第3章 第1节晶体的常识

第页第三章第一节基础巩固一、选择题1．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(C)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．玻璃态水能使X射线产生衍射解析：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，不能使X射线产生衍射；因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。2．下列途径不能得到晶体的是(A)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．溶质从溶液中析出解析：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．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是(A)A．a是晶体 B．b是晶体C．a是非晶体 D．无法判断a是不是晶体解析：由图可知，a具有固定的熔点，b不具有固定的熔点，因此a是晶体，b是非晶体。4．晶体与非晶体的本质区别是(B)A．晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性B．晶体具有自范性，而非晶体没有自范性C．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点D．晶体能使X－射线产生衍射，而非晶体则不能解析：易将晶体与非晶体的本质区别及性质区别混为一谈。晶体与非晶体的性质差异是二者本质区别的外在表现。晶体具有自范性(本质)，而晶体的性质是有固定的熔、沸点，能使X－射线产生衍射等。分析此类问题时，要分析晶体、非晶体的本质与性质，采用辩证的观点分析问题。同时也要注意不能用固体是否有规则的几何外形来判断其是否为晶体。5．下列叙述正确的是(C)A．固体SiO2一定是晶体B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同解析：从晶体与非晶体的本质差异上来判断。固体SiO2有晶体和无定形两类，A项错误；非晶体如玻璃同样有固定的组成，B项错误；晶体的特殊性质都是其内部微粒按一定规律周期性排列的结果，C项正确；冰中微粒间的作用力除范德华力外还存在氢键，而碘晶体微粒间仅存在范德华力，D项错误。6．(2019·河北石家庄期中)有关晶体的下列说法中正确的是(B)A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定B．原子晶体中共价键越强，熔点越高C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂D．氯化钠熔化时离子键未被破坏解析：A．分子的稳定性与分子中的化学键有关，与分子间作用力无关，故A错误；B．原子晶体中物质的熔点与化学键强弱有关，所以原子晶体中共价键越强，熔点越高，故B正确；C．冰融化时，发生了变化的是水分子之间的距离，而水分子内部的O—H共价键没有发生断裂，故C错误；D．氯化钠熔化时，离子键被破坏，故D错误；故选B。7．下列关于晶体的说法正确的是(D)A．粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形，故为非晶体B．晶体呈现自范性的过程是非自发的过程C．玛瑙和水晶皆为晶体，二者都是熔融二氧化硅凝固所形成的D．当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形解析：A项：有的固体粉末，肉眼看不到晶体外形。放到光学显微镜下才可以看到整齐规则的晶体外形；B项：晶体自范性的呈现是一个自发的过程；C项：玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的：D项：熔融态物质冷却凝固速率过快只得到看不到规则外形的粉末或块状物，玛瑙的形成就是一个例子。8．将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)，发现缺角的晶体变完整了。若溶剂不挥发，则这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是(C)A．晶体质量减小，溶液质量变大B．晶体质量变大，溶液质量减小C．晶体和溶液质量都不变D．无法确定解析：胆矾晶体具有自范性，有自发形成规则几何外形的性质，由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与CuSO4饱和溶液间存在着溶解结晶平衡，在整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。9．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为__＋3____。解析：R∶8×eq\f(1,8)＋1＝2G∶8×eq\f(1,4)＋8×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＋2＝8Q∶8×eq\f(1,4)＋2＝4R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。二、非选择题10．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为__X2Y____。(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是__1∶3∶1____。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是__8____。(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为__12____。11．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____；(2)每一层内碳原子数目与C－C化学键数目的比是__2︰3____。解析：(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。能力提升一、选择题1．下列说法正确的是(C)A．玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的晶体B．水玻璃在空气中不可能变浑浊C．水泥在空气和水中均可以硬化D．制光导纤维的重要原料是玻璃解析：玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的混合物，不是晶体，故A项错；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，在空气中发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓，故B项错；水泥的硬化是水泥的重要性质，是复杂的物理变化和化学变化过程，故C项正确；制光导纤维的重要原料是SiO2而不是玻璃，故D项错。2．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(C)A．KC2 B．KC6C．KC8 D．KC12解析：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。3．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(D)A．7︰8 B．13︰14C．24︰25 D．26︰27解析：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。4．(2019·新疆呼图壁县初考)如图是氯化铯晶体的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构单元)，已知晶体中2个最近的Cs＋核间距为acm，氯化铯(CsCl)的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为(C)A．eq\f(8M,NAa3)g·cm－3 B．eq\f(Ma3,8NA)g·cm－3C．eq\f(M,NAa3)g·cm－3 D．eq\f(Ma3,NA)g·cm－3解析：晶胞中平均含有一个Cs＋和一个Cl－，晶胞的质量为(M/NA)g，体积为a3cm3，所以晶体密度为eq\f(M,NAa3)g·cm－3，故选C。5．NaCl晶体的晶胞如图，已知氯化钠的摩尔质量为Mg·mol－1，晶体中最邻近的钠离子和氯离子中心间的距离为acm，晶体的密度为bg·cm－3。则下列叙述正确的是(C)A．每个Na＋周围最近且等距离的Cl－所围成的空间构型为正六面体B．每个Na＋周围最近且等距离的Na＋有6个C．阿伏加德罗常数NA的值可表示为eq\f(M,2a3b)D．阿伏加德罗常数NA的值可表示为eq\f(4M,a3b)解析：每个Na＋周围等距离的Cl－所围成的空间构型为正八面体，A错；Na＋周围最近且等距离的同种离子有12个，故B错；1molNaCl的质量为Mg，体积V＝eq\f(M,b)cm3，一个NaCl晶胞的体积为8a3cm3，一个晶胞含Cl－：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，Na＋：12×eq\f(1,4)＋1＝4个，即含4个NaCl,1molNaCl含NaCl个数：eq\f(\f(M,b)cm3,8a3cm3)×4＝eq\f(M,2a3b)，即NA的值可表示为eq\f(M,2a3b)。6．测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为acm，该晶体密度为dg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为(C)A．eq\f(0.585,4a3d) B．eq\f(58.5,8a3d)C．eq\f(58.5,2a3d) D．eq\f(117,a3d)解析：一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为：V＝eq\f(1,4)×(2acm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝eq\f(58.5,2a3d)。二、非选择题7．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__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式是__XY2(或Y2X)____。(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有__12____个。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg·mol－1，晶胞的密度为ρg·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__eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))____cm。解析：此晶胞初看比较复杂，若将X、Y分开来看，X在晶胞中的位置类似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处于平面四边形的对角线上，共有12个；(3)因晶胞内X占8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4个，Y占8个，即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为eq\f(4,NA)mol，质量为eq\f(4M,NA)g。设晶胞长为acm，晶体中最近的两个X间的距离为lcm；由m＝ρa3和l＝eq\f(1,2)×eq\r(2)a得：l＝eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(m,p))＝eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(4M,NAρ))＝eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))(cm)。8．某离子晶体晶胞结构如图所示，(eq\a\vs4\al(●))X位于立方体的顶点，(○)Y位于立方体的中心，试分析：(1)晶体中每个Y同时吸引着__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式为__XY2(或Y2X)____。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__12____个。(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX＝__109.5°____(填角的度数)。(4)若该立方体的棱长为acm，晶体密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，则该离子化合物的摩尔质量为__2a3ρNAg·mol－1____。解析：(1)由晶胞可直接看出每个Y周围吸引着4个X，每个X被8个晶胞共用，则X周围有8个等距离的Y，晶胞内X与Y的数目比为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,8)))︰1＝1︰2，故化学式为XY2或Y2X。(2)以某个X为中心，补足8个共用X的晶胞，可发现与中心X等距离且最近的X共有3层，每层4个，共12个。(3)四个X围成一个正四面体，Y位于中心，类似甲烷的分子结构，故∠XYX＝109.5°。(4)每摩晶胞相当于含有0.5molXY2(或Y2X)，故摩尔质量可表示为M＝eq\f(a3×ρ×NA,0.5)g·mol－1＝2a3ρNAg·mol－1。9．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