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第三章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
一．选择题
1. 晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够制出直径为300毫米
的硅单晶，可用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是
A. 形成晶体硅的速率越大越好
B. 晶体硅没有固定的熔、沸点
C. 可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D. 晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
【答案】C
【解析】略
2. 下列叙述不正确的是
A. 金刚石、SiC、NaF、NaCl、 、 晶体的熔点依次降低
B. CaO 晶体结构与NaCl晶体结构相似，CaO 晶体中 的配位数为6，且这些最邻近的
围成正八面体
C. 设NaCl 的摩尔质量为 ，NaCl的密度为 ，阿伏加德罗常数为
，在NaCl 晶体中，两个距离最近的 中心间的距离为
D. X、Y 可形成立方晶体结构的化合物，其晶胞中X占据所有棱的中心，Y 位于顶角位置，
则该晶体的化学式为
【答案】D
【解析】
A.金刚石、SiC属于原子晶体，键长 ，故金刚石中化学键更稳定，其熔点更高，
NaF、NaCl都属于离子晶体，氟离子半径小于氯离子半径，故NaF的晶格能大于NaCl，则NaF的
熔点更高， 、 都属于分子晶体，水分子之间存在氢键，熔点较高，熔点原子晶体 离子
晶体 分子晶体，故金刚石、SiC、NaF、NaCl、 、 晶体的熔点依次降低，故A正确；B.CaO晶体结构与NaCl晶体结构相似，氯化钠的晶胞图为 ，
若 处于体心、棱中间， 位于面心、顶点，晶体中体心 与面心的6个 距离最近，
配位数为6，且这些最邻近的 围成正八面体，故B正确；
C.氯化钠的晶胞图为 ，假设面心和顶点为 ，处于面对角线
上的 之间距离最近，设二者距离为 ，则晶胞棱长 ，晶胞体积
，晶胞中 数目 ，晶胞中 数目也是4，晶胞质量
，解得 ，故C正确；
D.处于棱的中心的原子为4个晶胞共用，位于顶角的原子为8个晶胞共用，晶胞中X数目
，Y数目 ，则该晶体的组成式为 ，故D错误；
故选：D。3. 现有四种晶体，其构成粒子排列方式如图所示，其中化学式不属于AB型的是
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】略
4. 如图是氯化铯晶体的晶胞结构示意图 晶胞是指晶体中最小的重复单元 ，其
中黑球表示氯离子、白球表示铯离子。已知晶体中2个最近的铯离子的核间距
离为 ，氯化铯的摩尔质量为 ，设 为阿伏加德罗常数的值，则氯化铯晶体的
密度为
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
根据均摊法计算，晶胞中含有一个 和一个 ，则晶胞的质量为 ，晶胞体积为 ，
氯化铯的密度为 ，故选C。
5. 下图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元 晶胞 的排列方式，其对应的化学式正确
的是 图中： ， ， 。C选项中Y原子在面上A. B.
C. D. XYZ
【答案】C
【解析】
A.X的数目为1，Y的数目： ，A的化学式为XY，故A错误；
B.X的数目： ，Y的数目： ， ，B的化学式为 ，
故B错误；
C.X的数目： ，Y的数目： ，Z的数目为1， ，C的化学式
为 ，故C正确；
D.X的数目： ，Y的数目： ，Z的数目为1， ，D的化学
式为 ，故D错误；
故选C。
6. 有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示 原子半径为 ，下列叙述错误的是
A. 晶胞 的空间利用率：
B. 金属晶体是一种“巨分子”，可能存在分子间作用力
C. 晶胞中含有的原子数分别为： ，D. 晶胞中原子的配位数分别为： ，
【答案】B
【解析】
A.空间利用率是指晶胞中所含原子的体积与晶胞体积的比值，在晶胞 中共有 个金属原
子，体积为 ，金属原子是密堆积的方式，原子实际紧靠，晶胞边长就是 2r，则晶胞体积是
，故A正确；
B.金属晶体是由金属阳离子和自由电子之间通过金属键形成，不存在分子间作用力，故B错误；
C.根据晶胞计算，每个晶胞含有的原子数分别为： 个， 个，故
C正确；
D.配位数是指晶胞中与原子紧邻的原子数，所以晶胞中原子的配位数分别为： ， ，故 D正
确。
故选B。
7. 如图为某晶体的一个晶胞．该晶体由 A、B、C三种基本粒子组成。试根据图示判断，该晶体
的化学式是
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
根据晶胞图可知，A原子分布在立方体的六个面心上，所以晶胞中含有A原子的数目为
，B原子分布在立方体的八个顶点上，所以晶胞含有B原子数目为 ，C原子位于立方体
的体心，数目为1，所以在晶胞中ABC三种原子的个数比为3：1：1，所以晶体的化学式为：
。故选C。
8. 铁有 、 、 三种同素异形体，如下图所示，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法
不正确的是
A. 晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B. 晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个
C. 若 晶胞边长为 ， 晶胞边长为 ，则两种晶体密度比为
D. 将铁加热到 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同
【答案】D
【解析】
A、 晶体晶胞类型为体心立方，与位于体心的Fe原子，距离最近的Fe原子位于顶点，共有
8个，则配位数为8，故A正确；
B、 晶体晶胞类型为立方，位于顶点的Fe原子，与其距离相等的Fe原子数目为6，分别为
同平面4个加上下各一个，故配位数为6，故B正确；
C、 晶体中位于顶点的Fe原子有8个，体心有一个，则一个晶胞中含有Fe原子数为
个， 晶体中位于顶点的Fe原子有8个，则一个晶胞中含有Fe原子数为
个，由晶胞的密度 晶胞的质量 晶胞的体积，计算两者的密度比 ，故C正
确；
D、将铁加热到 分别急速冷却和缓慢冷却，温度不同，铁原子的晶胞构型不同，将铁原子加
热后骤然冷却和缓慢冷却时温度降低速率不同，最后得到的晶体类型不相同，故D错误。
故选D。
9. 有关晶体的结构如图所示，下列说法中不正确的是A. 在NaCl晶体中，距 最近的 形成正八面体
B. 在 晶体中，每个晶胞平均占有4个
C. 在金刚石晶体中，6个碳原子形成一个环且不在同一平面上
D. 该气态团簇分子的分子式为EF或FE
【答案】D
【解析】
氯化钠晶体中，距 最近的 是6个，即钠离子的配位数是6，6个氯离子形成正八面体结
构，故A正确；
B. 位于晶胞顶点和面心，数目为 ，即每个晶胞平均占有4个 ，故B正
确；
C.金刚石晶胞中相连4个C形成四面体结构，则6个碳原子形成一个环且不在同一平面上，故C正
确；
D.该气态团簇分子的分子含有4个E和4个F原子，则该气态团簇分子的分子式为 或 ，
故D错误；
故选：D。
10. 已知某晶体由X、Y、Z三种元素组成，其晶胞如图所示，则X、Y、Z三种元素的原子个数之比正确的是
A. 1：3：1
B. 2：6：1
C. 4：8：1
D. 8：1：1
【答案】A
【解析】解：根据晶胞中微粒个数的分配方法计算，晶胞中含有Z原子的数目为1，含有X原子的
数目为 ，含有Y原子的数目为 ，所以X、Y、Z的原子个数比是1：3：1，
故选：A。
11. 现有四种晶体的晶胞，原子的排列方式如下图所示，化学式为 的是
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
A.晶胞中M原子数目为 、N原子数目为1，化学式为MN，故A错误；
B.晶胞中M原子数目为 、N原子数目为 ，化学式为 ，故B正确；
C.晶胞中M原子数目为 、N原子数目为 ，化学式为MN，故C错误；D.晶胞中M原子数目为 、N原子数目为 ，化学式为MN，故D错
误。
故选B。
12. 下列关于晶体的说法中，不正确的是
晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性 含
有金属阳离子的晶体一定是离子晶体 共价键可决定分子晶体的熔、沸点 的晶格能
远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小 晶胞是晶体结构的基本单
元，晶体内部的微粒按一定规律做周期性重复排列 晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其
变得比较稳定 干冰晶体中，一个 分子周围有8个 分子紧邻
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
晶体中原子呈周期性有序排列而非晶体中原子排列无序，晶体有自范性，非晶体无自范性，可
以利用X射线鉴别晶体和非晶体，故正确；
金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，
可能是金属晶体，故错误；
共价键可决定分子的稳定性，分子间作用力决定分子晶体熔沸点，故错误；
离子晶体中离子半径越小，离子所带电荷越多，晶格能越大，则MgO的晶格能较大，所以其熔
点比较高，故正确；
晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，有自范性，可以
利用X射线鉴别晶体和非晶体，故正确；
晶体多采用紧密堆积方式，采取紧密堆积方式，可以使晶体变得比较稳定，故正确；
干冰晶体中，一个 分子周围有12个 分子紧邻，故错误。
所以不正确的有 ；
故选D。
二、填空题
13. 元素X、Y、Z为前四周期元素，X的基态原子核外电子有21种运动状态，元素Y的原子最外
层电子数是其内层的3倍，Z与X、Y不在同一周期，且Z原子核外p电子比s电子多5个。
基态原子的核外电子排布式为 。是石油化工中重要的催化剂之一，如催化异丙苯 裂化生成苯和丙烯。
苯分子中含有 键的数目为 mol。
异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为 。
与 分子互为等电子体的阳离子为 。
易溶于水，熔点为 ，熔融状态下能够导电，据此可判断 晶体属于
填晶体类型 。
元素Ce与X同族，其与Y形成的化合物晶体的晶胞结构如下图，该化合物的化学式为
。
【答案】
、
离子晶体
【解析】
根据题意，元素X、Y、Z为Sc、O、Cl元素，
基态原子的核外电子排布式为： ；故答案为： ；
苯分子中含有12个 键，故 苯分子中含有 键的数目为12mol，故答案为：12；异丙苯分子中碳原子轨道的杂化类型为： 、 ；故答案为： 、 ；
臭氧含有3个原子，18个价电子，与 分子互为等电子体的阳离子为： ；故答案为：
；
易溶于水，熔点为 ，熔融状态下能够导电，据此可判断 晶体属于离子晶体，故
答案为：离子晶体；
根据均摊法，Ce在晶胞的顶点和面心， ；O原子在晶胞的体内，有8个，故
该化合物的分子式为： 。故答案为： 。
14. 铁被称为“第一金属”，铁及其化合物在生产，生活中有广泛用途。
铁原子核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用________摄取铁元素的原子光
谱。
的熔点为 ，沸点为 。由此可知 属于________晶体。 常作
净水剂和补铁剂， 的立体构型是________。
铁氰化钾 是检验 的重要试剂。
基态N原子的轨道表示式为________。
写出一种与铁氰化钾中配体互为等电子体的极性分子的化学式________。
铁氰化钾中，所涉及的元素的第一电离能由大到小的顺序为________。
铁氰化钾中，不存在________ 填字母标号 。
A.离子键 键 键 氢键 金属键
有机金属配位化合物二茂铁 是汽油中的抗震剂。分子中的大 键可用符号
表示，其中m代表参与形成大 键的原子数，n代表参与形成大 键的电子数 如苯分子
中的大 键可表示为 ，则 中的大 键应表示为________，其中碳原子的杂化方式
为________。羰基铁 可用作催化剂、汽油抗爆剂等。 分子中含________mol配
位键。
某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。其中铁原子周
围最近的铁原子个数为________；六棱柱底边长为 ，高为 ，阿伏加德罗常数的值为
，则该磁性氮化铁的晶体密度为________ 列出计算式 。
【答案】 光谱仪；
分子；正四面体；
；
；
；
；
； ；
；
；
【解析】
核外电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，形成光谱，可以用光谱仪摄取原子光谱，
故答案为：光谱仪；
的熔点为 ，沸点为 。晶体熔沸点不高，符合分子晶体特征，所以该晶体为分子晶体， 中S原子的价层电子对数为 ，则 的立体构
型是正四面体，
故答案为：分子；正四面体；
氮原子核外电子数目为7，原子的电子排布图为 ，
故答案为： ；
铁氰化钾中配体为 ，与 互为等电子体的极性分子为CO，故答案为：CO；
同一周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势，同一主族从上到下元素的第一电离能逐渐减
小，则铁氰化钾中，所涉及的元素的第一电离能由大到小的顺序为 ，
故答案为：
铁氰化钾 是离子化合物，存在离子键，含有 ， 中存在 三键，一
个 由1个 键和2个 键组成，化合物中不存在氢键和金属键，
故答案为：DE；
由环戊二烯负离子 结构图可知，环戊二烯负离子，由两个双键和一个负电荷组成环状
共轭体系， 电子数是6，即形成5个碳原子、6个 电子的大 键，符号为 ；由环戊二烯负
离子 结构图可知，环戊二烯中有4个C原子形成有 双键，杂化类型为 ，1个C
原子含有3个单键并带有1个负电荷，则该C原子形成3个 键，孤电子对数为0，所以杂化类型
为 ；所以 中碳原子的杂化方式均为 杂化，
故答案为： ； ；
配合物羰基铁 中碳原子不存在孤对电子，Fe与5个CO形成5个配位键，CO分子中含有1个配位键，则1个Fe 分子含10个配位键，则1mol 分子中含10mol配位
键，
故答案为：10；
面心铁原子与结构单元中 6个顶点Fe 原子相邻，且与内部 3个Fe 原子也相邻，密置层为
方式排列，其中铁原子周围最近的铁原子的个数为12；
图 中 结 构 单 元 底 面 为 正 六 边 形 ， 边 长 为 ， 底 面 面 积 为
， 结 构 单 元 的 体 积
；
由结构可知，Fe为六方最密堆积；图中结构单元中有 2个N原子，Fe原子位于结构单元的内部、
顶点、面心，注意 1 个顶点为图中 6 个结构单元共用，结构单元中 Fe 原子数目
； 结 构 单 元 中 原 子 总 质 量 ， 故 晶 体 密 度
，
故答案为：12； 。
15. 如下图所示为金属原子的四种基本堆积模型，请回答以下问题：以下原子堆积方式中，空间利用率最低的是 在图中选择，填字母 ，由非密置层互
相错位堆积而成的是 。
金属铜的晶胞模型是 ，每个晶胞含有 个 Cu 原子，每个 Cu 原子周围有
紧邻的Cu原子。
【答案】 ；B
；4；12
【解析】
为简单立方堆积，空间利用率最低；由非密置层互相错位堆积而成的是B；
故答案为：A；B；
金属铜采取面心立方最密堆积，每个晶胞内含有的铜原子个数为 ；取顶角上
的一个铜原子观察，离它最近的铜原子在面心上，共有12个；
故答案为：C；4；12。
16. 稀土有“工业维生素”的美称，如今已成为极其重要的战略资源。
钪 的基态原子M能层中能量不同的电子有________种。
铌的混合配体离子 中，配体是________ 填“微粒符号” 。
钐 的 单 质 与 1 ， 二 碘 乙 烷 可 发 生 如 下 反 应 ：
。 中碳原子杂化轨道类型为
________， 中含有的 键数目为________。常温下1， 二碘乙烷为液体
而乙烷为气体，其主要原因是________。高温超导材料，是具有高临界转变温度，能在液氮温度条件下工作的超导材料。高温超导
材料镧钡铜氧化物中含有 。基态时 的电子排布式为________。化合物中，稀土元素
最常见的化合价是 ，但也有少数的稀土元素可以显 价。下面四种稀土元素的电离能 单
位： 数据如下表，判断最有可能显 价的稀土元素是________ 填元素符号 。
元素
钪 633 1235 2389 7019
铱 616 1181 1980 5963
镧 538 1067 1850 4819
铈 527 1047 1949 3547
二氧化镨 的晶体结构与 相似，则 二氧化镨 的晶胞中Pr原子的配位数
为________。O原子与Pr原子配位数不同，影响这一结果的是离子晶体的________ 填“几
何”“电荷”或“键性” 因素。
掺杂稀土的硼化镁在 时有超导性，在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分
层排布的，一层镁一层硼相间排列。图1是该晶体微观结构中取出的部分原子沿z轴方向的投
影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影。则硼化镁的化学式为________。
磷化硼 是一种有价值的超硬耐磨涂层材料，这种陶瓷材料可作为金属表面的保护薄
膜。磷化硼晶胞如图2所示，在BP晶胞中B的堆积方式为________，当晶胞晶格参数为时，磷化硼中硼原子和磷原子之间的最近距离为________cm。
【答案】 ；
、 ；
； ；二者组成结构相似，1， 二碘乙烷的相对分子质量较大，分子间作用力较强，沸
点相对较高；
；Ce；
；电荷；
；
面心立方最密堆积； 。
【解析】
钪 为21号元素，核外电子排布式为： ，M能层共有3个能级，同一
能量级别的电子能量是相等的，所以能量不同的电子有3种，故填：3；
铌的混合配体离子 中，配体是 、 ；故填： 、 ；
在 分子中碳原子只形成了单键，杂化轨道类型为 ；1个 中含有5个 键，故 中含有的 键数目为 ；常温下1， 二碘乙烷为液体而乙烷为
气体，其主要原因是二者组成结构相似，1， 二碘乙烷的相对分子质量较大，分子间作用力较
强，沸点相对较高；
故填： ； ；二者组成结构相似，1， 二碘乙烷的相对分子质量较大，分子间作用力较
强，沸点相对较高；
基态时 的电子排布式为 ；根据图中数据分析判断最有可能显 价的稀
土元素是Ce；故填： ；Ce；
二氧化镨 的晶体结构与 相似，则 二氧化镨 的晶胞中Pr原子的
配位数为8；O原子与Pr原子配位数不同，影响这一结果的是离子晶体的电荷因素；故填：8；电
荷；
由给出的微观结构示意图和题意可知 ，硼化镁的化学式为 ；故填：
；
磷化硼晶胞如图2所示，在BP晶胞中B的堆积方式为面心立方最密堆积；P原子与周围的4个
B原子最近且形成正四面体结构，两者连线处于体对角线上，距离为体对角线的 ，立方体每边长
为 478pm，则晶胞体对角线长为： ，则硼原子和磷原子之间的最近距离为：
；故填：面心立方最密堆积； 。
17. 离子液体是一种只由离子组成的液体，在低温下也能以液态稳定存在，是一种很有研究价值
的溶剂。对离子液体的研究显示最常见的离子液体主要由以下的正离子和负离子组成：
回答下列问题：在周期表中的位置是________，其价电子排布式为________，图1中负离子的空间构
型为________。
氯化铝的熔点为 ，氮化铝的熔点高达 ，它们都是活泼金属和非金属的化合
物，熔点相差这么大的原因是________。
上图中正离子有令人惊奇的稳定性，它的电子在其环状结构中高度离域。该正离子中 N
原子的杂化方式为________，C原子的杂化方式为________。
为了使正离子以单体形式存在以获得良好的溶解性能，与 N原子相连的 不能被
H原子替换，请解释原因：________。
、Mg、Al三种元素的第一电离能由大到小的顺序是________。
已知氮化铝的晶胞结构如图2所示。
晶体中氮原子堆积方式如图3所示，这种堆积方式称为________。六棱柱底边边长为acm，高为 ccm，阿伏加德罗常数的值为 ，氮化铝晶体的密度为
________ 列出计算式 。
【答案】 第三周期第ⅢA族 正四面体形
氯化铝是分子晶体，而氮化铝是原子晶体
、 ；
防止离子间形成氢键而聚沉
六方最密堆积
【解析】
的原子序数是27，电子排布式为： ，所以在周期表中的位置是第三周期第
ⅢA族，其价电子排布式为 ，图1中 负离子的空间构型为正四面体形；
故答案为：第三周期第ⅢA族； ；正四面体形；
氯化铝是分子晶体，而氮化铝是原子晶体，所以它们熔点相差比较大；
故答案为：氯化铝是分子晶体，而氮化铝是原子晶体；
上图中正离子中N原子形成三个共价单键，杂化方式为 ，C原子分别形成三个共价单键和
四个共价单键，杂化方式分别为： 、 ；
故答案为： ； 、 ；
如果与N原子相连的 被H原子替换，则离子间易形成氢键而聚沉；故答案为：防止离子间形成氢键而聚沉；
原子最外层只有个电子，占据2s轨道，比较稳定，金属性越强第一电离能越小，所以 Na、
Mg、Al三种元素的第一电离能由大到小的顺序是：
故答案为： ；
由图可知该种堆积方式为六方最密堆积；由氮原子的堆积方式可知氮原子数为
，则氮化铝晶胞中含有6个AlN，所以该结构的质量为 ，该六棱柱
的底面为正六边形，边长为 ，底面的面积为6个边长为acm的正三角形面积之和，根据正三
角 形 面 积 的 计 算 公 式 ， 该 底 面 的 面 积 为 ， 高 为 ， 所 以 密 度 为 ：
故答案为：六方最密堆积； 。
