晶体结构（精选8篇）
一、选择题 1．下列关于晶体的判断，正确的是()A．不具有规则外形的固体，如固体粉末，一定不是晶体 B．玻璃块有规则的几何形状，所以它是晶体 C．实验室得到的沉淀如CaCO3、AgCl、BaSO4等都是晶体 D．自然界的水晶和玛瑙都属于晶体 答案：D 点拨：晶体与非晶体的本质区别是内部粒子的周期性有序排列，有规则的多面体外形是内部结构的体现。但外形不能判定是否是晶体，如粉末状物质可能是晶体。2．下列途径不能得到晶体的是()A．熔融态物质快速冷却 B．熔融态物质凝固 C．气态物质凝华 D．溶质从溶液中析出 答案：A 点拨：得到晶体的三个途径是：①溶质从溶液中析出，②气态物质凝华，③熔融态物质凝固。所以B、C、D选项中的措施可以得到晶体。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生成的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，所以选择A项。3．(2013·黄石质检)(双选)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米、重量达81公斤的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述正确的是()A．形成晶体硅的速率越快越好 B．晶体硅有固定的熔、沸点 C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关 答案：BC 点拨：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降。B选项，晶体有固定熔点，正确。C选项，X－射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体。D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。4．下列物质有固定熔沸点的是()A．CuSO4溶液 C．玻璃 答案：D 点拨：A是混合物，B和C都是非晶体，均没有固定的熔沸点。5．下列现象表现为晶体的自范性的是()A．NaCl溶于水 B．KMnO4受热分解 C．不规则的晶体能生长成规则的 D．碘升华 答案：C 点拨：晶体的自范性指的是能自发地呈现多面体外形的性质。6．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是()A．白磷、蓝矾 C．碘、橡胶 B．陶瓷、塑料 D．食盐、蔗糖 B．石蜡 D．白磷 答案：C 点拨：A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。7．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。它是由气态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同。下列有关玻璃态水的说法中正确的是()A．水由液态变为玻璃态，体积缩小 B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C．玻璃态是水的一种特殊状态 D．玻璃态水属于晶体 答案：C 点拨：题干中已经非常明确地说明“玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构”，故不属于晶体，故D项不对。玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，根据ρ＝m/V，可知水由液态变为玻璃态体积没有发生变化，所以A、B选项不符合题意。8．(2013·东莞高二检测)白磷分子如图所示：则31 g白磷分子中存在的共价键数目为()A．4NA C．1.5NA 答案：C B．NA D．0.25NA 点拨：31 g白磷(P4)为0.25 mol，每个白磷分子中含有6 mol P－P键，故31 g白磷中所含P－P键的物质的量为0.25 mol×6＝1.5 mol。9．(2013·经典习题选萃)某晶体的一部分为正三棱锥，如右图所示，该晶体的化学式可能是()A．A2B9C4 B．A3B9C4 C．AB4C2 D．A3B8C4 答案：C 点拨：由晶体结构可以看出，以某一A粒子为中心可以形成12个相同的正三棱柱，故一个A为12个正三棱柱所共用，即一个正三棱柱中拥有A11的数目为6×＝。同理，正三角形边上的一个B为4个三棱柱所共用，122而竖棱上的一个B为6个三棱柱所共用，故一个正三棱柱中拥有B的数目11为6×＋3×＝2。C位于正三棱柱的内部，故一个正三棱柱中拥有1个C。46因此，该晶体中A、B、C三种粒子数之比为。10．(2013·黄冈调研)纳米材料的表面微粒占总微粒数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和开头恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如右图所示)，则这种纳米颗粒的表面微粒数与总微粒数的比值为()A．7:8 C．24:25 答案：D 点拨：表面微粒数＝8＋6＋12＝26，总微粒数＝表面微粒数＋中心粒子数＝26＋1＝27。易出现的错误是用均摊法求各粒子数。11.B．13:14 D．26:27 如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的相对分子质量用M表示，则CsCl晶体的密度为()8MA.NA·a36MB.NA·a34MC.NA·a3答案：D MD.NA·a3点拨：由均摊法求得CsCl晶胞含有1个CsCl微粒，其质量是M/NA，再由相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，求出该晶胞的体积是a3，所以晶胞M的密度是，晶体的密度和晶胞的密度是一样的。NA·a3 12．石墨与熔融的钾相互作用，形成某种青铜色的物质(其中的钾原子用·表示)，原子分布如图所示，该化合物的化学式为()A．KC2 B．KC6 C．KC8 D．KC12 答案：C 点拨：K原子周围有6个C原子属于K原子所有，再向外的6个C原子为3个K原子共用，每个K原子占2个，所以1个K结合8个C，化学式为KC8。
二、非选择题 13．在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上加热，观察实验现象。(1)在表面皿上加少量冷水的作用是________________________。(2)观察到的实验现象是_______________________________________ ________________________________________________________________。(3)在表面皿上碘是________。(填“晶体”或“非晶体”)(4)这种方法是________，制取晶体的方法还有________、________。答案：(1)冷却碘蒸气(2)烧杯中充满紫色的蒸气，在表面皿上有紫黑色的晶体(3)晶体(4)凝华 熔融态物质的凝固 结晶 点拨：获得晶体有3个途径：熔融态物质凝固；气态物质冷却不经液态直接凝固(物理上称为凝华)；溶质从溶液中析出。14.石墨晶体结构如图所示，每一层由许多个正六边形构成，则：(1)平均每一个正六边形占有碳原子数为________；(2)每一层内碳原子数目与C－C化学键数目的比是________。答案：(1)2(2)2:3 点拨：(1)在同一层上，每个碳原子为3个正六边形共有，平均每个正六边形占有该碳原子的1/3。一个正六边形有这样的碳原子6个，则一个正六边形共占有6×1/3＝2(个)碳原子。(2)因为一个C－C键为两个正六边形共有，所以每个正六边形占有C－C键的1/2，一个正六边形共占有C－C键6×1/2＝3(个)。因此，每一层上碳原子数与C－C键数目之比为2:3。还可以根据每条C－C键为2个碳原子共有，每个碳原子分占C－C键的1/2，因此，碳原子数目与C－C键数目之比为1:3×1/2＝2:3。15．(2013·经典习题选萃)某离子晶体的晶胞结构如下图所示。试回答下列问题：(1)晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每个X同时吸引着__________个Y，该晶体的化学式是__________。(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有__________个。(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为__________cm。3答案：(1)4 8 XY2(或Y2X)(2)12(3)2M NAρ点拨：此晶胞初看比较复杂，若将X、Y分开来看，X在晶胞中的位臵类似NaCl中的Na＋或Cl－，如下图(a)。体内8个Y分别位于每个小立方体的中心，如下图(b)。(1)从上图(b)知，每个Y同时吸引着4个X，为方便观察，根据晶胞与晶体的关系，不难想象出图(a)与图(c)是等效的，所以由图(c)中心的X与图(b)中Y的关系知，每个X同时吸引着8个Y。所以此离子化合物的化学式为XY2(或Y2X)；(2)从图(c)中心的X来看，与它最近且距离相等的X处于11平面四边形的对角线上，共有12个；(3)因晶胞内X占8×＋6×＝4个，8244MY占8个，即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为 mol，质量为 g。NANA1设晶胞长为a cm，晶体中最近的两个X间的距离为l cm；由m＝ρa和l＝233m134M32M1×2a得：l＝×2×ρ＝×2×＝(cm)。22NAρNAρ16．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示。试回答：(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个？(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多少？ 答案：(1)6(2)3:1:1 点拨：由图看出，在每个钛离子的同层、左右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子在晶胞中的位臵考虑。Ca2＋位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8＝1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4＝3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为3:1:1。对晶体结构的认识 人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Haüy)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(A.Bravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。俄国的费多罗夫、德国的熊富利斯(A.M.Schönflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性——230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。
一、晶体结构的认识
1. 离子晶体
例1图1是从Na Cl或Cs Cl晶体结构图中分割出来的部分结构图, 试判断属于Na Cl晶体结构图的是 ( )
( A) 图1 ( 1) 和图1 ( 3) ( B) 图1 ( 2) 和图1 ( 3)
( C) 图1 ( 1) 和图1 ( 4) ( D) 只有图1 ( 1)
解析: Na Cl晶胞中, 每个Na+周围有6个Cl离子, 每个Cl周围有6个Na+, 每个Na+周围最近且等距离的Na+有12个; 每个Cl周围的6个Na+形成正八面体结构. 氯化铯晶体中, 每个Cs+周围有8个Cl - 离子, 每个Cl周围有8个Cs+, 每个Cs+周围最近且等距离的Cs+有6个. 答案为 ( C) .
点拨: 离子晶体的主要掌握Na Cl、Cs Cl、Ca F2的晶胞结构, 其中离子的配位数需要牢记.
2. 金属晶体
例2如图2的四种堆积方式, 其中属于金属铜的堆积方式的是 ( )
解析: ( A) 为钾型 ( 体心立方) 堆积, ( B) 为简单立方堆积, ( C) 为铜型 ( 面心立方) 堆积, ( D) 为镁型 ( 六方) 堆积. 答案为 ( C) .
点拨: 金属晶体有4种基本堆积方式: 简单立方 ( Po) 、钾型 ( Na、K、Fe等) 、铜型 ( Au、Ag、Cu等) 、镁型 ( Mg、Zn、Ti等) .
3. 原子晶体
例3下面关于Si O2晶体网状结构的叙述正确的是 ( )
( A) 存在四面体结构单元, O处于中心, Si处于4个顶角
( B) 最小的环上, 有3个Si原子和3个O原子
( C) 最小的环上, Si和O原子数之比为1∶2
( D) 最小的环上, 有6个Si原子和6个O原子
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, 所以A错误; 在Si O2晶体中, 每6个Si和6个O形成一个12元环 ( 最小环) , 所以 ( D) 正确, ( B) ( C) 错误. 答案为 ( D) .
点拨: 原子晶体是由原子构成, 具有空间网状结构, 并且向空间无限扩展的晶体. 重点掌握金刚石、硅、Si O2的结构.
二、晶体类型的判断
1. 依据熔沸点判断
例4几种物质的熔沸点数据见表1.
据此判断, 下列说法错误的是 ( )
( A) Al Cl3晶体加热能升华 ( B) Si Cl4是分子晶体
( C) 单质X一定是原子晶体
( D) KBr在熔化状态下可以导电
解析: Al Cl3晶体的沸点低, 加热时能升华, ( A) 对. Si Cl4熔沸点较低, 应是分子晶体, ( B) 对. 单质X的熔沸点高, 可能是原子晶体也可 能是金属 晶体, ( C) 错. KBr的熔沸点 较高, 在1000℃左右, 可知其为离子晶体, 在熔化状态下可以导电, ( D) 对. 答案为 ( C) .
点拨: 离子晶体的熔沸点较高 ( 1000℃左右) ; 原子晶体的熔沸点高 ( 1000 ~ 几千℃ ) ; 分子晶体熔沸点低 ( 数百度以下) ;金属晶体多数熔沸点高 ( 如钨、铁) , 但也有相当低的 ( 如钠) .
2. 依据硬度和机械性能判断
例5一种新型材料B4C, 它可用于制作切削工具和高温热交换器. 关于B4C的推断正确的是 ( )
( A) B4C是一种分子晶体
( B) B4C是一种离子晶体
( C) B4C是一种原子晶体
( D) 该分子是由4个硼原子和1个碳原子构成
解析: 由“它可用于制作切削工具和高温热交换器”可以得出该材料的硬度大、熔沸点高, 是原子晶体的典型特性, 所以可知B4C是一种原子晶体. 原子晶体是由原子间通过共价键构成的, 它的化学式是表示原子个数比的式子, 因此不存在单个的分子, 所以 ( D) 错. 答案为 ( C) .
点拨: 离子晶体硬度较大或略硬而脆; 原子晶体硬度很大;分子晶体硬度很小; 金属晶体多数硬度大, 但也有较低的, 且有延展性.
3. 依据溶解性和导电性判断
例6下列性质适合于离子晶体的是 ( )
( A) 熔点1070℃ , 易溶于水, 水溶液能导电
( B) 熔点10. 31℃ , 液态不导电, 水溶液能导电
( C) 能溶于CS2, 熔点112. 8℃ , 沸点444. 6℃
( D) 熔点97. 81℃ , 质软, 导电, 密度0. 97 g·cm3
解析: 离子晶体在固体时不导电, 在熔融状态即液态下能导电, 不溶于CS2等非极性溶剂, 故 ( B) ( C) ( D) 都不是离子晶体. 答案为 ( A) .
点拨: 金属晶体在固态和熔融态时都导电; 离子晶体水溶液和熔融状态都能导电; 原子晶体一般不导电; 有的分子晶体溶于水时能导电. 金属晶体和原子晶体一般不溶于溶剂, 但钠、钾等能与水反应, 多数离子晶体易溶于水, 分子晶体具有相似相溶的性质, 有的分子晶体能溶于有机溶剂, 有的分子晶体能溶于水.
三、分子晶体间的比较
例7下列各物质中, 按沸点由低到高排列正确的是 ( )
( A) H2O、H2S、H2Se、H2Te
( B) CF4、CCl4、CBr4、CI4
( C) CH4、C2H6、C4H10、C3H8
( D) CH3CH2CH2CH2CH3、 ( CH3) 2CHCH2CH3、C ( CH3) 4
( E) 邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯
( F) CO、N2、O2、Cl2
解析: ( A) 中水分子间会形成氢键, 其沸点最高, ( A) 错. ( B) 中相对分子质量逐渐增大, 沸点逐渐增大, ( B) 对. ( C) 中物质互为同系物, 其沸点随着C原子数的增多逐渐增大, ( C) 错. ( D) 中物质互为同分异构体, 支链越多, 沸点越低, ( D) 错. ( E) 中二甲苯的几种同分异构体的沸点大小是: 邻位 > 间位 > 对位, ( E) 错. ( F) 中CO与N2相对分子质量相同, 但CO是极性分子, 而N2是非极性分子, 故CO的沸点比N2高, ( F) 错. 答案为 ( B) .
例1 下列各组物质的晶体中,化学键类型相同、晶体类型也相同的是（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2
C. NaCl和HCl D. CCl4和KCl
解析 根据化学键、晶体结构等判断出晶体的各自类型。A项，都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2为分子晶体，SiO2为原子晶体；B项，均是含共价键的分子晶体，符合题意；C项，NaCl为离子晶体，HCl为分子晶体；D项，CCl4是极性共价键，KCl是离子键，两者的晶体类型也不同。
答案 B
点拨 （1）含离子键的化合物可形成离子晶体，但离子晶体不一定不含共价健，如NH4Cl。（2）含共价键的单质、化合物多数形成分子晶体，少数形成原子晶体。如金刚石、晶体硅、二氧化硅等。（3）金属一般形成金属晶体。
考点2 成键原子最外层8电子结构判断，离子化合物、共价化合物电子式书写判断
例2 下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是（ ）
A. 光气（COCl2）B. 六氟化硫
C. 二氟化氙D. 三氟化硼
解析 光气从结构式可看出各原子最外层都是8电子结构，硫最外层6个电子，形成元氟化物超过8个电子；氙最外层已有8个电子形成二氟化物、六氟化物最外层电子数必超过8；硼最外层3个电子，分别与氟形成3个共价单键后，最外层只有6个电子。
答案 A
例3 下列电子式书写正确的是（ ）
解析 A项，氯离子的电子式书写错误；D项，氯离子应该用方括号括起来，钙离子不括。
答案 BC
点拨 （1）分子中各元素均满足8电子稳定结构的判断方法：每种元素的化合价的绝对值与其原子最外层电子数之和均等于8的分子的各原子都满足8电子稳定结构。例如CO2分子中，C元素：|+4|+4=8，O元素: |-2|+6=8，故CO2分子中各原子都满足8电子稳定结构；XeF6分子中Xe元素|+6|+8=14，不满足8电子结构。
（2）书写电子式时要注意分清键型，对称排列，阴离子和复杂阳离子（如NH4+）要加“[ ]”括起来，并在右上角注明该离子所带的电荷数，相同的离子不能合并。
考点3 各类晶体的物理性质（如熔沸点、硬度）比较
例4 下列排序不正确的是（ ）
A. 晶体熔点：CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4
B. 硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
C. 熔点：Na＞Mg＞Al
D. 晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
解析 晶体熔点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越大，A项正确；硬度与共价键的键能有关，键长越长，键能越小，而Si—Si键的键长＞C—Si键的键长＞C—C键的键长，B项正确；熔点与金属键的强弱有关，金属性越强，金属键越弱，正确的顺序应为Al＞Mg＞Na，C项错误；晶格能的大小与离子半径和离子所带电荷有关，D项正确。
答案 C
点拨 物质熔、沸点的高低：（1）由晶体结构来确定。首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。（2）根据物质在同条件下的状态不同。一般熔、沸点：固>液>气。如果常温下即为气态或液态的物质，其晶体应属分子晶体(Hg除外)。如惰性气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作为单原子分子。因为相互间的作用力范德华力，而并非共价键。
考点4 根据粒子、晶体的空间结构推断化学式
例5 如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、电光等功能的晶体材料的最小结构单元(晶胞)。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)( )
O]
A．8 BaTi8O12 B．8 BaTi4O9
C．6 BaTiO3 D．3 BaTi2O3
解析 由图可知，晶体中钛原子位于立方体的顶点，被8个晶胞共用，每个晶胞中与钛原子紧邻的氧原子数为6，且每个氧原子位于晶胞的棱上，被4个晶胞共用，故晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为：3×8×[14]＝6；再据均摊法可计算出每个晶胞中各元素原子的数目：“Ba”为1，“Ti”为8×[18]＝1，“O”为12×[14]＝3。故此晶体材料的化学式为BaTiO3。
答案 C
点拨 晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，一般都呈平行六面体形，无数晶胞通过无隙并置的方式“堆积”构成晶体。晶胞中粒子数的计算方法如下：位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有[18]；位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有[14]；位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有[12]；位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶胞的为1。
【练习】
1. 下列性质递变规律正确的是（ ）
A. O、S、Na原子半径依次增大
B. LiOH、NaOH、KOH碱性依次减弱
C. HF、NH3、SH4热稳定性依次增强
D. 还原性S2-、I-、Na依次增强
2. 在通常条件下，下列各组物质的性质排列不正确的是（ ）
A. 熔点：CO2＜KCl＜SiO2
B. 沸点：乙烷＞戊烷＞2-甲基丁烷
C. 密度：苯＜水＜1,1,2,2-四溴乙烷
D. 硬度：镁＜铝＜镁铝合金
3. 根据物质的溶解性“相似相溶”的一般规律，能说明溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大的是（ ）
A. 溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素
B. 溴、碘单质和四氯化碳都是化合物
C. Br2、I2是非极性分子，CCl4也是非极性分子
D. 以上都不对
4. 下列结构式从成键情况来看，不合理的是（ ）
A. [H—C=N—H][—][H] B. [H—C—O—H][—][—][Se]
C. [H—C—S—H][—][H][—][H] D. [H—C—Si—H][—][H][—][H]
5．某晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数之比依次为( )
表示
表示B
表示C]
A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 C．8∶6∶1 D．4∶3∶1
6. 有下列八种晶体：A.水晶，B.冰醋酸， C.氧化镁， D.白磷， E.晶体氩， F.氯化铵， G.铝， H.金刚石。用序号回答下列问题：
（1）属于原子晶体的化合物是 ；直接由原子构成的晶体是 ；直接由原子构成的分子晶体是 ；
（2）由极性分子构成的晶体是 ，含有共价键的离子晶体是 ，属于分子晶体的单质是 ；
（3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是 ；受热熔化后化学键不发生化学变化的是 ；需克服共价键的是 。
【参考答案】
1. A 2. B 3. C 4. D 5. A
6. （1）A A、E、H E
（2）B F D、E
苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫蛋白与昆虫中肠细胞膜上受体的结合是Bt毒素作用的关键环节和决定Bt杀虫蛋白选择性的关键因素.受体与Bt杀虫蛋白结合能力的改变可能是昆虫对Bt产生抗性的.主要原因,也因此成为近年来国际上的研究热点和焦点,并取得了突破性的进展.该文就昆虫体内Bt毒素的4种受体:氨肽酶N、类钙粘蛋白、碱性磷酸酶以及最近报道的糖脂类受体的结构、功能、受体与毒素的结合特性、受体基因在离体细胞中的表达特性以及受体基因的突变与害虫对Bt毒素的抗性等方面进行了综述.
作 者：王莉 李学锋 徐宝仁 吴青君 张友军 WANG Li LI Xue-Feng XU Bao-Ren WU Qing-Jun ZHANG You-Jun 作者单位：王莉,WANG Li(中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京,100081;中国农业大学理学院,北京,100094)李学锋,LI Xue-Feng(中国农业大学理学院,北京,100094)
教学目标
知识技能：熟悉三类晶体的代表物结构；学会在晶体中寻找晶胞；学会计算晶体中各种微粒的个数之比。
能力培养：通过晶体（或晶胞）结构的观察，提高学生的观察能力。通过对“晶胞”概念的阐述，力求学生能够想象整个晶体结构，培养学生的想象能力。通过分析“晶体中的每个微粒为几个晶胞所共有”，计算“晶体中原子的个数、化学键的数目”等问题的训练，提高学生分析推理能力。
科学思想：热爱科学，依靠科学解决实际问题。
科学品质：通过使用计算机软件或立体模型，刺激学生的感官，产生学习兴趣。通过教师的引导和精心设问，激发学生的求知欲。
科学方法：由个别到一般的归纳法及运用一般规律解决个别问题的演绎法。重点、难点三类晶体代表物结构的观察；想象和分析推理能力的培养。
教学过程设计
【软件或模型展示】NaCl晶体。
【提问】请观察所给出的NaCl的晶体模型分析氯化钠的化学式用“NaCl”来表示，原因何在？能否把“NaCl”称之为分子式？
观察NaCl晶体模型，分析问题，得出答案：每个Na+离子吸引着6个Cl-离子，而每个Cl-离子也吸引着6个Na+离子，所以在NaCl晶体中Na+离子与Cl-离子的个数比为1∶1，故可用“NaCl”来表示氯化钠。在氯化钠晶体中不存在独立的氯化钠分子，所以只能把“NaCl”称之为化学式，而不叫分子式。
【提问】观察NaCl的晶体模型，分析在NaCl晶体的每个晶胞中，Na+占据的位置有______种？每种位置各有____个？Cl-占据的位置有______种？每种位置各有______个？
观察NaCl 的晶体模型，分析问题，得出答案：在每个NaCl晶胞中Na+的位置有两种：8个位于晶胞的顶点，6个位于晶胞的面心；Cl-的位置有两种：12个位于晶胞的棱边，1个位于晶胞的体心。
【提问】宏观的NaCl晶体是由无数个晶胞相互延伸构成的。位于顶点、面心、棱边、体心上的微粒实际提供给每个晶胞的比例是多少？
思考、讨论问题，得出答案：顶点提供给每个晶胞只是它的1/8；面心是1/2；棱边是1/4；体心是1。
【软件或图片展示】位于顶点、面心、棱边、体心上的微粒实际提供给每个晶胞的比例。观察加深理解。
【引导】在每个NaCl晶胞中，平均占有Na+ 离子多少个？Cl-离子多少个？能否从晶胞的角度出发，再分析氯化钠化学式的由来？
思考、讨论问题，得出答案：在每个NaCl晶胞中，平均占有Na+离子： 1/8×8+/2×6=4；Cl-离子：1/4×12+1=4。由此可见，NaCl晶胞中Na+离子与Cl-离子的个数比为1∶1，故晶体中Na+离子与Cl-离子的个数比为1∶1，所以可用“NaCl”来表示氯化钠的组成。教师活动
【提问】在NaCl晶体中：每个Na+周围与之等距离且最近的Na+有个；每个Cl-周围与之等
距离且最近的Cl-有______个？
学生活动
观察模型，得出答案：每个Na+周围与之等距离且最近的Na+有12个；每个Cl-周围与之等距离且最近的Cl-有12个。
【软件或模型展示】给出CsCl晶胞。
【提问】观察CsCl的晶胞，想象CsCl晶体结构，试从两个不同角度分析“CsCl”化学式的由来？
观察CsCl晶胞、想象晶体结构、思考并回答问题：在CsCl晶胞中占有Cs+离子的个数为1个，Cl-离子1个，故Cs+与Cl-的个数比为1∶1；由CsCl晶胞可想象其晶体结构，在晶体中，每个Cs+吸引着8个Cl-离子，每个Cl-离子吸引着8个Cs+离子，故可用“CsCl”来表示其化学组成，称之为化学式。
【提问】在CsCl晶体中：每个Cs+周围与之等距离且最近的Cs+有______个？每个Cl-周围与之等距离且最近的Cl-有______个？
想象CsCl晶体结构，回答问题：在CsCl晶体中：每个Cs+周围与之等距离且最近的Cs+有6个，每个Cl-周围与之等距离且最近的Cl-有6个。
请根据以上两种晶体中微粒个数的求算方法，小结如何计算立方晶体中的微粒个数比？ 归纳小结。要点如下：
（1）找到晶体的晶胞；
（2）分析晶胞中各微粒的位置：
位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有______个； 位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有______个； 位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有______个； 位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶胞的只有______个。（3）数清晶胞中各微粒的个数：
【投影】将学生的小结内容投影展示
（1）找到晶体的最小重复单元——晶胞；（2）分析晶胞中各微粒的位置：
位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有1/8； 位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有1/4； 位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有1/2； 位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶胞的只有1。
（3）数清晶胞中各微粒的个数：
晶体中的微粒个数比=“微粒提供给每个晶胞的数值×晶胞中微粒个数”之比。 教师活动 【板书】
二、原子晶体 代表物：金刚石、晶体硅、石英 【软件或模型展示】金刚石的结构。
【提问】观察金刚石结构，思考其键角是多少度？构成最小碳环所需碳原子数为多少？ 学生活动
观察并回答问题：键角为109°28′，构成最小碳环所需的碳原子数为6个。【信息给予】请运用元素周期律的知识想象并描述晶体硅结构。
描述晶体硅的结构：硅原子与硅原子之间通过非极性共价键形成的空间网状结构，键角为
109°28′，形成最小圆环需6个硅原子。
【提问】比较晶体硅与金刚石的不同之处，它将影响晶体硅的哪些不同于金刚石的性质？ 思考并回答问题：由于硅原子的半径大于碳原子，所以硅—硅键的键长大于碳—碳键的键长，使得其键能小于碳—碳键的键能，这将使晶体硅的熔、沸点低于金刚石。
【讲述】石英与金刚石、晶体硅一样，也具有空间网状结构，如果我们把每个原子在平面上的投影点连接，就得到石英的平面结构图。【软件或图片展示】石英平面结构图。
【提问】根据石英的平面结构图分析石英晶体化学式的由来？能否称之为分子式？ 观察、分析、回答问题：
在石英晶体中每个Si原子通过Si—O极性键与4个O原子作用，而每个O原子也通过Si—O极性键与2个Si原子作用，所以在石英晶体中Si原子与O原子的原子个数比为1∶2，可用“SiO2”来表示石英的组成。因在晶体中不存在石英分子，故只能称其为化学式，不能叫分子式。
【提问】根据石英晶体的平面结构图分析：在石英晶体中，每个Si原子独有多少个Si—O键？由此分析nmolSiO2晶体中约含多少摩Si—O键？
分析并回答问题：在石英晶体中，每个Si原子独有4个Si—O键，n molSiO2中含有n molSi原子，故约含4nmolSi—O键。
【信息给予】我们也可以将SiO2的晶体结构想象为：在晶体硅的Si—Si键之间插入O原子。请想象SiO2的空间结构。想象SiO2的空间结构。观察证实结论。
【软件或模型展示】SiO2晶体结构图。
【提问】观察SiO2晶体结构，思考构成一个最小的环需多少个原子？以Si原子为中心的Si—O键之间的键角为多少度？
观察并回答问题：需12个原子。键角：109°28′。教师活动 【板书】
三、分子晶体 代表物：干冰
【软件或模型展示】干冰晶胞结构。
【提问】观察干冰的晶胞结构，计算每个晶胞中含有CO2分子的个数？ 学生活动
观察并回答问题：4个。
【提问】在干冰晶体结构中，每个CO2分子周围与之最近且等距离CO2分子的个数？干冰的晶胞结构与我们见过的哪种结构相似？
观察并回答问题：每个CO2分子周围与之最近且等距离CO2分子有12个。这13个CO2分子的位置关系相当于NaCl晶体中的13个Na+离子或13个Cl-离子的位置关系。
【小结】在研究各类晶体代表物的结构时，我们展开了空间想象，解决了“化学式的由来、求与之最近且等距离的微粒个数、键角、最小圆环”等问题；同时运用分析推理能力，计算出每个微粒为几个这样的单元所共有，解决了“晶体中微粒的个数比、化学键的数目”等问题。从而提高了我们的观察、想象和分析问题的综合能力。
【引导】观察晶胞结构，可以直接得出什么答案？
观察晶胞结构，回答问题：从晶胞结构可以看出每个Y同时吸引着4个X。而且可以计算出晶胞中X的个数为1/8×4=1/2，Y的个数为1。则在该晶体中X与Y的个数比为1/1∶2，即2∶1，由此该晶体的化学式为XY2。
【引导】从晶胞结构展开想象晶体结构，每个X同时吸引着多少个Y？画出Y的位置。想象晶体结构，回答问题：每个X同时吸引着8个Y，其位置关系如图所示：
【提问】从晶胞结构展开想象晶体结构，每个X周围与它距离最近且相等的X共有多少个？画出这些X的位置。
想象晶体结构，回答问题：每个X周围与它距离最近且相等的X共有12个，其位置关系如图所示：
【提问】将晶胞中的四个X连接在一起可以构成何种立体图形？Y在立体图形中的位置？这种位置关系与哪种分子结构相似？
观察晶胞结构，回答问题：四个X构成正四面体。Y位于正四面体的中心。这种结构与CH4分子的结构完全相同。
【提问】由CH4分子的键角可知此晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX角度为多少？
回忆旧知识：CH4分子的键角为109°28′，故∠XYX角度为109°28′。【提问】1mol该晶体的体积为多少？1个XY2微粒的体积为多少？
【提问】一个XY2微粒的体积与一个晶胞的体积是否相等？一个晶胞的体积为多少？
【提问】晶胞的边长如何计算？晶体中两个距离最近的X中心间的距离为多少？
例3（1）将NaCl的晶胞向三维空间延伸就可得到完美晶体。NiO（氧化镍）晶体的结构与NaCl相同，Ni2+与最邻近O2-的核间距离为a×10-8cm，计算NiO晶体的密度（已知NiO的摩尔质量为74.7g·mol-1）。（2）天然的和绝大部分人工制备的晶体都存在各种缺陷，例如在某种NiO晶体中就存在如右图所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。
【提问】如何入手去求算晶体密度？
思考讨论，得出解题思路：求算晶体密度即求算1cm3中NiO的质量。
【引导】如何计算1cm3中阴、阳离子总数？1cm3中Ni2+—O2-离子对数为多少？
【提问】如何计算每对Ni2+—O2-离子对的质量？ 分析回答：
【引导】根据以上分析如何求算密度？
回答问题：晶体的密度=每对Ni2+—O2-离子对的质量×1cm3中Ni2+—O2-离子对数。即密度：
【引导】整个晶体是否带电？如何求算Ni2+与Ni3+离子数之比？
回答问题：整个晶体呈电中性，则有：Ni2+与Ni3+所带的正电荷数应等于O2-所带的负电荷数，即
3x+2（0.97-x）=2×1（x为Ni3+的物质的量。）
解得x=0.06。则Ni2+的物质的量为：
0.97-x=0.97-0.06=0.91 mol。Ni3+与Ni2+离子数之比为6∶91。
精选题
一、选择题
1．根据下表给出的几种物质的熔点、沸点数据判断说法中错误的是 [
]
A．SiCl4是分子晶体
B．MgCl2中键的强度比NaCl中键的强度小 C．单质R是原子晶体
D．AlCl3为离子晶体
2．经研究发现，有一种磷分子具有链状结构。结构如图所示。下列说法正确的是 [
] A．它是一种高分子化合物
B．它是一种极性分子，易溶于水 C．分子量是白磷的8倍 D．与白磷互为同素异形体
二、非选择题
3．现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为；乙晶体的化学式为；丙晶体的化学式为______；丁晶体的化学式为______。
4．钙-钛矿晶胞结构如图2-9所示。观察钙-钛矿晶胞结构，求该晶体中，钙、钛、氧的微粒个数比为多少？
5．晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一个硼原子，如图2-10所示，回答：（1）键角____；（2）晶体硼中的硼原子数____个；B—B键____条？
6．在碳单质的成员中还有一种混合型晶体——石墨，如图2-11所示。它是层状结构，层与层之间依靠作用力相结合。每层内部碳原子与碳原子之间靠作用力相结合，其键角。分析图中每个六边形含有个碳原子。
7．C70分子是形如椭球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：（1）C70分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；（2）C70分子中只含有五边形和六边形；
（3）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。根据以上所述确定：（1）C70分子中所含的单键数和双键数；（2）C70分子中的五边形和六边形各有多少？
8．晶体具有规则的几何外形，晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl晶胞结构如图2-12所示。
已知FexO晶体的晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x的值小于1。测知FexO晶体密度ρ为5.719·cm-3，晶胞边长为4.28×10-10m（铁原子量为55.9，氧原子量为16）。求：（1）FexO中x的值（精确至 0.01）。（2）晶体中的 Fe分别为Fe2+和Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数为多少？（精确至0.001）。（3）写出此晶体的化学式。
（4）描述Fe在此晶体中占据空隙的几何形状（即与O2-距离最近且等距离的铁离子围成的空间形状）。（5）在晶体中，铁元素的离子间最短距离为多少？
答
案
一、选择题
1．D．提示：一般来说晶体的熔沸点有如下规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体，金属晶体有的高有的低。对于同种类型晶体的熔沸点则取决于微粒间的作用力。2．D、E
二、非选择题
3．1∶1
C2D
EF
XY3Z 4．1∶1∶3 5．（1）60度（2）12（3）30 6．范德华力（或分子间作用力）；非极性共价键；120度；2。7．（1）单键数：70；双键数：35。
（2）设C70分子中五边形数为x个，六边形数为y个。依题意可得方程组： 1/2（5x+6y）=1/2（3×70）（键数，即棱边数）70+（x+y）-1/2（3×70）=2（欧拉定理）解得五边形数x=12，六边形数y=25。8．（1）0.92（2）0.826
（4）正八面体（5）3.03×10-10m。提示：（1）由NaCl晶胞结构可知，1molNaCl晶胞中含有4mol NaCl，故在FexO晶体中1mol FexO晶胞中含有4mol FexO。
设FexO的摩尔质量为Mg· mol-1，晶胞的体积为V。则有： 4M=ρVN0，代入数据解得M=67.4g·mol-1，则x=0.92。
（2）设Fe2+为y个，Fe3+则为（0.92-y）个，由正负化合价代数和为零可得：2x+3（0.92-y）=2，则y=0.76。Fe2+所占的分数为：0.76/0.92=0.826。
（3）由于Fe2+为0.76，则Fe3+为（0.92-0.76）=0.16，故化学式为
零维和一维钒氧簇合物的水热合成及晶体结构
利用水热合成方法制备了一个零维钒氧簇合物,一个一维链状钒氧簇合物.并通过X射线单晶衍射方法进行了结构表征,两个化合物的晶体学数据为:[Na-15-C-5]4(H)2V15036Cl(H20)2(1),空间群为C2/c(No.15),a=2.8492(1)nm,b=1.4842(3)nm,c=2.3741(1)nm,β=124.11(1)°,V=8.312(7)nm3,Z=4,R=0.0558,Rw=0.0988;[k-18-C-6]4(H)2V15O36Cl(2),空间群C2/c(No.15),a=2.5588(1)nm,b=1.4921(1)nm,c=2.7113(2)nm,β=117.90(2)°,V=9.148(1)nm3,Z=4,R=0.0540,Rw=0.1485.在一维链状化合物中含有阳离子的二.聚体[k-18-C-6]22+作为桥连链结,结构分析说明配位阳离子的`几何变形性对结构有较大的影响.
作 者：单永奎 戴立益 余淑媛 叶生荣 何鸣元 作者单位：华东师范大学离子液体化学研究中心,上海,62刊 名：化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA CHIMICA SINICA年，卷(期)：60(5)分类号：O6关键词：水热合成 冠醚 晶体结构 钒氧簇合物
1 试剂、仪器
1. 1 主要试剂
白杨素原料药、无水乙醇和丙酮均购于天津市科密欧化学试剂有限公司 ( AR) 。所用药品及试剂均为分析纯或化学纯且未进一步纯化。
1. 2 主要仪器
电子天平FA2004 ( 上海恒平电子天平有限公司) ; HJ - 3 数显恒温磁力搅拌器 ( 巩义市予华仪器有限公司) ; VERTEX - 70 傅立叶变换红外光谱仪 ( 德国Bruker公司) ; D8 粉末X - 射线衍射仪 ( 德国Bruker公司) ; PE2400 SERIES - II型元素分析仪 ( 美国铂金- 艾尔默公司) AVANCE - III 500MHz型核磁共振仪 ( 德国Bruker公司) ; KQ - 250DE型数控超神波清洗器 ( 昆山市超声仪器有限公司) 。
2 实验方法
2. 1 白杨素晶体的制备
白杨素 ( 13mg) 溶于8. 0m L乙醇和2. 0m L的丙酮混合溶剂中, 室温下搅拌3h, 过滤, 保留滤液, 于室温避光处缓慢挥发, 17d后可见黄色块状透明晶体析出。元素分析结果表明, 晶体中C、H、O的含量分别为70. 38% ( 理论值70. 87% ) 、4. 11% ( 理论值3. 94% ) 和25. 51% ( 理论值25. 19% ) 。
2. 2 XRD测试
取等量白杨素及试验合成的样品 ( 约30mg) , 研成细粉状, 测试条件为: Cu靶, 电压30k V, 电40m A, 室温下扫描速度10° ·min- 1, 测试角度范围在0 ~ 50 °。
2. 3 红外测试
红外测试采用KBr压片法对白杨素晶体进行红外光谱分析。取样品 ( 约10mg) , 研细, 测试波数范围在400 ~ 4000cm- 1。
2. 4 核磁测试
取约5mg样品溶于DMSO - d6 溶剂中, 以四甲基硅烷 ( TMS) 为内标, 在室温下对样品进行核磁共振谱测定。
3 结果与分析
3. 1 XRD分析
白杨素晶体的XRD如图2 所示。由图可知, 白杨素晶体的特征峰位为 ( 2θ) : 5. 04°、11. 31°、13. 48°、17. 38°、20. 85°、22. 02°、24. 36° 和28. 51°, 与白杨素对照品的X - 射线粉末衍射角度大致相同, 但峰型较为尖锐, 表明形成的化合物为晶体。
3. 2 红外分析
对样品进行红外分析, 所得谱图见图3, 产物在3599、3517、3118、2099、2011、1907、1836、1719、1654、1517、1251、1099、864、692 和598cm- 1等处有吸收峰。其红外图的峰位归属分别如下: 位于3000~ 3600- 1处的宽吸收峰归属为O - H伸缩振动峰, 位于1654cm- 1处的尖锐峰归属为- C = O伸缩振动峰, 位于1517- 1处的吸收峰归属为苯环C = C伸缩振动峰, 位于1251 和1099cm- 1处的吸收峰归属为- C - O - C伸缩振动峰, 位于864、692 和598 cm -1 处的吸收峰归属为芳香环上 δ ( Ar - H) 。白杨素晶体红外谱图与对照品的红外图谱峰型及峰位基本一致。
3. 3 核磁分析
如图4 所示, 白杨素晶体的1H - NMR ( 500M, DMSO - d6) 的 δH ( ppm) 归属: 12. 470 ( 1H, s, 5 -OH) , 10. 767 ( 1H, s, 7 - OH) , 8. 044 ( 2H, m, H - 2', H - 6 ') , 7. 554 ( 2H, m, H - 3 ', H - 5 ') , 7. 587 ( 1H, m, H - 4') , 6. 906 ( 1H, s, H - 3) 6. 427 ( 1H, d, J = 2. 5Hz, H - 8) 和6. 180 ( 1H, d, J = 2. 5Hz, H- 6) 。如图5 所示, 白杨素晶体的13C - NMR的 δC ( ppm) 归属: 93. 9 ( C - 3) , 96. 4 ( C - 8) , 98. 2 ( C -6) , 104. 0 ( C - 10) , 126. 7 ( C - 2 ', 6 ') , 127. 2 ( C - 4') , 129. 5 ( C - 3', 5') , 136. 7 ( C - 1 ') , 146. 8 ( C - 2) , 159. 2 ( C - 9) , 160. 8 ( C - 5 ) , 163. 8 ( C - 7 ) , 173. 9 ( C = O) 。
4 讨论
本文利用溶剂挥发法制备了白杨素晶体, 合成条件为白杨素13mg, 溶于8. 0m L乙醇和2. 0m L的丙酮混合溶剂中, 室温下搅拌3h后缓慢挥发, 反应时间为17d。通过元素分析、XRD、IR、1H - NMR和13C - NMR等手段对所得产物进行了晶体鉴定和图谱解析。结果表明白杨素晶体与白杨素对照品的元素分析数据、XRD、IR、1H - NMR和13C - NMR谱图基本一致, 表明所得产物为高纯度的白杨素晶体, 试验所得谱图及数据可为高纯度的白杨素及其衍生物的鉴定及开发提供科学依据。
参考文献
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[5]任杰, 程虹, 王炜, 等.白杨素衍生物的合成及其抗肿瘤活性[J].中国药科大学学报, 2011, (03) :206-212
8年前的英特尔“Pentium 4”处理器芯片内集成了约125万个晶体管，制程工艺为90nm，而上一代的Sandy Bridge处理器制程工艺为32nm，芯片中集成了超过10亿个晶体管。但是它们所采用的传统“体硅”晶体管技术经过数十年的发展之后，制程工艺已经接近物理极限，进入20nm～30nm制程工艺时代之后，原来的技术失去了可靠性。为了继续减小晶体管的体积，从而集成更多晶体管，则必须改变晶体管的结构设计。
漏电流的遭遇战
晶体管尺寸进入30nm之内后，首当其冲的是要面对“漏电现象”。每个晶体管都代表了一个比特值（0或1），当栅极施加电压时，基底上会打开一个通道，电子从源极流动到漏极。在微型化的过程中，单个晶体管元件（源极、漏极和基底）之间的距离越来越小，因此各自的电气性能开始互相产生影响，导致即使栅极没有施加电压，基底上的通道依然会打开，从而产生漏电流。为了保证芯片的可靠性，芯片制造商不得不提高工作电压，但是这样做功耗就会增加，抵消了减小晶体管体积带来的好处。要重新获得更强的控制权（通道开启和关闭），就需要改变晶体管的结构。
首先，芯片制造商早已经开始在栅极和通道之间建立绝缘层：栅极氧化层，使泄露电流得到一定程度的控制。但是在32nm晶体管上，栅极氧化层的厚度约为0.9nm。相比之下，硅原子的直径约为0.3nm。如果晶体管体积继续减小，那么就进一步增加了栅极电子进入通道的可能，开辟出一个新的源漏电流。所以目前来看，有效的解决方法只能是控制通道的其余部分。
英特尔在最新的代号为Ivy Bridge的处理器上采用22nm制程工艺，总共集成了约14亿个晶体管。它采用的是“3D”晶体管技术，通道置于基底之上，并且通道的其余3个侧面均由栅极包围。但是只有英特尔一家公司掌握了“3D”晶体管的制造工艺。其他制造商为了跟上英特尔的脚步，也积极投身于下一代晶体管结构的研发之中，现在的全耗尽型SOI技术“FD-SOI”就是另一种同样有效的晶体管技术。与英特尔的技术不同，该技术在基底和通道之间加入了一个绝缘的氧化层，即Buried Oxide（BOx）氧化埋层。源极和漏极则位于通道的上方，并不与基底直接接触，从而有效地控制了漏电流现象。
手机芯片性能翻番
制造FD-SOI技术晶体管的芯片，与英特尔的“3D”晶体管不同，它需要一个已经引入氧化埋层（BOx层）的非传统晶圆。因此，尽管FD-SOI技术可以生产出更便宜的晶体管，但是它所需的晶圆成本更昂贵。制造普通的晶体管，晶圆成本大约为120欧元，但是FD-SOI技术的芯片制造商需要引入成本约500欧元的晶圆才能满足需求。尽管晶圆成本高，但是从今年7月开始，欧洲最大芯片制造商意法半导体（ST）旗下的合资公司意法爱立信（ST-Ericsson）已经发布了基于FD-SOI技术的“Nova Thor”系列芯片，索尼的Xperia智能手机将率先采用。
意法爱立信领衔的FD-SOI手机芯片今年将进入28nm时代，明年将达到20nm，超越英特尔的22nm技术。为AMD、IBM和意法半导体（ST）等公司代工的格罗方德半导体晶圆代工厂已经引入新的晶圆制造技术，加速了FD-SOI晶体管芯片的生产进程。从技术上讲，FD-SOI可以将移动芯片的时钟频率增加到2.0GHz～2.5GHz。它的满载功耗降低了35%，非满载情况，只需要0.6V的超低电压，功耗平均降低50%，从而保证设备能够拥有更长的电池续航时间，实现媲美英特尔3D晶体管的效率。FD-SOI和3D晶体管技术未来均可达到14nm。为了生产11nm，甚至更小的晶体管，目前来看只有一个办法是可能的，那就是将两者结合起来。我们也期待5年内可以见证FD-SOI 3D晶体管的诞生。
更精密的集成电路
根据“摩尔定律”，集成电路的精密度（制程）每隔18个月就会翻一番。也就是说，晶体管的尺寸每隔一年半就会缩小50%。然而，只有改变晶体管本身的结构设计，计算芯片的制程才最终进入到30nm之内。依靠3D晶体管（Tri-Gate）技术，英特尔在PC领域已经迈出了第一步。现在，为移动芯片而生的FD-SOI技术正式到来。
FD-SOI的细节
给栅极施加电压时，晶体管的导电状态就会发生变化。硅基底上打开的通道使得电子可以从源极流动到漏极。但是当晶体管的尺寸小于30nm时，源极、漏极和硅基底的电气性能就会互相干扰，从而导致电子的流动变得“失控”。在FD-SOI（Fully Depleted Silicon-on-Insulator，全耗尽型SOI）结构中引入了一个名为氧化埋层（Buried Oxide，BOx）的绝缘层，它可以保证基底上只有特定的区域可以成为电子流动的通道，有效的阻止了漏电现象。该技术可以“护送”晶体管进入14nm时代。
晶体管“家谱”
沿用数十年的传统“体硅”晶体管结构已经过时。与英特尔的3D晶体管类似，由于氧化埋层（BOx）的引入可以大大减少漏电流，所以SOI型晶体管也能更加高效。但是如果能将两种技术结合起来，则会获得更令人兴奋的成果。
“体硅”晶体管（始于1971年）
传统：30nm以下的芯片制程已经无法采用传统的“体硅”晶体管结构设计和制造，英特尔最后一次采用这种结构是上一代的32nm Sandy Bridge处理器。
PD-SOI（始于2003年）
AMD：从K8系列处理器开始，AMD引入了在硅基底上加入绝缘层的“部分耗尽型SOI技术”，最新的“推土机”也沿用了这种设计。
FD-SOI（始于2012年）
技术成熟：意法爱立信（ST-Ericsson）的移动芯片率先采用了更加先进的“全耗尽型SOI技术”。
FD-SOI 3D（预计2016年）
“天作之合”：对于11nm制程之后的芯片世界，目前来看将FD-SOI与3D晶体管技术相结合是仅有的候选方案。
3D晶体管（始于2012年）
