【讲通练透】高考化学知识清单17 晶体结构与性质（思维导图+知识解读+易混易错+典例分析）

这是一份【讲通练透】高考化学知识清单17 晶体结构与性质（思维导图+知识解读+易混易错+典例分析），共19页。试卷主要包含了研究考试大纲，循纲务本，精练高考真题，明确方向，摸清问题所在，对症下药，切实回归基础，提高能力等内容，欢迎下载使用。
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知识清单17 晶体结构与性质
知识点01 晶体和晶体类型
一、晶体和非晶体
1．结构判据：结构微粒是否有序排列
2．外形判据
（1）晶体一定具有规则几何外形
（2）具有规则几何外形的固体不一定是晶体
3．性质判据
（1）自范性判据：本质差异（能自发地呈现多面体外形的性质）
（2）熔点判据：是否有固定的熔点
（3）性向判据：硬度、导热性和导电性等物性在不同方向上是否相同
①晶体：各向异性
②非晶体：各向同性
4．获得晶体的途径
5．实验鉴别
（1）常规鉴别：看固体是否有固定的熔点
（2）仪器鉴别：对固体进行X射线衍射实验
6．非晶体、等离子体和液晶的比较
二、金属键和金属晶体
1．金属键
（1）概念：金属阳离子和自由电子之间存在的强的相互作用。
（2）本质：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。
（3）成键粒子：金属阳离子和自由电子
（4）存在：金属单质或合金
（5）特征：无方向性和无饱和性。
（6）金属键的强弱比较
①原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱；
②原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。
2．金属晶体
（1）概念：原子间以金属键结合形成的晶体。
（2）用电子气理论解释金属的性质
三、分子晶体
1．概念及粒子间作用力
（1）概念：只含分子的晶体。
（2）粒子间作用力
①相邻分子间以分子间作用力结合；
②分子内原子之间以共价键结合。
2．堆积方式
3．常见分子晶体及物质类别
4．分子晶体的物理性质
四、共价晶体
1．共价晶体的结构特点
2．共价晶体与物质的类别
3．共价晶体的熔、沸点
（1）特点：共价晶体具有很高的熔点。原因：共价晶体熔化时必须破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度。
（2）影响因素：结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
4．对分子晶体和共价晶体的认识误区
（1）共价晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，没有小分子存在；而分子晶体中存在真实的分子。
（2）共价晶体的化学式不表示实际组成，只表示组成原子的个数比，如SiO2只是表示晶体中Si与O的原子个数比为1∶2。而分子晶体的化学式表示真实的组成。
（3）由原子构成的晶体不一定是共价晶体，如稀有气体组成的晶体属于分子晶体。
五、离子晶体
1．概念：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。
2．结构特点
（1）构成微粒：阳离子和阴离子。
（2）微粒间的作用力：离子键。
（3）方向性和饱和性
①由于静电作用没有方向性，故离子键没有方向性。
②只要条件允许，阴阳离子周围可以尽可能多地吸引异号离子，故离子键也没有饱和性。。
3．离子键强弱：阴、阳离子半径越小，所带电荷数越多，离子键越强。
4．离子晶体的性质
5．离子晶体组成的认识误区
（1）离子晶体中不一定都含有金属元素，如NH4Cl是离子晶体。
（2）离子晶体中除离子键外不一定不含其他化学键，如NaOH晶体中还含有极性共价键，Na2O2晶体中还含有非极性共价键。
（3）由金属元素和非金属元素组成的晶体不一定是离子晶体，如AlCl3是由金属元素Al和非金属元素Cl组成的分子晶体。
（4）含有金属离子的晶体不一定是离子晶体，如金属晶体中含有金属阳离子。
（5）离子晶体的化学式只表示晶体中阴、阳离子的个数比，而不是表示其分子组成。
六、晶体类型的判断
1．微粒判据（本质判据）
2．作用力判据（本质判据）
3．结构判据：共价晶体为立体网状结构

4．组成判据
（1）金属晶体：金属单质（除汞外）与合金
（2）共价晶体：金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅
（3）离子晶体：金属和非金属形成的晶体及铵盐，AlCl3等除外
（4）分子晶体
①典型物质：非金属和非金属形成的晶体和AlCl3
②反例物质：铵盐及共价晶体
5．性能判据
（1）金属晶体：导热、导电、延展性、机械性能良好
（2）离子晶体：硬度较大或略硬而脆，大部分易溶于水
（3）共价晶体：硬度很大，熔沸点很高，不溶于任何常见的溶剂
（4）分子晶体：硬度小；熔沸点很低，常温下呈气体或液体；挥发性很强
6．用途判据
（1）共价晶体：常用于制作半导体材料
（2）共价晶体：常用于制作超硬、耐磨材料
（3）共价晶体：常用于制作耐高温、耐腐蚀材料
（4）分子晶体：常用于制作致冷剂
（5）金属晶体：常用于制作导电材料
7．实验判据
（1）离子晶体：熔融状态下能导电的化合物晶体
（2）分子晶体或共价晶体：熔融状态下不能导电的化合物晶体
（3）金属晶体：固体和熔融状态下都能导电的晶体
七、晶体熔沸点的比较
1．晶体熔沸点的比较
2．分子晶体熔沸点的比较
3．简答模板：晶体类型影响因素作用力强弱结果
（1）共价晶体：A和B都是共价晶体，A的原子半径小，键长短，键能大，共价键强，熔沸点高（硬度大）
（2）离子晶体：A和B都是离子晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，离子键强（晶格能大），熔沸点高
（3）金属晶体：A和B都是金属晶体，A的离子半径小，离子所带电荷多，金属键强，熔沸点高（硬度大）
（4）分子晶体
①A和B都是分子晶体，A的相对分子质量大，分子间作用力强，熔沸点高
②A和B都是分子晶体，A中存在分子间氢键，分子间作用力强，熔沸点高
③A和B都是分子晶体，A中存在分子内氢键，分子间作用力弱，熔沸点低
（5）不同晶体
①A是离子晶体，靠较强的离子键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
②A是共价晶体，靠较强的共价键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
③A是金属晶体，靠较强的金属键结合，B为分子晶体，靠较弱的分子间作用力结合，所以A的熔沸点高
易错点一 晶体与非晶体的误判
（1）具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。
（2）晶体与非晶体的本质区别：是否有自范性。
（3）晶胞是从晶体中“截取”出来具有代表性的“平行六面体”，但不一定是最小的“平行六面体”。
易错点二 晶体性质的误判
（1）共价晶体一定含有共价键，而分子晶体可能不含共价键。
（2）含阴离子的晶体中一定含有阳离子，但含阳离子的晶体中不一定含阴离子，如金属晶体。
（3）共价晶体的熔点不一定比离子晶体高，如石英的熔点为1 710 ℃，MgO的熔点为2 852 ℃。
（4）金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如Na的熔点为97 ℃，尿素的熔点为132.7 ℃。
易错点三 配体的误判
（1）单核配体的确认要注意是否带有电荷，如F－、Cl－等，如配合物[CCl(NH3)5]Cl2，中心离子为C3＋，配体是Cl－和NH3，而不是氯原子。
（2）有关配合物的结构示意图，不考虑空间结构，但要注意配体中的配位原子一定要与中心原子或中心离子直接相连。如[Cu(NH3)4]2＋中NH3中N原子为配位原子，所以N原子必须要与铜离子直接相连。
【典例01】（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】原子间优先形成键，三种物质中均存在键，A项正确；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；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；金刚石中没有自由移动电子，不能导电，D项错误。
【典例02】（2022·江苏卷）下列说法正确的是（ ）
A. 金刚石与石墨烯中的夹角都为
B. 、都是由极性键构成的非极性分子
C. 锗原子()基态核外电子排布式为
D. ⅣA族元素单质的晶体类型相同
【答案】B
【解析】金刚石中的碳原子为正四面体结构，夹角为109°28′，故A错误；的化学键为Si-H，为极性键，为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子；的化学键为Si-Cl，为极性键，为正四面体，正负电荷中心重合，为非极性分子，故B正确；锗原子()基态核外电子排布式为[Ar]，故C错误；ⅣA族元素中的碳元素形成的石墨为混合晶体，而硅形成的晶体硅为共价晶体，故D错误；故选B。
【典例03】（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. 的配位数为6B. 与距离最近的是
C. 该物质的化学式为D. 若换为，则晶胞棱长将改变
【答案】B
【解析】配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数，如图所示，位于体心，F-位于面心，所以配位数为6，A正确；与的最近距离为棱长的，与的最近距离为棱长的，所以与距离最近的是，B错误；位于顶点，所以个数==1，F-位于面心，F-个数==3，位于体心，所以个数=1，综上，该物质的化学式为，C正确；与半径不同，替换后晶胞棱长将改变，D正确；故选B。
知识点02 晶体结构及计算
一、晶体结构
1．晶胞
（1）概念：描述晶体结构的基本单元。
（2）结构：晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞无隙并置而成。
2．晶胞中微粒个数：均摊法
3．金属晶体的四种堆积方式
4．典型离子晶体的空间构型
5．常见分子晶体和共价晶体的晶胞
6．金刚石、晶体硅和二氧化硅的结构

（1）结构特点
①基本结构：正四面体结构，中心原子配位数为4
②空间构型：立体网状结构，键角为109°28′，都是sp3杂化
（2）最小的环
（3）化学键数
①金刚石：1ml金刚石中含2NA个C－C键
②晶体硅：1ml晶体硅中含2NA个Si－Si键
③二氧化硅：1ml二氧化硅中含4NA个Si－O键
7．石墨的结构
（1）结构特点
①基本结构：层状结构
②层内构型：平面正六边形结构，键角为120°，杂化方式：sp2
③最小碳环：有6个碳原子，实际含2个碳原子
（2）化学键
①1ml石墨中含有1.5ml C－C键（键）
②层和层的自由电子构成1个大键，沿层的平行方向可导电
（3）微粒间作用力
①层内部：共价键
②层之间：范德华力
③石墨的大键具有金属键的性质
（4）物理性质
①熔点：比金刚石的高，C－C键的键长比金刚石中的短
②质地：比较柔软，层与层间的距离比C－C键的键长长，作用力小
（5）晶体类型：混合键型晶体

二、晶体的有关计算
1．晶体中某些几何体中的数量关系（晶胞参数为a）
（1）立方体体对角线＝a，面对角线＝a
（2）面心立方晶胞相邻的两个面心间的距离＝a

（3）正四面体中各量的关系
①直角三角形BEC中：（BC）2＝（CE）2+（BE）2
②BO＝BE，OE＝BE
③直角三角形AOB中：（AB）2＝（BO）2+（AO）2
2．几种单质晶体晶胞的结构特点
（1）面心立方：面对角线上的三个原子相切：4r＝a
（2）体心立方：体对角线上的三个原子相切：4r＝a
（3）简单立方：侧面上的原子两两相切：2r＝1a
（4）六方最密：正四面体相邻原子两两相切：2r＝1a
（5）金刚石型：内部小立方体体对角线上的三个原子相切：8r＝a
3．晶胞密度的计算
（1）计算公式：ρ＝＝
（2）晶胞的体积：V＝Sh（S为底面积，h为高）
①立方体晶胞：V＝a3
②长方体晶胞：V＝abc
③正三棱柱晶胞：V＝a2hsin60°＝

④正六棱柱晶胞：V＝6×a2hsin60°＝
⑤六方最密堆积晶胞：V＝a2sin60°×2h＝2××a2sin60°＝a3
（3）单位换算
①1pm＝10－12m＝10－10cm
②1nm＝10－9m＝10－7cm
③1μm＝10－6m＝10－4cm
4．空间利用率
（1）空间利用率＝×100%
（2）原子的体积：V＝πr3（r为原子半径）
（3）晶胞体积
①根据晶胞参数计算
②根据密度计算：V＝
易错点一 判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目
(1)判断某种微粒周围等距且紧邻的微粒数目时，要注意运用三维想象法。如NaCl晶体中，Na＋周围的Na＋数目(Na＋用“○”表示)：
每个面上有4个，共计12个。
(2)常考的几种晶体主要有干冰、冰、金刚石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空间结构。当题中信息给出与某种晶体空间结构相同时，可以直接套用某种结构。
易错点二 晶胞中微粒的配位数求算
晶胞中微粒的配位数求算:一个粒子周围最邻近的粒子的数目称为配位数
（1）晶体中原子(或分子)的配位数：若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目。
（2）离子晶体的配位数：指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
易错点三 晶胞密度计算的基本过程
【典例04】（2023·湖北卷）镧La和H可以形成一系列晶体材料，在储氢和超导等领域具有重要应用。属于立方晶系，晶胞结构和参数如图所示。高压下，中的每个H结合4个H形成类似的结构，即得到晶体。下列说法错误的是
A．晶体中La的配位数为8
B．晶体中H和H的最短距离：
C．在晶胞中，H形成一个顶点数为40的闭合多面体笼
D．单位体积中含氢质量的计算式为
【答案】C
【解析】由的晶胞结构可知，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，A正确；由晶胞结构可知，每个H结合4个H形成类似的结构，H和H之间的最短距离变小，则晶体中H和H的最短距离：，B正确；由题干信息可知，在晶胞中，每个H结合4个H形成类似的结构，这样的结构有8个，顶点数为48=32，且不是闭合的结构，C错误；1个晶胞中含有58=40个H原子，含H质量为g，晶胞的体积为(484.010-10cm)3=(4.8410-8)3cm3，则单位体积中含氢质量的计算式为，D正确。
【典例05】（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。阿伏加德罗常数的值为。下列说法错误的是

A．晶体最简化学式为
B．晶体中与最近且距离相等的有8个
C．晶胞中B和C原子构成的多面体有12个面
D．晶体的密度为
【答案】C
【解析】其中K个数：8×=1，其中Ca个数：1，其中B个数：12×=6，其中C个数：12×=6，故其最简化学式为，A正确；位于晶胞顶点，Ca2+位于体心，每个为8个晶胞共用，则晶体中与最近且距离相等的有8个，B正确；晶胞中B和C原子构成的多面体有14个面，C错误；根据选项A分析可知，该晶胞最简化学式为，则1个晶胞质量为：，晶胞体积为a3×10-30cm3，则其密度为，D正确。
【典例06】（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

A．图1晶体密度为g∙cm-3B．图1中O原子的配位数为6
C．图2表示的化学式为D．取代产生的空位有利于传导
【答案】C
【解析】根据均摊法，图1的晶胞中含Li：8×+1=3，O：2×=1，Cl：4×=1，1个晶胞的质量为g=g，晶胞的体积为(a×10-10cm)3=a3×10-30cm3，则晶体的密度为g÷(a3×10-30cm3)=g/cm3，A项正确；图1晶胞中，O位于面心，与O等距离最近的Li有6个，O原子的配位数为6，B项正确；根据均摊法，图2中Li：1，Mg或空位为8×=2。O：2×=1，Cl或Br：4×=1，Mg的个数小于2，根据正负化合价的代数和为0，图2的化学式为LiMgOClxBr1-x，C项错误；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，说明Mg2+取代产生的空位有利于Li+的传导，D项正确。
【典例07】（2023·山西吕梁·统考二模）具有光催化活性的TiO2可通过氮掺杂生成TiO2-aNb后，在光照下的输出稳定性更好，其晶胞结构如图，已知原子1、原子2的分数坐标为(0，0，)和(1，0，0)，设阿伏加德罗常数的值为NA，下列说法正确的是

A．氮掺杂生成的TiO2-aNb中，a=，b=
B．原子3的分数坐标为(1，0，)
C．TiO2晶体中，Ti的配位数为8
D．TiO2的密度为g·cm-3
【答案】A
【解析】A．由TiO2-aNb晶体结构可知，氮掺杂反应后有3个氧空穴，O原子6个在棱上、6个在后面，1个在体内，O原子个数为，N原子1个在棱上、1个在面，N原子个数为，Ti原子8个在顶点、4个在面心，1个在体内，Ti原子个数为，，，，A正确；B．原子1、2的坐标分别为，由TiO2的晶胞结构可知，原子3的坐标为，B错误；C．钛离子形成体心四方点阵，氧离子形成八面体，八面体嵌入体心四方点阵中，每个钛离子周围有6个氧离子，Ti的配位数为8，C错误；D． Ti原子在晶胞的8个顶点、4个面心和1个在体内，Ti原子的个数为，O原子在8个棱上、8个面上，2个在体内，O原子个数为，则1ml晶胞的质量，一个晶胞的质量为，体积为，则TiO2的密度为，D错误;故答案为：A。
知识点01 晶体和晶体类型
知识点02 晶体结构与计算
聚集状态
组成与结构特征
主要性能
非晶体
内部微粒的排列呈现杂乱无章（长程无序，短程有序）的分布状态的固体
某些非晶体合金强度和硬度高、耐腐蚀性强，非晶态硅对光的吸收系数大
等离子体
由电子、阳离子和电中性粒子组成，整体上呈电中性，带电离子能自由移动
具有良好的导电性和流动性
液晶
内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的状态
既具有液体的流动性、黏度、形变性，又具有晶体的导热性、光学性质等
通性
理论解释
延展性
当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生相对滑动，但排列方式不变，金属阳离子与自由电子形成的电子气没有被破坏，所以金属有良好的延展性。
导电性
在外加电场的作用下，金属晶体中的电子气在电场中定向移动而形成电流，呈现良好的导电性。
导热性
电子气中的自由电子在运动时经常与金属原子发生碰撞，从而引起两者能量的交换。
项目
分子密堆积
分子非密堆积
作用力
只有分子间作用力，无氢键
有分子间氢键，它具有方向性
空间特点
每个分子周围一般有12个紧邻的分子
空间利用率不高，留有相当大的空隙
举例
C60、干冰、I2、O2
HF、NH3、冰
物质种类
实例
所有非金属氢化物
H2O、NH3、CH4等
部分非金属单质
卤素（X2）、O2、N2、白磷（P4）、硫（S8）等
部分非金属氧化物
CO2、P4O10、SO2、SO3等
几乎所有的酸
HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等
绝大多数有机物
苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等
物理性质
原因
一般熔、沸点较低，硬度较小，易挥发，易升华
分子间作用力较弱
固态和熔融态一般不导电，但有的在水溶液中能导电
没有自由移动的带电粒子
非极性溶质易溶于非极性溶剂；极性溶质易溶于极性溶剂
分子晶体的溶解性一般满足“相似相溶”原理
物质种类
实例
某些单质
晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等
某些非金属化合物
碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等
性质
原因
熔沸点
离子晶体中有较强的离子键，熔化或升华时需消耗较多的能量。所以离子晶体有较高的熔、沸点和难挥发性。通常情况下，同种类型的离子晶体，离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高
硬度
硬而脆。离子晶体表现出较高的硬度。当晶体受到冲击力作用时，部分离子键发生断裂，导致晶体破碎
导电性
不导电，但熔融或溶于水后能导电。离子晶体中，离子键较强，阴、阳离子不能自由移动，即晶体中无自由移动的离子，因此离子晶体不导电。当升高温度时，阴、阳离子获得足够的能量克服了离子间的相互作用力， 成为自由移动的离子，在外加电场的作用下，离子定向移动而导电。离子晶体溶于水时，阴、阳离子受到水分子的作用成了自由移动的离子（或水合离子），在外加电场的作用下，阴、阳离子定向移动而导电
溶解性
大多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如汽油、苯、CCl4）。当把离子晶体放入水中时，水分子对离子晶体中的离子产生吸引，使离子晶体中的离子克服离子间的相互作用力而离开晶体，变成在水中自由移动的离子
延展性
离子晶体中阴、阳离子交替出现，层与层之间如果滑动，同性离子相邻而使斥力增大导致不稳定，所以离子晶体无延展性
晶体类型
离子晶体
分子晶体
金属晶体
共价晶体
构成微粒
阴阳离子
分子
金属阳离子和自由电子
原子
晶体类型
离子晶体
分子晶体
金属晶体
共价晶体
作用力
离子键
分子间作用力
金属键
共价键
晶胞
正或长方体
正六棱柱
正三棱柱
示意图
顶点上微粒
侧棱上微粒
上下棱微粒
面点上微粒
内部的微粒
1
1
1
堆积名称
面心立方
最密堆积
体心立
方堆积
六方最
密堆积
简单立
方堆积
堆积模型
堆积类型
A1型
或铜型
A2型或钾型
A3型
或镁型
P型
堆积方式
…ABCABC…
…ABAB…
配位数
12
8
12
6
晶胞结构
投影图
类型
NaCl型
CsCl型
立方ZnS型
CaF2型
图示
结构特点
1/8晶胞为简单立方结构
体心立
方结构
间隔排列的4个小立方体的体心各有1个Zn2+
8个小立方体的
体心各有1个F－
配位数
6
8
4
Ca2＋：8
F－：4
晶胞
二氧化碳
金刚石
碳化硅
二氧化硅
图示
结构特点
面心立方
同ZnS
将金刚石中内部的4个碳原子换成硅原子
将晶体硅中每个硅硅键中间插入1个氧原子
配位数
12
4
4
Si：4；O：2
投影图
晶体
最小环
被共用的最小环数
原子
共价键
金刚石
_六元环
C：12
C－C键：6
二氧
化硅
_十二元环
Si：12
O：6
Si－O键：6