文档内容
第 20 讲 晶体结构与性质
目录
考情分析 知识点4 离子晶体
网络构建 知识点5 石墨的结构特点
知识点6 四种晶体的性质与判断
考点一 晶体与晶胞
【提升·必考题型归纳】
【夯基·必备基础知识梳理】
考向1 考查常见晶体的比较与晶体类型判断
知识点1 物质的聚集状态
考向2 考查晶体熔沸点高低的比较
知识点2 晶体与非晶体
知识点3 晶胞组成的计算——均摊法
考点三 晶体中原子坐标
【提升·必考题型归纳】
【夯基·必备基础知识梳理】
考向1 考查晶体与非晶体
知识点1 构建坐标原点、坐标轴和单
考向2 考查有关晶胞的计算
位长度立体几何模型
考向3 考查晶胞中粒子配位数的计算
知识点2 典型晶胞结构模型的原子坐
标参数与俯视图
考点二 常见晶体的结构与性质
【提升·必考题型归纳】
【夯基·必备基础知识梳理】
考向 考查原子坐标的确定
知识点1 分子晶体
知识点2 共价晶体
真题感悟
知识点3 金属晶体
考点要求 考题统计 考情分析
分析近三年全国卷试题，高考命题在本讲有以下
2023全国乙卷35题，6分
规律：
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司物质的聚集状 2022山东卷5题，2分 1．从考查题型和内容上看，高考命题以非选择
题呈现，考查内容主要有以下两个方面：
态与晶体常识
2021山东卷16题，4分
(1)晶体类型的判断，晶体熔沸点大小的判断。
2023湖南卷11题，3分
几种简单的晶 (2)晶体的密度、晶胞参数、核间距计算、晶体中
2022湖北卷9题，3分
原子的空间位置判断。
体结构
2021山东卷9题，2分
2．从命题思路上看，侧重以陌生物质的晶胞结
构为情境载体考查晶体的密度、晶胞参数计算、
晶体中原子的空间位置判断等。
3．根据高考命题的特点和规律，复习时要注意
过渡晶体与混
以下几个方面：
2022江苏卷7题，3分
合型晶体 液 (1)晶胞中配位数、微粒间距离及原子分数坐标判
2022天津卷12题，3分
晶 断。
(2)晶体化学式的计算及晶体密度的计算。
(3)晶体类型的判断、熔点差异原因及熔沸点高低
的比较等。
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司考点一 晶体与晶胞
知识点1 物质的聚集状态
1.物质三态的相互转化
2.物质的聚集状态
（1）气态：
①普通气体
②等离子体：
A.定义：等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。
B.产生途径：高温、紫外线、x射线、y射线、高能电磁波的照射及大自然的天体现象等都能使气体变成等
离子体
C.存在：存在于日光灯和霓虹灯的灯管里、蜡烛火焰里、极光和雷电里等
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司D.性质：具有良好的导电性和流动性
E.运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器，利用等离子体可以进行化学合成、核聚变等。
（2）液态：
①普通液体
②离子液体：离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
（3）介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态
①塑晶：
A.定义：在一定温度条件下，能保持固态晶体典型特征但具有一定塑性（即物体发生永久形变的性质）的
一种物质聚集状态。
②液晶：
A.定义：在由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体状态。
B.分类：分为热致液晶（只存在于某一温度范围内的液晶相）和溶致液晶（某些化合物溶解于水或有机溶
剂后而呈现的液晶相）。
C.性质:具有液体的某些性质（如流动性、黏度、形变性等）和晶体的某些性质（如导热性、各向异性等）。
D.用途：手机、电脑和电视的液晶显示器，合成高强度液晶纤维已广泛用于飞机、火箭、坦克、舰船、防
弹衣、防弹头盔等。
（4）固态：
①晶体：内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间按一定规律呈周期性重复排列构成的固体物质，绝大多
数常见的固体都是晶体。如：高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等。
②非晶体：内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。如：玻璃、松香、硅藻土、橡胶、
沥青等。
【名师提醒】（1)构成物质三态的粒子不一定都是分子，还可以是原子或离子等，如水的三态都是由分子
构成的，离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
(2)物质的聚集状态除了气态、液态和固态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液
晶态等。
知识点2 晶体与非晶体
1.晶体与非晶体的比较
晶体 非晶体
结构特征 结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列
自范性 ______ ______
性质特征 熔点 ______ ______
异同表现 ______ ______
二者区别 间接方法 ____________________________________
方法 科学方法 ____________________________________
2.得到晶体的途径
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司注：升华与凝华：固态物质受热不经过液态直接到气态的过程叫做升华；气态物质冷却不经过液态直接到
固态的过程叫做凝华。升华和凝华都属于物理变化。
③溶质从溶液中析出。
3.晶胞
①概念：描述晶体结构的基本单元。
②晶体中晶胞的排列——无隙、并置
A.无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
B.并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
知识点3 晶胞组成的计算——均摊法
1.原则
晶胞任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
2.方法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算。
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
三棱柱
六棱柱
石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个
平面型
碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占
3.晶胞中粒子配位数的计算
一个粒子周围________________________称为配位数
(1)晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
(2)离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
【特别提醒】(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如 NaCl晶体中，
Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)：
每个面上有4个，共计12个。
(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的
2
空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。
4.晶胞计算公式(立方晶胞)
（1）晶体密度：a3ρN ＝NM
A
(a：棱长；ρ：密度；N ：阿伏加德罗常数的值；N：1 mol晶胞所含基本粒子或特定组合的物质的个数；
A
M：基本粒子或特定组合的摩尔质量)。
（2）金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组公式(设棱长为a)
①面对角线长＝______。
②体对角线长＝______。
③体心立方堆积4r＝______ (r为原子半径)。
④面心立方堆积4r＝______ (r为原子半径)。
（3）空间利用率＝____________×100%。
5.有关晶胞的计算方法
（1）计算晶体密度的方法
以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为：×n＝ρ×a3，其中M为晶体的
摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，N 为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。
A
(2)计算晶体中微粒间距离的方法
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司考向1 考查晶体与非晶体
例1．（2023·湖北·武汉二中校联考二模）纳米 为无定形(非晶态)白色粉末，颗粒尺寸小、微孔多、比
表面积大、对紫外线反射能力强等特点。下列关于纳米 的说法正确的是
A．对光有各向异性
B．熔点与晶体 相同
C．与晶体 互为同分异构体
D．可用X-射线衍射实验区分纳米 与晶体
【变式训练1】（2023·新疆·统考三模）蜡染技艺是中国非物质文化遗产之一，其制作工序包括：棉布制板、
画蜡(将蜂蜡熔化后画在布上形成覆盖层)、蓝靛染色、沸水脱蜡、漂洗等。下列说法错误的是
A．“制板”用的白棉布，主要成分为纤维素
B．“画蜡”过程为物理变化
C．“画蜡”用的蜂蜡，是一种纯净物，有固定熔点
D．“染色”用的蓝靛（如图），属于芳香族化合物
【变式训练2】（2023·江苏南通·海门中学校考模拟预测）化学与科技、生产、生活密切相关，下列有关说
法不正确的是
A．氮化硅、碳化硅等新型陶瓷属于无机非金属材料
B．不同冠醚有不同大小的空穴，可用于识别碱金属离子
C．X射线衍射实验可用于鉴别晶体与非晶体
D．利用 合成的可降解塑料PC(聚碳酸酯)是纯净物
考向2 考查有关晶胞的计算
例2．（2023·山西吕梁·统考二模）具有光催化活性的TiO 可通过氮掺杂生成TiO N 后，在光照下的输出
2 2-a b
稳定性更好，其晶胞结构如图，已知原子1、原子2的分数坐标为(0，0， )和(1，0，0)，设阿伏加德罗常
数的值为N ，下列说法正确的是
A
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司A．氮掺杂生成的TiO N 中，a= ，b=
2-a b
B．原子3的分数坐标为(1，0， )
C．TiO 晶体中，Ti的配位数为8
2
D．TiO 的密度为 g·cm-3
2
【变式训练1】（2023春·湖北襄阳·高三襄阳五中校考阶段练习） 、 、 可形成新型超导材料，晶胞
如图所示(Fe原子均位于面上)。晶胞棱边夹角均为 ，X的分数坐标为 ，Y的分数坐标为
，设 为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是
A．Fe原子的配位数为3
B．坐标为 的原子是
C．该晶体的密度为
D．Se原子， 与 之间的距离为
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司【变式训练2】（2023·重庆·统考三模）氮化钛晶体的立方晶胞结构如图所示，该晶胞中N、N之间的最近
距离为a pm，以晶胞边长为单位长度建立坐标系，原子A的坐标参数为(0，0，0)，下列说法错误的是
A．原子B的坐标参数为 B．晶胞边长是 pm
C．该物质的化学式为TiN D．Ti的配位数为6
考向3 考查晶胞中粒子配位数的计算
例3．（2023·湖南郴州·校联考模拟预测）某卤化物可用于制作激光基质材料，其立方晶胞结构如图所示，
已知：晶胞参数为 ， 为阿伏加德罗常数的值。下列有关该晶体的说法正确的是
A．化学式为 B．K的配位数为6
C．若K位于晶胞的体心，则F位于面心 D．密度为
【变式训练1】（2023·山东潍坊·统考三模）氧化锌(ZnO)的透明度高，具有优异的常温发光性能。氧化锌
的两种晶胞结构如图所示。下列说法错误的是
A．甲、乙两种晶体类型的晶胞内 数目之比为2∶1
B．甲中 位于 形成的四面体空隙中，空隙填充率为50%
C．乙的晶胞沿z轴的二维投影图如图丙所示
D．两种晶胞中 的配位数均为4
【变式训练2】（2023·辽宁·高三统考专题练习）据文献报道：CeO 的氧缺陷可以有效促进氢气在催化加
2
氢过程中的活化。图1为CeO 理想晶胞，图2为CeO 缺陷晶胞，若晶胞参数为anm，下列说法错误的是
2 2
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司A．图1晶胞面对角线切面上的离子数目有8个
B．图2中Ce4+与O2-的数目之比为4∶7
C．理想晶胞中O2-的配位数为4
D．Ce4+与O2-的最近距离为 anm
考点二 常见晶体的结构与性质
知识点1 分子晶体
1.概念：只含______的晶体称为分子晶体。
2.粒子间的相互作用力：分子晶体内相邻分子间以______相互吸引，分子内原子之间以______结合。
3.常见的分子晶体
①所有非金属氢化物，如水、硫化氢、氨、甲烷等。
②部分非金属单质，如卤素(X )、氧(O )、硫(S )、氮(N )、白磷(P )、C 等。
2 2 8 2 4 60
③部分非金属氧化物，如CO、SO 、PO、PO 等。
2 2 4 6 4 10
④几乎所有的酸，如HSO 、HNO、HPO 、HSiO 等。
2 4 3 3 4 2 3
⑤绝大多数有机化合物的晶体，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
4.物理性质
分子晶体熔、沸点较______，硬度较______。
5.分子晶体的结构特征
①分子间作用力只是范德华力：晶体中分子堆积方式为____________。
②分子间还有其他作用力：水分子之间的主要作用力是______，在冰的每个水分子周围只有______个紧邻
的水分子。冰的晶体结构如图：
6.结构模型
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司①干冰晶体中，每个CO 分子周围等距且紧邻的CO 分子有______个。
2 2
②冰的结构模型中，每个水分子与相邻的______个水分子以氢键相连接，含1 mol H O的冰中，最多可形
2
成______mol“氢键”。
知识点2 共价晶体
1.构成微粒及其相互作用
2.物理性质
①共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，因此一般熔点______，硬度______。
②结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长______，键能______，晶体的熔点______。
3.常见的共价晶体。
4.结构模型
①金刚石晶体中，每个C与另外相邻______个C形成共价键，C—C键之间的夹角是109°28′，最小的环是
______元环。含有1 mol C的金刚石中，形成的共价键有______ mol。
②SiO 晶体中，每个Si原子与______个O原子成键，每个O原子与______个硅原子成键，最小的环是
2
______元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是______原子，1 mol SiO 中含有______ mol Si—O键。
2
知识点3 金属晶体
1.金属键
①概念：金属原子脱落下来的______形成遍布整块晶体的“______”，被所有原子共用，从而把所有
______维系在一起。
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司②成键粒子是____________和____________。
③金属键的强弱和对金属性质的影响：
a．金属键的强弱主要取决于金属元素的原子半径和价电子数，原子半径越______，价电子数越______，
金属键越______；反之，金属键越______。
b．金属键越强，金属的熔、沸点越______，硬度越______。
2.金属晶体
①在金属晶体中，原子间以______相结合。
②金属晶体的性质：优良的______、______和______。
③用电子气理论解释金属的性质：
3.结构模型
原子空间
配位 每个晶胞包
晶胞结构 举例 原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系 利用
数 含原子数
率
Ca、
Al、
Cu
、
12 4 2r＝ 74%
Ag
、
Pt、
Au
Li、
Na
、 8 2 2r＝ 68%
K、
Ba
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司Mg
、
12 6(2) 74%
Zn、
Ti
Po 6 1 2r＝a 52%
知识点4 离子晶体
1.构成粒子：______和______。
2.作用力：______。
3.配位数：一个离子周围______的______离子的数目。
4.离子晶体结构的决定因素
①几何因素：晶体中正负离子的______。
②电荷因素：晶体中正负离子的______。
③键性因素：离子键的______。
5.离子晶体的性质
熔、沸点 熔、沸点______，难挥发
硬度 硬度______，难以压缩
溶解性 一般在水中______，在非极性溶剂中______
导电性 固态时______，熔融状态或在水溶液中______
6.结构模型
①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引______个Cl－，每个Cl－同时吸引______个Na＋，配位数为
______。每个晶胞含______个Na＋和______个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引______个Cs＋，每个Cs＋吸引______个Cl－，配位数为______。
知识点5 石墨的结构特点
1.同层内，碳原子采用______杂化，以______相结合形成______平面网状结构。所有碳原子的p轨道平行
且相互重叠，p轨道中的电子可在整个平面中运动。
2.层与层之间以______相结合。
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司3.石墨晶体中，既有______，又有______和______，属于______。
4.结构模型
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是____________，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是______，C
原子采取的杂化方式是______。
知识点6 四种晶体的性质与判断
1．四种晶体类型比较
类型
分子晶体 原子晶体 金属晶体 离子晶体
比较
金属阳离子
构成粒子 分子 原子 阴、阳离子
和自由电子
粒子间的相互
分子间作用力 共价键 金属键 离子键
作用力
有的很大，
硬度 较小 很大 较大
有的很小
有的很高，
熔、沸点 较低 很高 较高
有的很低
难溶于任何 常见溶剂难 大多易溶于水等极性
溶解性 相似相溶
溶剂 溶 溶剂
一般不导电，溶 一般不具有 电和热的良 晶体不导电，水溶液
导电、传热性
于水后有的导电 导电性 导体 或熔融态导电
2.离子晶体的晶格能
(1)定义
气态离子形成1 mol离子晶体释放的能量，通常取正值，单位：kJ·mol－1。
(2)影响因素
①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。
②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。
(3)与离子晶体性质的关系
晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，且熔点越高，硬度越大。
3、晶体熔、沸点的比较
1）不同类型晶体熔、沸点的比较
(1)不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律:原子晶体>离子晶体>分子晶体。
(2)金属晶体的熔、沸点差别很大,如钨、铂等熔、沸点很高,汞、铯等熔、沸点
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学学学学 科科科科 网网网网 （（（（ 北北北北 京京京京 ）））） 股股股股 份份份份 有有有有 限限限限 公公公公 司司司司很低。
2）同种晶体类型熔、沸点的比较
(1)原子晶体
原子半径越小→键长越短→键能越大→熔、沸点越高，如熔点:金刚石>碳化硅>硅。
(2)离子晶体
①一般地说,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,其离子晶体的熔、沸点就越
高,如熔点:MgO>NaCl>CsCl。
②衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔、沸点越高,硬度越大。
(3)分子晶体
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高;具有氢键的分子晶体熔、沸点反常得高,如
HO>HTe>HSe>H S。
2 2 2 2
②组成和结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,熔、沸点越高,如SnH >GeH>SiH >CH 。
4 4 4 4
③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近),分子的极性越大,其熔、沸点越高,如CO>N、
2
CHOH>CH CH。
3 3 3
④同分异构体支链越多,熔、沸点越低。如CHCHCHCHCH>CH CH(CH )CHCH>CH C(CH)CH。
3 2 2 2 3 3 3 2 3 3 3 2 3
(4)金属晶体
金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔、沸点就越高,如熔、沸点:Na
