第7讲物质的聚集状态与晶体的常识（教师版）-2023-2024学年高二化学辅导（人教版2019选择性必修2）

第7讲物质的聚集状态与晶体的常识【学习目标】1．知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。2．知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态可以获得特殊的材料。3．能说出晶体与非晶体的区别，能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。4．认识简单的晶胞。一、物质的聚集状态1．物质三态间的相互转化2．不含分子的物质(1)常见晶体：例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等不含分子。(2)等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。3．物质的聚集状态物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。【即学即练1】下列晶体中存在分子的是()A．氯化钠B．石墨C．干冰 D．金刚石答案：C解析：石墨、金刚石中存在的是碳原子，不存在分子；NaCl晶体中存在的是Na＋和Cl－，不存在分子；干冰晶体中存在的是CO2分子。【即学即练2】下列叙述正确的是()A．所有金属在常温下都是固体B．液体与晶体的混合物叫液晶C．等离子体内全部是带正电荷的粒子D．等离子体外观为气态答案：D解析：常温下Hg是液态，A项错误；液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，B项错误；等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质，其中电子带负电荷，C项错误，D项正确。二、晶体与非晶体1．晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体有（能自发呈现多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序2．晶体的特点(1)自范性①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。②形成条件：晶体生长的速率适当。③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)的差异。(3)熔点：有固定的熔点。3．获得晶体的途径(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。【交流讨论】1．判断固体物质是晶体还是非晶体的方法是什么？提示：方法一：测固体的熔点，有固定熔点的是晶体，没有固定熔点的是非晶体。方法二：对固体进行X射线衍射实验。2．如图是某同学找到的一张玻璃的结构示意图，根据这张图判断玻璃是不是晶体？为什么？提示：不是晶体；晶体与非晶体的本质差异在于构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列。观察玻璃的结构示意图可知，构成玻璃的粒子的排列是无序的，所以玻璃是非晶体。【归纳小结】1．晶体与非晶体的比较比较类别晶体非晶体微观结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无鉴别方法间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X射线衍射实验举例NaCl、I2、SiO2、Na晶体等玻璃、橡胶等2．关于晶体与非晶体的认识误区(1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。(3)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如食盐。【即学即练3】晶体与非晶体的本质差异是()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，而非晶体则不能答案：B解析：易将晶体与非晶体的本质差异及性质差异混为一谈，晶体与非晶体的性质差异是二者本质差异的外在表现。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。【即学即练4】下列关于晶体性质的叙述中，不正确的是()A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形B．晶体的各向异性和对称性没有矛盾C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性但无序排列的必然结果D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性答案：C解析：晶体在不同方向上微粒的排列情况不同，即表现为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性有序排列，二者没有矛盾。三、晶胞及晶体结构的测定1．晶胞(1)定义：描述晶体结构的基本单元。(2)结构常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。②并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。④晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。(3)晶胞中粒子数目的计算平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用。②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用。③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。2．晶体结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。(2)由衍射图形获得晶体结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。【交流讨论】1．现有甲、乙(如图所示)两种晶体的晶胞(甲中A处于晶胞的中心)。(1)甲晶体中A与B的个数比是________。(2)乙晶体中每个晶胞含有C离子、D离子分别是______个、______个。解答：(1)甲晶体中，体心A的个数为1，顶角B的个数为8×eq\f(1,8)＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1。(2)乙晶体中，C离子个数为12×eq\f(1,4)＋1＝4，D离子个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。2．下图分别是金属钠（Na）、金属锌（Zn）、碘（I2）、金刚石（C）晶胞的示意图，它们分别平均含有几个原子？提示：金属钠（Na）2个、金属锌（Zn）2个、碘（I2）8（4×2）个、金刚石（C）8个。【归纳小结】1．晶胞的理解(1)晶胞是晶体结构的基本单元，但不一定是晶体中的最小重复单元。(2)常规的晶胞都是平行六面体，但也有六棱柱晶胞。(3)平行六面体晶胞的顶角(8个)粒子应相同，这样才能无隙并置形成晶体。如eq\a\vs4\al()(eq\a\vs4\al(○)、eq\a\vs4\al(●)代表不同微粒)就不能认为是晶胞。2．用“均摊法”进行晶胞计算(1)均摊法含义：若某个粒子为n个晶胞共有，则该粒子有eq\f(1,n)属于该晶胞。(2)平行六面体(立方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算顶角：同为8个晶胞共有，eq\f(1,8)粒子属于该晶胞；棱上：同为4个晶胞共有，eq\f(1,4)粒子属于该晶胞；面上：同为2个晶胞共有，eq\f(1,2)粒子属于该晶胞；内部：整个粒子都属于该晶胞。(3)正六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算顶角：同为6个晶胞共有，eq\f(1,6)粒子属于该晶胞；水平棱上：同为4个晶胞共有，eq\f(1,4)粒子属于该晶胞；垂直棱上：同为3个晶胞共有，eq\f(1,3)粒子属于该晶胞；面上：同为2个晶胞共有，eq\f(1,2)粒子属于该晶胞；内部：整个粒子都属于该晶胞。【即学即练5】(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。(3)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是____________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。(4)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为________(填字母)。A．Ti14C13B．TiCC．Ti14C4D．Ti4C3答案：(1)CuCl(2)2BN(3)CoTiO3612(4)A解析：(1)晶胞中灰球代表的粒子数4个，白球代表的粒子数的6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4个，所以化学式为CuCl。(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，灰球表示的原子个数为1＋4×eq\f(1,4)＝2，所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个；N的电负性大于B，所以该陶瓷的化学式为BN。(3)晶胞中含有O：6×eq\f(1,2)＝3个，含Co：8×eq\f(1,8)＝1个，含Ti：1个，故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心，其周围距离最近的O原子位于6个面的中心，所以周围距离最近的O原子数目为6个；Co原子位于晶胞的顶点，O原子位于晶胞的面心，所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12个。(4)由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成。选项A正确。知识拓展有关晶体的计算1．计算晶胞棱长晶胞模型晶胞棱长(a)与粒子半径(r)关系a＝2req\r(3)a＝4req\r(2)a＝4ra＝2req\r(3)a＝8r2．计算晶体密度以一个晶胞为研究对象，根据晶胞质量m＝ρ×V，由公式eq\f(M,NA)×N＝ρ×a3进行计算，其中M为晶体的摩尔质量，N为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞棱长。3．计算晶体密度时要注意单位换算具体如下：1pm＝1×10－10cm；1nm＝1×10－7cm。【典例】已知元素A为O，元素B为Na，A与B能够形成化合物F，其晶胞结构如图所示，晶胞棱长参数acm，F的化学式为________，晶胞中A原子的配位数为________，列式计算晶体F的密度为________________g·cm－3(仅需列出表达式)。答案：Na2O8eq\f(（16＋23×2）×4,NA·a3)解析：A和B能够形成化合物F为离子化合物，阴离子位于晶胞的顶角和面心，阳离子位于晶胞内部，则Na的个数为8，O的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，N(Na)∶N(O)＝2∶1，则形成的化合物为Na2O；由晶胞结构可知B(Na)原子配位数为4，结合化学式可知A(O)原子配位数为4×2＝8；晶胞的质量为eq\f(（16＋23×2）×4,NA)g，晶胞的体积为a3cm3，则晶体F的密度为eq\f(（16＋23×2）×4,NA·a3)g·cm－3。【练习与应用】1．已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体，在该晶体中每个顶角各有1个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得25℃时干冰晶体的晶胞棱长为acm，其摩尔质量为Mg·mol－1，则该干冰晶体的密度为(单位：g·cm－3)()A．eq\f(M,a3)B．eq\f(M,a3NA)C．eq\f(4M,a3) D．eq\f(4M,a3NA)答案：D解析：每个顶角上的二氧化碳分子被8个晶胞共用，每个面心上的二氧化碳分子被2个晶胞共用，所以该晶胞中二氧化碳分子个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(\f(M,NA)×4,a3)g·cm－3＝eq\f(4M,a3NA)g·cm－3，故D正确。2．用X射线衍射法对Cu晶体进行测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方结构(如图)，已知该晶体的密度为9.00g·cm－3，Cu的原子半径为________cm(阿伏加德罗常数的值为NA，要求列式计算)。答案：eq\f(\r(2),4)×eq\r(3,\f(4×64,9.00×NA))解析：设晶胞的棱长为acm，则a3cm3·ρg·cm－3·NAmol－1＝4×64g·mol－1，a＝eq\r(3,\f(4×64,ρ·NA))，面对角线为eq\r(2)acm，面对角线的eq\f(1,4)为Cu的原子半径，r＝eq\f(\r(2),4)×eq\r(3,\f(4×64,9.00×NA))cm。第7讲物质的聚集状态与晶体的常识课堂检测姓名：______________1．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81千克的大直径单晶硅，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．晶体硅没有固定的熔、沸点B．形成晶体硅的速率越快越好C．可用于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，形成的晶体无各向异性答案：C解析：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故A错误；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，故B错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在三维空间是否有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，所以区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，故C正确；晶体硅的形成与晶体的自范性有关，形成的晶体有各向异性，故D错误。2．下列过程得到的固体不是晶体的是()A．将NaCl饱和溶液降温，所得到的固体B．气态H2O冷却直接形成的固体C．熔融的KNO3冷却后所得到的固体D．将液态的玻璃冷却后所得到的固体答案：D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熔融态物质的凝固。A选项符合①，B选项符合②，C选项符合③。由于玻璃本来就属于非晶体，熔融后再冷却所得固体仍为非晶体。3．不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是()A．石墨和金刚石是同素异形体B．石墨中的碳原子在三维空间里呈周期性有序排列C．石墨的熔点为3625℃D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰答案：A解析：原子在三维空间里呈有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C项)、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰(D项)等特征，都是晶体有别于非晶体的体现；而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间无联系，如无定形碳是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。4．如图所示为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子构成，该晶体的化学式为()A．A6B8CB．A2B4CC．A3BC D．A3B4C答案：C解析：分析晶胞结构可知，A位于晶胞面上，B位于晶胞的顶角，C位于晶胞内部；由“均摊法”可知，一个晶胞中含有A粒子个数为6×eq\f(1,2)＝3，含有B粒子个数为8×eq\f(1,8)＝1，含有C粒子个数为1，故A、B、C粒子的个数之比为3∶1∶1，则该晶体的化学式为A3BC。5．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()A．XYZ B．X2Y4ZC．XY4Z D．X4Y2Z答案：C解析：该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X原子数为8×eq\f(1,8)＝1；Y原子位于该晶胞内，共有4个，因此该晶胞中拥有的Y原子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。6．已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，用NA表示阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，CsCl的晶胞结构如图所示，则CsCl的摩尔质量可以表示为()A．NA·a3·ρg·mol－1 B．eq\f(NA·a3·ρ,6)g·mol－1C．eq\f(NA·a3·ρ,4)g·mol－1 D．eq\f(NA·a3·ρ,8)g·mol－1答案：A解析：该晶胞中铯离子个数为8×eq\f(1,8)＝1，含有一个氯离子，其体积为a3cm3，一个氯化铯的质量为a3·ρg，1mol的质量为NA·a3·ρg，则其摩尔质量为NA·a3·ρg·mol－1。7．如图是超导化合物——钙钛矿晶体中基本单元(晶胞)的结构。请回答：(1)该化合物的化学式为________。(2)在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有________个。(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为ag·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为________________。答案：共4分(1)CaTiO3（1分）(2)6（1分）(3)eq\f(\r(3),2)·eq\r(3,\f(M,a·NA))cm（2分）解析：(1)晶胞中，钛原子个数为8×eq\f(1,8)＝1，氧原子个数为12×eq\f(1,4)＝3，钙原子个数为1，所以这个晶胞拥有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为1、3、1，该化合物的化学式为CaTiO3。(2)钛位于立方体的顶角上，则与一个钛原子距离最近的钛原子与它共棱；从晶胞结构可以看出，与它距离最近且相等的其他钛原子共6个。(3)设这种立方晶胞的棱长是b，那么，钙原子与钛原子之间的距离是体对角线长的一半，即eq\f(\r(3),2)b。因为每个立方体的体积为b3，而NA个这样的立方体堆积到一起就是1mol晶体，其质量为Mg，其体积为eq\f(Mg,ag·cm－3)＝eq\f(M,a)cm3。所以，NA·b3＝eq\f(M,a)cm3，b＝eq\r(3,\f(M,a·NA))cm，则题中所求距离为eq\f(\r(3),2)·eq\r(3,\f(M,a·NA))cm。第7讲物质的聚集状态与晶体的常识课时同步练习A组1．下列关于聚集状态的叙述中，错误的是()A．物质只有气、液、固三种聚集状态B．气态是高度无序的体系存在状态C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固态和气态之间，表现出明显的流动性答案：A解析：物质的聚集状态，除了气、液、固三态外，还有其他聚集状态，如晶态、非晶态以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等，A项错误；物质处于气态时，微粒间距离大，微粒运动速率快，体系处于高度无序状态，B项正确；固态物质中的微粒相距很近，难以自由移动，但能够在一定位置上做不同程度的振动，C项正确；对液态物质而言，微粒相距较近，微粒间作用力较强，微粒的运动明显活跃，介于固态和气态之间，使之表现出明显的流动性，D项正确。2．下列叙述正确的是()A．玻璃、石蜡、松香、氯化钠都是非晶体B．晶体中粒子呈周期性有序排列，非晶体粒子排列完全无序C．非晶体在加热熔化的过程中温度保持上升趋势D．当晶体处于熔点温度时，它的状态应是固态或液态答案：C解析：玻璃、石蜡、松香是非晶体，而氯化钠是晶体，A错误；晶体中粒子呈周期性有序排列，而非晶体粒子则相对无序，B错误；由于非晶体没有固定的熔点，非晶体在加热熔化的过程中温度保持上升趋势，C正确；当晶体处于熔点温度时，它可能处于固态、液态或固液混合态，D错误。3．下列关于晶体的说法正确的是()A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体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．石蜡有固定熔点而玻璃没有固定的熔点D．玛瑙与水晶无法相互转化答案：B解析：将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体，A项错误；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，B项正确；石蜡和玻璃都是非晶体，非晶体没有固定的熔点，C项错误；可以通过重新熔融而快速或缓慢冷却得到玛瑙或水晶，D项错误。4．等离子体在工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列与等离子体无关的是()A．等离子体显示器B．日光灯和霓虹灯C．把水温度升高到几千摄氏度D．液晶显示器答案：D解析：等离子显示器里，紫外光可以使气体转变为等离子体，A对；日光灯和霓虹灯的灯管里，放电时可以将空气转变为等离子体，B对；将水温升高到几千摄氏度，高温时能够将水分子转变为等离子体，C对；液晶显示器是液晶的重要用途，D错。5．下列有关晶胞的叙述正确的是()A．晶胞是描述晶体结构的基本单元B．整块晶体中，相邻晶胞之间有间隙C．晶体中晶胞的形状及其内部的原子个数完全相同，而几何排列及取向可以不同D．晶胞都是正八面体答案：A解析：晶胞是晶体在微观空间里的一个基本重复单元，A正确；在晶体中，晶胞是最小的结构单元，在它的上、下、前、后、左、右无隙并置地排列着无数晶胞，“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙，B错误；晶体中晶胞的排列及取向是完全相同的，C错误；一般来说，晶胞为平行六面体，不是正八面体，D错误。6．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)()A．8；BaTi8O12B．8；BaTi4O9C．6；BaTiO3 D．3；BaTi2O3答案：C解析：由结构可知，Ba位于体心为1个，Ti位于顶角，为8×eq\f(1,8)＝1个，O位于棱上，为12×eq\f(1,4)＝3个，其化学式为BaTiO3，晶体内Ti紧邻的氧原子在棱上，则晶体内与每个Ti紧邻的氧原子数为eq\f(3×8,4)＝6个。7．我国科学家合成了富集11B的非碳导热材料立方氮化硼晶体，晶胞结构如图。下列说法正确的是()A．11BN和10BN的性质无差异B．该晶体具有良好的导电性C．该晶胞中含有4个B原子，4个N原子D．N原子周围等距且最近的N原子数为8答案：C解析：11B和10B互为同位素，形成的化合物在化学性质上无差异，但物理性质有差异，A错误；该晶体结构中无自由移动的离子和电子，不具有导电性，B错误；该晶胞中，顶角上的B原子个数为8×eq\f(1,8)＝1，面心上的B原子个数为6×eq\f(1,2)＝3，共有4个B原子，N原子全部在晶胞内部共4个，C正确；由晶胞示意图，1个N原子与4个B原子成键，每个B原子又分别和3个N原子成键，所以N原子周围等距且最近的N原子数为3×4＝12个，D错误。8．(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。(3)已知氟化钙晶体的晶胞如图所示。则1个晶胞中含有________个Ca2＋、________个F－。若晶体的密度为ag·cm－3，则晶胞的体积是____________________(只要求列出计算式)。答案：(1)CuCl(2)2BN(3)48eq\f(4×78,a×6.02×1023)cm3解析：(1)晶胞中灰球代表的粒子数为4个，白球代表的粒子数为6×eq\f(1,2)＋8×eq\f(1,8)＝4个，所以化学式为CuCl。(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2，灰球表示的原子个数为1＋4×eq\f(1,4)＝2，所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个；N的电负性大于B，所以该陶瓷的化学式为BN。(3)1个CaF2晶胞中有8个Ca2＋在顶角、6个Ca2＋在面心，Ca2＋数目为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；8个F－均在晶胞内部，F－个数为8，即1个晶胞中含有4个Ca2＋、8个F－。1个晶胞的质量为eq\f(4×78g·mol－1,6.02×1023mol－1)，晶胞的密度为ag·cm－3，所以晶胞的体积V＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(\f(4×78,6.02×1023)g,ag·cm－3)＝eq\f(4×78,a×6.02×1023)cm3。9．材料王国里出现了能储存氢的金属和合金，统称为储氢合金，这些金属或合金具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，氢分子在合金(或金属)中先分解成单个的原子，而这些氢原子便“见缝插针”般地进入合金原子之间的缝隙中，并与合金进行化学反应生成金属氢化物，外在表现为大量“吸收”氢气，同时放出大量热。如图是一种镍基合金储氢后的晶胞结构图：(1)该合金的化学式为________。(2)该合金储氢后，含1molLa的合金可吸附H2的数目为________。答案：(1)LaNi5(2)3NA解析：(1)该晶胞中La位于顶角，个数为8×eq\f(1,8)＝1，Ni位于面心和体心，个数为8×eq\f(1,2)＋1＝5。(2)该晶胞中La位于顶角，个数为8×eq\f(1,8)＝1，H2有8个位于棱上，2个位于面心，个数为8×eq\f(1,4)＋2×eq\f(1,2)＝3，故含1molLa的合金可吸附H2的数目为3NA。10．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为________。(2)若Xn＋中的n取值为2，晶胞的组成与结构是否有变化________(填“是”或“否”)。(3)X元素的原子序数是________。(4)晶体中每个N3－被________个等距离且最近的Xn＋包围。答案：(1)3∶1(2)是(3)29(4)6解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×eq\f(1,4)＝3，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×eq\f(1,8)＝1，故阳离子与阴离子个数比为3∶1。(2)原晶体由Xn＋和N3－组成，化学式为X3N，则n＝1。若n取值为2，X3N变为X3N2，则晶胞的组成与结构发生了变化。(3)因为K、L、M三个电子层充满，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋在上、下、左、右、前、后包围。B组1．钇钡铜氧化合物晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式可能是()A．YBa2Cu3O4 B．YBa2Cu2O5C．YBa2Cu3O5 D．YBaCu4O4答案：C解析：位于顶角的铜原子(最上层平面和最下层平面)共8个，这个晶胞中只分摊到8×eq\f(1,8)＝1(个)；位于棱上(中间两个平面)的也是8个，这个晶胞分摊到的是8×eq\f(1,4)＝2(个)，所以每个晶胞单独占有的铜原子数为3个；氧原子共13个，位于晶胞面上(不含棱)的是7个，位于晶胞棱上的是6个，所以每个晶胞单独含有的氧原子数为7×eq\f(1,2)＋6×eq\f(1,4)＝5(个)；所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独占有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子数分别为1、2、3、5，化学式为YBa2Cu3O5。2．食盐晶体是由钠离子(图中的“eq\a\vs4\al(●)”)和氯离子(图中的“eq\a\vs4\al(○)”)构成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是2.2g·cm－3，阿伏加德罗常数为6.02×1023mol－1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于()A．3.0×10－8cm B．3.5×10－8cmC．4.0×10－8cm D．5.0×10－8cm答案：C解析：从NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体，如图所示a表示其棱长，d表示两个Na＋中心间的距离。每个小立方体含Na＋：eq\f(1,8)×4＝eq\f(1,2)，含Cl－：eq\f(1,8)×4＝eq\f(1,2)，即每个小立方体含eq\f(1,2)个NaCl，则有a3·2.2g·cm－3＝eq\f(\f(1,2)×58.5g·mol－1,6.02×1023mol－1)，解得a≈2.81×10－8cm，又因为d＝eq\r(2)a，故食盐晶体中两个距离最近的Na＋中心间的距离为d＝eq\r(2)×2.81×10－8cm≈4.0×10－8cm。3．硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为()A．MgBB．MgB2C．Mg2BD．Mg3B2答案：B解析：棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2×eq\f(1,2)＋12×eq\f(1,6