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题型20 物质结构与性质基础
目录
.....................................................................................................................................1
【考向一】原子核外电子的排布...................................................................................................................... 1
【考向二】元素的电离能、电负性及微粒半径的大小比较..........................................................................4
【考向三】“两大理论”与微粒构型..............................................................................................................6
【考向四】分子性质与微粒作用.................................................................................................................... 10
【考向五】成键方式、晶体类型的判断........................................................................................................12
【考向六】晶体化学式及粒子数确定............................................................................................................15
【考向七】原子分数坐标分析方法................................................................................................................18
【考向八】有关晶胞参数的计算.................................................................................................................... 22
【考向九】解释原因类简答题........................................................................................................................ 27
...................................................................................................................................31
【考向一】原子核外电子的排布
【典例1】短周期元素R 基态原子最外层的p 能级上有2 个未成对电子。下列关于基态R 原子的描述正确
的是
A．基态R 原子核外电子的电子云轮廓图有两种：球形和哑铃形
B．基态R 原子的价层电子排布式为ns2np2(n＝2 或3)
C．基态R 原子的原子轨道总数为9
D．基态R 原子的轨道表示式为
1．能层、能级、原子轨道数及最多容纳电子数
能层
一
二
三
四
五
…
1
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符号
K
L
M
N
O
…
能级
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
…
包含原子轨道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
1
…
…
最多容纳电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
…
2
8
18
32
…
2n2
2.常见原子轨道电子云轮廓图
原子轨道
电子云轮廓图形状
轨道个数
s
球形
1
p
哑铃(或纺锤)形
3(px，py，pz)
3.基态原子的核外电子排布
（1）原子核外电子排布的“三规律”
能量最低原理
原子核外电子总是优先占有能量最低的原子轨道
泡利原理
每个原子轨道里，最多只能容纳2 个自旋状态相反的电子
洪特规则
当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占
据一个轨道，而且自旋状态相同
（2）基态原子核外电子排布的四种表示方法
表示方法
举例
电子排布式
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1
简化电子排布式
Cu：[Ar]3d104s1
价电子排布式
Fe：3d64s2
电子排布图(或轨道表示式)
【易错点】原子轨道处于全空、半充满、全充满状态更稳定。Cr 、Cu 的电子排布式分别为
1s22s22p63s23p63d54s1、1s22s22p63s23p63d104s1，而非1s22s22p63s23p63d44s2、1s22s22p63s23p63d94s2。
【变式1-1】通常情况下，原子核外p、d 能级等原子轨道上电子排布为“全空”“半充满”“全充满”的
时候更加稳定，称为洪特规则的特例。下列事实能作为这个规则的证据的是
①某种激发态碳原子的电子排布式是1s22s12p3而不是1s22s22p2
②基态Cu 原子的电子排布式是[Ar]3d104s1而不是[Ar]3d94s2
③基态He 原子的电子排布式为1s2，基态H 原子的电子排布式为1s1
Fe
④
2+容易失电子转变为Fe3+，表现出较强的还原性
A．①②④
B．②④
C．③④
D．①②③
【变式1-2】（2023 上·北京西城·高三北京育才学校校考期中）我国科研团队对嫦娥五号月壤的研究发现，
月壤中存在一种含“水”矿物下列化学用语或图示表达不正确的是
A．
的电子式：
B．基态
的价电子排布式：
2
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C．
的
模型：
D．基态S 原子的价层电子的轨道表示式：
【考向二】元素的电离能、电负性及微粒半径的大小比较
【典例2】（2024 上·山东·高三统考期末）利用α 粒子(即氦核
)轰击不同原子，获得人工放射性元素
和
，合成反应如下：
；
。其中元素Y、Z 的基态原子核
外未成对电子数之比为1：3.下列说法正确的是
A．基态原子第一电离能：Y<X<Z
B．简单离子半径：X<Y<Z
C．简单阴离子还原性：X<Z
D．X、Y 的三氯化物分子构型相同
1．元素第一电离能的递变性
（1）规律
同周期元素从左到右，第一电离能呈增大趋势(注意第ⅡA 族、第ⅤA 族的特殊性)；同主族元素自上而下，
第一电离能逐渐减小。
（2）特殊情况
当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)的
结构时，原子的能量较低，为稳定状态，该元素具有较大的第一电离能，如第一电离能：Be>B；Mg>Al；
N>O；P>S。
（3）应用
①判断元素金属性的强弱
电离能越小，金属越容易失去电子，金属性越强；反之越弱。
②判断元素的化合价
如果某元素的In＋1≫In，则该元素的常见化合价为＋n。
2．元素电负性的递变性
（1）规律
同周期主族元素从左到右，电负性依次增大；同主族元素自上而下，电负性依次减小。
（2）应用
3
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3．微粒半径的比较（以短周期为例）
（1）相同电性微粒半径大小的比较
①原子半径：左下角的钠最大
②阳离子半径：左下角的钠离子最大
③阴离子半径：左下角的磷离子最大
（2）不同电性微粒半径大小的比较
①同周期：阴离子半径＞阳离子半径，如Na+＜Cl－
②同元素：电子数越多，微粒半径越大，如Fe2+＞Fe3+
③同结构：质子数越多，离子半径越小，如Na+＜O2－
【变式2-1】（2024 上·北京·高三统考期末）砷化镓(
)太阳能电池大量应用于我国超低轨通遥一体卫
星星座。下列说法正确的是
A．原子半径：
B．电子层数：
C．电负性：
D．单质还原性：
【变式2-2】（2024 上·辽宁·高三校联考期末）某离子液体的阴离子结构如图所示，其中X、Y、Z、R、Q
是原子序数依次增大的短周期非金属元素，其中X 原子的最外层电子中未成对电子数目与成对电子数目相
同。下列说法正确的是
A．电负性：Z>R>Q
B．简单离子半径：Q>Z>Y
C．五种元素形成的简单氢化物中沸点最高的是Z
D．同周期主族元素中只有一种元素的第一电离能大于Z
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【考向三】“两大理论”与微粒构型
【典例3】（2024 上·辽宁朝阳·高三统考期末）价层电子对互斥理论可以预测某些微粒的空间结构。下列
说法正确的是
A．
和
的键角相同
B．
和
均为非极性分子
C．
和
的空间结构均为平面三角形
D．
和
的VSEPR 模型均为四面体形
1．共价键
（1）
（2）σ 键和π 键的判定
①
s
②s、sp、杂化轨道之间一定形成σ 键；pp 可以形成σ 键，也可以形成π 键(优先形成σ 键，其余只能
形成π 键)。
2．与分子结构有关的两种理论
（1）杂化轨道理论
①基本观点：杂化轨道成键满足原子轨道最大重叠原理；杂化轨道形成的共价键更加牢固。
②杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化轨道类型
杂化轨道数目
分子立体构型
实例
sp
2
直线形
CO2、BeCl2、HgCl2
sp2
3
平面三角形
BF3、BCl3、CH2O
V 形
SO2、SnBr2
sp3
4
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
三角锥形
NH3、PH3、NF3
V 形
H2S、H2O
注意：杂化轨道数＝与中心原子结合的原子数＋中心原子的孤电子对数。
（2）价层电子对互斥理论
①基本观点：分子的中心原子上的价层电子对(包括σ 键电子对和中心原子上的孤电子对)由于相互排
斥，尽可能趋向彼此远离。
②价层电子对数的计算
中心原子的价层电子对数＝σ 键电子对数(与中心原子结合的原子数)＋中心原子的孤电子对数＝σ 键电
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子对数＋(a－xb)
其中a 为中心原子的价电子数，x、b 分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能
接受的电子数(H 为1，其他原子为“8－该原子的价电子数”)。微粒为阳离子时，中心原子的价电子数要
减去离子所带电荷数；微粒为阴离子时，中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。如SO2中硫原子的
孤电子对数为＝1；H3O＋中氧原子的孤电子对数为＝1；CO 中碳原子的孤电子对数为＝0。
【易错点】在计算孤电子对数时，出现0.5 或1.5，则把小数进位为整数，即1 或2。如NO2的中心原子N
的孤电子对数为＝0.5≈1，则价层电子对数为3，故VSEPR 模型为平面三角形，分子立体构型为V 形。
③利用价层电子对互斥理论判断分子(或离子)立体构型
价层电子对数
孤电子对数
分子(或离子)立体构型
示例
2
0
CO2、BeCl2
3
0
BF3、SO3、CO
3
1
SO2
4
0
CH4、NH、SO、CCl4
4
1
NH3、PCl3、H3O＋
4
2
H2O、H2S
【变式3-1】（2023 上·山东·高三山东省实验中学校考）W、X、Z、Q、Y 为原子序数依次增大的短周期主
族元素，其内层电子数之和为18，最外层电子数之和为28，它们所形成的阴离子具有很高的亲水性，可以
作为能源材料中的电解质，该离子结构如图所示。下列说法正确的是
A．
离子构型为四面体
B．YWX-离子构型为V 形
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C．非金属性：X＜W＜Q
D．该阴离子中∠Y-X-Y 为180°
【变式3-2】（2023 上·河北邯郸·高三磁县第一中学校考）下列化学用语的表述正确的是
A．
杂化轨道模型：
B．铍原子最外层电子的电子云图：
C．氨气分子的空间填充模型：
D．质量数为127 的碘原子：
【考向四】分子性质与微粒作用
【典例4】（2024·广西·统考模拟预测）下列有关物质结构与性质的说法错误的是
A．
易溶于
，可从
和
都是非极性分子的角度解释
B．对羟基苯甲酸存在分子内氢键，是其沸点比邻羟基苯甲酸的高的主要原因
C．
溶于氨水，是由于
与
反应生成了可溶性配合物
D．熔融
能导电，是由于熔融状态下产生了自由移动的
和
1．分子性质
（1）分子构型与分子极性的关系
（2）溶解性
“相似相溶”规律：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂，极性溶质一般能溶于极性溶剂；若存在氢键，则
溶剂和溶质之间的氢键作用力越大，溶解性越好。
（3）无机含氧酸分子的酸性
无机含氧酸可写成(HO)mROn，如果成酸元素R 相同，则n 值越大，R 的正电性越高，使R—O—H 中O 的
电子向R 偏移，在水分子的作用下越易电离出H＋，酸性越强，如酸性：HClO<HClO2<HClO3<HClO4。
2．范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力
氢键
共价键
作用粒子
分子或原子(稀有气体)
氢、氟、氮、氧原子(分
原子
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子内、分子间)
特征
无方向性、无饱和性
有方向性、有饱和性
有方向性、有饱和
性
强度比较
共价键＞氢键＞范德华力
影响强度
的因素
①随着分子极性和相对分子
质量的增大而增大
②组成和结构相似的物质，
相对分子质量越大，范德华
力越大
对于A—H…B—，
A、B 的电负性越大，B
原子的半径越小，氢键
键能越大
成键原子半径越
小，键长越短，键
能越大，共价键越
稳定
对物质性
质的影响
①影响物质的熔、沸点、溶
解度等物理性质②组成和结
构相似的物质，随相对分子
质量的增大，物质的熔、沸
点升高
分子间氢键的存在，使
物质的熔、沸点升高，
在水中的溶解度增大
①影响分子的稳定
性
②共价键键能越
大，分子稳定性越
强
【变式4-1】（2024 上·江苏扬州·高三扬州中学校考）下列说法正确的是
A．键角：Cl2O>OF2
B．酸性：CH3COOH>CH2FCOOH
C．分子的极性：O2>O3
D．基态原子未成对电子数：Mn>Cr
【变式4-2】（2023 上·北京西城·高三统考期末）下列事实不能用氢键解释的是
A．密度：
B．沸点：
C．稳定性：
D．溶解性(水中)：
【考向五】成键方式、晶体类型的判断
【典例5】（2023 上·北京·高三北京一七一中校考）用
表示阿伏加德罗常数．下列说法正确的是
A．标准状况下，22.4L 乙炔中
键数为
，
键数为
B．质量相同的
和
所含的分子数相同
C．同温同压下，相同体积的
和
所含的原子数相同
D．12g 金刚石中C―C 键数为
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1．σ 键、π 键的判断
（1）由轨道重叠方式判断：“头碰头”重叠为σ 键，“肩并肩”重叠为π 键
（2）由共用电子对数判断：单键为σ 键；双键或三键，其中一个为σ 键，其余为π 键
（3）由成键轨道类型判断：s 轨道形成的共价键全部是σ 键；杂化轨道形成的共价键全部为σ 键
配合物中σ 键的算法
配位键是一种特殊的共价键
1mol Ni(CO)4中含___molσ 键
4 个CO 中含有4 个σ 键，外加4 个配位键，也属于σ 键，总共8 个σ 键
2．晶体类别的判断方法
（1）依据构成晶体的微粒和微粒间作用力判断
由阴、阳离子形成离子键构成的晶体为离子晶体；由原子形成的共价键构成的晶体为原子晶体；由分子
依靠分子间作用力形成的晶体为分子晶体；由金属阳离子、自由电子以金属键形成的晶体为金属晶体
（2）依据物质的分类判断
①活泼金属氧化物和过氧化物(如K2O、Na2O2等)，强碱(如NaOH、KOH 等)，绝大多数的盐是离子晶体
②部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体是
分子晶体
③常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类原子晶体有SiC、SiO2、AlN、
BP、CaAs 等
④金属单质、合金是金属晶体
（3）依据晶体的熔点判断
不同类型晶体熔点大小的一般规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔点差别很大，如钨、
铂等熔点很高，铯等熔点很低
（4）依据导电性判断
①离子晶体溶于水及熔融状态时均能导电
②原子晶体一般为非导体
③分子晶体为非导体，但分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水时，分子内的化
学键断裂形成自由移动的离子，也能导电
④金属晶体是电的良导体
（5）依据硬度和机械性能判断
一般情况下，硬度：原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体多数硬度大，但也有较小的，且具有延展
性
【变式5-1】（2023 上·北京·高三北京市第一六一中学校考）下列化学用语或图示表达不正确的是
A．
的空间结构模型：
B．H2O 的VSEPR 模型
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C．二氧化碳的电子式：
D．p-pπ 键电子云轮廓图
【变式5-2】（2023 上·湖南长沙·高三统考）下列有关晶体结构说法正确的是
A．在NaCl 晶胞中，与
最邻近且等距离的
有6 个
B．在干冰晶体中，每个晶胞拥有6 个
分子
C．
晶胞中
的配位数为4
D．该气态团簇分子的化学式为
【考向六】晶体化学式及粒子数确定
【典例6】（2024 上·辽宁锦州·高三统考期末）一种由Mn、Se 组成的化合物立方晶胞结构如图所示。已知
化合物的摩尔质量为
，晶胞参数为anm，阿伏加德罗常数的值为
。下列说法错误的是
A．该化合物的化学式可表示为MnSe
B．与Se 原子距离最近的Se 原子有12 个
C．Mn、Se 原子的最近距离是
D．晶胞密度为
1．晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法
（1）原则：晶胞中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：
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①长方体(正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
a．处于顶点上的粒子，同时为8 个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞
b．处于棱边上的粒子，同时为4 个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞
c．处于晶面上的粒子，同时为2 个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞
d．处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞
②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定
三棱柱
六棱柱
平面型
石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1 个
碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占
2．熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目
晶体
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
金刚石
晶体结构
粒子数目
4 个Na
＋，
4 个Cl－
1 个Cs+，
1 个Cl－
4 个S2－，
4 个Zn2＋
4 个Ca2
＋，
8 个F－
8 个C
晶体
简单立方
体心立方
面心立方
氮化硼
干冰
晶体结构
粒子数目
1 个原子
2 个原子
4 个原子
4 个B，4 个N
4 个CO2
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【变式6-1】（2023 上·北京顺义·高三北京市顺义区第一中学校考期中）硅烷（
）可用于制造高纯硅，
而
可由硅化镁（熔点1102℃）制得，硅化镁晶体的晶胞如图所示，每个Mg 原子位于Si 原子组成的四
面体中心。下列说法不正确的是
A．硅化镁可能为分子晶体
B．硅化镁的化学式为
C．每个晶胞中含有8 个Mg 原子
D．每个Si 原子周围距离最近且等距的Mg 原子有8 个
【变式6-2】（2023 上·山东·高三校联考）钙钛矿具有独特的晶体结构，广泛应用于传感器、固体电阻器等
诸多领域。图1、2 均为钙钛矿型化合物，其中图1 中另两种离子为
、
，图2 中另两种离子为
和
。
下列说法错误的是
A．钛酸钙的化学式为
B．图2 中，Y 为
C．
中含有配位键
D．晶胞中与每个
紧邻的
有12 个
【考向七】原子分数坐标分析方法
【典例7】（2023 上·黑龙江·高三牡丹江一中校考期末）砷化镉晶胞结构如图，图1 中“①”和“②”位
是“真空”，晶胞参数为apm，建立如图2，①号位的坐标为(
，
，
)。已知：砷化镉的摩尔质量为
Mg·mol-1，NA为阿伏加德罗常数的值，下列说法错误的是
12
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A．砷化镉中Cd 与As 原子个数比为3：2
B．两个Cd 原子间最短距离为0.5a pm
C．③号位原子坐标参数为(
，1，
)
D．该晶胞的密度为NA(a×10—10)3g·cm-3
1．原子分数坐标参数
（1）含义：以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子分数坐标
（2）原子分数坐标的确定方法
①依据已知原子的坐标确定坐标系取向
②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1 个单位
③从原子所在位置分别向x、y、z 轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标
（3）示例
晶胞中原子坐标
A(0，0，0)， B(0，1，0)， C(1，1，0)，
D(1，0，0)，
E(0，0，1)， F(0，1，1)， G(1，1，1)， H(1，0，1)，
体心：(，，)， 上面心：(，，1)， 下面心：(，，0)，
左面心：(，0，)，右面心：(，1，)， 前面心：(1，，)，
后面心：(0，，)
2．典型晶胞结构模型的原子分数坐标
（1）简单立方体模型粒子坐标
粒子坐标
若1(0，0，0)，2(0，1，0)，则确定3 的原子分数坐标为(1，
1，0)，7 为(1，1，1)
（2）体心晶胞结构模型的原子坐标和投影图
A
B
C
D
E
F
G
H
x
y
z
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粒子坐标
若1(0，0，0)，3(1，1，0)，5(0，0，1)，则6 的原子分数坐
标为(0，1，1)，7 为(1，1，1)，9 为(，，)
（3）面心立方晶胞结构模型的原子坐标和投影图
粒子坐标
若1(0，0，0)，13(，，0)，12(1，，)，则15 的原子分数坐标
为(，1，)，11 为(，，1)
（4）金刚石晶胞结构模型的原子坐标和投影图
粒子坐标
若a 原子为坐标原点，晶胞边长的单位为1，则原子1、2、
3、4 的坐标分别为(，，)、(，，)、(，，)、(，，)
【变式7-1】（2023 上·河南濮阳·高三濮阳一高校考期中）硒化锌是一种重要的半导体材料，其晶胞结构如
图甲所示。已知晶胞参数为q nm，乙图为晶胞的俯视图，a 点的原子分数坐标为
。
下列说法正确的是
A．晶胞中硒原子的配位数为12
B．晶胞中d 点的原子分数坐标为
C．相邻两个Zn 原子的最短距离为
nm
D．Zn 和Se 在元素周期表中分别位于d 区与p 区
【变式7-2】（2024 上·黑龙江齐齐哈尔·高三齐齐哈尔市第八中学校校考）一种铜的溴化物晶胞结构如图所
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示。下列说法正确的是
A．该化合物的化学式为CuBr2
B．铜原子的配位数为12
C．与每个Br 紧邻的Br 有6 个
D．由图中P 点和Q 点原子的分数坐标，可确定R 点原子的分数坐标为(
，
，
)
【考向八】有关晶胞参数的计算
【典例8】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
。阿伏加德罗
常数的值为
。下列说法错误的是
A．晶体最简化学式为
B．晶体中与
最近且距离相等的
有6 个
C．晶胞中B 和C 原子构成的多面体有14 个面
D．晶体的密度为
1．典型晶体模型
晶体
晶体结构
晶体详解
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离子
晶体
NaCl
型
（1）每个Na＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cl－(Na＋)
有6 个，每个Na＋周围等距且紧邻的Na＋有12
个；（2）每个晶胞中含4 个Na＋和4 个Cl－
CsCl 型
（1）每个Cs＋周围等距且紧邻的Cl－有8 个，每
个Cs＋(Cl－)周围等距且紧邻的Cs＋(Cl－)有6 个；
（2）如图为8 个晶胞，每个晶胞中含1 个Cs＋、1
个Cl－
CaF2型
在晶体中，每个F－吸引4 个Ca2＋，每个Ca2＋吸引
8 个F－，Ca2＋的配位数为8，F－的配位数为4
金属
晶体
简单立方堆
积
典型代表为Po，空间利用率为52%，配位数为6
体心立方堆
积
典型代表为Na、K、Fe，空间利用率为68%，配
位数为8
六方最密堆
积
典型代表为Mg、Zn、Ti，空间利用率为74%，配
位数为12
面心立方
最密堆积
典型代表为Cu、Ag、Au，空间利用率为74%，
配位数为12
分子
晶体
干冰
（1）8 个CO2分子构成立方体且在6 个面心又各
占据1 个CO2分子；（2）每个CO2分子周围等距
且紧邻的CO2分子有12 个
混合
型
晶体
石墨
层与层之间的作用是范德华力，平均每个正六边
形拥有的碳原子个数是2，C 采取的杂化方式是
sp2杂化
原子
晶体
金刚石
（1）每个碳原子与相邻的4 个碳原子以共价键结
合，形成正四面体结构；（2）键角均为
109°28′；（3）最小碳环由6 个C 组成且六个原子
不在同一平面内；（4）每个C 参与4 条C—C 键
的形成，C 原子数与C—C 键数之比为1 2∶
SiO2
（1）每个Si 与4 个O 以共价键结合，形成正四
面体结构；（2）每个正四面体占有1 个Si，4 个
“O”，n(Si)∶n(O)＝1 2∶；（3）最小环上有12 个原
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子，即6 个O 和6 个Si
2．晶胞参数(边长)与半径的关系
晶体
晶体结构
图示关系
晶胞参数与边长关系
简单立
方晶胞
晶胞参数(边长)为a，原子球半径为
r，则有a=2r
体心立
方晶胞
晶胞参数(边长)为a，原子球半径为
r，体对角线长为c，则有c＝√3a＝
4r
面心立
方晶胞
晶胞参数(边长)为a，原子球半径为
r，则有4r＝√2a
六方最
密堆积
晶胞
晶胞中原子球半径为r，六棱柱边长
为a，高为h，则有a＝2r，h＝2 倍
四面体高
金刚石
晶胞
G 点是空的，没有球，是正立方体
的体心，A 球心到E 球心，是2 个
半径，即一个直径；同样，E 球心到
G，是2 个半径，即一个直径，所以
AG 是两个直径，体对角线是AG 的
两倍，所以体对角线是4 个直径，
即8r，则有8r＝√3a
晶胞参数(边长)为a，原子球半径为
r，则有8r＝√3a。(体对角线上五球
相切，其中有两个假想球)
3．晶体密度及微粒间距离的计算
晶体密度的计算公式推导过程
若1 个晶胞中含有x 个微粒，则晶胞的物质的量为：n＝
N
N A ＝
x
N A mol
晶胞的质量为：m＝n·M＝
x
N A
⋅M
g，则密度为：ρ＝
m
V =
x
N A
⋅M
a3
= x⋅M
N A⋅a3
金刚石晶胞
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右图为CsCl 晶体的晶胞
假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl 的摩尔质量用M g·mol－1表示，则
CsCl 晶体的密度为ρ＝g·cm－3
4．金属晶体空间利用率的计算方法
（1）空间利用率的定义及计算步骤
①空间利用率(η)：指构成晶体的原子、离子或分子总体积在整个晶体空间中所占有的体积百分比
②
空间利用率=
V 球
V 晶胞
=
球数× 4
3 π⋅r3
a3
×100%
（2）金属晶体空间利用率分类简析
类型
晶体结构示意图
图示关系
简单
立方
堆积
原子的半径为r，立方体的棱长为2r，则V 球＝πr3，V 晶胞＝(2r)3
＝8r3，空间利用率＝×100%＝×100%＝
π
6 ≈52%
体心
立方
晶胞
原子的半径为r，体对角线c 为4r，面对角线b 为a，由(4r)2＝a2
＋b2得a＝r。1 个晶胞中有2 个原子，故空间利用率＝×100%＝
×100%＝×100%＝
√3 π
8
≈68%
面心
立方
最密
堆积
原子的半径为r，面对角线为4r，a＝2r，V 晶胞＝a3＝(2r)3＝
16r3，1 个晶胞中有4 个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%
＝
√2π
6
≈74%
六方
最密
堆积
原子的半径为r，底面为菱形(棱长为2r，其中一个角为60°)，则
底面面积S＝2r×r＝2r2，h＝r，V 晶胞＝S×2h＝2r2×2×r＝8r3，1 个
晶胞中有2 个原子，则空间利用率＝×100%＝×100%＝
√2π
6
≈74%
金刚
石型
堆积
设原子半径为R，由于原子在晶胞体对角线方向上相切(相邻两
个碳原子之间的距离为晶胞体对角线的四分之一)，可以计算出
晶胞参数：a＝b＝c＝R，α＝β＝γ＝90°。每个晶胞中包含八个原
子。
η＝×100%＝×100%≈34.01%
金刚石晶胞
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【变式8-1】（2023 上·贵州贵阳·高三贵阳一中校考）钙钛矿电池是第三代非硅薄膜太阳能电池的代表，具
有较高的能量转化效率。如图是一种边长为
的钙钛矿的正方体晶胞结构，其中
原子占据正方体中
心，O 原子位于每条棱的中点。其中以原子1 为原点，原子2 的坐标为
。下列有关说法错误的是
A．原子3 的坐标为
B．
原子与
原子最近距离为
C．距离
原子最近的O 原子有6 个
D．该晶胞密度约为
【变式8-2】（2024 上·黑龙江哈尔滨·高三哈尔滨三中校考期末）已知Mg、Al、O 三种元素组成尖晶石型
晶体结构，其晶胞由4 个A 型小晶格和4 个B 型小晶格构成，其中
和
都在小晶格内部，
部分
在小晶格内部，部分在小晶格顶点(如图)，下列分析错误的是
A．该晶体为离子晶体
B．该物质的化学式为
C．晶胞中，距离
等距且最近的
数为12
D．
与
之间最近的距离是
【考向九】解释原因类简答题
【典例9】钛酸钙具有特殊的物理、化学性质，钛酸钙结构材料是当前材料科学研究领域的热点之一，回
答下列问题。
（1）钛在元素周期表中的位置是 。
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（2）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+
表示，与之相反的则用-
表示，
称为电子的自旋磁量子数。对于基态钛原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为 。从结构角度解
释TiCl3中Ti 还原性较强的原因 。
（3）离子半径Ca2+>Ti4+，理由是 。
1．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：共价晶体＞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、沸点很低
（2）同种晶体类型熔、沸点的比较——比较晶体内微粒之间相互作用力的大小
①共价晶体：看共价键的强弱，取决于键长，即：成键原子半径大小
规律：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＞晶体硅
②离子晶体：看离子键的强弱，取决于阴、阳离子半径大小和所带电荷数
规律：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，熔点越高，硬度越
大。一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大，离子间的作用力就越强，离子晶
体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞NaCl＞CsCl
③分子晶体：看分子间作用力 (一般先氢键后范德华力最后分子的极性)
a．分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高，
如沸点：H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S
b．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，如沸点：SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4
c．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，如沸点：CO＞N2
d．在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷
④金属晶体：看金属键的强弱，取决于金属阳离子半径和所带电荷数
规律：金属离子的半径越小，离子的电荷数越多，其金属键越强，金属的熔、沸点就越高
如熔、沸点：Na＜Mg＜Al
【变式9-1】（2023 上·上海浦东新·高三上海市洋泾中学校考）关于化学键和分子间作用力的理论是关于物
质结构的基本理论。
（1）N、P、As 电负性由大到小的顺序为 。
（2）用“>”或“<”填空：
第一电离能
离子半径
熔点
酸性
Si S
O2- Na
NaCl Si
H2SO4 HClO4
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＋
（3）MgCl2在工业上应用广泛，可由 MgO 制备。MgO 的熔点比 BaO 的熔点 (填“高” 或
“低”)。
（4）HCHO 分子的立体构型为 形，它与 H2加成后，加成产物的熔、沸点比 CH4的熔、沸点
高，其主要原因是 (须指明加成产物是何物质) 。
（5）已知 H2O2分子的结构如图所示：H2O2分子不是直线形的，两个氢原子犹如在半展开的书的两面上，
两个氧原子在书脊位置上，书页夹角为 93o52′，而两个O—H 键与O—O 键的夹角均为96o52′。
H
①
2O2分子是含有 键和 键的 (填“极性”或“非极性”)分子。
H
②
2O2难溶于 CS2，简要说明理由： 。
【变式9-2】（2023 上·上海杨浦·高三复旦附中校考）NH3、H2O 以及分子 PH3的空间结构和相应的键角
如下图所示。
（1）PH3中P 的杂化类型是 ，H2O 的键角小于 NH3，分析原因 。
（2）H2O、PH3、KH 按熔点由高到低的顺序排列为 。
（3）
的分子内部存在氢键，画出含氢键的分子结构： ，形成分子内氢键一般会使
得熔点 。(填“升高”或“降低”)
1．（2023·福建卷）某含锰着色剂的化学式为
，Y、X、Q、Z 为原子序数依次增大的短周期元
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素，其中
具有正四面体空间结构，
结构如图所示。下列说法正确的是
A．键角：
B．简单氢化物沸点：
C．第一电离能：
D．最高价氧化物对应的水化物酸性：
2．（2023·重庆卷）“嫦娥石”是中国首次在月球上发现的新矿物，其主要由
和
(钇，原
子序数比
大13)组成，下列说法正确的是
A．Y 位于元素周期表的第ⅢB 族
B．基态
原子的核外电子填充在6 个轨道中
C．5 种元素中，第一电离能最小的是
D．5 种元素中，电负性最大的是
3．（2023·江苏卷）元素C、Si、Ge 位于周期表中ⅣA 族。下列说法正确的是
A．原子半径：
B．第一电离能：
C．碳单质、晶体硅、SiC 均为共价晶体
D．可在周期表中元素Si 附近寻找新半导体材料
4．（2023·海南卷）下列有关元素单质或化合物的叙述正确的是
A．
分子呈正四面体，键角为
B．NaCl 焰色试验为黄色，与Cl 电子跃迁有关
C．Cu 基态原子核外电子排布符合构造原理
D．
是由极性键构成的极性分子
5．（2023·广东卷）化合物
可作肥料，所含的5 种元素位于主族，在每个短周期均有分布，仅有
Y 和M 同族。Y 的基态原子价层p 轨道半充满，X 的基态原子价层电子排布式为
，X 与M 同周期，E
在地壳中含量最多。下列说法正确的是
A．元素电负性：
B．氢化物沸点：
C．第一电离能：
D．
和
的空间结构均为三角锥形
6．（2023·重庆卷）
和
均可发生水解反应，其中
的水解机理示意图如下：
下列说法正确的是
A．
和
均为极性分子
B．
和
中的
均为
杂化
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C．
和
的水解反应机理相同
D．
和
均能与
形成氢键
7．（2023·河北卷）锆
是重要的战略金属，可从其氧化物中提取。下图是某种锆的氧化物晶体的立方
晶胞，
为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是
A．该氧化物的化学式为
B．该氧化物的密度为
C．
原子之间的最短距离为
D．若坐标取向不变，将p 点
原子平移至原点，则q 点
原子位于晶胞
面的面心
8．（2023·河北卷）物质的结构决定其性质。下列实例与解释不相符的是
选项
实例
解释
A
用
替代
填充探空气球更安全
的电子构型稳定，不易得失电子
B
与
形成配合物
中的B 有空轨道接受
中N 的孤电子对
C
碱金属中
的熔点最高
碱金属中
的价电子数最少，金属键最强
D
不存在稳定的
分子
N 原子价层只有4 个原子轨道，不能形成5 个
键
A．A
B．B
C．C
D．D
9．（2023·重庆卷）配合物[MA2L2]的分子结构以及分子在晶胞中的位置如图所示，下列说法错误的是
A．中心原子的配位数是4
B．晶胞中配合物分子的数目为2
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C．晶体中相邻分子间存在范德华力
D．该晶体属于混合型晶体
10．（2023·浙江卷）氮的化合物种类繁多，应用广泛。
请回答：
（1）基态N 原子的价层电子排布式是 。
（2）与碳氢化合物类似，N、H 两元素之间也可以形成氮烷、氮烯。
①下列说法不正确的是 。
A．能量最低的激发态N 原子的电子排布式：
B．化学键中离子键成分的百分数：
C．最简单的氮烯分子式：
D．氮烷中N 原子的杂化方式都是
②氮和氢形成的无环氮多烯，设分子中氮原子数为n，双键数为m，其分子式通式为 。
③给出
的能力：
(填“>”或“<”)，理由是 。
（3）某含氮化合物晶胞如图，其化学式为 ，每个阴离子团的配位数(紧邻的阳离子数)为
。
1．（2023·全国·高三专题练习）下列说法或化学用语的使用正确的是
A．符号为M 的能层最多容纳的电子数为32 个
B．构造原理呈现的能级交错源于光谱学实验
C．Se 的价层电子排布为：3d104s24p4
D．Ni 的简化电子排布式：[Ar]3d94s1
2．（2023 上·全国·高三校联考期末）工业上可用
处理水体中的氨氮(NH3、NH )生成
。下列说
法正确的是
A．原子半径：
B．电负性：
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C．
属于分子晶体
D．第一电离能：
3．（2023 上·山东·高三校联考）某种离子液体的结构如图所示，X、Y、Z、M、Q 为原子序数依次增大的
短周期元素，Z 的原子序数等于X、Y 原子序数之和，Q 为非金属性最强的元素。
下列说法正确的是
A．氧化物对应水化物的酸性：Z<M
B．MQ3分子的VSEPR 模型为三角锥形
C．Z、M、Q 三种元素均能与氢元素形成含非极性键的二元化合物
D．电负性：Q>M>Z>X>Y
4．在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是
A．范德华力、范德华力、范德华力
B．范德华力、范德华力、共价键
C．范德华力、共价键、共价键
D．共价键、共价键、共价键
5．（2023 上·重庆·高三重庆南开中学校考）设
为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是
A．32g
(
)中含有
个S―S 键
B．标准状况下22.4L
中含
个成键电子对
C．足量浓硫酸与1mol Zn 完全反应，转移电子数为
D．1mol 晶体硅中有
个Si―Si 键
6．（2023 上·江苏常州·高三江苏省前黄高级中学校考）下列有关铁及其化合物的说法正确的是
A．
元素位于元素周期表的VIIIB 族
B．绿矾中
核外有6 个未成对电子
C．
(赤血盐)是含有配位键的离子化合物
D．若
(黄血盐)受热分解产物之一的晶胞结构如图所示，则其化学式为
7．（2024 上·河北石家庄·高三石家庄二中校联考）稀磁半导体LixZnyAsz的立方晶胞结构如下图所示，已
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知N、Q 两点对应的原子坐标分(
，
，
)和(
，
，0)，阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法错误的
是
A．该晶体的化学式为LiZnAs
B．该晶体中M 点的原子坐标为(
，
，
)
C．晶体的密度为
g/cm3
D．晶胞x 轴方向的投影图
8．（2024 上·河北石家庄·高三石家庄外国语学校）采用了氮化镓元件的充电器体积小、质量轻，在发热量、
效率转换上相比普通充电器也有更大的优势，被称为“快充黑科技”，下图是氮化镓的三种晶体结构(NA
表示阿伏加德罗常数的值)。下列有关说法错误的是
A．Ga、N 均属于p 区元素
B．图a 晶体结构中含有6 个Ga、6 个N
C．图b 晶体结构中若Ga 和N 的距离为xnm，则晶体的密度为
D．三种晶体结构中Ga 原子的配位数之比为3 2 3
∶∶
9．已知一些物质的熔点数据如表：
物质
熔点/℃
NaCl
800.7
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SiCl4
-68.8
GeCl4
-51.5
SnCl4
-34.1
Na 与Si 均为第三周期元素，NaCl 熔点明显高于SiCl4，原因是 。分析同族元素的氯化物SiCl4、
GeCl4、SnCl4熔点变化趋势及其原因 。SiCl4的空间结构为 ，其中Si 的轨道杂化形式为
。
27
