微专题6 晶体结构的分析与计算 学案（含答案）

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1、微专题微专题 6 6 晶体结构的分析与计算晶体结构的分析与计算 1常见共价晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析 金刚石 (1)每个 C 与相邻 4 个 C 以共价键结合，形成正四面体结构 (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 (4)每个 C 参与 4 个 CC 的形成，C 原子数与 CC 数之 比为 12 (5)密度812 g mol 1 NAa3 cm3 (a 为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常 数的值) SiO2 (1)每个 Si 与 4 个 O 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“1 2O

2、”，因此二氧化硅 晶体中 Si 与 O 的个数比为 12 (3)最小环上有 12 个原子，即 6 个 O，6 个 Si (4)密度860 g mol 1 NAa3 cm3 (a 为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常 数的值) SiC、 BP、 AlN (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)440 g mol 1 NAa3 cm3 ；(BP)442 g mol 1 NAa3 cm3 ； (AlN)441 g mol 1 NAa3 cm3 (a 为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常 数的值) 2.常见分子晶体结构的分析 晶体 晶体结构 结构分析 干冰 (1)每 8

3、个 CO2构成 1 个立方体且在 6 个面的面心又各有 1 个 CO2 (2)每个 CO2分子周围紧邻的 CO2分子有 12 个 (3)密度444 g mol 1 NAa3 cm3 (a 为晶胞边长， NA为阿伏加德罗常 数的值) 白磷 密度4124 g mol 1 NAa3 cm3 (a 为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常 数的值) 3.常见离子晶体结构的分析 NaCl 型 CsCl 型 ZnS 型 CaF2型 晶胞 配位数 6 8 4 F ：8；Ca2：4 密度的计算(a 为 晶胞边长，NA为 阿伏加德罗常数 的值) 458.5 g mol 1 NAa3 cm3 168.5 g mol 1 N

4、Aa3 cm3 497 g mol 1 NAa3 cm3 478 g mol 1 NAa3 cm3 1AB 型化合物形成的晶体结构多种多样。下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分 子晶体的是( ) A B C D 答案 B 解析 从各图中可以看出都不能再以化学键与其他原子结合， 所以最有可能是分子晶体。 2如图为几种晶体或晶胞的示意图： 请回答下列问题： (1)上述晶体中，微粒之间以共价键结合形成的晶体是_。 (2)冰、 金刚石、 MgO、 CaCl2、 干冰5种晶体的熔点由高到低的顺序为_。 (3)NaCl 晶胞与 MgO 晶胞相同，NaCl 晶体的离子键_(填“大于”或“小于”)MgO

5、 晶体的离子键，原因是_。 (4)CaCl2晶体中 Ca2 的配位数_。 (5)冰的熔点远高于干冰，除 H2O 是极性分子、CO2是非极性分子外，还有一个重要的原因是 _。 答案 (1)金刚石晶体 (2)金刚石MgOCaCl2冰干冰 (3)小于 MgO晶体中离子所带电荷数大于NaCl晶体中离子所带电荷数； 且r(Mg2 )r(Na)、 r(O2 )r(Cl) (4)8 (5)水分子之间形成氢键 解析 (2)离子晶体的熔点与离子半径及离子所带电荷数有关，离子半径越小，离子所带电荷 数越多，则离子晶体熔点越高，故 MgO 的熔点高于 CaCl2；金刚石是共价晶体，熔点最高； 冰、干冰均为分子晶体，

6、冰中存在氢键，冰的熔点高于干冰。(4)氯化钙类似氟化钙，Ca2 的 配位数为 8，Cl 的配位数为 4。 32017 全国卷，35(5)MgO 具有 NaCl 型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积 方式，X- 射线衍射实验测得 MgO 的晶胞参数为 a0.420 nm，则 r(O2 )为_nm。MnO 也属于 NaCl 型结构，晶胞参数为 a0.448 nm，则 r(Mn2 )为_nm。 答案 0.148 0.076 解析 由题意知在 MgO 中，阴离子作面心立方堆积，氧离子沿晶胞的面对角线方向接触， 所以 2 2 a2r(O2 )，r(O2)0.148 nm；MnO 的晶胞参数比

7、MgO 更大，说明阴离子之间不再 接触，阴、阳离子沿坐标轴方向接触，故 2r(Mn2 )r(O2)a，r(Mn2)0.076 nm。 4Li2O 具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为 0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值 为 NA，则 Li2O 的密度为_g cm 3(列出计算式)。 答案 87416 NA0.466 510 73 解析 由题给图示可知，Li 位于晶胞内部，O 位于顶点和面心，因此一个晶胞有 8 个 Li，O 原子个数为 61 28 1 84。因此一个 Li2O 晶胞的质量为 87416 NA g，一个晶胞的体积 为(0.466 510 7)3 cm3，即该晶体密度

8、为 87416 NA0.466 510 73 g cm 3。 52018 全国卷，35(5)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为 a nm、FeS2相对分子质量 为 M、阿伏加德罗常数的值为 NA，其晶体密度的计算表达式为_g cm 3； 晶胞中 Fe2 位于 S2 2所形成的正八面体的体心，该正八面体的边长为_nm。 答案 4M NAa310 21 2 2 a 解析 分析晶胞结构可知，Fe2 位于棱心和体心，S2 2位于顶点和面心，因此每个晶胞中含有 的 Fe2 个数为 121 414，每个晶胞中含有的 S 2 2个数为 61 28 1 84，即每个晶胞中含 有 4 个 FeS2。一个晶胞

9、的质量4M NA g，晶胞的体积(a10 7)3 cm3，该晶体的密度为 4M NAa10 73 g cm 34M NAa310 21 g cm3。正八面体的边长即为两个面心点的距离，因此正 八面体的边长为 2 2 a nm。 6CaF2的晶胞为立方晶胞，结构如下图所示： (1)CaF2晶胞中，Ca2 的配位数为_。 (2)“原子坐标参数”可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知 A、B 两点的原子坐标参数如 图所示，则 C 点的“原子坐标参数”为(_，_，1 4) (3)晶胞中两个 F 的最近距离为 273.1 pm，用 N A表示阿伏加德罗常数的值，则晶胞的密度为 _g cm 3(列出计算式即

10、可)。 答案 (1)8 (2)3 4 3 4 (3) 478 NA546.210 103 解析 (1)以面心 Ca2 为研究对象， 在一个晶胞中连接 4 个 F， 通过该 Ca2可形成 2 个晶胞， 所以与该 Ca2 距离相等且最近的 F共有 8 个，因此 Ca2的配位数是 8。 (2)观察 A、B、C 的相对位置，可知 C 点的 x 轴坐标是3 4，y 轴坐标是 3 4，z 轴坐标是 1 4。 (3)根据晶胞结构可知， 在一个晶胞中含有 Ca2 的个数：1 88 1 264， 含有 F 的个数： 18 8，即一个晶胞中含有 4 个 CaF2，根据 C 点的坐标可知：晶胞中 F 之间的距离为晶胞边长 的一半，所以晶胞参数 L2273.1 pm546.2 pm，则该晶胞的密度为 m V 478 NA546.210 103 g cm 3。 7Cu 与 Cl 形成某种化合物的晶胞如图所示，该晶体的密度为 g cm 3，晶胞边长为 a cm， 则阿伏加德罗常数为_(用含 、a 的代数式表示)。 答案 398 a3 mol 1 解析 晶胞中黑色球数目为 4、白色球数目为 81 86 1 24，该化合物为 CuCl，晶胞质量 为46435.5 g mol 1 NA g cm 3(a cm)3，整理可得 N A398 a3 mol 1。