2024届高考化学二轮复习：物质结构与性质之晶体结构与性质

考点四晶体结构与性质

01

1.不同晶体的特点比较

项目离子晶体金属晶体分子晶体共价晶体

通过金属离子与相邻原子间以

阳离子和阴离子

自由电子之间的共价键相结合

概念相互作用而形成只含分子的晶体

较强作用形成的而形成空间网

的晶体

晶体状结构的晶体

金属阳离子、自

晶体微粒阴、阳离子分子原子

由电子

分子间作

微粒之间作用力离子键金属键共价键

用力

有的高（如铁）、

熔、沸点较高低很高

有的低（如汞）

硬度硬而脆有的大、有的小小很大

物理

一般情况下，易极性分子易溶于

性质

溶于极性溶剂钠等可与水、醇极性溶剂；非极不溶于任何溶

溶解性

（如水），难溶于类、酸类反应性分子易溶于非剂

有机溶剂极性溶剂

2.晶体类别的判断方法

⑴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共价晶体;

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。

⑵依据物质的分类判断。

①活泼金属氧化物和过氧化物（如K,O、Na02）,强碱（如NaOH、KOH）,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常见的单质类共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的化合物类共价晶体有SiC、SiO、

2

AIN、BP、GaAs等。

④金属单质、合金是金属晶体。

⑶依据晶体的熔点判断。

不同类型晶体熔点大小的一般规律：共价晶体〉离子晶体〉分子晶体。金属晶体的熔点差别很大,

如鸨、粕等熔点很高，钝等熔点很低。

⑷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共价晶体一般为非导体。

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。

⑸依据硬度和机械性能判断。

一般情况下，硬度：共价晶体〉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。

3.晶体熔、沸点的比较

(1)共价晶体。

原子半径越小|一|键长越短卜「键能越大I-百沸点越高

如熔点：金刚石〉碳化硅〉晶体硅。

⑵离子晶体。

①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。

②一般地说，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>CsClo

(3)分子晶体。

①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；但具有分子间氢键的分子晶体熔、沸点反常得高。

如HO〉HTe>HSe>HS。

2222

②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SnH>GeH>SiH>CH。

4444

③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CO〉可。

④在同分异构体中，一般支链越多，熔、沸点越低，如正戊烷〉异戊烷。

⑷金属晶体。

金属离子半径越小，所带电荷数越多，其金属键越强，熔、沸点就越高，如熔、沸点：Na<Mg<Alo

4.晶胞

（1）常见共价晶体结构分析。

晶体晶体结构结构分析

Z入T山H-71、)AA_U-/人品ArACW乙1,LJ—J-i-iAt7A

木石弟盾¥姓公班俞7FI7U而伏姓物.

②键角均为109°28'；

③最小碳环由6个C组成且6个C不在同一平

面内；

金刚石IS

④每个C参与4个C•—C的形成，C原子数与

c—C数之比为1：2；

⑤密度=8X1；J—oJg为晶胞边长,然为

阿伏加德罗常数）

①每个Si与4个。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“;0”，因

SiO此二氧化硅晶体中Si与0的个数比为1：2；

2

③最小环上有12个原子，即6个0,6个Si；

④密度=8X6；/；molT晶胞边长,

NXa3A

阿伏加德罗常数）

①每个原子与另外4个不同种类的原子形成正

四面体结构；

②密度：

SiC、pRe—4X4°g.moJ.

0GiC)NXa3'

BP、A

„/x4X42g-mol-1

AINP(RBrP)-NXa3；

A

,、4X41g•mol-i

c/A1—

(A1N)NXa3

A

（a为晶胞边长，N为阿伏加德罗常数）

A

⑵常见分子晶体结构分析。

结构分析

心又各有1个CO.；

②每个CO分子周围紧邻的CO分子有12个;

22

4X44w•mol-i

③密度=N晨缶为晶胞边长，N

A

为阿伏加德罗常数)

①面心立方最密堆积；

②密度=4X12；工mol(a为晶胞边长,、

A

为阿伏加德罗常数)

(3)金属晶体的四种堆积模型分析。

面心立方最密堆

堆积模型简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积

积

晶胞

配位数681212

原子半径(r)和

2-处2忏鱼

一

晶胞边长(a)的2r=a,2/2

关系

一个晶胞内原子

1224

数目

原子空间利用率52%68%74%74%

(4)金属晶胞中原子空间利用率计算。

空间利用率=晶胞体东X100%,球体积为金属原子的总体积。

①简单立方堆积。

如图所示，原子的半径为r,立方体的棱长为2r,晶胞=（2r）3=8n,空间利用

4

V3713:3

率=”乂100%=——X100%p52%。

V8r3

晶胞

②体心立方堆积。

如图所示，原子的半径为r,体对角线C为4r,面对角线b为嫄a,由（4r）2=a2+b2得@=白乙

44

V2X-nr32X-JTT3

1个晶胞中有2个原子，故空间利用率=产><100%=-------X100%=-~—X100%^68%o

Vas

晶胞

③六方最密堆积。

如图所示，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

X，5r=2，5r2,h=^r,V晶胞=SX2h=2娟r2X2x¥r=8"r3,1个晶胞中有2个原子,

4

V2X-Jirs

则空间利用率=LX100%=—;=—X100%^74%

L购8\/2r3o

晶胞v

④面心立方最密堆积。

如图所示，原子的半径为r,面对角线为4r,a=2隹r,V晶电=as=（2隹r）3=i6^r3,1个晶

4

4X-兀n

V

胞中有4个原子，则空间利用率=广父100%——7=—X100%y74%。

1642r3

晶胞

⑸常见离子晶体结构分析。

①典型离子晶体模型。

项目NaCl型CsCl型ZnS型CaF2型

晶胞

配位数

F-：4；

及影响配位数684

Ca2+：8

因素

影响阳离子与阴离子的半径比值越大，配位数越多，另外配《立数还与阴、阳离

因素子的电荷比有关等

e4X58.5g•mol-i

NaCl型：可j

NXa3

A

E168.5g•mol-i

密度的计算（a为CsCl型：——-----

NXa3

A

晶胞边长，N为阿

A

EI4X97g,mol-i

ZnS型：——士-----

伏加德罗常数）NXas

A

E4X78g•mol-i

Cag型：NXa3

A

②晶格能。

a.定义：气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。晶格能是反映离子晶体稳定性的数据，可

以用来衡量离子键的强弱，晶格能越大，离子键越强。

b.影响因素：晶格能的大小与阴（或阳）离子所带电荷、阴（或阳）离子间的距离、离子晶体的结

构类型有关。离子所带电荷越多，半径越小，晶格能越大。

C,对离子晶体性质的影响：晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。

02

晶体中微粒的排列具有周期性，晶体中最小的结构重复单元称为晶胞，利用“均摊法”可以计

算一个晶胞中的粒子数，从而确定晶体的化学式。“均摊法”的基本思想是晶胞中任意位置上的

一个粒子被n个晶胞共用，那么每个晶胞对这个原子分得份额就是'常见考题里涉及的晶胞有

立方晶胞、六方晶胞、三棱晶胞，以立方晶胞最为常见。以立方晶胞为例：

每个顶点上的粒子被8个晶胞共用，每个粒子只有:属于该晶胞；每条棱上的粒子被4个晶胞共

O

用，每个粒子只有:属于该晶胞；每个面心上的粒子被2个晶胞共用，每个粒子只有（属于该晶

胞；晶胞内的粒子完全属于该晶胞。

（2023•湖北卷）辆La和H可以形成一系列晶体材料LaHn,在储氢和超导等领域具有

重要应用。LaH属于立方晶系，晶胞结构和参数如图所示。高压下，LaH中的每个H结合4个H

n2

形成类似CH的结构，即得到晶体LaH。下列说法错误的是（）

4x

A.LaH晶体中La的配位数为8

2

B.晶体中H和H的最短距离：LaH>LaH

2x

C.在LaHX晶胞中，H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼

D.LaH单位体积中含氢质量的计算式为g•cm-3

X(4.84X10-8)3X6.02X1023

解析：由LaH的晶胞结构可知，La位于顶点和面心，晶胞内8个小立方体的中心各有1个H原

2

子，若以顶点La研究，与之最近的H原子有8个，则La的配位数为8,故A项正确；由LaH

X

晶胞结构可知，每个H结合4个H形成类似CH的结构，H和H之间的最短距离变小，则晶体中

4

H和H的最短距离：LaH〉LaH,故B项正确；由题干信息可知，在LaH晶胞中，H的数目为4

2xx

X8+8=40,每个H结合4个H形成类似甲烷的结构，所以闭合的多面体笼的顶点H个数不可

40

能为40,故C项错误；1个LaH晶胞中含有5X8=40（个）H原子，含H质量为百苦，晶胞的体积

X1N

A

为（484.0XlO-iocm）3=（4.84X10-8）3cm3,则LaH单位体积中含氢质量的计算式为

X

40、

（4.84X10-8）3X6.02X10238'Cra"3'故D项正确。故选Co

答案：C

（-I解题指导I------------------------------1

1.若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg（M为微粒的

摩尔质量）；若1个晶胞的质量为Pa?g（a3为晶胞的体积，P为晶胞的密度），则1mol晶胞的

质量为P%Ng,因此有xM=p%N。

AA

2.在使用均摊法计算晶胞中微粒个数时，要注意晶胞的形状，不同形状的晶胞，应先分析任意

位置上的1个粒子被几个晶胞所共有，如六棱柱晶胞中，顶点、侧棱、底面上的棱、面心依次

被6、3、4、2个晶胞所共有。

1.（2023•湖南卷）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

apm,阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是（）

A.晶体最简化学式为KCaBC

66

B.晶体中与K+最近且距离相等的Ca2+有8个

C.晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面

日在、,2.17X1032

D.晶体的密度为一-~rj—g•cm-3

H3・N

A

解析：根据晶胞结构可知，其中K个数：8X：=1,Ca个数：1,B个数：12X4=6,C个数：

12X1=6,故其最简化学式为KCaBC,A项正确；根据晶胞结构可知，K+位于晶胞顶点，Ca位

于体心，则晶体中与K+最近且距离相等的Ca?+有8个，B项正确；根据晶胞结构可知，晶胞中

B和C原子构成的多面体有14个面，C项错误；根据选项A分析可知，该晶胞最简化学式为

217217X1032

KCaBC,则1个晶胞质量为丁厂g,晶胞体积为asX10-30cm3,则其密度为七~—g•cm-3,

AA

D项正确。故选C。

答案：C

2.（2023•辽宁卷）晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体

（图1）,进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料（图2）。下列说法错误

的是（）

725

A.图1晶体密度为NxaaXIOT。g'cmf

A

B.图1中0原子的配位数为6

C.图2表示的化学式为LiMgOClBr

2x1—x

D.Mg?+取代产生的空位有利于Li+传导

解析：根据均摊法，题图1的晶胞中含Li：8x1+l=3,0：2X1=1,Cl：4x1=l,1个晶胞

72.572.572.5

的质量为1]g,则晶体密度为g-F（asX10-30cm3）=—g•cm-3,A项正确；

ININIMA3,3A1U—M30v

AAA

题图1晶胞中，。位于面心，与0等距离最近的Li有6个，。原子的配位数为6,B项正确；根

据均摊法，题图2中Li：1,Mg或空位为8X，=2。0：2x1=l,Cl或Br：4x|=l,Mg的个

数小于2,根据正负化合价的代数和为0,题图2表示的化学式为LiMgOCIBr,C项错误；进

X1—X

行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料，说明Mg2+取代产生的空位有利

于Li+的传导，D项正确。故选C。

答案：C

3.

OCa«F

（2022•湖北卷）某立方卤化物可用于制作光电材料，其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是

（）

A.Ca?+的配位数为6

B.与F-距离最近的是K+

C.该物质的化学式为KCaF§

D.若F-换为Cl-,则晶胞棱长将改变

解析：Ca?+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数，由题图可知，Caz+位于体心，F-位于

面心，所以Ca?+配位数为6,A项正确；F-与K+的最近距离为棱长的步，F-与Ca"的最近距离

为棱长的、所以与F-距离最近的是Ca?+,B项错误；K+位于顶点，所以K+个数=，X8=1,F-

No

位于面心，F-个数=：X6=3,Ca”位于体心，所以Ca2+个数=1,综上，该物质的化学式为KCaF,

C项正确；F-与Cl-半径不同，替换后晶胞棱长将改变，D项正确。故选B。

答案：B

4.（2022•山东卷）AIN、GaN属于第三代半导体材料，二者成键结构与金刚石相似，晶体中只

存在N—A1键、N—Ga键。下列说法错误的是（）

A.GaN的熔点高于AIN

B.晶体中所有化学键均为极性键

C.晶体中所有原子均采取sp：，杂化

D.晶体中所有原子的配位数均相同

解析：A1和Ga均为第IIIA元素，N属于第VA元素，AIN、GaN的成键结构与金刚石相似，则其

为共价晶体，且其与金刚石互为等电子体，等电子体之间的结构和性质相似。A1N、GaN晶体中，

N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。因为AIN、GaN为结构相似的共价晶

体，由于A1原子的半径小于Ga,N—A1的键长小于N—Ga的，则N—A1的键能较大，键能越大

则其对应的共价晶体的熔点越高，故GaN的熔点低于AIN,A项错误；不同种元素的原子之间形

成的共价键为极性键，故两种晶体中所有化学键均为极性键，B项正确；金刚石中每个C原子

形成4个共价键（即C原子的价层电子对数为4）,C原子无孤电子对，故C原子均采取spa杂化；

由于AIN、GaN与金刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子均采取sps杂化，C项正确；金刚

石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键，即C原子的配位数是4,由于AIN、GaN与金

刚石互为等电子体，则其晶体中所有原子的配位数也均为4,D项正确。故选A。

答案：A

5.（2023•辽宁模拟）几种晶体的晶胞结构如图所示。已知：CaF、CaTiO均为立方晶胞。下列