几种常见晶体结构分析

最小环的平均 Si 原子个数：6× 1 ＝ 1；平均 O 原子个数：6×1 ＝ 1。
12 2
6
即 Si : O＝ 1 : 2，用 SiO2 表示。 在 SiO2 晶体中每个 Si 原子周围有 4 个氧原子，同时每个氧原子结合 2 个硅原子。一个 Si 原子可形成 4 个 Si—O 键，1mol Si 原子可形成 4mol Si—O 键。
6× 1 ＝ 1 ，平均 C—C 键数为 6×1 ＝ 1。
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12 2
6
C 原子数: C—C 键键数 ＝ 1:2； C 原子数: 六元环数 ＝ 1:2。
图 4 金刚石晶体
2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C 被 Si 代替，C 与 C 之间插氧，即为 SiO2 晶体，则
SiO2 晶体中最小环为 12 环（6 个 Si，6 个 O），
【例题 1】现有四种晶体，其离子排列方式如下图所示，其中化学
式正确的是
B A
F
E
Z
B A XY
AB2
EF2
XY3Z
AB
A
B
C
D
点拨：均摊法确定某些晶体的化学式的方法：
均摊法是指每个晶体中平均拥有的离子数目。例如立方晶体中粒子个数比的求法：
①处于顶点的粒子，同时为 8 个晶胞共有，每个粒子有1属于该晶胞； 8
几种常见晶体结构分析
一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体
由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按
一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下：
离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）
中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额
也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于
答案：C
三、干冰——分子晶体 干冰晶体是一种立方面心结构，立方体的八个顶点及六个面 的中心各排布一个 CO2 分子，晶胞是一个面心立方。一个晶胞实 际拥有的 CO2 分子数为四个（均摊法），每个 CO2 分子周围距离相 等且最近的 CO2 分子共有 12 个。分子间由分子间作用力形成晶 体。每个 CO2 分内存在共价键，因此晶体中既有分子间作用力， 又有化学键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，重要
该单元中所占的份额为1，棱上的微粒属于该单 8
元中所占的份额为1，面上的微粒属于该单元中
4
图1
图 2 NaCl 晶体
所占的份额为1，中心位置上（嚷里边）的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为 1。 2
1.氯化钠晶体中每个 Na+周围有 6 个 Cl－，每个 Cl－周围有 6 个 Na+，与一个 Na+距离最近
图 7 CO2 晶体
因素是相对分子质量，因此当晶体熔化时，分子内的化学键不发生变化。
1
1
每个结构单元中含
CO2
分子数目为：8× 8
+
6× 2
＝
4
四、石墨——混合型晶体
石墨晶体是层状结构，在每一层内有无数个正六边形，同
层碳原子间以共价键结合，晶体中 C—C 的夹角为 120℃,层与
层之间的作用力为范德瓦尔斯力，每个 C 原子被六个棱柱共用，
答案：C
点拨：解题时要看清题意，不要机械类比，不能把气态团簇分子当成晶胞处理，而解出：
Ti 有：8×1 + 6×1 ＝4 个；C 有：1+12×1 ＝ 4 个。而错选 A。
8
2
4
【例题 5】石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料（结构示意图如下 ），可由石
墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是
②处于棱上的粒子，同时为 4 个晶胞共有，每个粒子有1属于该晶胞； 4
③处于面上的粒子，同时为 2 个晶胞共有，每个粒子有1属于该晶胞； 2
④处于晶胞内的粒子，则完全属于该晶胞。
对于非长方体或正方体晶胞中粒子对晶胞的贡献看具体情况而定。如石墨晶体，晶胞每
一层内碳原子排列成正六边形，其顶点对六边形的贡献为1 3
A.石墨烯与石墨互为同位素
B.0.12g 石墨烯中含有 6.02*1022 个碳原子
C 石墨烯是一种有机物
D.石墨烯中的碳原子间以共价键结合
【解析】同位素的研究对象是原子，A 选项错误；
0.12g 石墨烯的物质的量为 0.01mol，所含碳原子个数为 0.01NA，B 选项错误；有机物一般含 有碳、氢元素，C 选项错误；由图示可知，石墨烯中碳原子间均为共价键结合，D 选项正确。
2.氯化铯晶体中每个 Cs+周围有 8 个 Cl－，每个 Cl－周围有 8 个 Cs+，
与一个 Cs+距离最近且相等的 Cs+有 6 个。晶胞中平均 Cs+个数：1；晶胞
中平均 Cl－个数：8×1 ＝ 1。 8
因此 CsCl 的一个晶胞中含有 1 个 CsCl（1 个 Cs+和 1 个 Cl－）。
图 3 CsCl 晶体
等。
【例题 3】 最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，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，则它的
化学式是：
A. TiC
B. Ti6C7 C. Ti14C13 D. Ti13C14
【解析】由于是构成的气态团簇分子结构，而非晶胞结构，故只
需数出 Ti 和 C 的数目，即可得它的化学式。
答案：D
五、固态金属单质——金属晶体
金属（除金属汞外）在常温下都是晶体，在金属中，金属原子好像许多硬球一样一层一
层紧密地堆积着。每个金属原子周围都有许多相同的金属原子围绕着。其实由于金属原子的
最外层电子都较少，故金属原子容易失去电子变成金属离子。金属原子释放电子后形成的离
子按一定规律堆积，释放的电子则在这个晶体里自由运动，这就是自由电子。在金属晶体的
上。即每个氧原子为两个硅氧四面体共用。如上图
所示。从此图中可以明确看出，构成二氧化硅晶体
结构的最小环是由 12 个原子构成的椅式环，注意图
中∠O－Si－O=109°28′。【例题 2】（2010 年全
国卷）下面关于 SiO2 晶体网状结构的叙述正确的是 A．最小的环上，有 3 个 Si 原子和 3 个 O 原子
且相等的 Cl－围成的空间构型为正八面体。每个 Na+周围与其最近且距离相等的 Na+有 12 个。
见图 1。
晶胞中平均 Cl－个数：8×1 + 6×1 ＝ 4；晶胞中平均 Na+个数：1 + 12×1 ＝ 4
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2
4
因此 NaCl 的一个晶胞中含有 4 个 NaCl（4 个 Na+和 4 个 Cl－）。
内部，金属离子和自由电子之间存在较强的相互作用力，这个作用力便是金属键。因此有人
形象地将金属键比喻为金属阳离子沉浸在自由电子的海洋里。
二、金刚石、二氧化硅——原子晶体
1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个 C 原子以共价键
与 4 个 C 原子紧邻，因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成
的最小环结构中有 6 个碳原子，不在同一个平面上，每个 C 原子被 12
个六元环共用，每 C—C 键共 6 个环，因此六元环中的平均 C 原子数为
但是由此有许多学生认为二氧化硅晶体结构中一个 最小的环是由 8 个原子构成的。实际
上，在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的四个氧
原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围的
其它碳原子连接的情况是相同的。即每个硅原子与
周围的四个氧原子构成一个正四面体。只是每个氧
原子又处在由另一个硅原子为中心的一个正四面体
每六个棱柱实际占有的 C 原子数为 2 个。
每个正六边形拥有的 C 原子数为：6×1 ＝2 ；每个 C 原 3
子平均形成 3 个共价键，C 原子数与 C—C 键数之比为 2 : 3。 2
图 8 石墨的结构
石墨的独特结构决定了它的独特性质，该晶体实际介于原子晶体、分子晶体、金属晶体
之间，因此具有各种晶体的部分性质特点，是一种混合型晶体。如熔点高、硬度小、能导电
B．最小的环上，Si 和 O 原子数之比为 1 : 2
C．最小的环上，有 6 个 Si 原子和 6 个 O 原子
D．存在四面体结构单元，O 处于中心，Si 处于 4 个顶角
解析：二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧
处于 4 个顶角，在 SiO2 晶体中，每 6 个 Si 和 6 个 O 形成一个 12 元环（最小环），所以 C 选项 正确，A、B、D 选项均错误。