石墨的晶体结构
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2023年3月1日发(作者：丝绒带)晶体结构知识汇总及解题方法技巧
一、晶胞中质点的占有率
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，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：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
n
1
。
立方晶胞，顶点上的粒子占
棱上的粒子占
面上的粒子占
体心的粒子占
二、常见晶胞分析
型
⑴每个晶胞占有个Na+，个Cl-,即个NaCl粒子
⑵每个Na＋周围有个Cl－，每个Cl－周围有个Na＋，与一个Na＋距离最近且相等的
Cl－围成的空间构型为。每个Na＋周围与其最近且距离相等的Na＋有
个。
⑶0.585gNaCl晶体（0.01mol）含有个晶胞。
⑷若已知Na+与Cl-的最短距离为acm，则NaCl晶体的密度为。
型
⑴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，每个Cs+周围
与之最接近的且距离相等的Cl-有个。
⑵每个晶胞占有个CsCl粒子。
3.干冰型
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。每个晶
胞中含有个CO2分子。
4.金刚石型
金刚石的网状结构中，，每个碳原子与其他4个碳原子等距离紧邻，含有由共价键形成的碳
原子环，其中最小的环上有6个碳原子，每个碳原子上的任意两个C—C键的夹角都是109°
28′，其中C原子个数：C—C个数=。
5.石英晶体
在二氧化硅晶体中，一个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，1个氧原子和2个硅原子形
成2个共价键，故Si原子与O原子数目之比为。实际上，该晶体是由硅原子和氧原
子按1:2的比例组成的立体网状晶体，没有单个分子存在。在晶体中最小的环为十二元环，
每个环占有6个Si原子和6个O原子。
6.石墨晶体结构
石墨晶体是一种混合型晶体，层内存在共价键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、分
子晶体的特征和特性。在层内，每个C原子与3个C形成C—C键，构成正六边形，键长
相等，键角相等（均为120°）；在晶体中，每个C原子参与3条C—C键的形成，而在每
条键中的贡献只有一半，故每个正六边形平均只占有6×1／3=2个C原子，C原子个数与
C—C键数之比为2:3。
三、常见题型
1.根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式
例1现在四种晶体，其离子排列方式如下图所示，其中化学式正确的是（）
例2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：
2.晶胞结构与晶体密度的计算
例3如图是CsCl晶体的晶胞，已知晶体中两个最近的Cs+核间距为acm，氯化铯的质量为
M，N
A
是阿伏伽德罗常数，则氯化铯的密度为
例4在NaCl晶体中，Na＋和Cl－的最短平均距离为acm，NaCl晶体的密度为
bg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为
3.分子内或晶体中化学键数目及多面体面数等的计算
例5单质硼有无定形和晶体两种，参考下列数据：
(1)晶体硼的晶体类型属于________晶体，理由是_____________________。
(2)已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图所示)，其中含有二十个等
边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个硼原子。通过观察图形及计算确定：
①该基本结构单元是由________个硼原子构成的；其中B—B键的键角为________；所含B
—B键的的数目是________。
②若将晶体硼结构单元中的每一个顶角均削去，余下的部分就和C60晶体的结构相同，据
此确定：C60是由________个正六边形和________个正五边形构成。
金刚石晶体硅晶体硼
熔点(K)＞3823
16382573
沸点(K)
51
硬度(Moh)
107.09.5
③硼酸分子的结构式为和Al(OH)3的结构相似，已知0.01mol硼酸
与20mL0.5mol·L－1的NaOH溶液反应的化学方程式为________。
4.晶体空间利用率的计算
晶体中原子空间利用率的计算，实质是考查同学们的空间想象能力和几何计算能力。此类题
目要运用数形结合的分析方法，一般要先画出金属晶体的侧面图，再用勾股定理计算。
(1)计算每个晶胞含有几个原子。
(2)找出原子半径r与晶胞边长a的关系。
(3)利用公式计算金属原子的空间利用率。金属原子的空
间利用率＝
晶胞含有原子的体积
晶胞体积
×100%。
例6某些晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以画出
一个立方体的结构单元，金属原子处于立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶
体原子的空间利用率。
5.综合性试题分析
例7在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，如图左图所示为NaCl的晶体结构
图。在离子晶体中，阴、阳离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可以被看成是不等径
的刚性圆球，并彼此相切（如图所示）。离子键的键长是相邻阴、阳离子的半径之和，已知
a为常数。
试回答下列问题。
(1)在NaCl晶体中，每个Na+同时吸引_____个Cl-，而Na+数目与Cl-数目之比为_____。
(2)NaCl晶体离子键的键长为_____。
(3)Na+半径与Cl-半径之比r(Na+)/r(Cl-)=_______。
（已知：=1.414，=1.732，=2.236）
(4)NaCl中晶体不存在分子，但在温度达到1413℃时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式
存在。现有29.25gNaCl晶体，加强热使温度达到1450℃，测得气体体积为5.6L（已折
算为标准状况），则此时氯化钠气体的分子式（化学式）为__________。
练习
1、下图为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子组成。试根据图示判断，该
晶体的化学式是()。
A．A
6
B
8
CB．A
2
B
4
CC．A
3
BCD．A
3
B
4
C
2、NaCl的晶胞如图，每个NaCl晶胞中含有的Na＋离子和Cl－离子的数目分别是()。
A.14，13B.1，1C.4，4D.6，6
3、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
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
4、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()。
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
5、乙炔是有机合成工业的一种原料。工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。
(1)CaC2中C22－与O22＋互为等电子体，O22＋的电子式可表示为________；1molO22＋
中含有的π键数目为________。
(2)将乙炔通入[Cu(NH3)2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。Cu＋基态核外电子排布式为
____________________________。
(3)乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈(H2C===CH—C≡N)。丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是
________；分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。
(4)CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如右图所示)，但CaC2晶体中含有的中哑铃
形C22－的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C2
2－数目为
________。
6、铜单质及其化合物在很多领域有重要的用途，如金属铜用来制造电线电缆，五水硫酸铜
可用作杀菌剂。
(1)Cu位于元素周期表第ⅠB族。Cu2＋的核外电子排布式为________。
(2)下图是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图，可确定该晶胞中阴离子的个数为________。
(3)胆矾CuSO4·5H2O可写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O，其结构示意图如下：
下列说法正确的是________(填字母)。
A.在上述结构示意图中，所有氧原子都采用sp3杂化
B.在上述结构示意图中，存在配位键、共价键和离子键
C.胆矾是分子晶体，分子间存在氢键
D.胆矾中的水在不同温度下会分步失去
(4)往硫酸铜溶液中加入过量氨水，可生成[Cu(NH3)4]2＋配离子。已知NF3与NH3的空间
构型都是三角锥形，但NF3不易与Cu2＋形成配离子，其原因是___________________。
(5)Cu2O的熔点比Cu2S的________(填“高”或“低”)，请解释原因
______________________________________。
7、生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气(主要成分为CO、CO2、H2等)与H2混
合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
(1)上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出基态Zn原子的核外电子排布式
__________________________。
(2)根据等电子原理，写出CO分子结构式_____________。
(3)甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是________；甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为
____________________。
②甲醛分子的空间构型是________；1mol甲醛分子中σ键的数目为________。
③在1个Cu2O晶胞中(结构如图所示)，所包含的Cu原子数目为________。
8、硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子Xm－(含B、O、H三种元素)的球棍模型如图所
示：
(1)在Xm－中，硼原子轨道的杂化类型有________；配位键存在于________原子之间(填原
子的数字标号)；m＝________(填数字)。
(2)硼砂晶体由Na＋、Xm－和H2O构成，它们之间存在的作用力有________(填序号)。
A．离子键B．共价键
C．金属键D．范德华力
E．氢键
9、镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时，先制备无水氯
化镁，然后将其熔融电解，得到金属镁。
(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时，常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物，
其主要作用除了降低熔点之外还有____________________________________。
(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如右图所示，请
改正图中错误：______。
(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六
色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：
__________________________________。
(4)Mg是第三周期元素，该周期部分元素氟化物的熔点见表：解释表中氟化物熔
点差异的原因：_____________。
(5)人工模拟是当前研究的热点。有研究表明，化合物X可用于研究模拟酶，当
其结合或Cu(I)(I表示化合价为＋1)时，分别形成a和b：
①a中连接相邻含N杂环的碳碳键可以旋转，说明该碳碳键具有________键的特
性。
②微粒间的相互作用包括化学键和分子间相互作用，比较a和b中微粒间相互作
用力的差异：________。