2022届新高考化学一轮复习微粒的空间结构晶体相关计算学案

微粒的空间结构晶体相关计算

增分典例探究

增分点一由中心原子孤电子对数计算为突破点的推断

【解题策略】

(1)中心原子孤电子对数的计算

工

价

层L键电子对数|=|中心原子结合的原子数I

电

子

数

对

中心原子上的孤电子对数I=+3一劝)

其中：8是中心原子的价电子数(阳离子要减去电荷数、阴离子要加上电荷数)力是与中心原子结合的原子最多能接受的电子

数,X是与中心原子结合的原子数。

(2)分子或离子的空间结构的推测

中心原子有中心原子结分子或离子的

无孤电子对合的原子数空间结构名称

2直线形

无孤电子对3平面三角形

4正四面体形

2V形

有孤电子对

3三角锥形

例1SoCI2分子的空间结构为O

【信息解读】

突破口其他

SoCI2分子的中心原子为S1O原子最外层电子数

信息为,每个0原子与s原子可以形成条共价键,ci可知孤电子对,且中心原子结合的原子数

解读原子最外层电子数为,2个Cl原子与S原子可以形成为,则SOel2分子的空间结构为

条共价键,故S原子形成共价键条数为。S原子最外

层电子数为,根据中心原子S孤电子对数W><（a-

变式题CaCO3中阴康子的空间结构为.

增分点二晶胞中微粒个数、共价键数目的计算及化学式的确定

【解题策略】

“均摊法”原理:晶胞中任意位置上的一个原子如果被"个晶胞所共有,则每个晶胞对这个原子分得的份额就是I

。立方体晶胞

曾眇*右粒同为子8个属晶于胞该所品共胞有，

同为4个晶胞摩布.

粒子-

同为2个晶胞所共有，

十粒子属于该品胞

整个粒子都属于该晶胞

茴NO6

②非平行六面体形晶胞

非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用“均摊法”,其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。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）对六边形的贡献为最那么一个六边形实际有6×i=2个碳原子。又如,在MgB2晶

胞（见图Z16∙1）中,顶点上的原子为6个晶胞共有,面上的原子为2个晶胞共有,因此镁原子个数为12X*2X93,硼原子个数为

O4

③计算原子晶体中共价键的数目

计算原子晶体中共价键的数目同样可用“均摊法”。如:在金刚石晶体（见图Z16∙2）中,每个C参与了4个C-C键的形成,而在

每条键中的贡献只有一半。因此,平均每一个碳原子形成共价键的数目为4χ"=2°则ImOl金刚石中碳碳键的数目为2"。

图Z16-2

例2有下列离子晶体空间结构示意图（,为阳离子,「为阴离子）。以M代表阳离子、N代表阴离子,化学式为MN2的晶体结构为

AB

CD

【信息解读】

。代表阳离子M,顶点上C代表阳离子M,顶点

C代表阳离子M,顶点上,代表阳离子M,顶点

个离子分别为_个晶胞共上_个离子分别为_

个离子分别为_____个晶胞上_个离子分别为

有,面上_个离子分别为个晶胞共有,因此M的

共有,因此M的个数个晶胞共有,因此M的

信息个晶胞共有,因此M的个数个数为o「代表

为____________oC代表阴个数为______o「代表阴

解读为____________o「代表阴阴窝子N,内部有_个

寓子N,内部有____个离离子N,内部有___个盅

离子N,内部有____个盅寓子,N的个数为_o

子,N的个数为_o故化子,N的个数为_o故

子,N的个数为_o故化故化学式

学式为________化学式为_____________

学式为________为_____________

变式题C。、Mn.Al形成的合金薄膜的晶胞如图Z16∙3所示,该合金薄膜的化学式为

*Mn

•Al

图Z16-3

增分点三晶体密度、晶体中微粒间距离的计算

【解题策略】

(1)常见晶胞及晶体结构

①分子晶体

②原子晶体

二氧化硅晶体

金刚石、二氧化硅晶胞结构相似,将上述晶胞切割分成8个小立方体,晶胞内部的4个原子位于其中4个小立方体的体心位

③康子晶体

∙Na*oCΓ

狐化钠品体

∙Cs÷oCΓ

怎化钠晶体

CaF,晶胞

将CaF2晶胞切割分成8个小立方体,晶胞内部的8个原子分别位于8个小立方体的体心位置。

④混合型晶体——石墨

(2)计算晶体密度的方法

→∣⅞⅞]

MX晶胞所含粒子数

片------------------

NAX晶胞的体积

(用为微粒的相对"分子"质量)(1m=10dm=102cm=103mm=106um=109nm=1012Pm)

(3)计算晶体中微粒间距离的方法

MX晶胞中的微粒个数

晶胞的体积二

NAXP

(例为微粒的相对“分子”质量)

如:①晶胞的边长为acm,求NaCI晶体的密度

②若NaCI晶体的密度为pg∙cm-3,则NaCI晶体中Na+与Na+间的最短距离是多少？

acm

例3立方氮化硼硬度仅次于金网石,但热稳定性远高于金刚石,其晶胞结构如图Z16-4所示。已知:立方氮化硼密度为dg∙cπτ

3,B原子半径为XPm,N原子半径为ypm,阿伏伽德罗常数的值为则该晶胞中原子的空间利用率为（列出

化简后的计算式）。

图Z16-4

【信息解读】

晶胞图形分析确定化学式晶胞的质量晶胞的体积U,,V.t⅛B、N原子总体积1/空间利用率的计算

球的体积1/球

立方氮化硼晶

=____________,将B

立方氮化硼晶BN的相对分

胞与________晶

原子体积与N原子体

胞中N原子数子质量为_,

胞结构相似,将

积相加,再乘以粒子

信为______,B原即M=______o

空间利用率

上述晶胞切割分

数_____,得到晶胞中

息子数1个晶胞含氮化V___

_质量—=√-×1OO%=

成8个小立方V

原子总体积。晶胞

解=硼粒子数为密度

体,晶胞内部的4

B、N原子总体积______

读________,氮化个,故1个BN

个原子位于其中

2χ[智也

硼化学式为晶胞的质量ll

个小立方体的

,3

ITR________4π(y×10^°)1.

....y-∙--]cm3=

位置3

变式题(I)CIl与F形成的化合物的晶胞结构如图甲所示,若晶体密度为ag∙cmq则CU与F最近距离为Pm（设NR

表示阿伏伽德罗常数的值,列出计算表达式,不用化简;图中©为CUm为F)o

(2)萤石是唯一一种可以提炼大量氟元素的矿物,晶胞如图乙所示。已知晶胞参数为nm,设阿伏伽德罗常数的值为M,则萤石

的密度为g∙cm-3(列出计算式)。

甲乙

图Z16-5

提分强化训练

1.(1)磷酸根离子的空间结构为,

(2)COCl2的空间结构为

⑶N和P都有+5价,PCb能形成离子晶体,晶格中含有[PCL]+和[PC*则[PCLφ的空间结构为

(4)SeoM的空间结构为

(5)[B(OH)4的空间结构为

2.[2020∙广东高三其他邛-MnSe的晶胞结构如图Z16-6所示。

图Z16-6

(1)β-MnSe中Mn的配位数为,

(2)若该晶体的晶胞参数为apm,阿伏伽德罗常数的值为M。则距离最近的两个铳原子之间的距离为pm,β-MnSe

的密度p=_(列出表达式)g∙cm∙3c,

3.[2020∙重庆八中高三月考]Fe3O4晶体中Q"的重复排列方式如图Z16-7所示,该排列方式中存在着由如1、3、6.7的0"

围成的正四面体空隙和由3、6、7、8,9、12的O?.围成的正八面体空隙。FesO”中有一半的Fe："填充在正四面体空隙中,

另一半Fe3+和Fe2♦填充在正八面体空隙中,则白3。4晶体中,正四面体空隙数与。2.数之比为OFe3O4晶胞中有8个

图示结构单元,晶体密度为g∙cm∙3,则该晶胞参数a=_cm（写出计算表达式即可）。

4.［2020∙石嘴山第三中高三三模］某种磁性氮化铁的结构如图Z16-8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acm,高为CCm,阿伏伽德罗常数的值为恢,则该磁性氮化铁的晶体

密度为_g-cm-3（列出计算式）。

图Z16-8

增分点一

例1三角锥形

信息解读

627246^×（6-4）=1有3三角锥形

变式题平面三角形

［解析］①CaCO3中阴莒子为Co2中心碳原子形成1个碳氧双键和2个碳氧单键,阴离子的空间结构为平面三角形。

增分点二

例2B

信息解读

88628×^+θ4=411M4N484×i=∣11MN2383×∣=∣11M3N8888×∣=111

OZOZOOO

MN

变式题Co2MnAI

［解析］根据均摊法计算晶胞中实际含有的原子个数,C。原子的个数为8,Mn原子的个数为8×i+6×∣=4,A∣原子的个数为

ON

12χ*1=4,该合金薄膜的化学式为Co2MnAIo

增分点三

信息解读

金刚石4体心48×1÷6×1=4BN2525g∙mol'4誉g等源喘Cm3扣户4啜(/+以SCm3

变式题(愣解XlOI。

⑵_______312_______

,321

'∕VΛ×(0.545×10^)

［解析］⑴设晶胞的棱长为XCm,在晶胞中,Cu原子个数为8xj+6x|=4;F原子个数为4,其化学式为CuFo

曙。最短距离为立方体体对角线叫立方体的体对角线为氏cm,所以最短距离为和

a∕Λλ=4MCuF),λ=

Cm=苧J鬻"O'。Pm。(2)萤石的化学式为CaFz,即晶胞中钙离子与氟离子个数比为1:2,从晶胞示意图看,每个晶胞中实际

占有黑球的个数=8x：+6x：=4,晶胞中实际占有白球的个数为8,据此可知黑球代表Ca?+,自球代表F,,萤石的一个晶胞中实际

占有4个Ca?+和8个已∙!个Ca?+的质量=竺史吗=Fg,1个F的质量=2吗=券g,则萤石的密度

NAmoINANAmOlNA

4x⅛+8x⅛_312r

=73-321Cm

^^^(0.545xl0,cm)NAx(0.545xl0')0

•提分强化训练.....................................

1.(1)正四面体

(2)平面三角形

(3)正四面体形

(4)三角锥形

(5)正四面体

［解析］(1)经过计算,poχ-中不含孤电子对,成键电子对数目为4,价层电子对数为4,因此其空间结构为正四面体形。

(2)COCl2分子中中心原子C的杂化轨道类型为sp2,故其空间结构为平面三角形。

(3)［PC∣4］+中P原子含有的孤电子对数二号1=0,即不存在孤电子对面于磷原子的价层电子对数是4,所以空间结构是正四面

体形。

(4)Se(⅛中硒原子的价层电子对数为4,其中孤电子对数为1、成键电子对数为3,故它的空间结构为三角锥形。

(5乂B(OH)疗中B原子与每个氯原子之间均形成一个。键(其中一个为配位键),价层电子对数为4,且不含孤电子对,所以空间

结构为正四面体。

2・⑴4(2牛⅛⅛⅛

［解析］(1)根据晶胞结构分析,Mn位于四面体中心,周围有4个Se,则M