第38講晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

目錄

第一部分：網(wǎng)絡構(gòu)建（總覽全局）

第二部分：知識點精準記憶

第三部分：典型例題剖析

高頻考點1考查常見晶體的比較與晶體類型判斷

高頻考點2考查晶體熔沸點高低的比較

高頻考點3考查晶胞組成的計算

高頻考點4考查晶體密度及粒子間距的計算

正文

第一部分：網(wǎng)絡構(gòu)建（總覽全局）

第二部分：知識點精準記憶

知識點一晶體概念及結(jié)構(gòu)模型

1.晶體與非晶體

（1）晶體與非晶體的比較

晶體非晶體

結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒無序排列

自范性有無

性質(zhì)特征熔點固定不固定

異同表現(xiàn)各向異性各向同性

二者區(qū)別間接方法看是否有固定的熔點

方法科學方法對固體進行X-射線衍射實驗

⑵得到晶體的途徑

①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。

②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固（凝華）。

③溶質(zhì)從溶液中析出。

⑶晶胞

①概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。

②晶體中晶胞的排列——無隙、并置

A.無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。

B.并置：所有晶胞平行排列、取向相同。

2.晶胞組成的計算一均攤法

（1）原則

晶胞任意位置上的一個原子如果是被幾個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是！

⑵方法

①長方體（包括立方體）晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算。

fI位于頂廁f同為8個晶胞所共有，:粒子屬于該晶胞

O

,臼位于棱上上同為4個晶胞所共有，十粒子屬于該晶胞

-1位于面上同為2個晶胞所共有，十粒子屬于該品胞

位于內(nèi)部|整個粒子都屬于該晶胞|

②非長方體晶胞中粒子視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點（1個碳原子）被三

個六邊形共有，每個六邊形占最

3.晶胞中粒子配位數(shù)的計算

一個粒子周圍最鄰近的粒子的數(shù)目稱為配位數(shù)

⑴晶體中原子（或分子）的配位數(shù)：若晶體中的微粒為同種原子或同種分子，則某原子（或分子）的配位數(shù)指

的是該原子（或分子）最接近且等距離的原子（或分子）的數(shù)目。

（2）離子晶體的配位數(shù)：指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數(shù)目。

知識點二常見晶體結(jié)構(gòu)模型

1.原子晶體（金剛石和二氧化硅）

二氧化硅

①金剛石晶體中，每個C與另外4個C形成共價鍵，C—C鍵之間的夾角是109。28，，最小的環(huán)是六元環(huán)。

含有1molC的金剛石中，形成的共價鍵有2mol。

②SiCh晶體中，每個Si原子與4個O原子成鍵，每個O原子與2個硅原子成鍵，最小的環(huán)是十二元環(huán)，在

“硅氧”四面體中，處于中心的是Si原子，1molSiCh中含有4moiSi—O鍵。

2.分子晶體

①干冰晶體中，每個C02分子周圍等距且緊鄰的C02分子有12個。

干冰的結(jié)構(gòu)模型（晶胞）冰的結(jié)構(gòu)模型

②冰的結(jié)構(gòu)模型中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接，含ImolHzO的冰中，最多可形成2

mol"氫鍵”。

3.離子晶體

①NaCl型：在晶體中，每個Na+同時吸引6個C廣，每個C「同時吸引6個Na卡,配位數(shù)為6。每個晶胞含

4個Na卡和4個C1，

②CsCl型：在晶體中，每個C「吸引8個Cs+,每個Cs+吸引8個C「，配位數(shù)為8。

4.石墨晶體

石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是分子間作用力，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數(shù)是2,C原子采

取的雜化方式是sp2。

5.金屬鍵、金屬晶體

1）金屬鍵：金屬陽離子與自由電子之間的作用。

2）本質(zhì)---電子氣理論

該理論認為金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有的

金屬原子維系在一起。

3）金屬晶體的物理性質(zhì)及解釋

當金屬受到外力作用時，晶體中的各原子

——層就會發(fā)生相對滑動，但排列方式不變，金

―二」屬離子與自由電子形成的金屬鍵沒有被破

壞，所以金屬有良好的延展性

在外加電場的作用下，金屬晶體中的電子

I導力性I—氣做定向移動而形成電流，呈現(xiàn)良好的導

電性

一電子氣在運動時經(jīng)常與金屬原子碰撞，從

而引起兩者能量的交換

4）金屬晶體的四種堆積模型分析

簡單立方體心立方六方最密面心立方

堆積模型

堆積堆積堆積最密堆積

E

晶胞叵

配位數(shù)681212

X

原子半徑3和

小a巾a

晶胞邊長（a）的2r=a99

2-22

關系

一個晶胞內(nèi)原子

1224

數(shù)目

常見金屬PoNa、K、FeMg、Zn、TiCu、Ag、Au

特別提醒：

(1)判斷某種微粒周圍等距且緊鄰的微粒數(shù)目時，要注意運用三維想象法。如NaCl晶體中，Na+周圍的Na卡

數(shù)目(Na+用"O”表示)：

每個面上有4個，共計12個。

(2)?？嫉膸追N晶體主要有干冰、冰、金剛石、SiO2,石墨、CsChNaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的

空間結(jié)構(gòu)。當題中信息給出與某種晶體空間結(jié)構(gòu)相同時，可以直接套用某種結(jié)構(gòu)。

知識點三四種晶體的性質(zhì)與判斷

1.四種晶體類型比較

分子晶體原子晶體金屬晶體離子晶體

比較

金屬陽離子

構(gòu)成粒子分子原子陰、陽離子

和自由電子

粒子間的相互

分子間作用力共價鍵金屬鍵離子鍵

作用力

有的很大，有

硬度較小很大較大

的很小

有的很高，有

熔、沸點較低很高較高

的很低

難溶于任何常見溶劑難大多易溶于水等極性

溶解性相似相溶

溶劑溶溶劑

一般不導電，溶于一般不具有電和熱的良晶體不導電，水溶液或

導電、傳熱性

水后有的導電導電性導體熔融態(tài)導電

2.離子晶體的晶格能

⑴定義

氣態(tài)離子形成1mol離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ-mol^o

(2)影響因素

①離子所帶電荷數(shù)：離子所帶電荷數(shù)越多，晶格能越大。

②離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。

(3)與離子晶體性質(zhì)的關系

晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，且熔點越高，硬度越大。

3、晶體熔、沸點的比較

1)不同類型晶體熔、沸點的比較

(1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律:原子晶體,離子晶體〉分子晶體。

(2)金屬晶體的熔、沸點差別很大，如鴇、鋁等熔、沸點很高，汞、能等熔、沸點

很低。

2)同種晶體類型熔、沸點的比較

(1)原子晶體

原子半徑越小一鍵長越短一鍵能越大一熔、沸點越高，如熔點:金剛石〉碳化硅〉硅。

(2)離子晶體

①一般地說，陰、陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用力就越強，其離子晶體的熔、沸點就越

高，如熔點:MgO>NaCl>CsClo

②衡量離子晶體穩(wěn)定性的物理量是晶格能。晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔、沸點越高，硬度越大。

(3)分子晶體

①分子間作用力越大,物質(zhì)的熔、沸點越高;具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常得高,如H20>H2Te>H2Se>H2So

②組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4o

③組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)(相對分子質(zhì)量接近)，分子的極性越大,其熔、沸點越高,如CO>N2,CH3OH>CH3CH3O

④同分異構(gòu)體支鏈越多，熔、沸點越低。如CH3cH2cH2cH2cH3>CH3cH(CH3)CH2cH3>CH3c(CH3)2CH3。

(4)金屬晶體

金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多,其金屬鍵越強，金屬熔、沸點就越高,如熔、沸點:Na〈Mg〈Al。

4.晶體類型的判斷一一依據(jù)性質(zhì)判斷晶體類型的方法

(1)依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷

①離子晶體的構(gòu)成粒子是陰、陽離子，粒子間的相互作用是離子鍵。

②原子晶體(共價晶體)的構(gòu)成粒子是原子，粒子間的相互作用是共價鍵。

③分子晶體的構(gòu)成粒子是分子，粒子間的相互作用為分子間作用力。

④金屬晶體的構(gòu)成粒子是金屬陽離子和自由電子，粒子間的相互作用是金屬鍵。

（2）依據(jù)物質(zhì)的類別判斷

①活潑金屬氧化物（如％0、NazOz等）、強堿（NaOH、KOH等）和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。

②大多數(shù)非金屬單質(zhì)（除金剛石、石墨、晶體硅等）、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物（除SiO2外）、酸、絕大多

數(shù)有機物（除有機鹽外）是分子晶體。

③常見的原子晶體（共價晶體）單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的原子晶體（共價晶體）化合物有碳

化硅、二氧化硅等。

④金屬單質(zhì)與合金是金屬晶體。

（3）依據(jù)晶體的熔點判斷

①離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至一千攝氏度以上。

②原子晶體（共價晶體）熔點高，常在一千至幾千攝氏度。

③分子晶體熔點低，常在數(shù)百攝氏度以下至很低溫度。

④金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有相當?shù)偷?，如汞?/p>

⑷依據(jù)導電性判斷

①離子晶體水溶液或熔融態(tài)時能導電。

②原子晶體（共價晶體）一般為非導體。

③分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(zhì)（主要是酸和強極性非金屬氫化物）溶于水，使分子內(nèi)的化學

鍵斷裂形成自由離子也能導電。

④金屬晶體是電的良導體。

（5）依據(jù)硬度和機械性能判斷

①離子晶體的硬度較大或略硬而脆。

②原子晶體（共價晶體）的硬度大。

③分子晶體的硬度小且較脆。

④金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性。

知識點四有關晶胞的計算

L晶胞計算公式（立方晶胞）

（1）晶體密度：apNk=NM

（a：棱長；P：密度；兒：阿伏加德羅常數(shù)的值；N：1mol晶胞所含基本粒子或特定組合的物質(zhì)的個數(shù)；M-.

基本粒子或特定組合的摩爾質(zhì)量）。

（2）金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式（設棱長為a）

①面對角線長=Ma。

②體對角線長=/a。

③體心立方堆積4r=/a（r為原子半徑）。

④面心立方堆積4r=^a（r為原子半徑）。

晶胞中微粒體積

（3）空間利用率=X100%o

晶胞體積

2.有關晶胞的計算方法

（1）計算晶體密度的方法

以一個晶胞為研究對象，根據(jù)勿=。-V,其一般的計算規(guī)律和公式可表示為：*乂n=P乂3,其中〃為晶

體的摩爾質(zhì)量，〃為晶胞所占有的粒子數(shù)，”為阿伏加德羅常數(shù)，P為晶體密度，a為晶胞參數(shù)。

（2）計算晶體中微粒間距離的方法

網(wǎng)|微粒間|

|體積門距離

第三部分：典型例題剖析

高頻考點1考查常見晶體的比較與晶體類型判斷

例1.（2021?山東?模擬預測）下列數(shù)據(jù)是對應物質(zhì)的熔點:

物質(zhì)Na?。BCI3AIF3A1CLSi02

熔點/℃92010712911901723

由以上數(shù)據(jù)作出的下列判斷中錯誤的是

A.Na?0在920℃時可以導電B.BCL和AlFs的晶體類型相同

C.A1CL晶體溶于水時破壞的是共價鍵D.表中物質(zhì)都不屬于金屬晶體

【解析】A.根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，Na?。的熔點為920℃,則920℃時Na?。已經(jīng)開始熔化生成自由移動的Na*

和O',可以導電，故A正確；B.根據(jù)表格數(shù)據(jù)，BCL沸點107℃,熔點低，為分子晶體；AlFs熔點為1291℃,

熔點較高，為離子晶體，二者的晶體類型不相同，故B錯誤；C.AlCk屬于共價化合物，只含有共價鍵，晶

體溶于水時破壞的是共價鍵生成氯離子和鋁離子，故C正確；D.金屬晶體都是金屬單質(zhì)，表中物質(zhì)都是化

合物，不屬于金屬晶體，故D正確；答案選B。

【答案】B

【名師歸納】判斷晶體類型的5種方法

（1）依據(jù)構(gòu)成晶體的粒子和粒子間的作用判斷

①離子晶體的構(gòu)成粒子是陰、陽離子，粒子間的相互作用是離子鍵。

②原子晶體（共價晶體）的構(gòu)成粒子是原子，粒子間的相互作用是共價鍵。

③分子晶體的構(gòu)成粒子是分子，粒子間的相互作用為分子間作用力。

④金屬晶體的構(gòu)成粒子是金屬陽離子和自由電子，粒子間的相互作用是金屬鍵。

（2）依據(jù)物質(zhì)的類別判斷

①活潑金屬氧化物（如K2、Na?。,等）、強堿（NaOH、KOH等）和絕大多數(shù)的鹽類是離子晶體。

②大多數(shù)非金屬單質(zhì)（除金剛石、石墨、晶體硅等）、氣態(tài)氫化物、非金屬氧化物（除SiO2外）、酸、絕大多

數(shù)有機物（除有機鹽外）是分子晶體。

③常見的原子晶體（共價晶體）單質(zhì)有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的原子晶體（共價晶體）化合物有碳

化硅、二氧化硅等。

④金屬單質(zhì)與合金是金屬晶體。

⑶依據(jù)晶體的熔點判斷

①離子晶體的熔點較高，常在數(shù)百至一千攝氏度以上。

②原子晶體（共價晶體）熔點高，常在一千至幾千攝氏度。

③分子晶體熔點低，常在數(shù)百攝氏度以下至很低溫度。

④金屬晶體多數(shù)熔點高，但也有相當?shù)偷?，如汞?/p>

⑷依據(jù)導電性判斷

①離子晶體水溶液或熔融態(tài)時能導電。

②原子晶體（共價晶體）一般為非導體。

③分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(zhì)（主要是酸和強極性非金屬氫化物）溶于水，使分子內(nèi)的化學

鍵斷裂形成自由離子也能導電。

④金屬晶體是電的良導體。

（5）依據(jù)硬度和機械性能判斷

①離子晶體的硬度較大或略硬而脆。

②原子晶體（共價晶體）的硬度大。

③分子晶體的硬度小且較脆。

④金屬晶體多數(shù)硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性。

【變式訓練】（2022?上海?模擬預測）下表數(shù)據(jù)是對應物質(zhì)的熔點，下列說法錯誤的是

編號①②③④

物質(zhì)A1F3A1C13BCIBNC13

熔點/℃1291160-107-40

A.BCL、NCL分子中各原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

B.因為鍵長B—F〈B—CL故BF3穩(wěn)定性高于BCk

C.AlFa,A1CL都是強電解質(zhì)，但晶體類型不同

D.已知BCk為平面正三角形分子，故它是由極性鍵構(gòu)成的非極性分子

【解析】離子晶體的熔沸點一般較高，分子晶體的熔沸點一般較低，根據(jù)晶體的熔沸點數(shù)據(jù)知，氟化鋁屬

于離子晶體，氯化鋁、氯化硼、氯化氮屬于分子晶體。A.BCL中B原子最外層電子數(shù)+共價鍵個數(shù)=3+3=6,

所以該分子中所有原子沒有達到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，NCL中N原子最外層電子數(shù)+共價鍵個數(shù)=5+3=8,所以該

分子中各原子最外層都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故A錯誤；B.鍵長越長，鍵越不牢固，鍵長B—F〈B—C1,故

BF3穩(wěn)定性高于BCk,故B正確；C.A1F3,AlCk在水溶液里都完全電離，屬于強電解質(zhì)，氯化鋁屬于分子

晶體，氟化鋁屬于離子晶體，晶體類型不同，故C正確；D.該分子中B和C1原子之間形成極性鍵，BC13

為平面正三角形分子，正負電荷重心重合，為非極性分子，故D正確；故選A。

【答案】A

高頻考點2考查晶體熔沸點高低的比較

例2.（2022?天津?模擬預測）下列各組物質(zhì)熔點高低的比較，正確的是

A.Mg>Al>NaB.MgO>NaCl>KC1

C.晶體硅〉金剛石〉碳化硅D.ASH3>NH3>PH3

【解析】A.Al、Mg、Na都是金屬晶體，Al、Mg、Na電荷數(shù)順序：Al>Mg>Na；原子半徑順序：Al<Mg<

Na,金屬晶體中原子半徑越小，電荷越多，熔點越大，所以熔點順序：Al>Mg>Na,故A錯誤；B.MgO、

NaCKKC1都是離子晶體，鎂離子半徑小于鈉離子、鉀離子半徑，氧負離子半徑小于氯離子半徑；離子晶體

中陰陽離子半徑和越小，電荷越大，熔點越大；所以熔點高低順序為：MgO>NaCl>KCL故B正確；C.晶

體硅、金剛石、碳化硅都是原子晶體，因鍵長CC<CSi<SiSi,原子晶體中半徑越小，共價鍵越強，熔點越

大,則熔點為金剛石>碳化硅>晶體硅，故C錯誤；D.ASH3>PH3,NH3都是分子晶體，分子晶體中相對分子

質(zhì)量越大，熔點越大，NL中含有氫鍵，則熔點最高，所以熔點順序為：NH3>ASH：!>PH3,故D錯誤；故選B。

【答案】B

【名師點睛】晶體熔、沸點的比較

(1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規(guī)律：原子晶體〉離子晶體〉分子晶體。

(2)相同類型晶體

①金屬晶體：金屬原子的價電子數(shù)越多，原子半徑越小，金屬熔、沸點就越高。

②離子晶體：a.晶格能越大，形成的離子晶體越穩(wěn)定，熔點越高，硬度越大。b.陰、陽離子的電荷數(shù)越多,

離子半徑越小，熔、沸點就越高。

③原子晶體：原子半徑越小，鍵長越短，熔沸點越高。

④分子晶體：組成和結(jié)構(gòu)相似的分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，熔、沸點越高。

【變式訓練】(2021?上海金山?二模)已知有鈉、鉀及鈉鉀合金，對于它們?nèi)呷埸c高低比較正確的是

A.鈉鉀合金＞鈉＞鉀B.鈉＞鉀＞鈉鉀合金

C.鈉〉鈉鉀合金〉鉀D.鉀〉鈉鉀合金〉鈉

【解析】合金的熔點比各成分的熔點低，堿金屬的熔點隨原子序數(shù)的增大而減小，則熔點為鈉〉鉀〉鈉和鉀

的合金，故答案選B。

【答案】B

高頻考點3考查晶胞組成的計算

例3.(2021?湖北?模擬預測)最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、銀和碳三種元素的晶體竟然也具有超導性，因這三種

元素都是常見元素，從而引起廣泛關注。該新型超導晶體的一個晶胞如上圖所示，則該晶體的化學式為

()

?錢原子

。銀原子

,碳原子

A.MgCNiB.MgCNiC.MgCNiD.MgCNi

232032

【解析】碳原子位于該晶胞的體心上，所以該晶胞中含有一個碳原子；鎂原子個數(shù)=8X：=1,所以該晶胞含

O

有1個鎂原子；銀原子個數(shù)=6X；=3,該晶胞中含有3個銀原子，所以該晶胞的化學式為：MgCNi3,故答案

為C。

【答案】C

【名師點睛】均攤法確定立方晶胞中粒子數(shù)目的方法是：①頂點：每個頂點的原子被8個晶胞共有，所以

晶胞對頂點原子只占(份額；②棱：每條棱的原子被4個晶胞共有，所以晶胞對頂點原子只占二份額；③面

84

上：每個面的原子被2個晶胞共有，所以晶胞對頂點原子只占《份額；④內(nèi)部：內(nèi)部原子不與其他晶胞分

享，完全屬于該晶胞。

【變式訓練】（2022?全國?高三專題練習）現(xiàn)有四種晶體的晶胞，原子的排列方式如圖所示，化學式為

岷3的是

MN

【解析】A.晶胞中M原子數(shù)目為8x）=1、N原子數(shù)目為1,化學式為MN,A錯誤；B.晶胞中M原子數(shù)目為

O

8x，=l、N原子數(shù)目為12義!=3,化學式為MN”B正確；C.晶胞中M原子數(shù)目為4x[=1、N原子數(shù)目為

8482

11111

4x3=7,化學式為MN,C錯誤；D.晶胞中M原子數(shù)目為8'7+6、彳=4、N原子數(shù)目為l+12x：=4,化學

o2824

式為MN,D錯誤；故選B。

【答案】B

高頻考點4考查晶體密度及粒子間距的計算

例4.（2021?廣東?模擬預測節(jié)選）硫化鋰LizS（摩爾質(zhì)量Mgmof）的納米晶體是開發(fā)先進鋰電池的關鍵

材料，硫化鋰的晶體為反螢石結(jié)構(gòu)，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖。若硫化鋰晶體的密度為ag.cm',則距離最近的兩個

S”的距離是—nm?（用含a、M、岫的計算式表示）

?X

OY

【解析】由晶胞結(jié)構(gòu)可知，X原子個數(shù)為：葭8+1義6=4,Y原子個數(shù)為：8,所以X為S'Y為Li',設

o2

晶胞的邊長為bcm,P=