高中化学试卷：专题复习第八讲晶体结构试题分类解析

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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 width=109 align=baseline>               width=164 align=baseline>   width=150 align=baseline>
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 width=135 align=baseline>        width=126 align=baseline>          width=117 align=baseline>         width=110 align=baseline>
               
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 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（    ） width=85 align=baseline>            width=86 align=baseline>       width=92 align=baseline>         width=87 align=baseline>   AB₂                     EF₂                     XY₃Z                      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× width=15 align=baseline>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 width=16 align=baseline>，故每个正六边形占有C—C键数目为6× width=16 align=baseline>=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。 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）YBa₂Cu₃O₄   （B）YBa₂Cu₂O₅      （C）YBa₂Cu₃O₅    （D）YBaCu₄O₄ width=95 align=baseline>   width=154 align=baseline>        width=169 align=baseline>   width=88 align=baseline>  （例三题 图）     （第6题图）                          （第7题图）                  （第8题图）      width=131 align=baseline>                     width=131 align=baseline>                （第9题图）                                                   （第10题图） 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

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