专题三　主观题突破　5.晶体结构与晶胞计算 2024年高考化学二轮复习课件+讲义

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1.常见共价晶体结构分析
(1)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C—C的形成，C原子数与C—C数之比为1∶2；
(2)SiO2①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“ O”，因此二氧化硅晶体中Si与O的个数之比为1∶2；③最小环上有12个原子，即6个O、6个Si；
(3)SiC、BP、AlN①每个原子与另外4个不同种类的原子形成正四面体结构；
(a为晶胞边长，NA为阿伏加德罗常数的值)。
2.常见分子晶体结构分析
(1)干冰①8个CO2位于立方体的顶角且在6个面的面心各有1个CO2；②每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有12个；
(2)白磷①面心立方最密堆积；
3.常见离子晶体结构分析
典型离子晶体模型的配位数
(1)定义：气态离子形成1摩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。(2)影响因素：晶格能的大小与阴阳离子所带电荷数、阴阳离子间的距离、离子晶体的结构类型有关。离子所带电荷数越多，半径越小，晶格能越大。(3)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。
1.[2023·新课标卷，29(3)]合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原，生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3，则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为______________(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。
2.[2023·浙江6月选考，17(3)]某含氮化合物晶胞如图，其化学式为_________，每个阴离子团的配位数(紧邻的阳离子数)为_____。
本题中分析得到 ，以这个 进行分析，其俯视图为 ，因此距离最近的钙离子个数为6，其配位数为6。
3.[2022·北京，15(2)]FeS2晶体的晶胞形状为立方体，边长为a nm，结构如图。①距离Fe2＋最近的阴离子有_____个。
以位于面心的Fe2＋为例，与其距离最近的阴离子有4个位于棱上，有2个位于体心，共6个。
②FeS2的摩尔质量为120 g·ml－1，阿伏加德罗常数为NA。该晶体的密度为___________g·cm－3。(1 nm＝10－9 m)
4.[2022·湖南，18(4)]钾、铁、硒可以形成一种超导材料，其晶胞在xz、yz和xy平面投影分别如图所示：①该超导材料的最简化学式为__________。
由平面投影图可知，晶胞中位于顶角和体心的钾原子个数为8× ＋1＝2，位于棱上和体内的硒原子的个数为8× ＋2＝4，位于面上的铁原子个数为8× ＝4，该物质的晶胞结构如图所
示： ，则超导材料的最简化学式为KFe2Se2。
②Fe原子的配位数为______。
由平面投影图可知，铁原子的配位数为4。
③该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为_______________________g·cm－3(列出计算式)。
1.金属Ni可以与Mg、C形成一种化合物M，M是一种新型超导体，它的临界温度为8 K。
已知M的晶胞(α＝β＝γ＝90°)结构如图所示，则M的化学式为_________。其晶胞参数为d pm，该晶体的密度为____________ g·cm－3。(列出计算式)
2.天然硅酸盐组成复杂阴离子的基本结构单元是 四面体，如图(a)，通过共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构，图(b)为一种无限长双链的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为_______，化学式为__________。
n个 通过共用顶角氧离子可形成双链结构，找出重复的结构单元，如图： ，由于是双链，其
3.多聚磷酸由磷酸(H3PO4)加热脱水缩合而成。链状多聚磷酸是多个磷酸通过脱水后共有部分氧原子连接起来的，多聚磷酸根离子的部分结构投影图如图所示(由于P、O原子的半径大小不同，投影图中P与O之间存在部分或全部遮掩关系)，则其化学式为_______________。
根据图可知，每个三角锥形结构中P原子是1个，O原子个数是2＋ ×2＝3，所以P原子和O原子的个数比是1∶3,3个O原子带6个单位负电荷，磷酸盐中P的化
合价为＋5，故所形成离子的化学式为 。
4.从石墨晶体结构示意图中截取石墨的晶胞如图所示，设阿伏加德罗常数的值为NA，已知sin 60°＝ ，石墨晶体的密度为________________g·cm－3(列出计算式)。
5.“嫦娥五号”某核心部件主要成分为纳米钛铝合金，其结构单元如图所示(Al、Ti各有一个原子在结构单元内部)，则该合金的化学式为_____________________。已知该结构单元底面(正六边形)边
长为a nm，高为b nm，该合金的密度为____________________________ ___________________g·cm－3。(只需列出计算式，NA为阿伏加德罗常数的值)
6.硫化锂是目前正在研发的锂离子电池的新型固体电解质，为立方晶系晶体，其晶胞参数为a pm。该晶胞中离子的分数坐标为
(1)在图上画出硫化锂晶胞沿x轴投影图。
根据硫离子的分数坐标参数，硫离子位于晶胞的面心、顶角；根据锂离子的分数坐标参数，锂离子位于晶胞的内部，结合坐标位置，则硫化锂晶胞沿x轴投影图为 。
(2)硫离子的配位数为_____。
根据(1)中的分析，从面心的S2－看，周围与之等距且最近的Li＋有8个，所以S2－的配位数为8。
(3)设NA为阿伏加德罗常数的值，硫化锂的晶体密度为_________ g·cm－3(列出计算表达式)。
7.硅和碳在同一主族。如图为SiO2晶体中Si原子沿z轴方向在xy平面的投影图(即俯视图)，其中O原子略去，Si原子旁标注的数字表示每个Si原子位于z轴的高度，则SiA与SiB之间的距离是______ nm。
根据图可知其三维模型为 (图中黑球和白球均为硅原子，氧原子位于两个硅原子之间，省略)，图中 ABCD 四个Si原子形成正四面体结
构，且AB距离等于AC距离，AC距离在底面投影为底面面对角线的一半，则SiA与SiB的距离为 d nm。
8.金属合金MgCux的结构可看作以Cu4四面体(相互共用顶点)替换立方金刚石结构中的碳原子，形成三维骨架，在晶胞空隙处，有序地放置Mg原子(四面体的4个顶点代表Cu原子，圆球代表Mg原子)，结构如图所示。
(1)x＝_____。
(2)若Mg原子A的原子坐标为(0.25,0.25，0.75)，则C的原子坐标为________________。
(0.75,0.25,0.25)
由图可知，A原子位于左前上四面体空隙，C原子位于右前下四面体空隙，因此二者y坐标相同，x、z坐标相加为1，即C坐标为(0.75，0.25，0.25)。
(3)晶胞参数为a nm，则AB原子之间的距离为______ nm。
由图可知，AB原子之间的距离为面对角线长的一半，晶胞参数为a nm，则AB之间的距离为 nm。
9.水催化氧化是“分子人工光合作用”的关键步骤。水的晶体有普通冰和重冰等不同类型。普通冰的晶胞结构与水分子间的氢键如图甲、乙所示。晶胞参数a＝452 pm，c＝737 pm，γ＝120°；标注为1、2、3的氧原子在z轴的分数坐标分别为0.375c、0.5c、0.875c。
(1)晶胞中氢键的长度(O—H…O的长度)为________ pm(结果保留一位小数)。
晶胞中氢键的长度(O—H…O的长度)为0.375×737 pm≈ 276.4 pm。
(2)普通冰晶体的密度为_______________ g·cm－3(列出含a、c的表达式)。