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第3课时 必备知识——晶体结构与性质知识清单[基本概念]①晶体；②非晶体；③晶胞；④分子晶体；⑤原子(共价)晶体；⑥离子晶体；⑦金属晶体；⑧金属键[基本规律]①利用“均摊法”进行晶胞的计算；②四种晶体类型的判断；③晶体熔、沸点的比较；④利用“电子气理论”解释金属的延展性、导电性和导热性知识点1 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结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X 射线衍射实验(2)获得晶体的三种途径①熔融态物质凝固。②气态凝华[物质冷却不经过液态，直接凝固(凝华)]。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”2．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。
图解：②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如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。[通关1] (易错排查)判断正误(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )(4)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )(5)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验( )答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√[通关2] (人教选修3·P64，3题改编)如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，图中〇－X、●－Y、⊗－Z。其对应的化学式不正确的是( )B [A图中X、Y原(离)子的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B图化学式应为XY，错误；C图中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式为X3Y，正确；D图中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于内部，数目为1，化学式XY3Z，正确。]
通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中有LiFePO含4的单元数有________个。 电
池充F时，Li电ePO4脱，部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如图(b)所示出则x＝________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。 解析
根据棱(a)可知图点上Li＋数为8×＝1，面上Li＋数为4×＝2，顶上Li＋数为4×＝1，一个晶胞中
含故Li＋有的数目为1＋2＋1＝4，每个晶胞中含OLiFeP有4的单元数为4；
据＋(b)，顶点上Li图数为8×＝1，面上Li＋数为3×＝1.5，棱数Li＋上为3×＝0.75，共有Li＋的数目为3.25，故失去Li＋的数目为0.75，＝，得x＝。
根据x＝，可知图(b)所代表物质的化学式为Li13Fe16(PO4)16，则
根据化合物中正、负化合价的代数和为0可知，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝13∶3。答案 4 13∶3[通关4] [2020·山东
以，17(4)]卷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，
称作原子的分数坐标。四方晶的晶胞结构如图所示，晶胞CdSnAs系2棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数
坐标如下表所示。坐标
原子xyzCdSn000000．5As0.250.250.125
[通关3] (2020·全国卷Ⅰ，35(4))LiFePO4的晶胞结构示意图如图(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们
合_As有___的____个。解析
据根部分原子的坐标是，C可知d黑球，Sn是是球，As白灰球S4个。有n位于棱
上(折合)1为个；另外合6个Sn有于面上(折位为3。个)，共4个Sn距Cd(0，0离，0)最近
的Sn有两个，分数坐标0(0.5，0，分别为.25)、0.5，0.5，0)(。观察图中白球和灰球的关，结系可知与单个Sn
合As的有4个。答案 4 4[通关5] (1)[2019·江苏
卷，21A(4)]一个Cu2O晶胞的结构如图所示，Cu原子的数目为______。(2)(2017·江苏
卷，21A(5))某FexNy的晶胞如图甲可示，Cu所以完全替代该a体中晶或置Fe位
形b位置Fe，者成Cu替代型产Fe(物x－n)nNy。FexNyCu转化为两种C替u型代产能量物的
变化如图乙所示，其中更稳定的Cu替代型产____物的化学式为____。FexNy晶胞结构示意图甲
一个晶胞中有________个Sn。CdSnAs2晶体中与单个Sn键
化过程的能量乙变化解析 能量低
的晶胞稳定性替，强Cu即代a位置Fe型晶胞更稳。每个晶胞均摊Fe定原子数：6×＝3，Cu原子数：8×＝1，N原子数是1，则Cu替
代a位置Fe型产为Fe3CuN。答案 (1)4 物的化学式(2)Fe3CuN知识点2 晶体的类型、结构与性质1．四种晶体类型的概念与特点(1)分子晶体分子间通过分子间作用力结
合此形成的晶体，原子晶体低，硬度小。(2)类晶体熔点、沸点原子通过共价键形成的晶体，整
三晶体是一个块维的共价键体状 (网 立网状 )结构；其物理性质的
突出特点是高硬度、高熔点、高。沸点(3)离子晶体①阴
、阳此离子通过离子键形成的晶体，类晶体的熔点、沸点较高。②配
位数：指个一离子周围最邻近体异电性离的的数目，晶子阴子、离阳的离子配数位
之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反。(4)金属晶体①含义金属原子通过比金属键形成的晶体，金属单质形成的晶体就是金属晶体。②金属键的形成晶体中金属原子
脱落下来的价电子形成遍布整晶体的“块电子气”，被所有原子共用，从而
将所有的金属原子维系在一起无；金属键饱和性和方向性。2．四种晶体类型的比较
转
阳离子和自由电子阴
、阳粒子间的相互作用力分子间作用力离子共价键金属键离子键硬度较小很大有的
很大，有的很小较
大熔、沸点较
很高，有的很低较
低很高有的高溶解性相
易溶于水
似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多等极性溶剂导电、
般不导电，溶于般具有导电性电和热的不良导体晶体不导电，水溶液或
传热性一
水后有的导电一导融态熔电3.离子晶体的晶
格能(1)定
义：气态离子形成1 m离子晶体所释lo放的能量，通常取正k，单位：值J·mol －1。(2)影响因素①离子所
带电荷数：离子所带电荷数晶越多，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。4．认
识常见的晶体类型(1)原子晶体(金
刚石和二氧化硅)
类型比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属
刚晶体中，石每个C与键外4 个C形成另共价键，C—C 之间的夹9是10角最小的28′，°
环是六元环。含1有 mol C的金刚体，形成的共价键有2 mol。②SiO2晶石中中，每个Si原子与4 个O原子成键，每个O原子与2 个
硅原子成键，最小的
环是十二元，环在“硅氧”四面体中，处于中心Si 原子中的是1 mol SiO2，含4 mol Si有—O键。(2)分子晶体①干
冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻2CO的分子有12 个。②冰的结构
模型中，个每水分子与相邻4 的个水分子以氢相键连H，含1 mol 接2O的冰中，最
多 2可形成mol“氢离子晶体”。(3)键①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时
吸引6 个Cl－，每个Cl－同时吸6 个Na＋，引配。每个晶胞数为6位
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
晶体(石墨晶体)石墨层
状晶体中，层层与之间的作用是范德形力，华均每个正六边平拥数是的碳原子个有2，C原子
采取的杂p式是s化方 2。
①金
列各种晶体，含同的一组是有的化学键类型和晶体类型均相( )①SiO2和CO2；②NaCl和CaF2；③NaOH和NH4Cl；④冰和
干冰；⑤碘和碘酸钾；⑥晶体
硅和碳化硅；⑦金刚铜C60石和；⑧和铁。A．①
②③④⑦ B．②③④⑥⑧C．②③⑤⑦⑧ D．①
③④⑥⑧B [①SiO2和CO2都含
有共价键，但SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体；②NaCl和CaF2都
是离子晶体，且只含都子键；③NaOH和NH4离Cl是离子晶体，均含子离有键和共价键；④冰和
干冰都晶分子是体，只含含共价键；⑤碘是分有晶体，子有共价键；碘为钾酸离含晶体，子
体离子键和共价键；⑥晶有硅和碳化硅都含原子晶体，是有共价键；⑦金刚
石和C60都含有共价键，但金刚是石原子晶体，C60是分子晶体；⑧铜和铁都是只含属晶体，金
金属键。]
[通关1] (人教选修3·P84，4题改编)下
一中检测)已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近
的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常下N数为，A列说A( )法正确的是．晶胞中一个CO2分子的
配位数是6B．晶胞的
密度表达c g·式是m－3C．一个晶胞中平均
含6个CO2分子D．CO2分子的立体构型是直线形，中
心C原子的杂化类型是sp3杂B化 [晶胞中一个CO2分子的
配，数为12位A错误；该相晶中胞邻最近的两CO个2分子间
距即为apm， 晶胞面心上的二氧的二碳分子和其同一面化点上上顶氧化碳之间的距为a离 pm，则晶胞
棱体＝a pm＝长a10－10 cm，晶胞×积该(a×10－＝10 cm)3，晶胞中二氧×碳分子个数＝8化＋6×＝4，晶胞
密度二＝ g·＝m－3＝ g·cm－3，B正确，C错误；c氧碳分子是直线形分子，C化原子价层电子对数是2，根据
价层电子对互斥论理判断C原子杂，类型为sp化D错误。][通关3] (2020·天津
是三种重��
图解：②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如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。[通关1] (易错排查)判断正误(1)冰和碘晶体中相互作用力相同( )(2)晶体内部的微粒按一定规律周期性排列( )(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块( )(4)晶胞是晶体中最小的“平行六面体”( )(5)区分晶体和非晶体最可靠的方法是对固体进行X射线衍射实验( )答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√[通关2] (人教选修3·P64，3题改编)如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，图中〇－X、●－Y、⊗－Z。其对应的化学式不正确的是( )B [A图中X、Y原(离)子的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B图化学式应为XY，错误；C图中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式为X3Y，正确；D图中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于内部，数目为1，化学式XY3Z，正确。]
通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中有LiFePO含4的单元数有________个。 电
池充F时，Li电ePO4脱，部分Li＋，形成Li1－xFePO4，结构示意图如图(b)所示出则x＝________，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝________。 解析
根据棱(a)可知图点上Li＋数为8×＝1，面上Li＋数为4×＝2，顶上Li＋数为4×＝1，一个晶胞中
含故Li＋有的数目为1＋2＋1＝4，每个晶胞中含OLiFeP有4的单元数为4；
据＋(b)，顶点上Li图数为8×＝1，面上Li＋数为3×＝1.5，棱数Li＋上为3×＝0.75，共有Li＋的数目为3.25，故失去Li＋的数目为0.75，＝，得x＝。
根据x＝，可知图(b)所代表物质的化学式为Li13Fe16(PO4)16，则
根据化合物中正、负化合价的代数和为0可知，n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝13∶3。答案 4 13∶3[通关4] [2020·山东
以，17(4)]卷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，
称作原子的分数坐标。四方晶的晶胞结构如图所示，晶胞CdSnAs系2棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数
坐标如下表所示。坐标
原子xyzCdSn000000．5As0.250.250.125
[通关3] (2020·全国卷Ⅰ，35(4))LiFePO4的晶胞结构示意图如图(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们
合_As有___的____个。解析
据根部分原子的坐标是，C可知d黑球，Sn是是球，As白灰球S4个。有n位于棱
上(折合)1为个；另外合6个Sn有于面上(折位为3。个)，共4个Sn距Cd(0，0离，0)最近
的Sn有两个，分数坐标0(0.5，0，分别为.25)、0.5，0.5，0)(。观察图中白球和灰球的关，结系可知与单个Sn
合As的有4个。答案 4 4[通关5] (1)[2019·江苏
卷，21A(4)]一个Cu2O晶胞的结构如图所示，Cu原子的数目为______。(2)(2017·江苏
卷，21A(5))某FexNy的晶胞如图甲可示，Cu所以完全替代该a体中晶或置Fe位
形b位置Fe，者成Cu替代型产Fe(物x－n)nNy。FexNyCu转化为两种C替u型代产能量物的
变化如图乙所示，其中更稳定的Cu替代型产____物的化学式为____。FexNy晶胞结构示意图甲
一个晶胞中有________个Sn。CdSnAs2晶体中与单个Sn键
化过程的能量乙变化解析 能量低
的晶胞稳定性替，强Cu即代a位置Fe型晶胞更稳。每个晶胞均摊Fe定原子数：6×＝3，Cu原子数：8×＝1，N原子数是1，则Cu替
代a位置Fe型产为Fe3CuN。答案 (1)4 物的化学式(2)Fe3CuN知识点2 晶体的类型、结构与性质1．四种晶体类型的概念与特点(1)分子晶体分子间通过分子间作用力结
合此形成的晶体，原子晶体低，硬度小。(2)类晶体熔点、沸点原子通过共价键形成的晶体，整
三晶体是一个块维的共价键体状 (网 立网状 )结构；其物理性质的
突出特点是高硬度、高熔点、高。沸点(3)离子晶体①阴
、阳此离子通过离子键形成的晶体，类晶体的熔点、沸点较高。②配
位数：指个一离子周围最邻近体异电性离的的数目，晶子阴子、离阳的离子配数位
之比等于组成中的阴离子与阳离子数目的反。(4)金属晶体①含义金属原子通过比金属键形成的晶体，金属单质形成的晶体就是金属晶体。②金属键的形成晶体中金属原子
脱落下来的价电子形成遍布整晶体的“块电子气”，被所有原子共用，从而
将所有的金属原子维系在一起无；金属键饱和性和方向性。2．四种晶体类型的比较
转
阳离子和自由电子阴
、阳粒子间的相互作用力分子间作用力离子共价键金属键离子键硬度较小很大有的
很大，有的很小较
大熔、沸点较
很高，有的很低较
低很高有的高溶解性相
易溶于水
似相溶难溶于任何溶剂常见溶剂难溶大多等极性溶剂导电、
般不导电，溶于般具有导电性电和热的不良导体晶体不导电，水溶液或
传热性一
水后有的导电一导融态熔电3.离子晶体的晶
格能(1)定
义：气态离子形成1 m离子晶体所释lo放的能量，通常取正k，单位：值J·mol －1。(2)影响因素①离子所
带电荷数：离子所带电荷数晶越多，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。4．认
识常见的晶体类型(1)原子晶体(金
刚石和二氧化硅)
类型比较 分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体构成粒子分子原子金属
刚晶体中，石每个C与键外4 个C形成另共价键，C—C 之间的夹9是10角最小的28′，°
环是六元环。含1有 mol C的金刚体，形成的共价键有2 mol。②SiO2晶石中中，每个Si原子与4 个O原子成键，每个O原子与2 个
硅原子成键，最小的
环是十二元，环在“硅氧”四面体中，处于中心Si 原子中的是1 mol SiO2，含4 mol Si有—O键。(2)分子晶体①干
冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻2CO的分子有12 个。②冰的结构
模型中，个每水分子与相邻4 的个水分子以氢相键连H，含1 mol 接2O的冰中，最
多 2可形成mol“氢离子晶体”。(3)键①NaCl型：在晶体中，每个Na＋同时
吸引6 个Cl－，每个Cl－同时吸6 个Na＋，引配。每个晶胞数为6位
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
晶体(石墨晶体)石墨层
状晶体中，层层与之间的作用是范德形力，华均每个正六边平拥数是的碳原子个有2，C原子
采取的杂p式是s化方 2。
①金
列各种晶体，含同的一组是有的化学键类型和晶体类型均相( )①SiO2和CO2；②NaCl和CaF2；③NaOH和NH4Cl；④冰和
干冰；⑤碘和碘酸钾；⑥晶体
硅和碳化硅；⑦金刚铜C60石和；⑧和铁。A．①
②③④⑦ B．②③④⑥⑧C．②③⑤⑦⑧ D．①
③④⑥⑧B [①SiO2和CO2都含
有共价键，但SiO2是原子晶体，CO2是分子晶体；②NaCl和CaF2都
是离子晶体，且只含都子键；③NaOH和NH4离Cl是离子晶体，均含子离有键和共价键；④冰和
干冰都晶分子是体，只含含共价键；⑤碘是分有晶体，子有共价键；碘为钾酸离含晶体，子
体离子键和共价键；⑥晶有硅和碳化硅都含原子晶体，是有共价键；⑦金刚
石和C60都含有共价键，但金刚是石原子晶体，C60是分子晶体；⑧铜和铁都是只含属晶体，金
金属键。]
[通关1] (人教选修3·P84，4题改编)下
一中检测)已知干冰晶胞结构属于面心立方最密堆积，晶胞中最近
的相邻两个CO2分子间距为a pm，阿伏加德罗常下N数为，A列说A( )法正确的是．晶胞中一个CO2分子的
配位数是6B．晶胞的
密度表达c g·式是m－3C．一个晶胞中平均
含6个CO2分子D．CO2分子的立体构型是直线形，中
心C原子的杂化类型是sp3杂B化 [晶胞中一个CO2分子的
配，数为12位A错误；该相晶中胞邻最近的两CO个2分子间
距即为apm， 晶胞面心上的二氧的二碳分子和其同一面化点上上顶氧化碳之间的距为a离 pm，则晶胞
棱体＝a pm＝长a10－10 cm，晶胞×积该(a×10－＝10 cm)3，晶胞中二氧×碳分子个数＝8化＋6×＝4，晶胞
密度二＝ g·＝m－3＝ g·cm－3，B正确，C错误；c氧碳分子是直线形分子，C化原子价层电子对数是2，根据
价层电子对互斥论理判断C原子杂，类型为sp化D错误。][通关3] (2020·天津
是三种重��
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