【基礎(chǔ)知識】晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

考點六常見晶體類型

【知識清單】

一、金屬晶體

1、三維堆積方式

堆積模型簡單立方堆積體心立方堆積六方最密堆積面心立方最密堆積

11

晶胞1

1一一〃:。J

配位數(shù)

原子半徑⑺11

和晶胞邊長

3）的關(guān)系N

2r=____4r=_____4r=__

一個晶胞內(nèi)

原子數(shù)目

常見金屬PoNa、K、FeMg>Zn>TiCu>Ag>Au

空間利用率52.36%68.05%74.05%74.05%

2、電子氣理論

金屬原子脫落下來的形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系

在一起。

電子氣理論示意圖

3、金屬通性（用電子氣理論解釋）

通性解釋

導(dǎo)電性通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運動是__________的，但在外加電場的作用下會定向移動形

成電流。

導(dǎo)熱性金屬受熱時，自由電子與金屬離子（金屬原子）的碰撞頻率增加，自由電子把能量傳給金屬

離子（或金屬原子）從而把能量從溫度高的區(qū)域傳到溫度低得區(qū)域。

延展性由于金屬鍵沒有方向性，在外力作用下，金屬原子之間發(fā)生相對滑動以后，各層金屬原子仍

可保持這種相互作用，發(fā)生形變也不易斷裂。

有金屬當(dāng)光線投射到金屬表面時，自由電子吸收可見光，然后又把各種波長的光大部分再反射出來，

光澤使絕大多數(shù)金屬呈現(xiàn)銀灰色或銀白色光澤。而金屬在粉末狀態(tài)時，金屬原子的取向雜亂，排

列不規(guī)則，吸收可見光后不能再反射出來，所以金屬粉末常呈暗灰色或黑色。

思考1:為什么合金的硬度比純金屬大？

思考2：為什么加熱后金屬電阻變大?

二、離子晶體

常見晶體類型

晶體類型晶胞模型考點

入4—①在晶體中，每個Na卡同時吸引_____個C1",每個

同時吸引____個Na+,配位數(shù)為_____o

NaCl晶胞②每個晶胞含____個Na+和_____個CFo

<①在晶體中，每個C「吸引____個Cs+,每個Cs+吸

A：五僅引_____個C1,配位數(shù)為____0

CsCl晶胞

②每個晶胞中實際擁有的cs+—個，cr有一個。

￡rw)---j---?

①在晶體中，每個Ca2+吸引_____個F,每個F

吸引_____個Ca2+?

CaF晶胞②每個晶胞含_____個Ca2+,_____個F,

2筌

10Ca2+OF-

①每個Zi?+周圍距離最近的S2一有____個，每個S2

2

OZn-一周圍距離最近的ZY+有____個。

ZnS晶胞

?s:1JQW②每個晶胞中實際擁有的Z/+有___________個，

S2一有一個。

例、如圖是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來的部分結(jié)構(gòu)圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結(jié)構(gòu)

圖是（）

A.圖①和圖③B.圖②和圖③

C.圖①和圖④D.只有圖④

三、分子晶體

1、分子常見堆積方式

分子間作用力堆積方式實例

范德華力采用密堆積，每個分子周圍有____個緊鄰的分子如C60、干冰、12、。2

范德華力、氫鍵

采用非密堆積，每個分子周圍緊鄰的分子少于12個如HF、NH3>冰

2、常見分子晶體結(jié)構(gòu)分析

晶體類型晶胞模型考點

①冰晶體中，氫鍵有方向性,它的存在迫使每

冰的結(jié)構(gòu)個水分子與四面體頂角方向的一個相鄰水分

模型：7：7子相互吸引。

（分子非②1molH2O的冰中，最多可形成mol氫鍵。

密堆積形a③氫鍵H-O-H較長,分子間距離增大并在水分

式）子中間留有空隙，所以固態(tài)水的密度比液態(tài)水

冰的體構(gòu)*注化.分子同的交厚*小

的_____O

干冰的晶①每個晶胞中有一個CO2分子，一個原子。

胞),②干冰晶體中，每個CO2分子周圍等距且緊鄰

（分子密的CO2分子有一個。

堆積形1

溪?

°OCd

式）

例、C60晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是（）

A、該晶體熔化時需克服共價鍵

B、晶體中1個C6o分子有12個緊鄰的C60分子，屬于分子密堆積類型

C、1個晶胞中含有8個C60分子

D、晶體中C60分子間以范德華力結(jié)合，故C60分子的熱穩(wěn)定性較差

四、共價晶體

(1)金剛石

①碳原子采取雜化，鍵角為。每個碳原子與周圍緊鄰的4個碳原子以共價鍵結(jié)合成正四面體

結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳的配位數(shù)為o

②金剛石晶胞的每個頂點和面心均有1個C原子,晶胞內(nèi)部有2個C原子，內(nèi)部的C在晶胞的體對角線的

;處，每個金剛石晶胞中含有個C原子。

③最小碳環(huán)由①個碳原子組成，每個碳原子被個六元環(huán)共用。六元環(huán)中最多有生個碳原子在同一平

面。晶體中每個碳原子數(shù)目與C-C數(shù)目之比為o

(2)二氧化硅晶體。

二氧化硅是自然界含量最高的固態(tài)二元氧化物，有多種結(jié)構(gòu)，最常見的是低溫石英(a-SiCh)。低溫石英的結(jié)

構(gòu)中有頂角相連的形成螺旋上升的長鏈，沒有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性。

①Si原子采取雜化，正四面體內(nèi)0—Si—0鍵角為。

②每個Si原子與個0原子形成4個共價鍵，Si原子位于正四面體的中心，0原子位于正四面體的頂

點，同時每個O原子被個硅氧正四面體共用，晶體中Si原子與O原子個數(shù)比為,硅的配位

數(shù)，氧的配位數(shù)=

③最小環(huán)上有個原子，包括個O原子和個Si原子。

③1molSiO2晶體中含Si—O數(shù)目為o

@SiO2晶胞中有個Si原子位于立方晶胞的頂點，有個Si原子位于立方晶胞的面心，還有個

Si原子與個O原子在晶胞內(nèi)構(gòu)成4個硅氧四面體。每個SiO2晶胞中含有個Si原子和個O

原子。

（3）碳化硅晶體

①碳、硅原子都采取雜化，Si—C—Si鍵角為。

②每個硅（碳）原子與周圍緊鄰的生個碳（硅）原子以共價鍵結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)

構(gòu)。硅或碳的配位數(shù)為O

③最小碳環(huán)由____個原子組成且不在同一平面內(nèi)，其中包括個C原子和個Si原子。

④每個SiC晶胞中含有個C原子和個Si原子。

例、碳化硅和立方氮化硼的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，碳化硅硬度僅次于金剛石，立方氮化硼硬度與金剛石相當(dāng),

其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。（C:12,Si:28,N:14,B:1D

?CoSiONoB

碳化硅立方氮化硼

請回答下列問題：

（1）碳化硅晶體中，硅原子雜化類型為,每個硅原子周圍與其距離最近的碳原子有個；設(shè)

晶胞邊長為。cm,密度為bg-cnT3,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為（用含八》的式子表示）。

（2）立方氮化硼晶胞中有個硼原子，個氮原子，硼原子的雜化類型為,若晶胞的

邊長為acm,則立方氮化硼的密度表達(dá)式為g-cnT3（設(shè)NA為阿加德羅常數(shù)）。

五、過渡晶體與混合型晶體

1、概念

①過渡晶體：純粹的分子晶體、共價晶體、離子晶體和金屬晶體四種典型晶體是不多的，大多數(shù)晶體是它

們之間的過渡晶體。人們通常把偏向離子晶體的過渡晶體當(dāng)作離子晶體來處理，把偏向共價晶體的過渡晶

體當(dāng)作共價晶體來處理。

②混合型晶體：像石墨，既有共價鍵又有范德華力，同時存在類似金屬鍵的作用力，兼具有共價晶體、分

子晶體、金屬晶體的特征的晶體。

2、典型混合型晶體結(jié)構(gòu)分析——石墨晶體

①石墨晶體是結(jié)構(gòu)，層與層之間是以力相結(jié)合，同層內(nèi)碳原子之間以共價鍵結(jié)合成平面網(wǎng)

狀。層內(nèi)碳原子核間距為142Pm,層間距為335pm。

②每一層碳原子排列成正六邊形，則每個碳原子采用雜化，形成正六邊形。

③所有p軌道相互平行且相互重疊，形成離域大兀鍵，使p軌道中的電子可在事個碳原子平面中運動，而

電子不能從一個平面跳躍到另一個平面，所以石墨的導(dǎo)電性只能沿石墨平面的方向。

④石墨晶體中每個正六邊形含有的C原子數(shù)為,含有的C-C鍵數(shù)為o

例、氮化硼（BN）晶體有多種結(jié)構(gòu)。六方相氮化硼是通常存在的穩(wěn)定相，與石墨相似，具有層狀結(jié)構(gòu)，可作

高溫潤滑劑。立方相氮化硼是超硬材料，有優(yōu)異的耐磨性。它們的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。

“一‘立方相循化碉

六方相氯化5。麓原子?硼原子

（1）關(guān)于這兩種晶體的說法，正確的是（填序號）。

A.立方相氮化硼含有◎鍵和無鍵，所以硬度大B.六方相氮化硼層間作用力小，所以質(zhì)地軟

C.兩種晶體中B-N鍵均為共價鍵D.兩種晶體均為分子晶體

（2）六方相氮化硼晶體層內(nèi)一個硼原子與相鄰氮原子構(gòu)成的空間構(gòu)型為，其結(jié)構(gòu)與石墨

相似卻不導(dǎo)電，原因是O

（3）立方相氮化硼晶體，硼原子的雜化軌道類型為o該晶體的天然礦物在青藏高原地下

約300km在古地殼中被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一礦物形成事實，推斷實驗室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要

的條件應(yīng)是o

（4）NH4BF4（氟硼酸鏤）是合成氮化硼納米管的原料之一。1molNH4BF4含有mol配位鍵。

【概念辨析】

1、分子晶體不導(dǎo)電，溶于水后也都不導(dǎo)電（）

2、第三周期主族元素從左到右，最高價氧化物中離子鍵的百分?jǐn)?shù)逐漸增大（）

3、大多數(shù)晶體是過渡晶體（）

4、共價晶體的熔點一定比離子晶體的高（）

5、金屬導(dǎo)電是因為在外加電場作用下產(chǎn)生自由電子（）

6、金屬具有光澤是因為金屬陽離子吸收并放出可見光（）

7、過渡晶體是指某些物質(zhì)的晶體通過改變條件，轉(zhuǎn)化為另一種晶體（）

8、NazO是純粹的離子晶體，SiCh純粹的共價晶體（）

9、自由電子屬于整塊金屬（）

10、金屬的物理性質(zhì)和金屬固體的形成都與金屬鍵有關(guān)（）

11、有陽離子的晶體一定有陰離子（）

12、金屬晶體與共價晶體一樣，是一種“巨分子”（）

13、金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的相互作用，在一定外力作用下，不會因形變而消失（）

14、溫度越高，自由電子的運動速率越快，金屬的導(dǎo)電性越強(qiáng)（）

15、具有共價鍵的晶體叫共價晶體（）

16、金屬一般具有金屬光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵無關(guān)（）

17、晶格能由大到小：NaF<NaCKNaBr<NaI（）

18、高硬度、高熔點是許多有共價鍵三維骨架結(jié)構(gòu)的共價晶體的特性（）

19、固態(tài)和熔融時易導(dǎo)電，熔點在1000℃左右的晶體可能是金屬晶體（）

20、因金屬性K>Na,故金屬鉀的熔點高于金屬鈉（）

21、金屬（除汞外）在常溫下都是晶體，稱其為金屬晶體（）

【跟蹤練習(xí)】

1、（2023?北京卷）中國科學(xué)家首次成功制得大面積單晶石墨快，是碳材料科學(xué)的一大進(jìn)步。

下列關(guān)于金剛石、石墨、石墨煥的說法正確的是（）

3

A.三種物質(zhì)中均有碳碳原子間的。鍵B.三種物質(zhì)中的碳原子都是SP雜化

C.三種物質(zhì)的晶體類型相同D.三種物質(zhì)均能導(dǎo)電

2、（2021?遼寧1月適應(yīng)性測試，6）我國科學(xué)家合成了富集"B的非碳導(dǎo)熱材料立方氮化硼晶體，晶胞結(jié)構(gòu)如

圖。下列說法正確的是（）

A."BN和"BN的性質(zhì)無差異B.該晶體具有良好的導(dǎo)電性

C.該晶胞中含有14個B原子，4個N原子D.N原子周圍等距且最近的N原子數(shù)為12

3、（2021?遼寧，7）單質(zhì)硫和氫氣在低溫高壓下可形成一種新型超導(dǎo)材料，其晶胞如圖。下列說法錯誤的是

()

A.S位于元素周期表p區(qū)B.該物質(zhì)的化學(xué)式為H3s

C.S位于H構(gòu)成的八面體空隙中D.該晶體屬于分子晶體

4、鈕的某種氧化物的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞參數(shù)為apm。下列說法錯誤的是（）（V:51O:16）

A.該釧的氧化物的化學(xué)式為VO2B.V原子在該晶體中的堆積方式為體心立方

..?2x51+16x2

C.V原子的配位數(shù)與O原子的配位數(shù)之比為1：2D.該昨胞的蜜度為向了103X6.02X1023gem』

5、金剛石和石墨是碳元素形成的兩種單質(zhì)，下列說法正確的是（）

A.金剛石和石墨晶體中最小的環(huán)均含有6個碳原子

B.在金剛石中每個C原子連接4個六元環(huán)，石墨中每個C原子連接3個六元環(huán)

C.金剛石與石墨中碳原子的雜化方式均為sp2

D.金剛石中碳原子數(shù)與C—C數(shù)之比為1：4,而石墨中碳原子數(shù)與C-C數(shù)之比為1：3

6、如圖是金屬晶體內(nèi)部的電子氣理論示意圖。電子氣理論可以用來解釋金屬的性質(zhì)，其中正確的是（）

QOQQ/Q

?-->

A.金屬能導(dǎo)電是因為金屬陽離子在外加電場作用下定向移動

B.金屬能導(dǎo)熱是因為自由電子在熱的作用下相互碰撞，從而發(fā)生熱的傳導(dǎo)

C.金屬具有延展性是因為在外力的作用下，金屬中各原子層間會出現(xiàn)相對滑動，但自由電子可以起到潤滑

劑的作用，使金屬不會斷裂

D.合金與純金屬相比，由于增加了不同的金屬或非金屬，使電子數(shù)目增多，所以合金的延展性比純金屬強(qiáng)，

硬度比純金屬小

7、碳化硅（SiC）晶體具有多種結(jié)構(gòu)，其中一種晶體的晶胞（如圖所示）與金剛石的類似。下列判斷正確的是

)

A.該晶體屬于分子晶體B.該晶體中存在極性鍵和非極性鍵

C.該晶體中Si的化合價為一4D.該晶體中C的雜化類型為sp3

8、有關(guān)晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示，

由E原子和F原子構(gòu)成

ONa+OC1-冰的結(jié)構(gòu)模型的氣態(tài)團(tuán)簇分子模型

A.在NaCl晶體中，距C「最近的Na卡形成正八面體

B.在CaF2晶體中，每個晶胞平均含有4個Ca2+

C.冰晶體中每個水分子與另外四個水分子形成四面體結(jié)構(gòu)

D.該氣態(tài)團(tuán)簇分子的分子式為EF

9、鐵有6、丫、a三種晶體結(jié)構(gòu)，以下依次是3、丫、a三種晶體的晶胞在不同溫度下轉(zhuǎn)化的示意圖。下列有

關(guān)說法不正確的是（）

A.每個3-Fe晶體中有2個鐵原子

B.y-Fe晶體中與每個鐵原子距離相等且最近的鐵原子有12個

C.每個rFe晶胞中含有14個鐵原子

D.將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不相同

10、領(lǐng)在氧氣中燃燒時得到一種鋼的氧化物晶體，其結(jié)構(gòu)如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是（）

A.該晶體屬于分子晶體B.晶體的化學(xué)式為BazCh

C.該晶體晶胞結(jié)構(gòu)與CsCl相似D.與Ba2+距離相等且最近的Ba2+共有12個

11、石英晶體的平面示意圖如圖，它實際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（可以看作是晶體硅中的每個Si—Si中插入一

個O）,其中硅、氧原子數(shù)比是〃Z：”,下列有關(guān)敘述正確的是（）

III

—Si—O—Si—O—Si—

III

ooo

III

—Si—O—Si—O—Si—

III

ooo

III