第3节 晶体结构与性质

1．[2017·高考全国卷Ⅲ，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a ＝0.420 nm ，则r (O 2－)为 nm 。MnO 也属于NaCl 型结构，晶胞参数为a ′＝0.448 nm ，则r (Mn 2＋)为 nm 。

解析：因为O 2－采用面心立方最密堆积方式，所以面对角线长度是O 2－半径的4倍，则有[4r (O 2－)]2＝2a 2，解得r (O 2－)＝

24×0.420 nm≈0.148 nm ；MnO 也属于NaCl 型结构，根据晶胞的结构可得2r (Mn 2＋)＋2r (O 2－)＝a ′，代入数据解得r (Mn 2＋)＝0.076 nm 。

答案：0.148 0.076

2．[2016·高考全国卷Ⅱ，37(4)]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d g/cm 3，晶胞参数a ＝ nm 。

解析：(1)Cu 原子位于面心，个数为6×12＝3，Ni 原子位于顶点，个数为8×18

＝1，铜原子与镍原子的数量比为 3∶1。(2)以该晶胞为研究对象，则64×3＋59N A

g ＝d g/cm 3×(a ×10－7 cm)3，解得a ＝32516.02×1023×d

×107。 答案：(1)3∶1 (2)⎝ ⎛⎭⎪⎫2516.02×1023×d 13×107 3．[2016·高考全国卷Ⅲ，37(4)(5)]砷化镓(GaAs)是优良的半导体材料，可用于制作微型激光器或太阳能电池的材料等。回答下列问题：

(1)GaF 3的熔点高于 1 000 ℃，GaCl 3的熔点为77.9 ℃，其原因是 。

(2)GaAs 的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g ·cm －3，其晶胞结构如图所示。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M Ga g ·mol －1和M As g ·mol －1，原子半径分别为r Ga pm 和r As pm ，阿伏加德罗常数值为N A ，则GaAs 晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 。

解析：(1)根据晶体类型比较熔点。一般来说，离子晶体的熔点高于分子晶体的熔点。

(2)根据晶胞结构示意图可以看出，As 原子与Ga 原子形成了空间网状结构的晶体，结

合GaAs 的熔点知GaAs 是原子晶体。首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As 原子的个数：8×1/8＋6×1/2＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个Ga 原子。4个As 原子和4个Ga 原子的总体积V 1＝4×⎝ ⎛43π×10－30×r 3As ＋

⎭

⎪⎫43π×10－30×r 3Ga cm 3；1个晶胞的质量为4个As 原子和4个Ga 原子的质量之和，即⎝

⎛⎭

⎪⎫4M As N A ＋4M Ga N A g ，所以1个晶胞的体积V 2

＝

4ρ N A

(M As ＋M Ga ) cm 3

。最后由V 1/V 2即得结果。 答案：(1)GaF 3为离子晶体，GaCl 3为分子晶体 (2)原子晶体 共价

4πN A ρ（r 3

Ga ＋r 3

As ）×10

－30

3（M Ga ＋M As ）

×100%

4．[2016·高考全国卷Ⅰ，37(3)(6)]锗(Ge)是典型的半导体元素，在电子、材料等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)比较下列锗卤化物的熔点和沸点，分析其变化规律及原因： 。

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge 单晶的晶胞，其中原子坐标参数A 为(0，0，0)；B 为(12，0，12)；C 为(12，1

2

，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 ＝565.76 pm ，其密度为 g ·cm －3

(列出计算式即可)。

解析：(1)根据表中数据得出，三种锗卤化物都是分子晶体，其熔、沸点分别依次升高，而熔、沸点的高低与分子间作用力强弱有关，组成和结构相似的分子，分子间相互作用力强弱与分子的相对分子质量有关。(2)①对照晶胞图示、坐标系以及A 、B 、C 点坐标，选A 点为参照点，观察D 点在晶胞中位置(体对角线1

4处)，由B 、C 点坐标可以推知D 点坐标。②类

似金刚石晶胞，1个晶胞含有8个锗原子，ρ＝

8×736.02×565.76

3×107 g ·cm －3

。

答案：(1)GeCl 4、GeBr 4、GeI 4的熔、沸点依次升高。原因是分子结构相似，相对分子质量依次增大，分子间相互作用力逐渐增强

(2)①⎝ ⎛⎭

⎪⎫14，14，14 ②8×736.02×565.763×107

5．(2016·高考海南卷)M 是第四周期元素，最外层只有1个电子，次外层的所有原子轨道均充满电子。元素Y 的负一价离子的最外层电子数与次外层的相同。回答下列问题：

(1)单质M 的晶体类型为 ，晶体中原子间通过 作用形成面心立方密堆积，其中M 原子的配位数为 。

(2)元素Y 基态原子的核外电子排布式为 ， 其同周期元素中，第一电离能最大的是 (写元素符号)。元素Y 的含氧酸中，酸性最强的是 (写化学式)，该酸根离子的立体构型为 。

(3)M 与Y 形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。

①该化合物的化学式为 ，已知晶胞参数a ＝0.542 nm ，此晶体的密度为 g·cm －3。(写出计算式，不要求计算结果。阿伏加德罗常数为N A )

②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是 。此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为 。

解析：根据题给信息推断M 为铜元素，Y 为氯元素。

(1)单质铜的晶体类型为金属晶体，晶体中微粒间通过金属键作用形成面心立方最密堆积，铜原子的配位数为12。(2)氯元素为17号元素，位于第三周期，根据构造原理知其基态原子的核外电子排布式为1s 22s 22p 63s 23p 5或[Ne]3s 23p 5，同周期元素由左向右元素原子的第一电离能总体上呈增大趋势，故其同周期元素中，第一电离能最大的是Ar 。氯元素的含氧酸中，酸性最强的是HClO 4，该酸根离子中氯原子为sp 3杂化，没有孤电子对，立体构型为正四面体。(3)①根据晶胞结构利用均摊法分析，每个晶胞中含有铜原子个数为8×1/8＋6×1/2＝4，氯原子个数为4，该化合物的化学式为CuCl ；则1 mol 晶胞中含有4 mol CuCl ，1 mol 晶胞的质量为4×99.5 g ，又晶胞参数a ＝0.542 nm ，此晶体的密度为

4×99.5N A ×（0.542）3×10－21 g ·cm －3或4×M （CuCl ）N A ×a 3×10

－21 g ·cm －3。②该化合物难溶于水但易溶于氨水，其原因是Cu ＋可与氨形成易溶于水的配位化合物。该溶液在空气中Cu ＋被氧化为Cu 2＋，故深蓝色溶液中阳离子的化学式为[Cu(NH 3)4]2＋。

答案：(1)金属晶体 金属键 12

(2)1s 22s 22p 63s 23p 5(或[Ne]3s 23p 5) Ar HClO 4 正四面体

(3)①CuCl

4×99.5N A ×（0.542）3×10－21⎣⎢⎡⎦

⎥⎤或4×M （

CuCl ）N A ×a 3×10－21 ②Cu ＋可与氨形成易溶于水的配位化合物(或配离子) [Cu(NH 3)4]2＋