课时精讲14-物质的聚集状态与晶体的常识(学生版)

第三章晶体结构与性质第一节物质的聚集状态与晶体的常识课时精讲14物质的聚集状态与晶体的常识【目标导航】1．了解非晶体和液晶。2．了解纳米材料和等离子体。3．了解晶体的重要特征，简单了解晶体的分类。4．了解晶胞的概念，以及晶胞与晶体的关系，会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。【知识导图】一、等离子体1．定义。由大量________微粒(离子、电子)和_______微粒(原子或分子)所组成的物质聚集体称为等离子体。2．特点。等离子体中正、负电荷数大致相等，总体来看等离子体呈______________。3．性质。等离子体中的微粒带有电荷且能______________，使等离子体具有很好的_______，很高的温度和流动性。二、液晶1．定义。在一定的温度范围内既具有液体的_______性，又具有晶体的_______性的物质称液晶。2．性质及原因性质：液晶在_______、_______、电导率等宏观性质方面表现各向异性。原因：液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出_______的排列。三、非晶体1．定义内部原子或分子的排列呈______________的分布状态的固体称为非晶体。例如：橡胶、玻璃、石蜡、沥青等。2．与晶体的区别最大区别：物质内部的微粒能否_______地规则排列。(1)晶体内部微粒在空间按一定规律周期性重复排列而表现出______________。(2)非晶体的内部微粒的排列则是长程_______和短程_______的。3．非晶体的优异性能(1)某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的_____。(2)某些非晶态合金在中性盐溶液或酸性溶液中的耐腐蚀性比不锈钢____。(3)非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅_____。四、晶体1．概念：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做_______重复排列构成的固体物质。2．晶体的特性(1)自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的_______外形。(2)各向异性：晶体在不同的方向上表现出_______的物理性质。(3)对称性：晶体具有_______的几何外形。(4)固定的熔、沸点：加热晶体，温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高。(5)能使X射线产生衍射：利用这种性质，人们建立了测定晶体的重要实验方法。五、晶体与非晶体晶体非晶体结构特征结构微粒______________排列结构微粒_______排列性质特征自范性______________熔点______________异同表现______________二者区别方法间接方法看是否有固定的_______科学方法对固体进行______________实验六、晶体的分类(1)分类标准：根据晶体内部_______的种类和微粒间______________的不同。(2)分类晶体类型构成微粒微粒间的相互作用实例离子晶体____________________________NaCl金属晶体____________________________铜原子晶体____________________________金刚石分子晶体____________________________冰七、获得晶体的途径获得晶体的途径_______物质冷却不经液态直接凝固(凝华)_______物质凝固_______从溶液中析出八、晶胞概念晶体结构中最小的______________形状大小、形状完全相同的______________类型六方最密堆积——_______晶胞面心立方最密堆积——______________晶胞“切割法”计算某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的_______于该晶胞九、晶胞中粒子数目的计算方法——切割法1．平行六面体晶胞2．非平行六面体晶胞晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定，如正六棱柱形晶胞，顶点上的每个微粒对晶胞的贡献为eq\f(1,6)，水平棱边为eq\f(1,4)，竖直棱边为eq\f(1,3)，面为eq\f(1,2)，内部为1。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．石英玻璃和水晶都是晶体()2．具有各向异性的固体可能是晶体()3．粉末状的固体肯定不是晶体()4．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形()5．X-射线衍射是最可靠的区分晶体和非晶体的方法()6．用X射线衍射摄取石英玻璃和水晶的粉末得到的图谱是相同的()7．晶体与非晶体的本质差异在于其是否具有自范性()8．晶体具有自范性，所以用红热的铁针刺涂有石蜡的水晶柱面，熔化的石蜡呈椭圆形()9．晶体具有自范性，某些物理性质会表现出各向异性()10．等离子体和离子液体都具有良好的导电性()11．等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子12．等离子体是一种特殊的气体，由阳离子和电子两部分构成()13．等离子体是整体上呈电中性的气态物质，其中含有带电粒子()14．日光灯和霓虹灯的灯管里存在有具有良好流动性和导电能力的等离子体()15．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性()16．电视和电脑的液晶显示器使用的液晶材料属于晶体，不能体现晶体的各向异性()17．准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过X射线衍射方法区分晶体、准晶体和非晶体()18．纳米晶体会有不同于大块晶体的特性，主要原因是晶体的表面积增大()19．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，两部分都是有序的()20．纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化()考点一物质的聚集状态【例1】等离子体的用途十分广泛，运用等离子体来切割金属或者进行外科手术，其利用了等离子体的特点是()A．微粒带有电荷B．高能量C．基本构成微粒多样化 D．准电中性【答案】B【解析】运用等离子体来切割金属或者进行外科手术，是利用了等离子体具有高能量的特点。【例2】有关液晶的叙述，不正确的是()A．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性B．液晶最重要的用途是制造液晶显示器C．液晶不是物质的一种聚集状态D．液晶分子聚集在一起时，其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响【答案】C【解析】从液晶的结构特征看，液晶具有晶体的某些性质，如各向异性。在电场作用下，液晶分子能够沿电场方向排列，这也是制造液晶显示器的依据。液晶是介于液态和固态之间的一种聚集状态，故只有C选项错误。【解题技法】物质的其他聚集状态的物质有非晶体、液晶、纳米材料、等离子体。1．非晶体是指内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体。2．液晶既具有液体的可流动性，又具有像晶体那样的各向异性，在折射率、磁化率、电导率等方面具有宏观物体的性质。3．纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。4．等离子体中正、负电荷大致相等，总体来看等离子体呈准电中性，等离子体具有很好的导电性。【对点训练1】1．等离子体和液晶在工业、农业、军事、宇航、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列关于它们的说法错误的是()A．等离子体和液晶都是物质的一种聚集状态B．液晶具有液体的流动性和晶体的各向异性C．等离子体只含有离子D．等离子体和液晶都可用于制造显示器2．关于液晶的叙述中，错误的是()A．液晶是物质的一种聚集状态B．液晶具有流动性C．液晶和液态是物质的同一种聚集状态D．液晶具有各向异性考点二晶体与非晶体【例3】下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是()A．具有规则几何外形的固体均为晶体B．晶体具有自范性，非晶体没有自范性C．晶体研碎后即变为非晶体D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体【答案】B【解析】晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D选项错误。组成晶体的粒子在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误。自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。【例4】通过下列操作获得的物质不是晶体的是 ()A．从熔融态以适当速率凝固获得的硫A．液态水急速冷却到-108℃C．凝华获得的碘D．从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜【答案】B【解析】获得晶体的一般途径有三种:熔融态物质凝固、气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)、溶质从溶液中析出，A、C、D正确；液态水急速冷却到-108℃得到的是玻璃态物质，不属于晶体，B错误。【解题技法】1．晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。2．晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。3．晶体的对称性：晶体具有规则的几何外形。【对点训练2】3．下列不属于晶体的特点的是()A．一定有固定的几何外形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4．金属玻璃就是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是 ()A．金属玻璃能自发呈现多面体外形A．金属玻璃具有固定的熔点C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物考点三晶胞概念的理解【例5】下列有关晶胞的叙述，正确的是()A．所有的晶胞都是平行六面体B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成【答案】D【解析】习惯采用的晶胞是平行六面体，A项不正确；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体的晶胞大小一般不相同，B选项错误；晶体中的粒子被若干个晶胞所共有不专属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“分摊法”，即可推知晶体的组成，D选项正确。【例6】F2和Xe在一定条件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三种氟化氙，它们都是极强的氧化剂(其氧化性依次递增)，都极易与水反应。其中6XeF4＋12H2O=2XeO3＋4Xe↑＋24HF＋3O2↑，下列推测正确的是()黑球表示氙原子白球表示氟原子A．XeF2分子中各原子均达到八电子的稳定结构B．某种氟化氙的晶体结构单元如上图所示，可推知其化学式为XeF6C．XeF4按已知方式水解，每生成2molXe转移8mol电子D．XeF2加入水中，在水分子的作用下，将重新生成Xe和F2【答案】C【解析】Xe原子已经达到8电子稳定，故XeF2不可能具有8电子稳定结构，A不正确；根据平行六面体规律：Xe为8×1/8＋1＝2，F为8×1/4＋2＝4，故该晶体的化学式为XeF2，B项不正确；由于F的非金属性最强，在XeF4中Xe的化合价为＋4价，生成2molXe转移电子数为8mol，C项正确；F2有强的氧化性，能够与水反应，故XeF2与水反应不可能生成F2，D项不正确。【解题技法】对晶胞的理解:“无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间隙，一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱、共面。“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动。“完全等同”指同一晶体中所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全相同。【对点训练3】5．下列有关晶胞的叙述中正确的是 ()A．晶胞的结构就是晶体的结构A．不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同C．晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成6．整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是()A．相邻晶胞之间没有任何间隙A．晶体是晶胞简单、随意堆积而成C．晶胞排列时，取向相同D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的考点四晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定【例7】认真下列示意图，有关叙述不正确的是A．图1表示由Li、Al、Si构成的某三元化合物固态晶体结构，该化合物化学式可表示为LiAlSiB．图2表示某蓝色晶体[MxFey(CN)6]的阴离子的最小结构单元，该晶体的化学式为MFe2(CN)6，M呈＋2价C．图3表示金属镍与镧(La)形成的合金晶胞结构，该合金的化学式为LaNi5D．图4表示某种铁化合物的晶胞如图所示(硫原子均在晶胞内)，该物质化学式为CuFeS2【答案】B【解析】A项，该晶胞中Li的个数为12×1/4+1=4，Al的个数为8×1/8+6×1/2=4，Si的个数为4，原子个数比为1:1:1，则该化合物化学式可表示为LiAlSi，A正确；B项，由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2＋个数为：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，同样可推出含Fe3＋个数也为eq\f(1,2)，CN－为12×eq\f(1,4)＝3，因此阴离子为[Fe2(CN)6]－，则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6，由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体，M的化合价为＋1价，B错误；C项，由图示可以看出，La原子均在晶体的8个顶点上，而Ni原子有1个在中心，另外的8个在面上，故La原子个数＝8×eq\f(1,8)＝1，Ni原子个数＝1＋8×eq\f(1,2)＝5，故化学式为LaNi5，C正确；D项，晶胞中：Cu个数为8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4；Fe个数为6×eq\f(1,2)＋4×eq\f(1,4)＝4，S原子个数为8个，Fe、Cu、S个数比为4∶4∶8＝1∶1∶2，D正确。【例8】KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示，下列有关说法正确的是 ()A．每个晶胞中含有8个K、6个O、1个IA．IO3-的空间构型为四面体形C．与K紧邻的O的个数为6个D．在KIO3晶胞结构的另一种表示中，若I处于各顶角位置，O处于棱心位置，则K处于体心位置【答案】D【解析】K位于晶胞的顶点，O位于晶胞的面心，I位于晶胞的体内，故每个晶胞中含有1个K、3个O、1个I，A错误；IO3-中I的价层电子对数为3+7+1-2×32=4，I采取sp3杂化，则IO3-的空间构型为三角锥形，B错误；O位于面心，K位于顶点，与K紧邻的O的个数为12个，C错误；在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置，个数为8×18=1，O位于棱心位置，每个棱为4个晶胞共有，O个数为12×14=3，K的个数为1【解题技法】判断晶胞中粒子个数的步骤：(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粒子对晶胞的贡献【对点训练4】7．下列是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，其对应的化学式正确的是(图中：－X，●－Y，⊗－Z)()A．X2Y B．XY3C．XY3ZD．XYZ8．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积。a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为()A．3∶2∶1B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9考点五晶胞的计算【例9】某镁铝尖晶石的晶胞由立方体A区和B区组成，其结构如图所示。若A区和B区中O2-与距离最近的顶点间的距离均为体对角线的，则下列说法错误的是()A．该晶胞的体积为 B．与距离最近的O2-的数目为3C．O2-和O2-之间的最短距离为 D．该物质的化学式为M【答案】B【解析】A项，A区、B区的棱长均为，则晶胞棱长为apm，故晶胞的体积为，A项正确；B项，根据A区和B区的结构分析，位于O2-形成的正八面体中心，因此与距离最近的O2-的数目为6，B项错误；C项，在A区和B区中4个O2-构成正四面体结构，两个O2-之间的最短距离是小立方体面对角线的，因此O2-和O2-之间的最短距离为，C项正确；D项，将邻近的A区和B区看作一个整体，该整体为晶胞的，其所含的M位于顶点、棱心和内部，个数为，位于内部，个数为4，O2-位于内部，个数为8，则M、和O2-的个数比为1∶2∶4，故物质的化学式为M，D项正确。故选B。【例10】某离子晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点，Y()位于立方体中心。试分析：(1)晶体的化学式为________。(2)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是________。(3)设该晶体的摩尔质量为Mg/mol，晶体的密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为________cm。【答案】(1)XY2或Y2X(2)109°28′(3)eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))【解析】(1)晶胞中，X的个数＝4×1/8＝1/2，Y在体内，个数是1个，则X与Y的个数比是1∶2。(2)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∠XYX＝109°28′。(3)摩尔质量是指单位物质的量的物质的质量，数值上等于该物质的相对分子(或原子)质量。由题意知，该晶胞中含有eq\f(1,2)个XY2或Y2X，设晶胞的边长为acm，则有ρa3NA＝eq\f(1,2)M，a＝eq\r(3,\f(M,2ρNA))，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))cm。【解题技法】晶胞密度及微粒间距离的计算1．计算晶体密度的方法2．计算晶体中微粒间距离的方法【对点训练5】9．氯化铝作为锂离子电池负极材料具有很好的发展前景。它属于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面体空隙中，晶胞结构如图所示，其中氮化钼晶胞参数为anm。下列说法正确的是()A．氮化钼的化学式为MoN2B．两个相邻N原子最近的距离为C．晶体的密度D．每个钼原子周围与其距离最近的钼原子有4个10．M原子的外围电子排布式为3s23p5，与铜形成化合物的晶胞如图所示(黑点代表铜原子)。(1)该晶体的化学式为________。(2)已知该晶体的密度为dg·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则该晶体中铜原子和M原子之间的最短距离为________________cm(只写计算式)。1．下列关于等离子体的叙述中，错误的是()A．是物质的一种聚集状态B．是一种混合物存在状态C．具有导电性D．基本构成微粒只有阴、阳离子2．高温、紫外线、X射线和γ射线等都可以使气体转化为等离子体。下列叙述中不涉及等离子体的是()A．日光灯和霓虹灯的灯管中B．蜡烛的火焰中C．流星的尾部D．南极的冰山中3．普通玻璃和水晶的根本区别在于()A．外形不一样B．普通玻璃的基本构成粒子无规则排列，水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性