晶体结构分类

晶体结构试题分类解析

有关晶体结构的推断和计算是高中化学中的一个难点，这些题目能很好地考察学生的观察能力和三维想象能力，而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合，自然也就成为近年高考的热点之一。此类题目的解答，要求学生在熟练掌握NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金刚石等晶体结构的基础上，进一步理解和掌握一些重要的分析方法与原则。

一、教材中重要的晶体结构示意图

图1 NaCl的晶体结构图2 CsCl的晶体结构图3 干冰的晶体结构

图4 SiO2的晶体结构图5 金刚石的晶体结构图6石墨的晶体结构俯视图练习图

[练习题]

1、请将上面练习图中NaCl晶体结构中代表Na+的圆圈涂黑（不考虑体积大小），以完成NaCl 晶体的结构示意图。在该晶体中每个Na+周围与之最接近且距离相等的Na+共有个；与每个Na+等距离且最近的Cl-所围成的空间几何构型为。

2、在CsCl晶体中，每个Cs+周围与之最接近的且距离相等的Cs+有个。

3、在干冰晶体中，每个CO2分子周围与之最接近的且距离相等的CO2分子有个。

4、在金刚石的网状结构中，含有由共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是。

5、石墨是层状结构，每一层内，碳原子排列成而成平面网状结构。每一个碳原子跟其它个碳原子相连。

二、根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式

解答这类试题，通常采用分摊法。因为在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每一个晶胞只能按比例分摊。

分摊的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的1/n。

具体地，根据晶胞（晶体中最小重复单位）求晶体中粒子个数比的方法是：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有1/8属于晶胞；②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有1/4属于晶胞；③处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个粒子有1/2属于晶胞。

例⒈现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（）

AB

2

EF

2

XYZ AB （A）（B）（C）（D）

【分析】根据题意应选C、D。这类题解题的思维方法为平均法，即先分析基本结构单元中的一个点或一条边为几个结构单元所共有，若为n个基本结构单元共有，则这个基本结构单元就只占有这个点或这条边的1/n。

这种求晶胞中粒子个数的方法还可类推到求晶胞中化学键数目，如：

例⒉石墨是层状晶体，每一层内碳原子排列成正六边形，一个个正六边

形排列成平面网状结构，如果将每对相邻碳原子间的短线看成一个化学

键，则石墨晶体中每一层内碳原子数与C—C键数的比是（）

（A）2∶3（B）1∶3（C）1∶1（D）1∶2

【分析】据石墨的晶体结构可知：每个碳原子为三个正六边形共用，每

个正六边形占有该碳原子的1/3，因此，每个正六边形占有碳原子数为

6×个；晶体中每个C—C键即为每个正六边形的边，每个边为2个正六边形共用，每个正六边形占有该C—C 键的，故每个正六边形占有C—C键数目为6×=3个，选（A）。

例⒊最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子（如下图所示），顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是。

【分析】你的答案是TiC吗？这是错的，为什么呢？这只不过是一个

具有规则结构的大分子，而不是一个空间结构中的最小重复单位，按

例1的方法计算自然是错的了。在这个问题中，我们只需数出两种原

子的数目就可以了（Ti14C13），而不必进行上面的计算。

练习：

6、水分子间由于氢键的作用彼此结合而形成(H2O)n，在冰中每个水

分子被4个水分子包围形成变形的四面体，通过氢键相互连接成晶

体，其结构如下图所示。则1 mol冰中有mol氢键。

例3题图

第6题图

7、科学家发现钇钡铜氧化合物在90 K 具有超导性，若该化合物

的结构如下图所示，则该化合物的化学式可能是（ ）

（A ）YBa 2Cu 3O 4 （B ）YBa 2Cu 2O 5

（C ）YBa 2Cu 3O 5 （D ）YBaCu 4O 4

8、石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其它3

个碳原子相结合。上图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六

元环完全占有的碳原子数是（ ）

（A ）10个 （B ）18个 （C ）24个 （D ）14个

9、上图所示为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿的结构，

该结构是具有代表性的最小重复单元。试确定该结构单元的质

量。（相对原子质量：Ca 40 Ti 48 O 16）

10、二氧化硅是立体的网状结构，其晶体模型如上图所示，请

认真观察该晶体模型后回答以下问题：

（1）二氧化硅晶体中最小环为 元环；

（2）每个硅原子为 个最小环共有；

（3）每个最小环平均拥有 个硅原子， 个氧原子。

三、晶胞结构与晶体密度的计算

例⒊如图是CsCl 晶体的晶胞（晶体中最小重复单元），已知晶体中两个

最近的Cs + 核间距为a cm ，氯化铯的式量为M ，N A 为阿伏加德罗常数，

则氯化铯晶体的密度为（ ） A .

B. C.

D.

【分析】 解法一：晶体的密度等于晶体的质量与晶体在该质量下的体积的比值（即晶体的密度=），据式量可知，1 mol CsCl 的质量为M 克，故需求出1mol CsCl 的

体积。因晶体是由晶胞构成的，而1个CsCl 晶胞的体积为a 3 cm 3

。因此，此题解题的关键

第7题图

第9题图