易错专题08晶体结构和晶胞计算聚焦易错点：►易错点一晶体结构与性质►易错点二晶胞计算典例精讲易错点一晶体结构与性质【易错典例】例1（1）晶胞有两个基本要素：①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0,0,0）；B为（，0，）；C为（，，0）。则D原子的坐标参数为______。②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76pm，其密度为__________g·cm-3（列出计算式即可）。③GaF3的熔点高于1000℃，GaCl3的熔点为77.9℃，其原因是__________________。（2）单质铜及镍都是由______键形成的晶体。某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为_____。②若合金的密度为dg/cm3，晶胞参数a=________nm。③第ⅡA族金属碳酸盐分解温度如下：BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解温度100℃540℃960℃1289℃1360℃分解温度为什么越来越高？_______________________。（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如左图所示。该晶体的类型为_______,Ga与As以________键键合。Ga和As的摩尔质量分别为MGag·mol-1和MAsg·mol-1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为_____。甲烷晶体的晶胞如右图所示，该晶胞中含有 个甲烷分子，此晶体在常温、常压下不能存在的原因______________________。关注公众号《全元高考》微信公众号《全元高考》2024届高三押题群享各大主流机构押题，王h雄/天xing获取微信：Neko-2324各大地区专版群内共享扫码添加微信进群【答案】（1）①(，，)；②③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高（2）金属；①3:1；②③阳离子半径越小对氧的吸引力越大，夺取氧的能力越强（3）原子晶体；共价键；4甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小【解析】（1）①根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的1/4处，所以其坐标是(，，)；根据晶胞结构可知，在晶胞中含有的Ge原子数是8×1/8+6×1/2+4=8，所以晶胞的密度=cm3；③由于GaF3是离子晶体，GaCl3是分子晶体，所以离子晶体GaF3的熔沸点高。（2）铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6×1/2=3，镍原子的个数为8×1/8=1，则铜和镍原子的数量比为3：1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu3Ni，若合金的密度为dg/cm3，根据ρ=m÷V，则晶胞参数a=nm；③在离子晶体中，离子半径越小晶格能越大，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，阳离子半径越小对氧的吸引力越大，就越容易导致碳酸根的分解，所以在第ⅡA族金属碳酸盐中，随着原子序数的增加，原子半径增大，碳酸盐的分解温度也增大。（3）GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示，熔点很高，所以晶体的类型为原子晶体，其中Ga与As以共价键键合。根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个，所以晶胞的体积是。二者的原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为×100%＝；根据图像知，甲烷分子间靠分子间作用力结合，所以甲烷晶体为分子晶体，而分子晶体熔沸点在常压下很低，且甲烷的相对分子质量很小，分子间作用力很小，所以在常温常压下甲烷以气体形式存在而不能形成晶体。【解题必备】一、判断晶体类型的5种方法1．依据构成晶体的粒子和粒子间的作用判断(1)离子晶体的构成粒子是阴、阳离子，粒子间的作用是离子键。(2)原子晶体的构成粒子是原子，粒子间的作用是共价键。(3)分子晶体的构成粒子是分子，粒子间的作用为分子间作用力。(4)金属晶体的构成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的作用是金属键。2．依据物质的分类判断(1)金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。(2)大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)，气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。(3)常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等，常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。(4)金属单质是金属晶体。3．依据晶体的熔点判断(1)离子晶体的熔点较高，常在数百至一千摄氏度以上。4．依据导电性判断(1)离子晶体水溶液及熔化时能导电。(2)原子晶体一般为非导体。(3)分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。(4)金属晶体是电的良导体。5．依据硬度和机械性能判断(1)离子晶体硬度较大或略硬而脆。(2)原子晶体硬度大。(3)分子晶体硬度小且较脆。(4)金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。注意上述总结的都是一般规律，具体比较时要具体问题具体分析，如金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，而汞、镓、铯等熔点却很低；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97.8℃，尿素的熔点为132.7℃；原子晶体的熔点不一定比离子晶体高，如MgO的熔点为2852℃，石英的熔点为1710℃。二、物质熔沸点高低比较规律比较类型比较规律不同类型晶体原子晶体>离子晶体>分子晶体，金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，汞、铯等熔点很低同类晶体原子晶体看成键原子半径和，半径和越小，晶体的熔、沸点越高、硬度越大离子晶体依据静电原理进行分析，一般地说，阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，相应地晶格能越大，熔、沸点越高分子晶体注意，组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高(若分子间存在氢键，则含有氢键的熔、沸点高些)。组成和结构不相似的分子晶体(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高。如CO>N2，CH3OH>CH3CH3金属晶体看金属离子半径越小，离子电荷数越多，金属键越强，金属熔、沸点就越高。如熔、沸点：Al>Mg>Na【变式突破】1.钙钛矿(CaTiO3)型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问题：(1)基态Ti原子的核外电子排布式为____________。(2)Ti的四卤化物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是____________。化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃377﹣24.1238.3155(3)CaTiO3的晶胞如图(a)所示，其组成元素的电负性大小顺序是__________；金属离子与氧离子间的作用力为__________，Ca2+的配位数是__________。(4)一种立方钙钛矿结构的金属卤化物光电材料的组成为Pb2+、I﹣和有机碱离子，其晶胞如图(b)所示。其中Pb2+与图(a)中__________的空间位置相同，有机碱中，N原子的杂化轨道类型是__________；若晶胞参数为anm，则晶体密度为_________g·cm-3(列出计算式)。(5)用上述金属卤化物光电材料制作的太阳能电池在使用过程中会产生单质铅和碘，降低了器件效率和使用寿命。我国科学家巧妙地在此材料中引入稀土铕(Eu)盐，提升了太阳能电池的效率和使用寿命，其作用原理如图(c)所示，用离子方程式表示该原理_______、_______。【答案】(1)1s22s22p63s23p63d24s2(2)TiF4为离子化合物，熔点高，其他三种均为共价化合物，随相对分子质量的增大分子间作用力增大，熔点逐渐升高(3)O＞Ti＞Ca；离子键；12(4)Ti4+；sp3；（5）2Eu3++Pb=2Eu2++Pb2+；2Eu2++I2=2Eu3++2I−【解析】(1)钛元素是22号元素，故其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；故答案为：1s22s22p63s23p63d24s2或[Ar]3d24s2；(2)一般不同的晶体类型的熔沸点是原子晶体>离子晶体>分子晶体，TiF4是离子晶体，其余三种则为分子晶体，故TiF4的熔点高于其余三种物质；TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体，对于结构相似的分子晶体，则其相对分子质量越大，分子间作用力依次越大，熔点越高；故答案为：TiF4是离子晶体，其余三种则为分子晶体，故TiF4的熔点高于其余三种物质；TiCl4、TiBr4、TiI4均为分子晶体，相对分子质量依次增大，分子间作用力依次增强，故熔点依次升高；(3)CaTiO3晶体中含有Ca、Ti、O三种元素，Ca、Ti是同为第四周期的金属元素，Ca在Ti的左边，根据同一周期元素的电负性从左往右依次增大，故Ti>Ca，O为非金属，故其电负性最强，故三者电负性由大到小的顺序是：O>Ti>Ca，金属阳离子和氧负离子之间以离子键结合，离子晶体晶胞中某微粒的配位数是指与之距离最近且相等的带相反电性的离子，故Ca2+的配位数必须是与之距离最近且相等的氧离子的数目，从图(a)可知，该数目为三个相互垂直的三个面上，每一个面上有4个，故Ca2+的配位数是12；故答案为：O>Ti>Ca；离子键；12；(4)比较晶胞(a)(b)可知，将图(b)中周围紧邻的八个晶胞中体心上的离子连接起来，就能变为图(a)所示晶胞结构，图(b)中体心上的Pb2+就变为了八个顶点，即相当于图(a)中的Ti4+；图(b)中顶点上的I-就变成了体心，即相当于图(a)中的Ca2+；图(b)面心上中的就变成了棱心，即相当于图(a)中的O2-；故图(b)中的Pb2+与图(a)中的Ti4+的空间位置相同；有机碱中N原子上无孤对电子，周围形成了4个键，故N原子采用sp3杂化；从图（b）可知，一个晶胞中含有Pb2+的数目为个，的数目为个，I-的数目为个，故晶胞的密度为，故答案为：Ti4+；sp3；；（5）从作用原理图(c)可以推出，这里发生两个离子反应方程式，左边发生Pb+2Eu3+=Pb2++2Eu2+，右边发生I2+2Eu2+=2Eu3++2I-，故答案为：Pb+2Eu3+=Pb2++2Eu2+；I2+2Eu2+=2Eu3++2I-2．Cu及其化合物在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题：(1)通过如图1所示反应可以实现铜离子的富集，进行回收。  ①基态铜原子的核外电子有种空间运动状态。与Cu元素同周期，基态原子有2个未成对电子的金属元素有种。下列状态的铜中，电离最外层一个电子所需能量最高的是(填序号)。a.[Ar]3dl04s1b.[Ar]3d94s2c.[Ar]3d10d.[Ar]3d9e.[Ar]3d84s1②M所含元素的第一电离能由大到小顺序是(用元素符号表示)。③化合物X中的中心铜离子的配位数是，图1反应中断裂和生成的化学键有(填序号)。a.离子键     b.p－pσ键     c.极性键     d.氢键     e.配位键(2)4－甲基咪唑(  )也可与Cu2+形成配合物，4－甲基咪唑分子中1号N原子的孤电子对因参与形成大π键，电子云密度降低。1号N原子杂化方式为，(填“1”或“3”)号N原子更容易与Cu2+形成配位键。(3)图2是MgCu2的拉维斯结构，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。图3是沿立方格子对角面取得的截面。Mg原子的半径为pm，该晶胞中原子的空间利用率为。(1)153dN＞O＞H＞C4ce