近三年高考關于晶體結構的考查分析

湖北

《晶體結構》是《選修3》第三章的內容，也是歷年高考選考題《選修3》部分的壓軸考點，但因學生掌握的知識有限、思維能力和空間想象能力不足等原因，導致這部分內容成為了很多學生難以逾越的“一座高山”，甚至是“死穴”。下面我們來看看近三年高考考了些什么，我們又該怎樣復習。

一、近三年高考考情分析

1.問題條件的再現

晶胞圖示其他已知條件2017年全國卷ⅠKIO3晶體已知晶胞邊長2017年全國卷Ⅱ化合物R晶體的局部結構大π鍵概念、表示方法2017年全國卷ⅢMgO晶胞結構已知晶胞參數2018年全國卷ⅠLi2O晶胞結構已知晶胞參數、NA 2018年全國卷ⅡFeS2晶體晶胞已知晶胞邊長、相對分子質量、NA

續表

備考啟示：①每年的考題均給出了晶胞圖示(含局部結構)，有的是我們熟悉的單一圖示，如MgO晶胞結構(NaCl型結構)、Li2O晶胞結構(螢石結構)、金屬Zn晶體；有的是看上去不熟悉，但拆分一下就會發現它們是一些簡單的、熟悉的晶胞“復合”圖示，如2017年全國卷Ⅰ的KIO3晶胞圖示，K、O原子圍成的圖形是面心立方最密堆積結構圖，K、I原子圍成的圖形是體心立方最密堆積結構圖，K原子圍成的圖形是簡單立方結構圖。所以，遇到復雜的晶胞結構圖示時，一要冷靜，盡可能地拆分為簡單圖示后，再進行分析判斷；二要熟悉一些基本晶胞的結構圖示，打好基礎，方能由繁到簡。

②平時的教學或學習中，要注意對知識或問題進行適當的拓展延伸。如2019年全國卷Ⅰ的35題第(4)問，老師和考生們都反映題很難，我以為其原型知識來源于兩點：一是人教版教材《選修3》P78中的圖3-28“NaCl晶體中陰、陽離子的配位數”，該圖示中畫出了兩種八面體結構，在我們教學或學習中能不能更進一步研究一下一個NaCl晶胞中所含的八面體數、正四面體數呢？其原子的位置情況如何，這是我們要仔細研讀教材的原因；二是2018年全國卷Ⅱ“FeS2晶體的晶胞”圖示，該圖示中畫出了八面體結構，并且還要求計算八面體的邊長，這個問題在2019年全國卷Ⅰ中再次出現，這提示廣大教師在備考復習時一定要剖析歷年高考真題。

③試題中的晶胞參數單位有nm、pm、cm等，但nm、pm這些單位是需要與cm之間進行換算的，很多同學在解答這一問題時常常出錯，主要有兩個原因：一是審題不細，有的同學根本不顧題中所給單位，未進行單位的轉化；二是有的同學不清楚nm、pm與cm之間的倍數關系(1 nm=10-7cm、1 pm=10-10cm)，常常導致求算密度(ρ)、距離或邊長時出現錯誤。這一點也是復習備考中一定要落實到位的問題。

④有的試題中給出的晶胞是不完整的(部分)、或需要對晶胞進行拼加(平移重組)、重新切割，如2017年全國卷Ⅰ的35題第(5)問就是如此，唯有按這樣的思維進行處理，才能快速確定K、O原子的正確位置。這也是備考復習中要嘗試的思維訓練。

⑤2019年全國卷Ⅰ的35題第(4)問出現了“沿立方格子對角面取得的截圖”問題，有些學生根本未看懂圖(b)的意思。展望明年的高考，“沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖”、“六方最密堆積圖示中的正八面體、正四面體”、“大π鍵應如何表示”等問題是否會出現，也是2020年高考備考要思考的問題。

2.涉及的考點分析

堆積模型晶胞參數坐標參數求算化學式最短距離或離子半徑其他2017年全國卷Ⅰ√2017年全國卷Ⅱ√2017年全國卷Ⅲ√2018年全國卷Ⅰ√2018年全國卷Ⅱ√√2018年全國卷Ⅲ√√2019年全國卷Ⅰ√√2019年全國卷Ⅱ√√√

②配位數、與某微粒距離最近且距離相等的其他微粒(同種或異種)的數目、某微粒在“變形”晶胞圖示中的具體位置等，是近三年高考中已考過的問題。但像空間利用率、二維空間原子在三維空間的堆積方式等還未考過，備考復習中要引起重視。

③大π鍵的相關知識點、面心立方(或NaCl晶胞)、六方最密堆積圖示中的正八面體、正四面體情況等，這些還未考查到的知識點及一些新穎的考查形式，也是我們復習備考中應該注意的內容。

二、常見晶體的典型模型

【注】設晶胞的邊長為a，球的半徑為r，面對角線的距離為x，體對角線的距離為l。

1.分子晶體

干冰晶胞(O2、C60、I2、CH4)

冰-Ⅶ的晶體結構

備考啟示：①將一個CO2分子看成是一個質點，干冰晶胞圖示就等同是(金屬晶體中的)面心立方最密堆積圖示，因此，CO2分子為面心立方最密堆積，且以一個CO2分子為中心，其周圍有12個緊鄰(距離最近且相等)的分子。

②均攤法求得一個晶胞中所含CO2分子的數目為4。

④網狀結構圖示中的系列問題從略，石墨結構需要關注。

⑤冰的晶體結構有多種，上述圖示為其中的一種，不采用密堆積。

2.原子晶體

金剛石晶胞

碳化硅晶胞

二氧化硅晶胞

立方氮化硼

備考啟示：①要弄清楚金剛石晶胞圖示、SiC晶胞圖示、BN晶胞圖示、SiO2晶胞圖示中的原子的位置關系。C、Si、N、B原子均能形成四個共價鍵，因此，各原子的雜化方式均為sp3雜化。

⑤C原子周圍距離最近且相等的Si原子有4個，Si原子周圍距離最近且相等的C原子也有4個，因此，碳化硅的化學式為SiC(電負性大的元素一般寫在化學式的右邊)，BN也是如此。

3.金屬晶體

堆積模型堆積圖示典型代表空間利用率配位數晶胞說明非密置層密置層

備考啟示：①鉀型、鎂型、銅型、ABC、ABA型的堆積方式也需弄清楚，要與表格中的知識一一對應。空間利用率可用百分數或含π的分數表示。

4.離子晶體

晶體類型ZnSNaClCsClCaF2晶胞陽離子的配位數陰離子的配位數晶胞中所含離子數

備考啟示：①根據離子晶體結構的幾何因素可知，所有離子晶體的晶胞圖示中，球大一些的為陰離子，球小一些的為陽離子。

②ZnS晶胞圖示：與SiC(或BN)晶胞圖示相似，配位數均為4。與每個Zn2+距離最近且相等的Zn2+有12個，與每個Zn2+距離最近且相等的S2-有4個。

④CsCl晶胞圖示：配位數均為8。當Cl-位于一個立方體的體心時，Cs+位于該立方體的8個頂角。

三、變式練習

1.金剛石晶胞及變式

【例1】GaAs的晶胞結構如圖所示，其中As原子形成的空隙類型有正八面體形和正四面體形，該晶胞中Ga原子所處空隙類型為________。已知GaAs的密度為ρg/cm3，Ga和As的摩爾質量分別為MGag/mol和MAsg/mol，阿伏加德羅常數的值為NA，則GaAs晶胞中Ga之間的最短距離為________pm(寫出表達式)。

【例2】碳的第三種同素異形體——金剛石，其晶胞如圖所示。已知金屬鈉的晶胞(體心立方堆積)沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖如圖A所示，則金剛石晶胞沿其體對角線垂直在紙平面上的投影圖應該是

( )

金剛石的晶胞

A

B

C

D

【答案】D

2.氯化鈉晶胞及拓展

【例3】如圖所示是從NaCl或CsCl的晶體結構中分割出來的部分結構圖，其中屬于從NaCl晶體中分割出來的結構圖是

( )

A

B

C

D

【答案】AD

【例4】科學研究表明，Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通過離子鍵而組成的復雜離子晶體。O2-的重復排列方式如圖a所示，該排列方式中存在著兩種類型的由O2-圍成的空隙，如1、3、6、7的O2-圍成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2-圍成的空隙，前者為正四面體空隙，后者為正八面體空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面體空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面體空隙中，則Fe3O4晶體中，正四面體空隙數與O2-數之比為________，其中有________%正四面體空隙填有Fe3+，有________%正八面體空隙沒有被填充。

圖a O2-的重復排列方式(白球表示O2-)