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考向 18 晶体结构与性质
【2022·山东】 是一种钠离子电池正极材料，充放电过程中正极材料立方晶胞(示意图)的组成变化
如图所示，晶胞内未标出因放电产生的0价Cu原子。下列说法正确的是
A. 每个 晶胞中 个数为x
B. 每个 晶胞完全转化为 晶胞，转移电子数为8
C. 每个 晶胞中0价Cu原子个数为
D. 当 转化为 时，每转移 电子，产生 原子
【答案】D
【解析】
【详解】A．由晶胞结构可知，位于顶点和面心的硒离子个数为8× +6× =4，位于体内的铜离子和亚铜
离子的个数之和为8，设晶胞中的铜离子和亚铜离子的个数分别为a和b，则a+b=8-4x，由化合价代数和为
0可得2a+b=4×2，解得a=4x，故A错误；
B．由题意可知，NaSe转化为Cu Se的电极反应式为NaSe-e-+(2-x)Cu=Cu Se+Na+，由晶胞结构可知，
2 2-x 2 2-x
位于顶点和面心的硒离子个数为8× +6× =4，则每个晶胞中含有4个NaSe，转移电子数为4，故B错误；
2的
C．由题意可知，Cu Se转化为NaCuSe 电极反应式为Cu Se+ e-+Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，由晶胞结构可
2-x 2-x
知，位于顶点和面心的硒离子个数为8× +6× =4，则每个晶胞中含有4个NaCuSe，晶胞中0价铜而个数
为(4-4x)，故C错误；
D．由题意可知，NaCu Se转化为NaCuSe的电极反应式为NaCu Se+(1-y) e-+ Na+=NaCuSe+(1-x)Cu，所
y 2-x y 2-x
以每转移(1-y)电子，产生(1-x)mol铜，故D正确；
故选D。
考点一 晶体与晶胞
1．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 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序
自范性 有 无
性质特征 熔点 固定 不固定
异同表现 各向异性 各向同性
二者区别 间接方法 看是否有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性
方法 科学方法 对固体进行 X 射线衍射 实验
(2)获得晶体的途径
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)。
③溶质从溶液中析出。
2．晶胞
(1)概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元，是从晶体中“截取”出来具有代表性的最小重复单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
(3)晶胞中微粒数的计算方法——均摊法
①长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算：如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有属于
这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。
②非长方体晶胞
在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有属于此晶胞，面上的原子有属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为
12×＋2×＝3，硼原子个数为6。
考点二 晶体类型、结构与性质
1．四种晶体类型的比较
类型
分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体
比较
构成粒子 分子 原子 金属阳离子、自由电子 阴、阳离子
粒子间的相互 范德华力 ( 某些 共价键 金属键 离子键作用力 含氢键 )
硬度 较小 很大 有的很大，有的很小 较大
熔、沸点 较低 很高 有的很高，有的很低 较高
难溶于一般 一般不溶于水，少数与 大多易溶于水
溶解性 相似相溶
溶剂 水反应 等极性溶剂
一般不具有 晶体不导电，
一般不导电，溶
导电、传热性 导电性，个 电和热的良导体 水溶液或熔融
于水后有的导电
别为半导体 态导电
2．过渡晶体
大多数晶体是这四种晶体类型之间的过渡晶体，以离子晶体和共价晶体之间的过渡为例，如NaO、Al O
2 2 3
中既有离子键成分，也有共价键成分，NaO中离子键成分占62%，因而通常当作离子晶体来处理，Al O
2 2 3
中离子键成分占41%，因而通常当作共价晶体来处理。
3．常见晶体结构模型
(1)共价晶体
①金刚石晶体中，每个C与相邻4 个C形成共价键，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是六元环。含有1
mol C的金刚石中，形成的共价键是2 mol。
②SiO 晶体中，每个Si原子与4 个O原子成键，每个O原子与2 个Si原子形成共价键，最小的环是十二
2
元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si 原子，1 mol SiO 中含有4 mol Si—O。
2
(2)分子晶体
①干冰晶体中，每个CO 分子周围等距且紧邻的CO 分子有12 个。
2 2
②冰晶体中，每个水分子与相邻的4 个水分子以氢键相连接，含1 mol H O的冰中，最多可形成2 mol氢
2
键。
(3)离子晶体①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时吸引6 个Cl－，每个Cl－同时吸引6 个Na＋，配位数为6。每个晶胞含
4 个Na＋和4 个Cl－。
②CsCl型：在晶体中，每个Cl－吸引8 个Cs＋，每个Cs＋吸引8 个Cl－，配位数为8。
(4)混合型晶体
石墨层状晶体中，层与层之间的作用是分子间作用力，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是2，C原子
采取的杂化方式是 sp 2 。
1．下列有关物质的结构与性质说法错误的是
A．石墨晶体中，层内导电性强于层间导电性
B．工业盐酸中，因含有 而呈亮黄色
C．氟的电负性大于氯，所以三氟乙酸的 比三氯乙酸大
D．干冰中 的配位数大于冰中水分子的配位数，这与水分子间形成氢键有关
2．有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，下列说法错误的是A．该物质的化学式为TiN B．Ti与Ti的最近距离是
C．Ti的配位数为6 D．与N距离相等且最近的N有12个
3．金刚石、石墨烯和石墨炔的局部结构如图所示。
下列有关叙述正确的是
A．三者互为同分异构体 B．石墨炔的化学性质比金刚石更稳定
C．金刚石中原子数和共价键数之比为1∶4 D．石墨烯中碳原子数与六元环数之比为2∶1
4．(1)钠、钾、铬、钼、钨等金属晶体的晶胞属于体心立方，则该晶胞中属于1个体心立方晶胞的金属原
子数目是________。氯化铯晶体的晶胞如图1，则Cs＋位于该晶胞的________，而Cl－位于该晶胞的
________，Cs＋的配位数是________。
(2)铜的氢化物的晶体结构如图2所示，写出此氢化物在氯气中燃烧的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)图3为F－与Mg2＋、K＋形成的某种离子晶体的晶胞，其中“○”表示的离子是________(填离子符
号)。
(4)实验证明：KCl、MgO、CaO、TiN这4种晶体的结构与NaCl晶体结构相似(如图4所示)，已知3种
离子晶体的晶格能数据如下表：
离子晶体 NaCl KCl CaO
晶格能/(kJ·mol－1) 786 715 3 401
则这4种离子晶体(不包括NaCl)熔点从高到低的顺序是________________________。其中MgO晶体中
一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有________个。5．现有几组物质的熔点(℃)数据：
A组 B组 C组 D组
金刚石：3 550 ℃ Li：181 ℃ HF：—83 ℃ NaCl：801 ℃
硅晶体：1 410 ℃ Na：98 ℃ HCl：—115 ℃ KCl：776 ℃
硼晶体：2 300 ℃ K：64 ℃ HBr：—89 ℃ RbCl：718 ℃
二氧化硅：1 723 ℃ Rb：39 ℃ HI：—51 ℃ CsCl：645 ℃
据此回答下列问题：
(1)A组属于________晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是________。
(2)B组晶体共同的物理性质是________(填序号)。
①有金属光泽 ②导电性 ③导热性 ④延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)D组晶体可能具有的性质是________(填序号)。
①硬度小 ②水溶液能导电 ③固体能导电 ④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为_____________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
1．（2022·重庆巴蜀中学高三阶段练习）化学与生产、生活、科技、环境等关系密切。下列说法正确的是
A．汽车尾气催化转化器可有效减少 ，的排放，实现“碳中和”
B．制造焊锡时，把铅加入锡，形成原电池，从而增加锡的抗腐蚀能力
C．2022年冬奥会衣物采用石墨烯纺织物柔性发热材料，石墨烯属于混合型晶体
D．聚氯乙烯塑料通过加聚反应制得，可用于制作不粘锅的耐热涂层
2．（2022·湖北·高三阶段练习）砷化镓是继硅之后研究最深入、应用最广泛的半导体材料，其结构与硫化
锌相似，其晶胞结构如下图1所示，图2为晶胞沿z轴的1∶1平面投影图，已知图中 球的原子坐标参数
为(0，0，0)， 球为(1，1，1)，下列说法错误的是A．Ga的配位数是4
B．晶胞参数为 pm
C．晶胞中离As原子距离最近且相等的As原子有8个
D．晶胞中离 球距离最远的黑球的坐标参数为( ， ， )
3．（2022·重庆巴蜀中学高三阶段练习）萤石是制作光学玻璃的原料之一，其主要成分氟化钙的晶胞结构
如图1所示。下列说法错误的是
A．F位于元素周期表p区 B．该晶体属于离子晶体
C． 位于 构成的四面体空隙 D．每个 周围距离最近且等距的 有4个
4．下面是一些晶体的结构示意图。
(1)下列关于晶体的说法正确的是________(填字母)。
A．晶体的形成与晶体的自范性有关
B．可以用X射线衍射仪区分晶体和非晶体
C．石蜡是非晶体，但有固定的熔点
D．晶胞就是晶体
(2)图甲表示的是晶体的二维平面示意图，a、b中可表示化学式为AX 的化合物的是________(填“a”
3
或“b”)。
(3)图乙表示的是金属铜的晶胞。
①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________，铜原子的配位数为________。②该晶胞称为________(填字母)。
A．六方晶胞 B．体心立方晶胞 C．面心立方晶胞
(4)NiO、FeO的晶体结构相同，且r(Fe2＋)>r(Ni2＋)，NiO的熔点为1 960 ℃，则FeO的熔点
________(填“>”或“<”)1 960 ℃，判断的依据是__________________________________
________________________________________________________________________。
5．(1)AlO、SiC、Si、金刚石中属于原子(共价)晶体的有________________________，其熔点由高到
2 3
低的顺序为____________，理由是________________________。
(2)干冰、冰二者的熔点较高的是________，其理由是________________________。
(3)CS 熔、沸点高于CO 的理由是________________________________________
2 2
________________________________________________________________________。
(4)BN、MgBr 、SiCl 的熔点由高到低的顺序为________________________。
2 4
(5)NaF的熔点________(填“>”“＝”或“<”) BF的熔点，其原因是
____________________________________。
1．（2022江苏）下列说法正确的是
A．金刚石与石墨烯中的 夹角都为
B． 、 都是由极性键构成的非极性分子
C．锗原子( )基态核外电子排布式为
D．ⅣA族元素单质的晶体类型相同
2.（2021广东节选）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和Sb取代后形成。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
__________________。
②图9c为X的晶胞，X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为_________；该晶胞中粒子个数比Hg：
Ge：Sb = _________。
③设X的最简式的式量为M，则X晶体的密度为________g/cm3（列出算式）。
r
3.（2020·全国Ⅱ卷节选）Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF 熔点高于其他三种卤化物，自TiCl 至TiI 熔
4 4 4
点依次升高，原因是_________________________________________________________________。
化合物 TiF TiCl TiBr TiI
4 4 4 4
熔点/℃ 377 －24.12 38.3 155
4.（2020·全国Ⅰ卷节选）LiFePO 的晶胞结构示意图如（a）所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体
4
和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO 的单元数有 个。
4
电池充电时，LiFePO 脱出部分Li＋，形成Li FePO ，结构示意图如（b）所示，则x＝ ，n（Fe2
4 1－x 4
＋）∶n（Fe3＋）＝ 。
5.（2020·全国Ⅲ卷节选）氨硼烷（NH BH）含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。
3 3
研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，α＝β＝γ＝
90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝ g·cm－3（列出计算式，设N 为阿伏加德罗常数的值）。
A
1．【答案】C
【详解】A．石墨晶体中每一层会形成大π键产生可以自由移动的电子使得石墨可以导电，因此层内导电
性强于层间导电性，A正确；
B．工业盐酸中含有部分铁离子，铁离子和氯离子生成 ，因含有 而呈亮黄色，B正确；
C．氟的电负性大于氯，使得三氟乙酸酸性强于三氯乙酸，三氟乙酸的Ka值较大，故三氟乙酸的 比三
氯乙酸更小，C错误；
D．干冰是面心立方堆积，水配位数与生成氢键有关，干冰中 的配位数大于冰中水分子的配位数，这
与水分子间形成氢键有关，D正确；
故选C。
2．【答案】B
【详解】A．该晶胞中，Ti（黑球）的个数为1+12 =4，N（白球）的个数为8 +6 =4，则Ti和N的
个数比为1:1，该物质的化学式为TiN，A正确；
B．该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则Ti与Ti的最近距离是 a pm，B错误；C．如图所示，与Ti距离相等且最近的N有6个，则Ti的配位数为6，C正确；
D．与N距离相等且最近的N有12个，D正确；
故选B。
3．【答案】D
【详解】A．同分异构体是分子式相同、结构不同的化合物；三者不是互为同分异构体，A错误；
B．石墨炔中含碳碳叄键，化学性质较活泼，金刚石中碳原子均是饱和键，化学性质在常温下非常稳定，B
错误；
C．金刚石中1个碳原子与4个碳原子相连形成4个共价键，每个共价键为相邻2个碳原子共用，故原子数
和共价键数之比为1∶（4× ）=1:2，C错误；
D．石墨烯中1个碳原子被相邻3个环共用，每个环上有6个碳原子，则碳原子数与六元环数之比为为
（6× ）∶1=2∶1，D正确；
故选D。
4．【答案】(1)2 体心 顶点 8
(2)2CuH＋3Cl=====2CuCl ＋2HCl
2 2
(3)F－ (4)TiN>MgO>CaO>KCl 12
【解析】(1)体心立方晶胞中，1个原子位于体心，8个原子位于立方体的顶点，故1个晶胞中金属原
子数为8×＋1＝2；氯化铯晶胞中，Cs＋位于体心，Cl－位于顶点，Cs＋的配位数为8。(2)由晶胞可知，微粒
个数比为1∶1，化学式为CuH，CuH与Cl 反应，产物为CuCl 和HCl，化学方程式为2CuH＋
2 2
3Cl=====2CuCl ＋2HCl。(3)由晶胞结构可知，黑球有1个，灰球有1个，白球有3个，由电荷守恒可知
2 2
n(Mg2＋)∶n(K＋)∶n(F－)＝1∶1∶3，故白球为F－。(4)从3种离子晶体的晶格能数据知道，离子所带电荷越
多、离子半径越小，离子晶体的晶格能越大，离子所带电荷数：Ti3＋>Mg2＋，离子半径：Mg2＋＜Ca2＋，所
以熔点：TiN>MgO>CaO>KCl；MgO晶体中一个Mg2＋周围和它最邻近且等距离的Mg2＋有12个。
5．【答案】(1)原子 共价键 (2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多(只要答出HF分子间能形成氢键即可)
(4)②④ (5)D组晶体都为离子晶体，r(Na＋)Ni2＋，则晶格能：FeOFeO。
5．【答案】(1)SiC、Si、金刚石 金刚石>SiC>Si C—C键、C—Si键、Si—Si键的键长依次增大，键能
依次减小，熔点依次降低
(2)冰 冰晶体中分子间存在氢键
(3)CS 和CO 均为分子晶体，CS 的相对分子质量大，分子间作用力大，因此CS 熔、沸点高于CO
2 2 2 2 2
(4)BN>MgBr >SiCl
2 4
(5)> 两者均为离子化合物，且离子所带电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低
【解析】(1)SiC、Si、金刚石为原子晶体，原子晶体中共价键键长越短，键能越大，熔、沸点越高。(2)冰
晶体中含有氢键，熔点比干冰高。(3)CS 、CO 均为分子晶体，组成、结构相似，相对分子质量越大，范
2 2
德华力越大，熔、沸点越高。(4)BN为原子晶体，MgBr 为离子晶体，SiCl 为分子晶体，故熔点：
2 4
BN>MgBr >SiCl 。
2 4
1．【答案】B
【详解】
A．金刚石中的碳原子为正四面体结构， 夹角为109°28′，故A错误；
B． 的化学键为Si-H，为极性键，为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子； 的化学键为
Si-Cl，为极性键，为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子，故B正确；
C．锗原子( )基态核外电子排布式为[Ar]3d10 ，故C错误；
D．ⅣA族元素中的碳元素形成的石墨为混合晶体，而硅形成的晶体硅为原子晶体，故D错误；
故选B。
2.【答案】由图9c可知，图9b中Sb、Hg原子取代位置除图9b外还有其它形式 4 1：1：2
【详解】(6)①对比图9b和图9c可得X晶体的晶胞中上下两个单元内的原子位置不完全相同，不符合晶胞晶胞是晶
体的最小重复单位要求，故答案为：由图9c可知，图9b中Sb、Hg原子取代位置除图9b外还有其它形式。
②以晶胞上方立方体中右侧面心中Hg原子为例，同一晶胞中与Hg距离最近的Sb的数目为2，右侧晶胞中
有2个Sb原子与Hg原子距离最近，因此X的晶体中与Hg距离最近的Sb的数目为4；该晶胞中Sb原子均
位于晶胞内，因此1个晶胞中含有Sb原子数为8，Ge原子位于晶胞顶点、面心、体心，因此1个晶胞中含
有Ge原子数为1+8× +4× =4，Hg原子位于棱边、面心，因此1个晶胞中含有Hg原子数为6× +4×
=4，则该晶胞中粒子个数比Hg：Ge：Sb =4：4：8=1：1：2，故答案为：4；1：1：2。
③1个晶胞的质量m= ，1个晶胞的体积V=(x×10-7cm)2×(y×10-7cm)=x2y×10-21cm3，则X晶体的
密度为 = = g/cm3，故答案为： 。
3.【答案】TiF 为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增大分子间作用力
4
增大，熔点逐渐升高
【解析】F的电负性强，故TiF 属于离子化合物，形成离子晶体，熔点较高，而自TiCl 至TiI 均为共价化
4 4 4
合物，形成分子晶体，熔沸点很低，且随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高。
4.【答案】4 或0.187 5 13∶3
【解析】由题干可知，LiFePO 的晶胞中，Fe存在于由O构成的正八面体内部，P存在于由O构成的正四
4
面体内部；再分析题干中给出的（a）、（b）和（c）三个不同物质的晶胞结构示意图，对比（a）和（c）
的差异可知，（a）图所示的LiFePO 的晶胞中，小球表示的即为Li＋，其位于晶胞的8个顶点，4个侧面
4
面心以及上下底面各自的相对的两条棱心处，经计算一个晶胞中Li＋的个数为8×＋4×＋4×＝4（个）；进
一步分析（a）图所示的LiFePO 的晶胞中，八面体结构和四面体结构的数目均为4，即晶胞中含Fe和P的
4
数目均为4；考虑到化学式为LiFePO ，并且一个晶胞中含有的Li＋、Fe和P的数目均为4，所以一个晶胞
4
中含有4个LiFePO 单元。对比（a）和（b）两个晶胞结构示意图可知，
4
Li FePO 相比于LiFePO 缺失一个面心的Li＋以及一个棱心的Li＋；结合上一个空的分析可知，LiFePO 晶
1－x 4 4 4
胞的化学式为LiFe PO ，那么Li FePO 晶胞的化学式为Li Fe PO ，所以有1－x＝即x＝0.187 5。结
4 4 4 16 1－x 4 3.25 4 4 16
合上一个空计算的结果可知，Li FePO 即Li FePO ；假设Fe2＋和Fe3＋数目分别为x和y，则列方程组：
1－x 4 0.812 5 4x＋y＝1，0.812 5＋2x＋3y＋5＝4×2，解得x＝0.812 5，y＝0.187 5，则Li FePO 中n（Fe2＋）∶n（Fe3＋）
1－x 4
＝0.812 5∶0.187 5＝13∶3。
5.【答案】
【解析】由图可知晶胞体积为2a×2b×2c＝8abc （pm3）＝8abc×10－30（cm3）；而每个晶胞中氨硼烷质量为
g，所以晶体的密度ρ＝ g·cm－3。
