新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第5章物质结构与性质元素周期律第32讲晶胞结构分析与计算鲁科版

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2.掌握晶体密度与晶胞参数计算的一般步骤。
考点一 晶胞模型与切割法计算
1．晶胞中微粒数的计算方法——切割法
(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
如某个粒子为N个晶胞所共有，则该粒子有eq \f(1,N)属于这个晶胞。中学中常见的晶胞为立方晶胞，立方晶胞中微粒数的计算方法如图1。
(2)非长方体晶胞
在六棱柱(如图2)中，顶角上的原子有eq \f(1,6)属于此晶胞，面上的原子有eq \f(1,2)属于此晶胞，因此六棱柱中镁原子个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＝3，硼原子个数为6。
2．三种典型立方晶胞结构
3．晶胞中微粒配位数的计算
一个粒子周围最邻近的粒子数称为配位数，它反映了晶体中粒子排列的紧密程度。
(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，常见晶胞的配位数如下：
(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。
以NaCl晶体为例
①找一个与其他粒子连接情况最清晰的粒子，如上图中心的黑球(Cl－)。
②数一下与该粒子周围距离最近的粒子数，如上图标数字的面心白球(Na＋)。确定Cl－的配位数为6，同样方法可确定Na＋的配位数也为6。
一、应用切割法计算晶胞微粒数目
1.某离子晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示。A为阴离子，在正方体内，B为阳离子，分别在顶点和面心，则该晶体的化学式为( )
A．B2A B．BA2 C．B7A4 D．B4A7
2．Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如图所示。则该化合物的化学式为________。
3．(1)硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。
(2)在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为________。
4．天然硅酸盐组成复杂，阴离子的基本结构单元是SiOeq \\al(4－,4)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________(用n代表聚合度)。
二、晶胞中粒子配位数计算
5.硅化镁是一种窄带隙n型半导体材料，在光电子器件、能源器件、激光、半导体制造等领域具有重要应用前景。硅化镁的晶胞参数a＝0.639 1 nm，属于面心立方晶胞，结构如图所示。Si原子的配位数为________。
6.如图是一种由Y(与Sc同族)、Fe、Ba、O组成的晶体，晶胞棱上的球代表Ba，顶点的球代表Y，四方锥中心和八面体中心的球代表Fe，其余小球代表O。
(1)该晶体的化学式为_________________。
(2)其中Y的配位数为________。
考点二 晶胞参数计算
1．晶胞参数
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ，即晶格特征参数，简称晶胞参数。
2．晶体结构的相关计算
(1)空间利用率＝eq \f(晶胞占有的微粒体积,晶胞体积)×100%。
(2)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组计算公式(设棱长为a)
①面对角线长＝______。
②体对角线长＝______。
③体心立方堆积____r＝____a(r为原子半径)。
④面心立方堆积____r＝____a(r为原子半径)。
3．宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系
例 钒的某种氧化物的立方晶胞结构如图所示，晶胞参数为a pm。下列说法错误的是( )
A．该钒的氧化物的化学式为VO2
B．V原子在该晶体中的堆积方式为体心立方
C．V原子的配位数与O原子的配位数之比为1∶2
D．该晶胞的密度为eq \f(2×51＋16×2,a×10－103×6.02×1023) g·cm－3
1.Zn与S所形成化合物晶体的晶胞如图所示。Zn2＋的配位数是________，S2－填充在Zn2＋形成的正四面体空隙中。若该晶体的密度为d g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞参数a＝ ________________ nm。
2.如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为d g·cm－3，铁原子的半径为____________ nm(用含有d、NA的代数式表示)。
3.立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，其晶胞结构如图所示。立方氮化硼属于__________晶体，其中硼原子的配位数为__________。已知：立方氮化硼的密度为d g·cm－3，B原子半径为x pm，N原子半径为y pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的空间利用率为______________________(列出化简后的计算式)。
4．氮化硼是一种性能优异的新型材料，主要结构有六方氮化硼(图1)和立方氮化硼(图2)。前者与石墨结构类似。
(1)50.0 g六方氮化硼晶体中含有六元环的数目为______。
(2)立方氮化硼中N的配位数为________。已知立方氮化硼密度为d g·cm－3，NA代表阿伏加德罗常数的值，立方氮化硼晶胞中面心上6个N原子相连构成正八面体，该正八面体的边长为________ pm(列式即可)。
1．[2022·江苏，14(2)]FeS2具有良好半导体性能。FeS2的一种晶体与NaCl晶体的结构相似，该FeS2晶体的一个晶胞中Seq \\al(2－,2)的数目为__________，在FeS2晶体中，每个S原子与三个Fe2＋紧邻，且Fe—S间距相等，如图给出了FeS2晶胞中的Fe2＋和位于晶胞体心的Seq \\al(2－,2)(Seq \\al(2－,2)中的S—S键位于晶胞体对角线上，晶胞中的其他Seq \\al(2－,2)已省略)。如图中用“－”将其中一个S原子与紧邻的Fe2＋连接起来。
2．[2022·辽宁，18(6)]某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·ml－1，则M元素为__________(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为______________。
3．[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__________。
②Fe原子的配位数为__________。
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)。
4．[2021·山东，16(4)]XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，该晶胞中有___________个XeF2分子。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为(eq \f(1,2)，eq \f(1,2)，eq \f(1,2))。已知Xe—F键长为r pm，则B点原子的分数坐标为____________________；晶胞中A、B间距离d＝____________________pm。
5．(1)[2020·全国卷Ⅱ，35(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CH3NHeq \\al(＋,3)，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CH3NHeq \\al(＋,3)中，N原子的杂化轨道类型是________；若晶胞参数为a nm，则晶体密度为________________________________________________________________________g·cm－3
(列出计算式)。
(2)[2020·天津，13(2)节选]CO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CO晶体的密度为____________g·cm－3。
6．[2021·河北，17(7)]分别用、表示H2POeq \\al(－,4)和K＋，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H2POeq \\al(－,4)、K＋在晶胞xz面、yz面上的位置：
①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为______________________________________________________________________g·cm－3(写出表达式)。
②晶胞在x轴方向的投影图为______(填标号)。
7．[2020·全国卷Ⅲ，35(4)]研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为a pm、b pm、c pm，α＝β＝γ＝90°。氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。
氨硼烷晶体的密度ρ＝_____________________________________________________ g·cm－3
(列出计算式，设NA为阿伏加德罗常数的值)。
简单立方：配位数为6
面心立方：配位数为12
体心立方：配位数为8