有的酸：HNO3、H2SO4、H3PO4等。
(6) 绝大多数有机化合物：苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等。
分子
分子间作用力
4．典型的分子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
干冰 (1) 干冰中的CO2分子间相互作用力是____________
(2) 每个晶胞中有_____个CO2分子、______个原子
(3) 每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为______，属于分子密堆积
冰 (1) 水分子之间的主要作用力是________，也存在范德华力
(2) 氢键有方向性，氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的_____个相邻水分子互相吸引
(3) 含1 mol H2O的冰晶体中最多可形成_________氢键
范德华力
4
12
12
氢键
4
2 mol
知识
3
共价晶体
1．概念：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力为__________。
2．性质：硬度大，熔、沸点高。
3．常见的共价晶体
(1) 某些单质：金刚石、晶体硅(Si)、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)等。
(2) 某些非金属化合物：碳化硅(SiC)、氮化硼(BN，立方相)等。
(3) 某些氧化物：二氧化硅(SiO2)等。
原子
共价键
4．典型的共价晶体
晶体名称 晶体结构模型 晶胞 结构特点
金刚石

(1) 碳原子的杂化轨道类型是_______，C—C—C夹角为_____________
(2) 每个碳原子与周围紧邻的_____个碳原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构。含1 mol 碳原子的金刚石中含有_________ C—C
sp3
109°28′
4
2 mol
8
晶体名称 晶体结构模型 晶胞 结构特点
SiO2 (1) 硅原子的杂化轨道类型是_______，正四面体内O—Si—O键角为_____________
(2) 每个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正四面体的中心，氧原子位于正四面体的顶点，同时每个氧原子被2个硅氧正四面体共用；每个氧原子和2个硅原子形成2个共价键，晶体中硅原子与氧原子个数之比为________
(3) 1 mol SiO2晶体中含_________ Si—O
sp3
109°28′
1∶2
4 mol
晶体名称 晶体结构模型 晶胞 结构特点
SiC (1) 碳、硅原子的杂化轨道类型是____，键角为_____________
(2) 每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳 (硅)原子以共价键结合形成正四面体形结构，向空间伸展形成空间网状结构
(3) 每个SiC晶胞中含有4个碳原子和4个硅原子
sp3
109°28′
知识
4
离子晶体
1．概念：由______离子和______离子相互作用而形成的晶体。构成粒子是________，粒子间作用力主要是__________。
2．晶格能：(1) 含义：指拆开1 mol离子晶体，使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。
(2) 离子所带电荷数越大、离子半径越小的离子晶体的晶格能越______。晶格能越大，离子晶体的熔点越______、硬度越______。
3．常见的离子晶体：强碱、大多数金属氧化物和大多数盐。
阳
阴
离子
离子键
大
高
大
4．典型的离子晶体
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
NaCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有_____个Na＋和_____个Cl－
(2) Na＋的配位数为_____，Cl－的配位数为_____
(3) 每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋的数目为______，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为______
(4) 常见的离子晶体实例：KCl、NaBr、CaO和AgF等。
4
4
6
6
12
12
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
CsCl型晶体 (1) 每个晶胞中含有_____个Cs＋、_____个Cl－
(2) Cs＋的配位数为_____，Cl－的配位数为_____
(3) 每个Cs＋周围等距且紧邻的Cs＋的数目为_____，每个Cl－周围等距且紧邻的Cl－的数目为_____
(4) 常见的离子晶体实例：CsBr、NH4Cl等
ZnS型晶体 (1) 每个晶胞中含有_____个Zn2+，_____个S2-
(2) Zn2+的配位数为_____，S2―的配位数为_____
(3) 每个Zn2+周围等距且紧邻的Zn2+的数目为______，
每个S2-周围等距且紧邻的S2-的数目为______
(4) 常见的离子晶体实例：ZnS等
1
1
8
8
6
6
4
4
4
4
12
12
晶体名称 晶体结构模型 结构特点
CaF2型晶体 (1) 每个晶胞中含有_____个Ca2+，_____个F－
(2) Ca2+的配位数为_____，F－的配位数为_____
(3) 每个Ca2+周围等距且紧邻的Ca2+的数目为______，每个F－周围等距且紧邻的F－的数目为_____
(4) 常见的离子晶体实例：CaF2、BaF2、PbF2、CeO2等
4
8
8
4
12
6
知识
5
金属晶体
1．概念：金属原子通过金属键形成的晶体。构成粒子是__________________ __________，粒子间作用力是__________。
2．性质：金属原子半径越小，价层电子数越多，金属键越强，金属的熔、沸点越高。具有良好的导电、导热性能。
金属阳离子、“自
由电子”
金属键
3．典型的金属晶体
晶体名称 晶体的结构模型 结构特点
简单立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为_____
(2) 每个金属原子的配位数为_____
(3) 常见金属晶体实例：Po
面心立方最密堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为_____
(2) 每个金属原子的配位数为______
(3) 常见金属晶体实例：Ca、Cu、Au等
1
6
4
12
晶体名称 晶体的结构模型 结构特点
体心立方堆积 (1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为_____
(2) 每个金属原子的配位数为_____
(3) 常见金属晶体实例：Li、Na、K等
六方最密堆积
(1) 每个晶胞中含有的金属原子的数目为_____
(2) 每个金属原子的配位数为______
(3) 常见金属晶体实例：Mg、Zn、Ti等
2
8
6
12
晶体熔、沸点的判断步骤
1．先判断晶体的类型，一般情况下，熔点：共价晶体>离子晶体>分子晶体。
2．晶体类型相同的，再根据其他条件进行判断。
(1) 金属晶体：金属原子的价层电子数越多，半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：Al>Mg>Na。
(2) 离子晶体：阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：MgO>NaCl>KCl，NH4Cl>CH3NH3Cl。
(3) 共价晶体：原子半径越小，其熔、沸点越高。如熔点：金刚石>金刚砂>单晶硅。
解疑释惑 11
(4) 分子晶体
①首先判断是否存在分子间氢键，形成分子间氢键的晶体的沸点大于未形成分子间氢键的。如沸点：NH3>PH3。
②组成和结构相似的，相对分子质量越大，沸点越高。如沸点：SiI4>SiBr4> SiCl4>SiF4。
③相对分子质量相近的，分子的极性越大，沸点越高。如沸点：CO>N2。
【常考判断】
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 单晶硅为分子晶体 (　　)
(2) 石墨质软的原因是其层间作用力微弱 (　　)
(3) 1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O (　　)
(4) 在NaCl晶体中，每个Na＋周围与其距离最近的Na＋有12个 (　　)
(5) SiO2晶体中O—Si—O键角为120° (　　)
(6) S8是分子晶体 (　　)
×
√
×
√
×
√
【及时巩固】
例1　下列说法正确的是 (　　)
A．CO2与SiO2的晶体类型相同
B．SiCl4与SiHCl3分子中的键角相等
C．1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si
D．CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp2
C
【解析】 CO2属于分子晶体，SiO2属于共价晶体，A错误；SiCl4分子空间结构是正四面体形，键角为109°28′，SiHCl3分子空间结构不是正四面体形，则键角不等于109°28′，B错误；晶体硅中每个硅原子与4个硅原子形成Si—Si，同时2个Si原子共用1个Si—Si，故1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si，C正确；CO2分子中碳原子的杂化轨道类型为sp，D错误。
例2　下列晶体性质的比较错误的是 (　　)
A．熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅 B．沸点：NH3>PH3
C．硬度：白磷>冰>二氧化硅 D．熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4
C
【解析】 3种物质都是共价晶体，原子半径：C＜Si，则键长：C—C＜C—Si＜Si—Si，键能：C—C＞C—Si＞Si—Si，键能越大，共价晶体的熔点越高，故熔点：金刚石>碳化硅>晶体硅，A正确；NH3分子间存在氢键，沸点：NH3＞PH3，B正确；SiO2是共价晶体，硬度最大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C错误；四卤化硅均为分子晶体，结构相似，且分子间不存在氢键，相对分子质量越大，熔点越高，故熔点：SiI4>SiBr4>SiCl4，D正确。
例3　按要求完成下列填空。
(1) NaH的熔点为800 ℃，不溶于有机溶剂。NaH属于________晶体，其电子式为_____________。单质硒的熔点为217 ℃，属于________晶体。
(2) K和Na位于同主族，K2S的熔点为840 ℃，Na2S的熔点为950 ℃，前者熔点较低的原因是______________________________________________。
(3) K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子数相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是________________________________________。
离子
Na＋[∶H]－
分子
K＋的半径比Na＋大，导致K2S的晶格能比Na2S小
K原子半径较大，导致金属K中金属键较弱
(4) 如图1所示的是CO2分子晶体结构的一部分，每个CO2分子周围有______个与之紧邻的CO2分子，该结构单元平均占有_____个CO2分子。
图1
图2
(5) NaCl晶体模型如图2所示，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。
12
4
6
6
4
4
12
晶体结构的复杂性
1．纯粹的典型晶体是不多见的，大多数晶体都是四类晶体之间的过渡晶体。
2．离子键的百分数依据电负性的差值计算出的，差值越大，离子键百分数越大，性质越偏向离子晶体。
深度指津
3．常见的混合型晶体——石墨
①同层内碳原子的杂化轨道类型为sp2，以共价键(σ键)结合，形成平面六元并环结构，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，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，其电子轨道垂直于碳原子平面。
3．常见的混合型晶体——石墨
②石墨晶体中，既有共价键，又有范德华力，属于混合型晶体。层与层之间相互作用力是范德华力。
③石墨的性质：熔点较高、质软、易导电等。
硅的含氧酸根阴离子的结构示意图
考点2　与晶胞相关的概念和计算
知识
1
晶胞中微粒数的计算(均摊法)
1．金属晶体、共价晶体、分子晶体的配位数：晶胞中与一个原子(或分子)最近且等距的原子(或分子)的数目。常见晶胞的配位数如下表：
知识
2
晶胞中配位数的计算
晶胞结构模型

配位数 _____ _____ ______
6
8
12
2．离子晶体的配位数：与一个离子周围最近且等距的异种电性离子的数目。
晶胞结构模型

NaCl型

CsCl型

CaF2型
配位数 _____ _____ Ca2+：_____
F－：_____
6
8
8
4
知识
3
晶体密度
知识
4
原子半径与晶胞参数的关系
晶胞类型 晶胞结构模型 原子半径(r)与晶胞参数(a)的关系
简单立方
_________
体心立方
_________
a＝2r
晶胞类型 晶胞结构模型 原子半径(r)与晶胞参数(a)的关系
面心立方

_________
金刚石型
_________
1．定义：构成晶体的微粒的总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分数。
3．常见的金属晶体的空间利用率
(1) 简单立方堆积：________。
(2) 体心立方堆积：________。
(3) 立方最密堆积、六方最密堆积：________。
知识
5
空间利用率
52%
68%
74%
【及时巩固】
例4　按要求完成下列填空。
(1) 由Li2CO3可制备X晶体，其晶胞为长方体，结构如图所示：
①X的化学式为__________。
②与Li原子距离最近且等距的Co原子的数目为_____。
LiCoO2
③设X最简式的式量为Mr，阿伏加德罗常数的值为NA，
则X晶体的密度为______________g/cm3(列出计算式)。
8
(2) 含Pd、Cs、I的化合物可用于太阳能电池材料。一定条件下，其中一种晶体可由立方结构(结构单元如图1所示)转化为四方结构(晶胞结构如图2所示)，两种结构的棱边夹角均为90°，且转化过程中原子个数比保持不变。
图1
图2
①立方结构中Pd、Cs、I的原子个数比为___________。
②立方结构单元与四方结构的密度之比为______。
1∶2∶6
课堂评价
1．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为 (　　)
A．XYZ
B．X2Y4Z
C．XY4Z
D．X4Y2Z
C
2．如表所示的是几种常见氯化物的熔、沸点：
B
氯化物 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 CaCl2
熔点/℃ 801 712 190 －68 782
沸点/℃ 1 465 1 418 230 57 1 600
根据数据分析，属于分子晶体的是 (　　)
A．NaCl、MgCl2、CaCl2 B．AlCl3、SiCl4
C．NaCl、CaCl2 D．全部
3．(2024·广州天河)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．S元素位于元素周期表s区
B．该物质的化学式为H2S
C．该晶体属于分子晶体
D
4．(1) 某含锰光电材料KMnxFy(x、y为整数)的立方晶胞如图1所示。K原子与F原子最小间距大于Mn原子与F原子最小间距，则该光电材料的化学式为________；K原子在晶胞中的位置为________；晶体中一个Mn原子周围与其最近的F原子的数目为_____。
KMnF3
图1
体心
6
(2) 某稀土金属氧化物的立方晶胞如图2所示，则该氧化物的化学式为_______，距离RE原子最近的O原子的数目为____。若M(晶胞)＝M g/mol，晶胞边长为a nm，
NA为阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为____________g/cm3(列出计算式)。
图2
REO2
8
(3) 一种铀的氧化物晶体结构可描述为U与空位交替填充在由氧原子构成的体积相等的立方体体心，形成如图3所示的结构单元。
①该氧化物的化学式为_______。
②若该氧化物的立方晶胞的晶胞参数为a nm，则O原子与U原子最近的距离为
_____ nm(用a表示)。
图3
UO2
配套精练
练习1　晶体结构与性质
1．(2025·湖北卷)如图所示的是SO2的晶胞，呈长方体，晶胞参数a≠b≠c。下列说法正确的是 (　　)
A．晶胞中含有4个O原子
B．晶胞中SO2分子的取向相同
D
2．(2025·湖南卷)K＋掺杂的铋酸钡具有超导性。K＋替代部分Ba2+形成Ba0.6K0.4 BiO3(摩尔质量为354.8 g/mol)，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞的参数为a nm。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是 (　　)
A．晶体中与Bi原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．晶胞中含有的Bi原子的数目为8
C．第一电离能：Ba>O
A
3．(2025·黑吉辽蒙卷)NaxWO3晶体因x变化形成空位而导致颜色各异，当0.44 ≤x≤0.95时，其立方晶胞结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是 (　　)
A．与W原子距离最近且等距的O原子的数目为6
B．x增大时，W原子的平均化合价升高
D．空位数不同，吸收的可见光波长不同
B
4．一种负热膨胀材料的立方晶胞结构如图所示，晶胞密度为d g/cm3。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是 (　　)
A．沿晶胞体对角线方向的投影图为
B．Ag原子和B原子的杂化轨道类型均为sp3
C．晶体中与Ag原子距离最近且等距的Ag原子的数目为6
A
5．(2023·湖南卷)科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 (　　)
A．晶体最简化学式为KCaB6C6
B．晶体中与K原子最近且距离相等的Ca原子的数目为8
C．晶胞中B原子和C原子构成的多面体有12个面
C
6．(2023·辽宁卷)晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)。下列说法错误的是 (　　)
B．图1中O原子的配位数为6
C．图2表示的化学式为
LiMg2OClxBr1－x
D．Mg2+取代产生的空位有利于Li＋传导
C
图2
图1
7．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列关于各晶体模型示意的说法错误的是 (　　)
A．NaCl晶胞中，Na＋的配位数是6
B．每个Si原子与4个O原子以共价键相连
D．12 g石墨中含有共价键的数目为1.5NA
C
8．K3[Fe(CN)6]是特征鉴定Fe2+的试剂，两者混合后产生特征蓝色沉淀，该蓝色固体俗称普鲁士蓝。普鲁士蓝的晶体结构为图Ⅰ与图Ⅱ结构在空间中交替排列而成。下列说法错误的是 (　　)
A．普鲁士蓝晶胞的体积为a3 nm3
B．普鲁士蓝的化学式为KFe[Fe(CN)6]
C．与Fe2+距离最近且等距的CN－的数目为6
D．K＋处于Fe2+形成的四面体空隙中
A
图Ⅰ
图Ⅱ
【解析】 普鲁士蓝的晶体结构为图Ⅰ与图Ⅱ结构在空间中交替排列而成，则图Ⅰ不是整个晶胞结构，故晶胞的体积为(2a)3 nm3＝8a3 nm3，A错误。
C
10．CeO2纳米粒子在抗病毒和抗肿瘤方面有无限潜力，其晶胞结构如图所示，M原子的分数坐标为(0，0，0)。下列说法正确的是 (　　)
A．一个晶胞中有14个Ce
B．Ce的配位数为6
D．每个O原子周围与它最近且等距的O原子的数目为6
D
11．某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。该晶胞在体对角线方向的投影为 (　　)
【解析】 由晶胞结构图可知，沿晶胞对角线投影，以顶点上的K原子构成一个大六边形，面心上的F原子构成一个小六边形，体心的Ca原子与顶点K原子重合，C正确。
C
12．二氟化氙(XeF2)是一种选择性良好的氟化试剂。在室温下易升华，其晶体属四方晶系，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞参数如图所示，其中B原子的分数坐标为(0，0，r)。下列说法错误的是 (　　)
A．Xe元素位于元素周期表p区
B．F位于晶胞的顶点和体心
D．该晶体属于分子晶体
B
13．按要求完成下列填空。
(1)(2021·江苏卷)如图1所示，AgI晶胞(如图)中含有的I原子的数目为_____。
4
图1
图2
(2) (2019·江苏卷)如图2所示，Cu2O晶胞中含有的Cu原子的数目为_____。
4
(3) (2014·江苏卷)如图3所示的是铜晶胞结构，则铜晶体中与每个铜原子距离最近且等距的铜原子数目为______。
图3
图4
12
4
(4) 铟(In)可与砷(As)形成一种光纤通信晶体材料，其晶胞结构如图4所示。
①该晶体中，铟原子的配位数为_____。
②已知晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常
数的值为NA。则晶体密度为___________________________ g/cm3。
(5) 钒的化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。一种钒的硫化物的晶体结构及其俯视图如图5所示：
该钒的硫化物晶体中，与每个V原子最近且等距的S原子的数目是_____。
6
图5
图6
① CeO2晶体中，与Ce原子距离最近且等距的Ce原子的数目为______。
② CeO2晶体的密度为_________________g/cm3(只需列出表达式，Ce—140)。
③ 若掺杂Y2O3后得到的晶体中n(CeO2)∶n(Y2O3)＝3∶1，则晶体中O原子的空缺率为________。
12
10%
(7) 一种锗晶胞结构如图7a所示，与锗原子距离最近且等距的锗原子的数目为
_____，锗原子A的分数坐标为(0，0，0)，锗原子B的分数坐标为____________；将该晶胞沿图7a中体对角线投影，锗原子B投影的位置是图7b的_____(填数字)号位。
图7a
图7b
4
4
(8) (2022·广东卷)我国科学家发展了一种理论计算方法，可利用材料的晶体结构数据预测其热电性能，该方法有助于加速新型热电材料的研发进程。化合物X是通过该方法筛选出的潜在热电材料之一，其晶胞结构如图8a，沿x、y、z轴方向的投影均为图8b。
图8a
图8b
①X的化学式为___________。
②设X的最简式的式量为Mr，晶体密度为ρ g/cm3，则X中相邻K
之间的最短距离为_________________nm(列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)。
K2SeBr6
(9) (2021·广东卷)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图9a所示)中部分Ge原子被Hg原子和Sb原子取代后形成。
图9a
①图9b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是_________________________ ___________________________________________________________________。
图9b
晶胞是8个顶角相同的最小
平行六面体，晶胞中平行棱相同，平行面也相同，此结构不符合
这些特征
②图9c为X的晶胞，X的晶体中与Hg原子距离最近的Sb原子的数目为_____；该晶胞中粒子个数之比Hg∶Ge∶Sb ＝___________。
③设X的最简式的式量为Mr，则X晶体的密度为_________
g/cm3(列出计算式)。
图9c
4
1∶1∶2
练习2　物质结构与性质综合
1．下列关于物质性质的解释错误的是 (　　)
C
2．(2025·湖北卷)下列关于物质性质或应用的解释错误的是 (　　)
A
选项 性质或应用 解释
A 石蜡油的流动性比水的差 石蜡油的分子间作用力比水的小
B NH3溶于水显碱性 NH3可结合水中的质子
C OF2可以氧化H2O OF2中O显正电性
D 石墨作为润滑剂 石墨层间靠范德华力维系
【解析】 石蜡油的成分主要是高级脂肪烃，相对分子质量较大，分子间作用力较大，导致黏性大，故流动性比水的差，A错误；NH3分子中N原子有1个孤电子对，能与水提供的H＋结合，故NH3溶于水显碱性，B正确；OF2分子的O元素的化合价为＋2，H2O分子中O元素的化合价为－2，二者可以发生归中反应，C正确；石墨是层状结构，层间靠范德华力维系，范德华力较弱，导致层与层之间容易滑动，故石墨具有润滑性，D正确。
3．(2025·河北卷)化学研究应当注重宏观与微观相结合。下列宏观现象与微观解释不符合的是 (　　)
D
选项 宏观现象 微观解释
A 氮气稳定存在于自然界中 氮分子中存在氮氮三键，断开该共价键需要较多的能量
B 苯不能使溴的CCl4溶液褪色 苯分子中碳原子形成了稳定的大π键
C 天然水晶呈现多面体外形 原子在三维空间里呈周期性有序排列
D 熔点：NaCl>AlCl3 离子晶体中离子所带电荷数越少，离子半径越大，离子晶体熔点越低
【解析】 N2分子含有氮氮三键，键能高，难断裂，故N2能稳定存在自然界中，A正确；苯分子中因存在大π键，结构稳定，难与Br2发生加成反应或取代反应，B正确；水晶的规则外形由原子三维有序排列(晶体结构)导致，C正确；NaCl属于离子晶体，AlCl3属于分子晶体，一般情况下，离子晶体的熔、沸点高于分子晶体的，D错误。
4．(2025·湖南卷)下列关于物质性质的解释错误的是 (　　)
C
5．(2025·湖北卷)N和P为同主族相邻元素。下列关于物质性质或现象的解释错误的是 (　　)
A．KNO3的熔点比K3PO4的低的原因是KNO3的离子键更强
B．磷单质通常不以P2形式存在的原因是磷磷之间难以形成三键
A
D．P可以与F2反应生成PF5，而N2与F2反应只能生成NF3，原因是P的价层电子轨道更多且半径更大
6．(2025·重庆卷)3种氮氧化物的球棍模型如图所示：
下列说法正确的是 (　　)
A．氮氮键的键能：N2O>N2O3
B．熔点：N2O3>N2O4
C．分子的极性：N2O4>N2O
D．N—N—O的键角：a>b
A
【解析】 化学键的键长越短，键能越大，由图可知，氮氮键的键长：N2O< N2O3，则氮氮键的键能：N2O>N2O3，A正确；N2O3和N2O4均为分子晶体，相对分子质量越大，熔点越高，则熔点：N2O37．(2025·河南卷)自旋交叉化合物在分子开关、信息存储等方面具有潜在的应用价值。某自旋交叉化合物的结构及在氦气气氛下的热重曲线分别如图1和图2所示。该化合物的相对分子质量Mr＝870＋32x(x为整数)。
下列说法正确的是 (　　)
A
A．x＝1
B．第一电离能：CC．该化合物中不存在离子键
D．该化合物中配位数与配体个数相等
图1
图2
8．“机械键”是两个或多个分子在空间上穿插互锁的一种结合形式。我国科研人员合成了由两个全苯基大环分子组成如图所示的具有“机械键”的索烃。下列说法错误的是 (　　)
A．该索烃属于芳香烃
B．该索烃的相对分子质量可用质谱仪测定
C．该索烃的两个大环之间不存在范德华力
D．破坏该索烃中的“机械键”需要断裂共价键
C
【解析】 该物质是由两个全苯基大环分子组成的具有“机械键”的索烃，只含有苯环和碳碳单键，故属于芳香烃，A正确；质谱仪可测定有机物分子的相对分子质量，B正确；该物质属于分子晶体，分子间存在范德华力，C错误；该物质分子含有共价键，破坏“机械键”时需要断裂共价键，D正确。
9．(2025·黑吉辽蒙卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙[(YW2)2XZ]，开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大，X、Y、Z同周期，基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是 (　　)
A．第一电离能：Z>Y>X
B．甲中不存在配位键
C．乙中σ键和π键的数目之比为6∶1
D．甲和乙中X杂化轨道类型分别为sp和sp2
D
10．(2025·安徽卷)某化合物的结构如图所示。W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素，其中X、Z位于同一主族。下列说法错误的是 (　　)
A．电负性：X>Z>Y
B．该物质中Y原子和Z原子的杂化轨道类型均为sp3
C．基态原子中未成对电子数：WD．第一电离能：X>Z>Y
D
【解析】 由题可知，W为H元素，X为O元素，Y为P元素，Z为S元素。同周期主族元素从左向右，电负性逐渐增大，同主族元素从上向下，电负性逐渐减小，故电负性：O>S>P，A正确；该物质中，P原子和S原子的价层电子对数均为4，则二者的杂化轨道类型均为sp3，B正确；基态H原子中未成对电子数为1；基态O原子的价层电子排布式为2s22p4，未成对电子数为2；基态P原子的价层电子排布式为3s23p3，未成对电子数为3，则基态原子中未成对电子数：HS，D错误。
11．半导体材料种类繁杂，第一代：硅、锗；第二代：砷化镓、磷化铟等；第三代：碳化硅、氮化镓、氧化锌等；第四代：氧化镓、氮化铝等。下列说法正确的是 (　　)
A．化学稳定性(常温下被O2氧化)：Si＞Ge
B．熔点：GaAs＞GaN
C．SiC中每个Si与周围的C形成2个共价键
D．AlN、ZnO均是两性氧化物
A
【解析】 同主族元素从上到下，元素单质的还原性逐渐增强，则还原性：Ge>Si，则化学稳定性(常温下被O2氧化)：Si＞Ge，A正确；GaAs和GaN都是共价晶体，原子半径：As>N，键长：Ga—As＞Ga—N，则熔点：GaAs＜GaN，B错误；SiC晶体中每个Si原子与周围4个C原子形成共价键，C错误；AlN不是氧化物，D错误。
12．物质的结构决定其性质。下列性质差异与结构因素没有关联的是 (　　)
D
选项 性质差异 结构因素
A 在CCl4中的溶解度：I2＞ICl 分子极性
B 熔点：SiC(2 830℃)＞SiF4(－90 ℃) 晶体类型
C 沸点：对羟基苯甲醛＞邻羟基苯甲醛 氢键类型
D Ka：F3CCOOH＞Cl3CCOOH 范德华力
【解析】 CCl4是非极性分子，I2是非极性分子，ICl是极性分子，根据“相似相溶”规律可知，I2在CCl4中的溶解度大于ICl在CCl4中的溶解度，A正确；共价晶体的熔、沸点高于分子晶体的，SiC属于共价晶体，SiF4属于分子晶体，晶体类型不同，则熔点：SiC>SiF4，B正确；对羟基苯甲醛形成分子间氢键，邻羟基苯甲醛形成分子内氢键，形成分子间氢键的分子晶体沸点较高，故沸点：对羟基苯甲醛>邻羟基苯甲醛，C正确；电负性：F>Cl，F原子的吸电子能力强，使羧基中O—H的极性变大，更容易电离出H＋，则Ka：F3CCOOH>Cl3CCOOH，D错误。
13．氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)是第三代半导体材料。
(1) 基态Ga原子的电子排布式为_______________________________________。Ga、N和O的第一电离能由小到大的顺序为____________。
[Ar]3d104s24p1(或1s22s22p63s23p63d104s24p1)
【解析】 同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但ⅡA族、ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素的，则第一电离能：BGa(2) GaCl3的熔点为77.9 ℃，气体在270 ℃左右以二聚物存在，GaF3的熔点为 1 000 ℃；GaCl3的熔点低于GaF3的原因为____________________________________ _______________________________________________。
(3) GaCl3·xNH3(x＝3，4，5，6)是一系列化合物，向含1 mol GaCl3·xNH3的溶液中加入足量AgNO3溶液，有难溶于稀硝酸的白色沉淀生成；过滤后，充分加热滤液，有4 mol NH3逸出，且又有上述沉淀生成，两次沉淀的物质的量之比为1∶2。
①NH3分子的空间结构为____________。
②GaCl3·xNH3的化学式为_________________。
(4) [Co(NO3)4]2-中Co2+的配位数为4，配体中N原子的杂化轨道类型为_______，1 mol该配离子中含σ键的物质的量为__________。
GaCl3属于分子晶体，GaF3属于离子晶
体，一般情况下，离子晶体的熔点高于分子晶体的
三角锥形
[Ga(NH3)4Cl2]Cl
sp2
16 mol
【解析】 向溶液中加入足量AgNO3溶液，有沉淀生成，说明该配合物外界中有Cl－；过滤后，充分加热滤液，有4 mol NH3逸出，即x＝4；同时Cl－与Ag＋反应生成沉淀，两次沉淀的物质的量之比为1∶2，则说明内界的Cl－与外界的Cl－的数目之比为2∶1，则该溶液中溶质的化学式为[Ga(NH3)4Cl2]Cl。

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