2025年高考化学-一轮复习收官大作03 考点六 常见晶体类型（教师版）

【基础知识】晶体结构与性质考点六常见晶体类型【知识清单】一、金属晶体1、三维堆积方式堆积模型简单立方堆积体心立方堆积六方最密堆积面心立方最密堆积晶胞配位数681212原子半径(r)和晶胞边长(a)的关系2r=a4r＝eq\r(3)a4r＝eq\r(2)a一个晶胞内原子数目1224常见金属PoNa、K、FeMg、Zn、TiCu、Ag、Au空间利用率52.36%68.05%74.05%74.05%2、电子气理论金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起。3、金属通性（用电子气理论解释）通性解释导电性通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由的，但在外加电场的作用下会定向移动形成电流。导热性金属受热时，自由电子与金属离子（金属原子）的碰撞频率增加，自由电子把能量传给金属离子（或金属原子）从而把能量从温度高的区域传到温度低得区域。延展性由于金属键没有方向性，在外力作用下，金属原子之间发生相对滑动以后，各层金属原子仍可保持这种相互作用，发生形变也不易断裂。有金属光泽当光线投射到金属表面时，自由电子吸收可见光，然后又把各种波长的光大部分再反射出来，使绝大多数金属呈现银灰色或银白色光泽。而金属在粉末状态时，金属原子的取向杂乱，排列不规则，吸收可见光后不能再反射出来，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。思考1：为什么合金的硬度比纯金属大？解析：纯金属内原子排列十分规整，当向金属晶体中掺入不同的金属或非金属原子，合金原子层之间相对滑动变得困难。思考2：为什么加热后金属电阻变大？解析：加热后金属原子热运动加快，对自由电子的移动造成阻碍，故电阻变大。二、离子晶体常见晶体类型晶体类型晶胞模型考点NaCl晶胞①在晶体中，每个Na＋同时吸引6个Cl－，每个Cl－同时吸引6个Na＋，配位数为6。②每个晶胞含4个Na＋和4个Cl－。CsCl晶胞①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。②每个晶胞中实际拥有的Cs＋有1个，Cl－有1个。CaF2晶胞①在晶体中，每个Ca2＋吸引8个F－，每个F－吸引4个Ca2＋。②每个晶胞含4个Ca2＋，8个F－。ZnS晶胞①每个Zn2＋周围距离最近的S2－有4个，每个S2－周围距离最近的Zn2＋有4个。②每个晶胞中实际拥有的Zn2＋有4个，S2－有4个。例、如图是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是()A．图①和图③ B．图②和图③C．图①和图④ D．只有图④【答案】C三、分子晶体1、分子常见堆积方式分子间作用力堆积方式实例范德华力采用密堆积，每个分子周围有12个紧邻的分子如C60、干冰、I2、O2范德华力、氢键采用非密堆积，每个分子周围紧邻的分子少于12个

如HF、NH3、冰2、常见分子晶体结构分析晶体类型晶胞模型考点冰的结构模型（分子非密堆积形式）①冰晶体中，氢键有方向性，它的存在迫使每个水分子与四面体顶角方向的个相邻水分子相互吸引。②1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键。③氢键H-O···H较长，分子间距离增大并在水分子中间留有空隙，所以固态水的密度比液态水的小。干冰的晶胞（分子密堆积形式）①每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。②干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。例、C60晶体的晶胞结构如图所示，下列说法正确的是()A、该晶体熔化时需克服共价键B、晶体中1个C60分子有12个紧邻的C60分子，属于分子密堆积类型C、1个晶胞中含有8个C60分子D、晶体中C60分子间以范德华力结合，故C60分子的热稳定性较差【答案】B四、共价晶体（1）金刚石①碳原子采取sp3杂化，键角为109°28′。每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构，碳的配位数为4。②金刚石晶胞的每个顶点和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，内部的C在晶胞的体对角线的eq\f(1,4)处，每个金刚石晶胞中含有8个C原子。③最小碳环由6个碳原子组成，每个碳原子被12个六元环共用。六元环中最多有4个碳原子在同一平面。晶体中每个碳原子数目与C-C数目之比为1:2。（2）二氧化硅晶体。二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(α­SiO2)。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28′。②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶点，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2，硅的配位数4，氧的配位数2。③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子。③1molSiO2晶体中含Si—O数目为4NA。④SiO2晶胞中有8个Si原子位于立方晶胞的顶点，有6个Si原子位于立方晶胞的面心，还有4个Si原子与16个O原子在晶胞内构成4个硅氧四面体。每个SiO2晶胞中含有8个Si原子和16个O原子。（3）碳化硅晶体①碳、硅原子都采取sp3杂化，Si—C—Si键角为109°28′。②每个硅(碳)原子与周围紧邻的4个碳(硅)原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。硅或碳的配位数为4。③最小碳环由6个原子组成且不在同一平面内，其中包括3个C原子和3个Si原子。④每个SiC晶胞中含有4个C原子和4个Si原子。例、碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。（C:12，Si:28，N:14，B:11）请回答下列问题：(1)碳化硅晶体中，硅原子杂化类型为________，每个硅原子周围与其距离最近的碳原子有________个；设晶胞边长为acm，密度为bg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为________(用含a、b的式子表示)。(2)立方氮化硼晶胞中有________个硼原子，________个氮原子，硼原子的杂化类型为________，若晶胞的边长为acm，则立方氮化硼的密度表达式为________g·cm－3(设NA为阿加德罗常数)。【答案】（1）sp34160a3b（2）44sp五、过渡晶体与混合型晶体1、概念①过渡晶体：纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理，把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。②混合型晶体：像石墨，既有共价键又有范德华力，同时存在类似金属键的作用力，兼具有共价晶体、分子晶体、金属晶体的特征的晶体。2、典型混合型晶体结构分析——石墨晶体①石墨晶体是层状结构，层与层之间是以范德华力相结合，同层内碳原子之间以共价键结合成平面网状。层内碳原子核间距为142pm，层间距为335pm。②每一层碳原子排列成正六边形，则每个碳原子采用sp2杂化，形成正六边形。③所有p轨道相互平行且相互重叠，形成离域大π键，使p轨道中的电子可在事个碳原子平面中运动，而电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿石墨平面的方向。④石墨晶体中每个正六边形含有的C原子数为2，含有的C－C键数为3。例、氮化硼(BN)晶体有多种结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相，与石墨相似，具有层状结构，可作高温润滑剂。立方相氮化硼是超硬材料，有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示。（1）关于这两种晶体的说法，正确的是（填序号）。A．立方相氮化硼含有σ键和π键，所以硬度大B．六方相氮化硼层间作用力小，所以质地软C．两种晶体中B-N键均为共价键D．两种晶体均为分子晶体（2）六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间构型为，其结构与石墨相似却不导电，原因是。（3）立方相氮化硼晶体，硼原子的杂化轨道类型为。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300km在古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实，推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是。（4）NH4BF4（氟硼酸铵）是合成氮化硼纳米管的原料之一。1molNH4BF4含有mol配位键。【答案】（1）BC（2）平面三角形层状结构中没有自由移动的电子（3）sp3高温高压（4）2【概念辨析】1、分子晶体不导电，溶于水后也都不导电()2、第三周期主族元素从左到右，最高价氧化物中离子键的百分数逐渐增大()3、大多数晶体是过渡晶体()4、共价晶体的熔点一定比离子晶体的高()5、金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子()6、金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光()7、过渡晶体是指某些物质的晶体通过改变条件，转化为另一种晶体()8、Na2O是纯粹的离子晶体，SiO2纯粹的共价晶体()9、自由电子属于整块金属（）10、金属的物理性质和金属固体的形成都与金属键有关（）11、有阳离子的晶体一定有阴离子（）12、金属晶体与共价晶体一样，是一种“巨分子”（）13、金属阳离子与自由电子之间的强烈的相互作用，在一定外力作用下，不会因形变而消失（）14、温度越高，自由电子的运动速率越快，金属的导电性越强（）15、具有共价键的晶体叫共价晶体（）16、金属一般具有金属光泽，是物理性质，与金属键无关（）17、晶格能由大到小：NaF＜NaCl＜NaBr＜NaI（）18、高硬度、高熔点是许多有共价键三维骨架结构的共价晶体的特性（）19、固态和熔融时易导电，熔点在1000℃左右的晶体可能是金属晶体（）20、因金属性K>Na，故金属钾的熔点高于金属钠（）21、金属（除汞外）在常温下都是晶体，称其为金属晶体（）【答案】1.×2.×3.√4.×5.×6.×7.×8.×9.√10.√11.×12.√13.√14.×15.×16.×17.×18.√19.√20.×21.√【跟踪练习】1、（2023·北京卷）中国科学家首次成功制得大面积单晶石墨炔，是碳材料科学的一大进步。下列关于金刚石、石墨、石墨炔的说法正确的是（）A．三种物质中均有碳碳原子间的键 B．三种物质中的碳原子都是杂化C．三种物质的晶体类型相同 D．三种物质均能导电【答案】A【解析】A．原子间优先形成键，三种物质中均存在键，A项正确；B．金刚石中所有碳原子均采用杂化，石墨中所有碳原子均采用杂化，石墨炔中苯环上的碳原子采用杂化，碳碳三键上的碳原子采用杂化，B项错误；C．金刚石为共价晶体，石墨炔为分子晶体，石墨为混合晶体，C项错误；D．金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D项错误。2、(2021·辽宁1月适应性测试，6)我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是()A．11BN和10BN的性质无差异B．该晶体具有良好的导电性C．该晶胞中含有14个B原子，4个N原子D．N原子周围等距且最近的N原子数为12【答案】D【解析】11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但其物理性质不同，A错误；该晶体结构中无自由移动的电子，不具有导电性，B错误；由图可知，该晶胞含4个N原子，B原子位于晶胞的顶角和面心，故B原子的数量为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，C错误；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，1个B原子可以和3个N原子成键，这些N原子距中心N原子等距离且最近，总数为12，D正确。3、(2021·辽宁，7)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是()A．S位于元素周期表p区B．该物质的化学式为H3SC．S位于H构成的八面体空隙中D．该晶体属于分子晶体【答案】D【解析】S位于H构成的八面体空隙中，如图，C正确。该晶体为新型超导材料，说明由阴阳离子构成，是离子晶体，D错误。4、钒的某种氧化物的立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为apm。下列说法错误的是()（V:51O:16）A．该钒的氧化物的化学式为VO2B．V原子在该晶体中的堆积方式为体心立方C．V原子的配位数与O原子的配位数之比为1∶2D．该晶胞的密度为eq\f(2×51＋16×2,a×10－103×6.02×1023)g·cm－3【答案】C【解析】晶胞中V原子位于顶角和体心，数目为1＋8×eq\f(1,8)＝2；O原子位于上下面上和体内，数目为2＋4×eq\f(1,2)＝4，二者原子数目之比为1∶2，故氧化物的化学式为VO2，故A正确；晶胞V原子位于顶角和体心，符合体心立方的堆积方式，故B正确；体心V原子的配位数为6，O原子的配位数为3，所以V原子的配位数与O原子的配位数之比为2∶1，故C错误；m＝eq\f(2×51＋4×16,NA)g，V＝a3pm3＝(a×10－10)3cm3，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(2×51＋16×2,a×10－103×6.02×1023)g·cm－3，故D正确。5、金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质，下列说法正确的是()A．金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子B．在金刚石中每个C原子连接4个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元环C．金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2D．金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶4，而石墨中碳原子数与C—C数之比为1∶3【答案】A【解析】金刚石中每个C原子连接12个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元环，B项错误；金刚石中碳原子采取sp3杂化，而石墨中碳原子采取sp2杂化，C项错误；金刚石中每个碳原子与周围其他4个碳原子形成共价键，而每个共价键为2个碳原子所共有，则每个碳原子平均形成的共价键数为4×eq\f(1,2)＝2，故碳原子数与C—C数之比为1∶2；石墨晶体中每个碳原子与周围其他3个碳原子形成共价键，同样可求得每个碳原子平均形成的共价键数为3×eq\f(1,2)＝1.5，故碳原子数与C—C数之比为2∶3，D项错误。6、如图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是()A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑剂的作用，使金属不会断裂D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小【答案】C【解析】金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A错误；自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，实现热的传导，B错误；在外力的作用下，金属中各原子层间会出现相对滑动，而自由电子与金属阳离子之间的电性作用仍然存在，使得金属不会断裂，C正确；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D错误。7、碳化硅(SiC)晶体具有多种结构，其中一种晶体的晶胞(如图所示)与金刚石的类似。下列判断正确的是()A．该晶体属于分子晶体B．该晶体中存在极性键和非极性键C．该晶体中Si的化合价为－4D．该晶体中C的杂化类型为sp3【答案】D【解析】与金刚石类似，该晶体属于共价晶体，A错误；根据该晶体的晶胞结构图可知，该晶体只存在Si—C极性共价键，B错误；Si—C中，C的电负性更强，共用电子对偏向C原子，所以Si的化合价为＋4，C错误；每个C原子与4个Si原子形成4个σ键，C原子没有孤电子对，所以C的杂化类型为sp3，D正确。8、有关晶体的结构如图所示，下列说法不正确的是()A．在NaCl晶体中，距Cl－最近的Na＋形成正八面体B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均含有4个Ca2＋C．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构D．该气态团簇分子的分子式为EF【答案】D【解析】氟化钙晶胞中，Ca2＋位于顶点和面心，数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，故B正确；气态团簇分子不同于晶胞，气态团簇分子中含有4个E原子、4个F原子，则分子式为E4F4或F4E4，故D错误。9、铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体的晶胞在不同温度下转化的示意图。下列有关说法不正确的是()A．每个δ-Fe晶体中有2个铁原子B．γ-Fe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个C．每个γ-Fe晶胞中含有14个铁原子D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同【答案】C【解析】根据切割法，一个δ-Fe晶胞中含有铁原子个数为eq\f(1,8)×8＋1＝2，A正确；γ-Fe位于顶角的Fe原子，被晶胞的三个平面共有，每个平面上有四个铁原子与顶角处铁原子距离最短，则共有3×4＝12个，B正确；根据切割法，一个γ-Fe晶胞含有铁原子个数为eq\f(1,8)×8＋eq\f(1,2)×6＝4，C错误；依据得到晶体的条件可知，在急速冷却时(立即降温到912℃)得到α-Fe，缓慢冷却时(缓慢冷却到1394℃)得到γ-Fe，两种晶体类型不同，D正确。10、钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其结构如图所示，下列有关说法正确的是()A．该晶体属于分子晶体B．晶体的化学式为Ba2O2C．该晶体晶胞结构与CsCl相似D．与Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个【答案】D【解析】该晶胞是由金属阳离子钡离子和阴离子过氧根离子构成的，属于离子晶体，A错误；该晶胞中Ba2＋个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Oeq\o\al(2－,2)个数为1＋12×eq\f(1,4)＝4，则钡离子和过氧根离子个数之比为1∶1，其化学式为BaO2，B错误；该晶胞中钡离子配位数是6，过氧根离子配位数是6，氯化铯晶体中离子配位数是8，C错误。11、石英晶体的平面示意图如图，它实际上是立体的网状结构(可以看作是晶体硅中的每个Si—Si中插入一个O)，其中硅、氧原子数比是m∶n，下列有关叙述正确的是()A．m∶n＝2∶1B．6g该晶体中含有0.1NA个分子C．原硅酸根离子(SiOeq\o\al(4－,4))的结构为，则二聚原硅酸根离子Si2Oeq\o\al(6－,x)中的x＝7D．石英晶体中由硅、氧原子构成的最小的环上含有的Si、O原子个数和为8【答案】C【解析】每个Si原子占有O原子个数为4×eq\f(1,2)＝2；该晶体是共价晶体，不存在分子；原硅酸(H4SiO4)的结构可表示为，两个原硅酸分子可发生分子间脱水生成二聚原硅酸：，二聚原硅酸电离出6个H＋后，形成带6个负电荷的二聚原硅酸根离子；在SiO2晶体中，由Si、O构成的最小单元环中共有12个原子。12、如图是其晶胞结构模型，下列说法正确的是()A．基态钙原子核外有2个未成对电子B．CaTiO3晶体中与每个Ti4＋最邻近的O2－有12个C．分子晶体中都存在共价键D．金属晶体的熔点都比分子晶体的熔点高【答案】B【解析】基态钙原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p64s2，均为成对电子，故A错误；由该晶胞可知，每个Ti4＋最邻近的O