人教版化学选修三江苏专用学案第三章第一节晶体的常识Word版含答案

第一节晶体的常识1．认识晶体和非晶体的本质差异，知道晶体的特征和性质。2.了解获得晶体的途径。3．知道晶胞的概念，学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。晶体与非晶体1．晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无原子排列相对无序2.获得晶体的三条途径(1)熔融态物质凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。(3)溶质从溶液中析出。3．晶体的特性(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。(3)固定的熔点。4．晶体与非晶体的测定方法测定方法测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点可靠方法对固体进行X­射线衍射实验1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)晶体有自范性但其微粒排列无序(2)晶体具有各向同性，非晶体具有各向异性(3)熔融态物质快速冷却即可得到晶体(4)熔融的硝酸钾冷却可得晶体，故液态玻璃冷却也能得到晶体(5)粉末状的固体也有可能是晶体答案：(1)×晶体的微粒排列有序(2)×晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性(3)×熔融态物质凝固速率适当可得到晶体(4)×玻璃是非晶体(5)√2．在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？答案：CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。3．将冰和玻璃加热各有什么现象？答案：加热冰时，0℃达到冰的熔点，冰开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高。加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后变为液体。玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围。题组一晶体的性质1．下列不属于晶体的特点的是()A．一定有规则的几何外形B．一定有各向异性C．一定有固定的熔点D．一定是无色透明的固体解析：选D。晶体的特点是有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫黑色的碘晶体、蓝色的硫酸铜晶体。2．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的1/104。晶体的各向异性主要表现在()①硬度②导热性③导电性④光学性质A．①③ B．②④C．①②③ D．①②③④解析：选D。晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。题组二晶体、非晶体的判断3．(2019·灵丘高二月考)在水晶的柱面上涂一层石蜡，用红热的针接触面中央，石蜡熔化后呈椭圆形；用玻璃代替水晶重复上述操作，熔化的石蜡则呈圆形。下列有关叙述错误的是()A．水晶是晶体B．玻璃是非晶体C．玻璃在各个方向的导热性不同D．晶体的导热性具有各向异性解析：选C。水晶是晶体，导热性具有各向异性，水晶柱面在不同方向的导热性不同，故熔化的石蜡呈椭圆形；玻璃是非晶体，不具有各向异性，玻璃在各个方向的导热性相同，故熔化的石蜡呈圆形。综上所述，C项错误。4．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是()A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则的几何外形的晶体B．Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点D．二者的X­射线图谱是相同的解析：选B。观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排列，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X­射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。eq\a\vs4\al()判断晶体与非晶体的方法(1)依据是否具有自范性晶体具有自范性，能自发地呈现多面体的外形，而非晶体不具有自范性。(2)依据是否具有各向异性晶体具有各向异性，在不同方向上质点排列一般是不一样的，而非晶体不具有各向异性。(3)依据是否具有固定的熔、沸点晶体具有固定的熔、沸点，给晶体加热时，当温度升高到某温度时便立即熔化或汽化，在熔化过程中，温度始终保持不变，而非晶体没有固定的熔、沸点。(4)依据能否发生X­射线衍射(最科学的区分方法)当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X­射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X­射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法。非晶体物质没有周期性结构，不能使X­射线产生衍射，只有散射效应。晶胞1．晶胞的结构(1)概念：描述晶体结构的基本单元。(2)结构：习惯采用的晶胞都是平行六面体，晶体是由数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。①“无隙”：相邻晶胞之间无任何间隙。②“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)一种晶体所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。2．晶胞中原子个数的计算(以铜晶胞为例)(1)晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。(2)金属铜的一个晶胞的原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例)。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同(3)晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成(5)一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比答案：(1)√(2)×不一定相同(3)×粒子参与几个晶胞的形成，该晶胞占有该粒子的几分之一(4)√(5)√2．某离子化合物的晶体结构如图所示，则：(1)两种离子“○”与“●”的个数比为多少？(2)若棱长为a、最简化学式的摩尔质量为Mg·mol－1，则其密度为多少？答案：(1)1∶2。(2)ρ＝2M/(NA·a3)。题组一晶胞概念及微粒个数的计算1．(双选)下列关于晶体的说法中不正确的是()A．所有的晶胞都是平行六面体B．晶胞是晶体结构的基本单元C．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X­射线衍射实验D．晶胞的密度与晶体的密度并不相同解析：选AD。通常人们习惯采用的晶胞都是平行六面体，但并非所有的晶胞都是平行六面体，A项错误。由晶胞的概念和晶体的特征可知B、C项正确。整块晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所以晶胞与晶体的密度是相等的，D项错误。2．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物的晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是()A．ZXY3 B．ZX2Y6C．ZX4Y8 D．ZX8Y12解析：选A。由晶胞可知X占据8个顶角，属于该晶胞的X个数为8×eq\f(1,8)＝1；Y占据12条棱的中点，属于该晶胞的Y个数为12×eq\f(1,4)＝3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z个数为1。故化学式为ZXY3。3．某晶体的晶胞结构如图所示。X(●)位于立方体顶角，Y(eq\a\vs4\al(○))位于立方体体心。试分析：(1)晶体中每一个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周围与它最接近且距离相等的X共有________个。(3)晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为________。解析：(1)同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察题图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶角，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为1∶2，所以化学式为XY2或Y2X。(2)晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为题图所示立方体的面对角线。位置关系分为在此X的上层、下层和同一层，每层均有4个，共有12个。(3)若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知该夹角为109°28′。答案：(1)48XY2(或Y2X)(2)12(3)109°28′4．(2019·高考江苏卷)一个Cu2O晶胞(如图)中，Cu原子的数目为____________。解析：根据均摊法知，该晶胞中白球个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，灰球个数为4，白球和灰球数目之比为1∶2。所以Cu为灰球，1个晶胞中含有4个Cu原子。答案：4eq\a\vs4\al()均摊法确定晶胞中粒子的个数若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有eq\f(1,n)属于这个晶胞。(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献(2)六方晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献(3)晶胞中粒子数目的计算要先根据具体情况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共用，然后运用均摊法具体计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角碳原子被三个六边形共用，每个六边形占有该原子的eq\f(1,3)，则每个六元环占有的碳原子数为6×eq\f(1,3)＝2，如图所示。题组二晶体密度的相关计算5．如图所示是氯化铯晶体的晶胞，已知晶体中两个最近的Cs＋核间距离为acm，氯化铯的相对分子质量为Mr，NA为阿伏加德罗常数的值，则氯化铯晶体的密度是()A.eq\f(8Mr,NAa3)g·cm－3B.eq\f(Mra3,8NA)g·cm－3C.eq\f(Mr,NAa3)g·cm－3D.eq\f(Mra3,NA)g·cm－3解析：选C。处于顶角的离子同时为8个晶胞所共用，每个离子有eq\f(1,8)属于该晶胞，处于晶胞内的离子完全属于该晶胞，可知1个氯化铯晶胞中有1个Cs＋和1个Cl－，则1mol氯化铯的体积为NAa3cm3，故氯化铯晶体的密度为eq\f(Mr,NAa3)g·cm－3。6．(2019·高考全国卷Ⅱ)一种四方结构的超导化合物的晶胞如图1所示。晶胞中Sm和As原子的投影位置如图2所示。图中F－和O2－共同占据晶胞的上下底面位置，若两者的比例依次用x和1－x代表，则该化合物的化学式表示为____________；通过测定密度ρ和晶胞参数，可以计算该物质的x值，完成它们关系表达式：ρ＝____________________g·cm－3。解析：由晶胞结构中各原子所在位置可知，该晶胞中Sm个数为4×eq\f(1,2)＝2，Fe个数为1＋4×eq\f(1,4)＝2，As个数为4×eq\f(1,2)＝2，O或F个数为8×eq\f(1,8)＋2×eq\f(1,2)＝2，即该晶胞中O和F的个数之和为2，F－的比例为x，O2－的比例为1－x，故该化合物的化学式为SmFeAsO1－xFx。1个晶胞的质量为eq\f(2×[150＋56＋75＋16×（1－x）＋19x],NA)g＝eq\f(2[281＋16（1－x）＋19x],NA)g，1个晶胞的体积为a2cpm3＝a2c×10－30cm3，故密度ρ＝eq\f(2[281＋16（1－x）＋19x],a2cNA×10－30)g·cm－3。答案：SmFeAsO1－xFxeq\f(2[281＋16（1－x）＋19x],a2cNA×10－30)eq\a\vs4\al()晶胞密度的相关计算(1)假设某晶体的晶胞如下：以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下：该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3；用摩尔质量表示：m＝eq\f(N,NA)M；则有ρ·a3＝eq\f(N,NA)M，ρ＝eq\f(N,NAa3)M。(2)常用关系及计算方法①立方晶胞的面对角线与边长a的关系：面对角线等于eq\r(2)a；晶胞的体对角线与边长的关系：体对角线等于eq\r(3)a。②晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值，可把晶胞扩大阿伏加德罗常数(NA)倍，再进行计算。学习小结1.晶体具有自范性、各向异性和固定的熔点。2.习惯采用的晶胞都是平行六面体，相邻晶胞之间没有空隙，所有晶胞平行排列，取向相同。3.立方晶胞顶角上的粒子为8个晶胞共用，棱上的粒子为4个晶胞共用，面上的粒子为2个晶胞共用。课后达标检测一、单项选择题1．(2019·泰安高二检测)普通玻璃和水晶的根本区别为()A．外形不一样B．普通玻璃的基本构成微粒无规律性地排列，水晶的基本构成微粒呈周期性有序排列C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换解析：选B。普通玻璃为非晶体，水晶为晶体，它们的根本区别在于内部微粒是否呈周期性有序排列，B项正确。2．如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是()A．金属 B．半导体C．非晶体 D．晶体解析：选D。由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。3．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为()A．2∶3 B．2∶1C．1∶3 D．3∶2解析：选A。每个碳原子被3个六边形共用，每个共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(6×eq\f(1,3))∶(6×eq\f(1,2))＝2∶3。4．(2019·襄阳高二检测)某晶体的晶胞为正三棱柱形，如图所示，该晶体的化学式可能是()A．A2B9C4 B．A3B9C4C．AB4C2 D．A3B8C4解析：选C。由晶胞结构可知，一个A为12个正三棱柱所共用，即一个正三棱柱中含有A的个数为6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)；底面棱上的一个B为4个正三棱柱所共用，而侧面棱上的一个B为6个正三棱柱所共用，故一个正三棱柱中含有B的个数为6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2；C位于正三棱柱的体心，故一个正三棱柱中含有1个C。因此，该晶胞中A、B、C的个数之比为1∶4∶2，该晶体的化学式可能为AB4C2。5．根据晶体中的晶胞结构，判断下列晶体的化学式中不正确的是()A．AB2 B．C2DC．EF D．XY3Z解析：选A。确定晶体的化学式，其实就是确定晶胞中各粒子的个数比。在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的粒子有eq\f(1,2)属于该晶胞，处于棱上的粒子有eq\f(1,4)属于该晶胞，处于各顶角上的粒子只有eq\f(1,8)属于该晶胞。据此可以算出题中晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z。6.铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为()A．BaPbO3B．BaPb2O3C．BaPbOD．BaPbO4解析：选A。1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×eq\f(1,8)＝1，O2－的个数为6×eq\f(1,2)＝3，故化学式为BaPbO3。7．纳米材料的表面微粒数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形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，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 B．13∶14C．25∶25(1∶1) D．26∶27解析：选D。由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。8．(2019·泰安高二检测)如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为()A．MgB B．MgB2C．Mg2B D．Mg3B2解析：选B。正六棱柱晶胞的顶角原子有eq\f(1,6)属于该晶胞，故Mg原子个数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＝3，B原子在晶胞内部，共6个，故该化合物化学式可表示为MgB2。二、不定项选择题9．(2019·宿迁高二月考)将10g一块有缺角的NaCl晶体放入盛有饱和NaCl溶液的密闭容器中，几天以后发现晶体的缺角不见了(温度无变化)。对上述变化原因或固体质量变化的说明中，错误的是()A．存在溶解平衡B．晶体具有自范性C．无缺角的晶体质量大于10gD．溶液中的微粒在不断运动着答案：C10．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述中正确的是()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．X­射线通过玻璃态水时，能产生谱线解析：选C。玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，X­射线通过玻璃态水时不能产生谱线，因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。11．下列关于晶体的说法正确的是()A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体是晶体B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同解析：选AB。A项，将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体。B项，一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别。C项，非晶体没有固定的熔点。D项，由于晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有一些差异。12．北京大学和中国科学院的化学工作者合作，已成功研制出碱金属与C60形成的石墨夹层离子化合物。将石墨置于熔融的钾或气态的钾中，石墨吸收钾而形成名称为钾石墨的物质，其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。在钾石墨中，钾原子把价电子交给石墨层，但在遇到与金属钾易反应的其他物质时还会收回。下列分析正确的是()A．题干中所列举的6种钾石墨属于同素异形体B．若某钾石墨的原子分布如图一所示，则它所表示的是C24KC．若某钾石墨的原子分布如图二所示，则它所表示的是C8KD．另有一种灰色的钾石墨C32K，其中K的分布也类似于图的六边形，则最近两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的4eq\r(3)倍解析：选CD。同素异形体是指同种元素形成的不同单质，题中所给的钾石墨属于离子化合物，不属于单质，A项错误；将图的6个K原子连起来形成一个六边形，该六边形中含24个碳原子，而每个K原子只有eq\f(1,3)属于该六边形，即所含K原子个数为6×eq\f(1,3)＝2，故它所表示的是C12K，B项错误；将图外围的6个K原子连起来也形成一个六边形，该六边形中也含24个碳原子，而所含K原子个数为6×eq\f(1,3)＋1＝3，故它所表示的是C8K，C项正确；按图二算出最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的2eq\r(3)倍，现在要变成C32K，则六边形的边长变成原来的两倍(面积就是原来的4倍，即容纳碳原子数为24×4＝96)，最近两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的4eq\r(3)倍，D项正确。三、非选择题13．非晶硅光电薄膜的发电成本仅为多晶硅的三分之一，将成为今后太阳能电池的市场主流。就晶体硅与非晶体硅探究如下问题。(1)如图a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅。a：____________；b：____________。(2)下列有关晶体常识的说法中正确的是________。A．玻璃是非晶体B．固体粉末都是非晶体C．晶体内部质点排列具有有序性，有固定的熔、沸点和各向异性D．区别晶体和非晶体最有效的方法是进行X­射线衍射实验(3)关于晶体的自范性，下列叙述正确的是________。A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性解析：(1)从粒子在微观空间里的排列是否具有有序性和自范性角度观察。(2)A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末