2023高考化学新考点晶体结构与性质

【高中化学核心素养】

宏观辨识与微观探析

认识晶胞及晶体的类型，能从不同角度分析晶体的组成粒子、结构特点，能从宏观

和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

证据推理与模型认知:

能运用典型晶体模型判断晶体的结构特点及组成并进行相关计胃

变化观念与平衡思想:

认诉高嬴题的特点，能从多角度、动态地分析不同晶体的组成及相应物质的

【考向分析】

分析晶体组成

[2021•山东，16.(4)]XeF2晶体属

晶胞参数如图所示，晶胞棱边匀为90。,

个X遨委以晶胞参数

为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各

分数坐标

庾字的俗置，称为原子的分数坐标，如小••力••cpm

相关计算

睇睇坐标为d

2，。，之已B•/

zy

为rpn\贝！IB点原

分数坐标为pm

apm

晶胞、B间距离d=

[2020•山东，17(4)]以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞

称作原子的分数坐恒F方晶系CdSnAsz的晶胞结构

如下图所示，晶胞晶荚丽痂示＞献

中部分原子的分数坐标如下

、分数坐标

表所示。

n

标

Xyz

2apm

Cd000

Sn000.5

As0.250.250.125Q-apm

apm

一个晶胞技有一个S球找出距离Cd(O,O,O)最近的Sn

(用a数坐场袤示)XfdSnAsz晶体中与堇至§n键合的As有二^>

Xn

J—:分析晶体组成

\0

Cd002apm

Sn|分数坐标00.5z

As0.250.250.125

XQ-apm

apm

[2021•广东，20(6)]理论计算预测，由汞(Hg)、错(Ge).睇(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。

晶胞分析

均摊法的使用

①

元

②

比

数

③设密度计算

[2021•河北，17(7)](7)分别用。、•表示H2P。4和K+,KH2P。4晶体的I

方晶胞如图(a)所示,(b)、(c)分别显示的是H2P0屋、K+在晶胞xz面、

yz面上的任一泮三日

晶体密度计冥m

y

/x^~"(a)

萍施底步的边长均为apm、高为cpm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体

的密度_g^：m3(耳步表达迎。

②晶胞在X轴方向睢星亶为2(填标号)。

投影图L,

ABCD

【考点归纳】

分析晶胞的微粒组成

晶体结构与性晶胞参数的相关计算

晶胞密度的计算

【角度一】分析晶胞的微粒组成

知识梳理

1.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

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

注意：

①三维晶胞必须为平行六面体

②晶胞的八个顶点的微粒必须相同

③品的对面的微粒种类必须一致

xnm

abc

(3)晶胞结构的分析均摊法、化学式的求算.配位数

距离氯离子最近的氯离子有多少个?

判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，注意运用三维想象法

・Na+OC1-

二而面,v-y®

三组坐标系K-

（5）晶胞中微粒的配位数

概念：在晶体中与离子（或原子）直按相连的离子（或原子）数目.

可简单理解为距离某微粒最近且等距的粒子的数目。

A.在金属晶体中配位数，与晶胞类型有关

简单方体心立方面心立方

配位数：6配位数：8配位数：12

（5）晶胞中微粒的配位数

概念：在晶体中与离子（或原子）直按相连的离子（或原子）数目.

距离某微粒最近且等距的粒子的数目。

A.在金属晶体中配位数，与晶胞类型有关

复式面心立方复式简单立方六方最密堆积

配位数：6配位数：8酉己位数：12

（5）晶胞中微粒的配位数

概念：在晶体中与离子（或原子）直按相连的离子（或原子）数目.

距离某微粒最近且等距的粒子的数目。

B.离子晶体中配位数指一个离子周围最近的异电性离子的数

NaClCsClCaF2

距Na卜最近的Cl有6个,距C§+最近的Q-有8个,F-、Ca2+的配位数,

Na+的上、下、左、右、体心一顶点的关系。分别为4和8。

前、后。

思维建模

金属晶体中金属

原子的配位数一个金属原子周围最邻近的金属原子数

离子晶体中离子

的配位数一个离子周围最邻近的异电性离子数

（6）熟记几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目，当题中信息给出的某种晶胞空间结

构与常见晶胞的空间结构相同时,可以直接套用该种结构。

A.NaQ（含4个Na+,4个Q）

B.干冰（含4个CO?）

C.CaF2（含4个Ca2+,8个F）

D.金刚石（含8个C）

E・体心立方（含2个原子）

F.面心立方（含4个原子）

真题再练

1.（2021•湖南卷）下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示

•X

OY

OZ三种微粒分别

位于什么位置?

（1）已知化合物中Ge和O的原子个数比为1：4,图中Z表示°原子

（填元素符号），该化合物的化学式为MgzGe04.

真题再练

2.（2021•全国甲卷节选）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化

剂，具组成为ZnO/ZrC>2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。ZF+离子在晶胞中的配位数

是ao在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZrmOy，则

y=2~x（用x表达）。

OOezr

【角度二】晶胞参数的相关计算

知识梳理

(1)晶胞参数

概念：晶胞的形状和大小可以6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a.b.(:和3组

棱相互间的夹角网艮丫，即晶胞特征参数，简称晶胞参数。

(2)原子分数坐标:表示晶胞内部各原子的相对位置

(3)晶胞投影:用一组平行光线将物体的形状投射到一个平面上去，称为〃投影〃，在

该平面上得到的图像，也称为〃投影〃。

常见晶胞投影

沿对角线投射所得平面图

画出第一组晶胞沿平面投射所得的投影画出第二组晶胞沿对角线投射所得的投影

真题再练原子分数坐标

1、［2021•山东，16.(4)］XeF2晶体属

晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均

为90。，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

的分数坐标，如A点原子的分蜘矗］jy

为.已知键长Xe-F卑rpm,贝！］B点乙丫

原子的分数坐标为.£)apm

2、［2020•山东，17(4)］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，称作原子的分数坐标。!1!方晶系CdSnAs2的晶胞

结构如下图所示，晶胞棱边夹角均为90。，晶胞中部分原子的分数坐标

如下表所示。

标

Xyz

Cd000

Sn000.5

As0.250.250.125

标

Xyz

Cd000

Sn000.5

As0.250.250.125

(0.5,0,0.25)、(050.5,0)

找出距离Cd。。,。）最近的Sn（用分数坐标表示）。

注意：在确定各原子坐标时，要注意x,y,z轴的单位标准不一定相同。

思维建模

确定坐标系

中原点位置

最终确定所

分析题中所求标原子

给坐标参数坐标参数

确定X,V，Z

轴的单位标准

真题再练晶胞投影

3、[2021•河北，17(7)](7)分别用。、•表示H2P。4和K+,KH2PO,晶体

的四方晶胞如图(a)所示,(b)、(c)分别显示的是H2P。4一、K+在晶胞xz

面、yz面上的位置:

②晶胞在x轴方向的投影图为且(填标号)。各原子所在位置?

投影如何看？

ABCD

提升训练

碳的第三种同素异形体金刚石，其晶胞如图丁所示。已知金属钠的晶胞

（体心立方堆积）沿具体对角线垂直在纸平面上的投影图如图A所示,则金刚

石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图由该是圆OrwiA-D因

中选填）。

ABCD

课后游戏

画出磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示P原子的

投影，用虚线圆圈表示B原子的投影）。

甲乙

【角度三】晶体密度的计算

知识梳理

一模型：取1mol（即NQ个的晶胞为研究对象

P：密度，单位g/cnV

#1mol品胞的质量_NMN:晶胞中物质最简式的份数

一么式：=1mol晶胞的体枳=NA网晶胞）M：化学式计算出的摩尔质量

M：6.02x1023mol-i

I4晶胞）：1个晶胞的体积（cnV）

两换算：1nm=1x10-7cm;pm=1x10-i°cm

【角度三】晶体密度的计算

知识梳理

金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组计算公式（设棱长为a）

①面对角线长=必/

②体对角线长=小/

③体心立方堆积灯=为原子半径卜

④面心立方堆积4r=/而为原子半径卜

⑤刚性原子球体积「（球）=p（r为原子半径）

真题再练晶胞密度的计算

1.[2021•全国甲卷，35(4)]我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢

合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2S溶体。方ZrO2晶胞如图所

示。ZN+离子在晶胞中的配位数是_8_,晶胞参数为apm、apm、c

pm,该4X91+8X16

_30

QCPCXNAXIO»,一山士

晶体密度为g*cmN写出表达式)。

在Zrt)2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可

表示为ZnZi-Qy，则%2・x(用雇达)。

OOeZr

真题再练晶胞密度的计算

2.[2020•全国m卷，11(4)]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apm、horn.com.a=3=v=90\氨硼烷的2x2x2超晶

胞结构如图所示。

2bpm

62

氨硼烷晶体的密度Q二力cX103。g.cm一3(列出计算式，设独为阿伏加

德罗常数的值)。

思维建模晶胞密度的计算

一个晶胞微粒数目N

物质的化学式（摩尔质量M）

阿伏伽德罗常数NA

晶胞边长a

或离子半径

p=N・M/N@（立方体）

真题再练晶体中微粒半径或距离的计算

[2021•山东，16.(4)]XeF2晶体属方晶系,

晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90。，

该晶胞中有—8个XeF2分子.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，称为原子的分数坐标，如A点

（、

原子的分数坐标为［r1r1d1已知键长xe-F

为rpm,则B点原子的分数坐标为（。，0,6

晶胞中A、B间距离d=-）+专一力2pm。注意单位

思维建模晶体中微粒半径或距离的计算

一个晶胞微粒数目N

晶旅

物质的化学式（摩尔质量M）般一

量m

确定晶昵?!晶胞边长a或

阿伏伽德罗常数NA的体积V离子半径

密度

P

a=3所（立方体）