晶體結構是近幾年來高考考查的重點和熱點，特別是晶體結構的計算更是其中的重中之重，它體現了高考考試說明中提出的「將化學問題抽象為數學問題，利用數學工具，通過計算推理解決化學問題的能力」的要求。化學教學中，讓學生學習和**原子、離子、晶體結構等微觀結構內容，可以促進學生形成比較豐滿的三維空間概念，有效地帶動學生進行豐富多樣的三維空間想像。通過氯化鈉、氯化銫、金剛石、石墨、乾冰、二氧化矽等曲型晶體結構模型為落點來設計問題考查學生的三維空間思維能力。
一、離子晶體：
例1、圖中nacl晶體結構向三維空間延伸得到完美晶體。最近的na+與cl-核間距離為a×10-8cm，求晶體密度?
解析：擷取乙個1/8大的小立方體如圖，因各頂點上的na+或cl-為8個小立方體共用，故小立方體佔1/2個na+，1/2個cl-，即佔1/2na+—cl-離子對。
立方體體積為：v=（a×10-8）3cm3
故密度：ρ=（（1/2）個×58.5g·mol-1÷6.02×1023個·mol-1）/（a3×10-24cm3）=（48.6/a3）g·cm-3
例1：在氯化鈉晶體中，與氯離子距離最近的鈉離子有個；與氯離子距離最近的氯離子有個。
解析：我們可以選定中心的氯離子作為基準，設立方體的邊長為a，則氯離子與鈉離子之間的最近距離為，此鈉離子位於立方體六個面的面心上，即有六個鈉離子；氯離子間的最近距離為，共有12個。
例3．有下列離子晶體結構示意圖：●陽離子○陰離子
以m代表陽離子、n代表陰離子。
（1）請寫出各離子晶體組成的表示式：
a_______，b________，cd
（2）已知黃鐵礦的主要成份fes2晶體具有a的空間結構。晶體中具有化學鍵型別是若晶體結構ａ中相鄰的陰陽離子間距離為acm，n2代表阿伏加德羅常數，則fes2晶體的密度是g/cm2。
分析：（1）分析圖10，離子都在立方體的頂點上，每個頂點都被8個類似的立方體共用，所以圖10所表示的立方體中共有陽離子個、陰離子個，a的化學式為mn。觀察圖11，每個立方體單元中有陽離子「」個，陰離子共有「」個，所以b的化學式為。
觀察圖12，每個立方體單元中，共有陽離子「」個，陰離子1個，所以c的化學式為。觀察圖13，每個立方體單元中共有陽離子「」，陰離子1個，所以，d的化學式為mn。
（2）fes2中包含有「非極性共價鍵（s—s）、離子鍵」。晶體的密度為。
二、原子晶體及石墨晶體
例5、金剛石結構中，乙個碳原子與個碳原子成鍵，則每個碳原子實際形成的化學鍵為根；a mol金剛石中，碳碳鍵數為 mol。
解析:從金剛石結構可以看出，乙個碳原子與 4個碳原子成鍵，但一根碳碳鍵是由兩個碳原子形成，即每根碳碳鍵中，乙個碳的原子的貢獻為，故金剛石中，乙個碳原子的實際成鍵數=× 4=2。故a mol金剛石中，碳碳鍵數為 2a mol。
例6、二氧化矽晶體的結構計算：書本上介紹了二氧化矽晶體平面示意圖（圖8），圖9表示空間網狀示意圖，圖10表示二氧化矽的晶胞。試回答：
（1）30g二氧化矽中含有 molsi-o鍵。
（2）最小的環上共有個原子，其中個氧原子， 矽原子。
解析：（1）從圖8，可以清楚地看到乙個矽原子與周圍的四個氧原子成鍵，故30g二氧化矽中含有的si-o鍵為。
（2）從圖8看到最小的環上有8個原子（4個矽原子與4個氧子），但圖8僅是平面示意圖，它只表示了二氧化矽晶體中矽、氧原子的成鍵情況，而不能表示其立體結構。此時應觀察圖9，該結構可理解為：金剛石結構中的碳原子換成矽原子然後在兩個矽原子之間嵌入乙個氧原子。
可看到形成的最小環上共有12個原子，其中6個為氧原子，6個為矽原子；si-o鍵的夾角為為109°28′。
例6：分析石墨結構中碳原子數與碳碳鍵數目比。
解析：我們可以先選取乙個正六邊形（如圖4），此結構中的碳原子數為6 ，而乙個碳原子被三個六元碳環共用， 故此正六邊形中的碳原子數為6×=2。六邊形中的任一條邊（即碳碳鍵）均被2個正六邊形共用，故正六邊形中的碳碳鍵數為6×=3，所以碳原子數與碳碳鍵數目比為2:
3。我們也可以選取一層原子（設有n個），若不計重複則可形成3n根碳碳鍵，實際形成的碳碳鍵數為n根，同樣可以計算出碳原子數與碳碳鍵數目比為2:3。
例7：c60分子是形如球狀的多面體，如圖6，該結構的建立是基於如下考慮：①c60分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學鍵②c60分子只含有五邊形和六邊形。
c70分子也可製得，它的分子模型可以與c60同樣考慮而推知。通過計算確定c70分子中五邊形和六邊形數。
解析：設五邊形和六邊形數分別為x和y，若形成獨立的五邊形和六邊形所需碳原子數為5x+6y，由於每個碳原子與相鄰的3個碳原子成鍵，故c70分子中的碳原子數可用表示。故有如下關係：
=70再根據尤拉公式，多面體的頂點數、面數、稜邊數之間的關係：
頂點數+面數-稜邊數=2。對c70分子而言頂點即為碳原子數，面數為五邊形和六邊形數之和，稜邊數為碳碳鍵數，碳碳鍵數目共有，故可得出如下式子： 70+（x+y）-×3×70=2 ②
①②聯立方程組可解得：x=12 y=25
三、分子晶體
例2：二氧化碳晶體中，與二氧化碳分子距離最近的二氧化碳分子有個。
解析：在圖2 的二氧化碳分子晶體結構中，8個二氧化碳分子處於正方體的8個頂點上，還有6個處於正方體的六個面的面心上。此時可選定麵心的二氧化碳分子為基準，設正方體的邊長為a，則二氧化碳分子間的最近距離為，從圖中看有8個，它們分別位於該側面的四個頂點及與之相連的四個面的面心上。
此時應注意，圖中所給出的結構僅是晶胞。所謂晶胞，是晶體中最小的重複結構單元，它能全面正確地表示晶體中各微粒的空間關係。也就是說晶體是以晶胞為核心向空間延伸而得到的，單個的晶胞不能表示整個晶體的結構。
所以在我們觀察晶體結構時應充分發揮空間想象的能力，要將晶胞向各個方向（上，下，左，右，前，後）擴充套件。圖2向右擴充套件得圖3(為容易觀察,用表示二氧化碳分子)，從中可以看出與二氧化碳分子距離最近的二氧化碳分子有 12 個
從以上的分析可以看出，要正確確定晶體中距離最近的微粒的數目，首先要對晶體結構熟悉，其次要有良好的空間想象能力，要有以晶胞為核心向空間擴充套件的意識。
晶體結構的計算
張家港市塘橋高階中學楊曉東 晶體結構是近幾年來高考考查的重點和熱點，特別是晶體結構的計算更是其中的重中之重，它體現了高考考試說明中提出的 將化學問題抽象為數學問題，利用數學工具，通過計算推理解決化學問題的能力 的要求,是高考向 3 x 綜合發展的趨勢。在高考的第二輪複習中有必要加以歸納整理。晶體結構...
晶體結構習題
第二章晶體結構與晶體中的缺陷 1 證明等徑圓球麵心立方最密堆積的空隙率為25.9 解 設球半徑為a，則球的體積為4 3 a3，求的z 4，則球的總體積 晶胞 4 4 3 a3，立方體晶胞體積 空間利用率 球所佔體積 空間體積 74.1 空隙率 1 74.1 25.9 2 金屬鎂原子作六方密堆積，測得...
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