2024-2025学年高中化学第3章第1节认识晶体第1课时晶体的特性和晶体结构的堆积模型教案鲁科版选修3

PAGEPAGE12第1课时晶体的特性和晶体结构的积累模型[学习目标定位]1.熟知晶体的概念、晶体的类型和晶体的分类依据。2.知道晶体结构的积累模型。一、晶体的特性1．晶体与非晶体(1)晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按肯定规律做周期性重复排列构成的固体物质。如金刚石、食盐、干冰等。(2)非晶体：内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。如橡胶、玻璃、松香等。2．晶体的特性：(1)自范性：晶体在相宜条件下可以自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。(2)各向异性：是指在不同的方向上表现出不同的物理性质，如强度、导热性、光学性质等。(3)对称性：晶体具有特定的对称性，如规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有轴对称性，也有面对称性。(4)晶体具有固定的熔、沸点。3．常见的四种晶体类型晶体类型构成微粒种类微粒间的相互作用实例离子晶体阴、阳离子离子键NaCl金属晶体金属原子金属键Cu原子晶体原子共价键金刚石分子晶体分子分子间作用力干冰(1)晶体与非晶体的区分外观微观结构自范性各向异性熔、沸点晶体具有规则几何外形微粒在三维空间呈周期性有序排列有各向异性固定非晶体不具有规则几何外形微粒排列相对无序无各向同性不固定本质区分微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列(2)晶体与非晶体的区分方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射试验(3)推断晶体类型的方法之一：依据晶体结构微粒的种类及微粒间的相互作用。例1下列物质中属于晶体的是()A．棉花B．玻璃C．陶瓷D．胆矾答案D解析棉花内部微粒的排列是没有规则的，属于非晶体；玻璃、陶瓷没有固定的熔点，属于非晶体；胆矾的化学式为CuSO4·5H2O，是硫酸铜的晶体。例2下列叙述中正确的是()A．具有规则几何外形的固体肯定是晶体B．具有特定对称性的固体肯定是晶体C．具有各向异性的固体肯定是晶体D．依据构成粒子的积累方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体答案C解析晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部粒子规律性排列的外部反映，有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，故A、B两项错误；具有各向异性的固体肯定是晶体，C项正确；晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体是依据构成晶体的微粒的种类和微粒间相互作用的不同，故D项错误。易错警示晶体具有规则的几何外形，但具有规则几何外形的固体不肯定是晶体。非晶体也可以打磨成规则的几何外形，但仍不是晶体。二、晶体结构的积累模型1．晶体结构的密积累的原理金属原子、离子或分子在没有其他因素(如氢键)影响时，在空间的排列大都听从紧密积累原理。这是因为金属键、离子键和分子间作用力均没有方向性，因此都趋向于使原子、离子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于四周，并以密积累的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。2．等径圆球的密积累(金属晶体)(1)单列紧密积累方式：等径圆球在一列上进行紧密积累的方式只有一种，即全部的圆球都在一条直线上排列，如图所示：(2)同层紧密积累方式：①等径圆球在一列上进行紧密积累的方式只有一种，即只有当每个等径圆球与四周六个圆球相接触时才能做到最紧密积累，这样形成的层称为密置层。②在密积累中，一个原子或离子四周距离相等且最近的原子或离子的数目叫配位数。非密置层的配位数是4，密置层的配位数是6。③密置层放置的平面利用率比非密置层放置的要高。(3)多层紧密积累的方式视察分析图，并结合教材内容回答下列问题：①图1所示密置层排列方式为“…ABAB…”，这种积累方式称为A3型最密积累，其积累特点是B的上层与B的下层两层中的球的球心相对应，其配位数为12。②图2所示密置层排列方式为“…ABCABC…”，这种积累方式称为A1型最密积累，其积累特点是A、B、C三层球的球心位置均不同，其配位数为12。3．非等径圆球的密积累(离子晶体)(1)由于阴、阳离子的半径不同，因此离子晶体为不等径圆球的密积累，可以将这种积累方式看成是大球先按肯定的方式做等径圆球的密积累，小球再填充在大球所形成的空隙中。(2)在一些离子晶体中，阴离子半径较大，应先将阴离子看成是等径圆球进行密积累，而阳离子有序地填在阴离子所形成的空隙中。例如，NaCl晶体中的Cl－按A1型方式进行最密积累，Na＋填在Cl－所形成的空隙中；ZnS晶体中S2－按A1型方式进行最密积累，Zn2＋填入S2－所形成的空隙中。(1)只有晶体微粒间的作用力不具有方向性和饱和性才遵循紧密积累原理。①金属晶体采纳等径圆球的密积累，是因为金属键无方向性和饱和性。②离子晶体采纳不等径圆球的密积累，是因为离子键无方向性和饱和性。③不含氢键的分子晶体尽可能采纳紧密积累方式，因为范德华力没有方向性和饱和性。分子晶体中分子的积累与分子的形态有关，如干冰中CO2分子呈直线形，CO2晶体在空间是按A1型最密积累方式形成晶体的。若分子间靠氢键形成晶体，则不实行密积累结构，因为氢键有方向性，一个分子四周其他分子的数目和积累方向是肯定的。如苯甲酸晶体、冰等。④原子晶体中微粒积累不听从紧密积累原理。原子晶体中微粒间以共价键相结合，由于共价键具有饱和性和方向性，就确定了一个原子四周的其他原子的数目不仅是很有限的，而且积累方向也是肯定的。(2)A1型和A3型最密积累的方式不同，但都是同一层上每个球与同层中四周6个球相接触，同时又与上下两层中各3个球相接触，所以它们的配位数都为12。例3如图为金属镉的积累方式，下列说法正确的是()A．此积累方式属于非最密积累B．此积累方式为A1型最密积累C．配位数为8D．镉的积累方式与铜的积累方式不同答案D解析据图可看出，镉的积累方式为“…ABAB…”，为A3型，而铜的积累方式为A1型，故A、B两项错误，D项正确；A3型最密积累的配位数为12，即中间一层有6个，上下两层各有3个，C项错误。方法规律晶体的A1型和A3型最密积累中，晶体微粒的配位数都是12。例4下列叙述中不正确的是()A．氯化钠的晶体结构为非等径圆球密积累B．晶体尽量实行紧密积累方式，以使其变得比较稳定C．因为共价键有饱和性和方向性，所以原子晶体不遵循紧密积累原则D．金属铜和镁均以“…ABAB…”方式积累答案D解析在NaCl晶体中，半径较大的Cl－按A1型方式进行最密积累，Na＋填在Cl－所形成的空隙中，因此NaCl晶体结构为非等径圆球密积累，A项正确；采纳密积累的方式可以降低体系的能量，使晶体变得比较稳定，B项正确；密积累原理适用于没有方向性的金属键、离子键和范德华力相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体，而不适用于具有方向性和饱和性的共价键所形成的原子晶体以及存在氢键的分子晶体，C项正确；金属铜采纳“…ABCABC…”方式积累，金属镁采纳“…ABAB…”方式积累，所以D项错误。规律总结金属晶体、离子晶体和无氢键的分子晶体中都存在A1型紧密积累模型的晶体。原子晶体不遵循紧密积累原则；分子晶体是否密积累与分子间作用力是否具有饱和性与方向性有关，与分子内共价键的特征(方向性与饱和性)无关。1．一般玻璃和水晶的根本区分在于()A．外形不一样B．一般玻璃的基本构成粒子无规则地排列，水晶的基本构成粒子按肯定规律做周期性重复排列C．水晶有固定的熔点，一般玻璃无固定的熔点D．水晶可用于能量转换，一般玻璃不能用于能量转换答案B解析晶体和非晶体的本质区分就是粒子(原子、离子或分子)在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。2．区分晶体和非晶体最科学的方法是()A．测定熔、沸点的凹凸B．对固体进行X射线衍射C．看是否有规则的几何外形D．比较硬度答案B解析晶体与非晶体最本质的区分是组成物质的粒子在微观空间里是否有序排列，利用X射线衍射可测定晶体结构，B项正确；晶体具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，二者的区分与熔、沸点的凹凸无关，A项错误；有规则几何外形的固体不肯定是晶体，C项错误；无法从硬度上区分晶体和非晶体，D项错误。3．(2024·平凉灵台校级月考)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没有固定的熔点B．a是非晶体C．b是晶体D．b是非晶体答案D解析晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但始终在汲取能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度始终上升，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。4．金属晶体、离子晶体和分子晶体(不含氢键的)实行密积累方式的缘由是()A．构成晶体的微粒均可视为圆球B．金属键、离子键、分子间作用力均无饱和性和方向性C．三种晶体的构成微粒相同D．三种晶体的构成微粒多少及相互作用力相同答案B解析金属晶体、离子晶体、分子晶体(不含氢键的)实行密积累方式的缘由是金属键、离子键、分子间作用力(除氢键外)均无方向性和饱和性，趋向使原子、离子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于四周并以密积累方式降低体系的能量，使分子变得比较稳定。5.关于下图叙述不正确的是()A．该种积累方式为A3型最密积累B．该种积累方式为A1型最密积累C．该种积累方式可用符号“…ABCABC…”表示D．金属Cu就属于此种最密积累答案A解析从垂直方向看三层球心均不在一条直线上，故为A1型最密积累，可以用“…ABCABC…”表示。6．非晶硅光电薄膜产业的研发成长，在转换效率上，已渐渐接近于多晶硅太阳能电池，发电成本仅为多晶硅的三分之一。预料非晶硅光电薄膜产业的增长速率，将比多晶硅太阳能产业更为快速，非晶硅薄膜技术将成为今后太阳能电池的市场主流。摸索究下列问题：(1)下图中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)有关晶体常识的相关说法中正确的是_____(填字母)。A．玻璃是非晶体B．固体粉末都是非晶体C．晶体内部质点具有有序性的特征，有固定的熔、沸点和各向异性D．区分晶体和非晶体最有效的方法是通过X射线衍射试验答案(1)非晶硅晶体硅(2)ACD解析(1)从粒子在微观空间里是否有有序性和自范性角度视察。(2)A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，很多固体粉末不能用肉眼视察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末也可能是晶体。

题组1晶体的分类与特征1．下列关于晶体和非晶体的本质区分的叙述中正确的是()A．是否具有规则几何外形的固体B．是否具有固定组成的物质C．是否具有美观对称的外形D．内部基本构成微粒是否按肯定规律做周期性重复排列答案D解析有规则几何外形或美观对称外形的固体不肯定都是晶体，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；具有固定组成的物质也不肯定是晶体；晶体和非晶体的本质区分在于其微观结构不同。2．下列说法错误的是()A．同一物质有时可以是晶体，有时可以是非晶体B．区分晶体和非晶体最牢靠的科学方法是确定有没有固定熔点C．雪花是水蒸气凝华得到的晶体D．溶质从溶液中析出可以得到晶体答案B解析A正确，如晶态SiO2和非晶态SiO2；B不正确，最牢靠的科学方法是对固体进行X射线衍射试验；C、D正确。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溶液中渐渐变为完备的立方体块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答案B解析晶体的自范性指的是在相宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质，这一相宜条件一般指的是自动结晶析出的条件，A项所述过程不行能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃是非晶体。4．下列途径不能得到晶体的是()A．熔融态SiO2快速冷却B．熔融态SiO2热液缓慢冷却C．FeCl3蒸气冷凝D．CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却答案A解析晶体呈现自范性是须要肯定条件的，即晶体生长的速率要适当。熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，如熔融态SiO2快速冷却得到看不到晶体外形的玛瑙，热液缓慢冷却则形成水晶。FeCl3、AlCl3等固体均易升华，其蒸气凝华则得到晶体。D项析出胆矾晶体(CuSO4·5H2O)。5．将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是()A．基本构成的微粒种类B．晶体中最小重复结构单元的种类C．微观粒子的密积累种类D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类答案D解析依据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。6．下列叙述正确的是()A．任何晶体中，若含有阳离子也肯定含有阴离子B．离子晶体中可能含有共价键C．离子晶体中只含有离子键不含有共价键D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键答案B解析金属晶体中存在金属阳离子与“自由电子”，没有阴离子，A项错误；离子晶体中肯定含有离子键，可能含有共价键，B项正确，C项错误；分子晶体中肯定存在分子间作用力，除稀有气体分子外均存在共价键，D项错误。题组2晶体结构的积累模型7．金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法不正确的是()A．图a为密置层 B．图b为非密置层C．图a配位数为6 D．图b配位数为6答案D解析金属原子在二维空间里有两种放置方式，一种是密置层，原子配位数为6；一种是非密置层，原子配位数为4。8．下列晶体的结构不遵循紧密积累原则的是()A．金属铜B．氯化钠C．金刚石D．干冰答案C9．下列晶体按A1型进行最密积累的是()A．干冰、NaCl、金属铜B．ZnS、金属镁、氮化硼C．水晶、金刚石、晶体硅D．ZnS、NaCl、金属镁答案A解析干冰、NaCl、Cu、ZnS均为A1型最密积累，Mg为A3型最密积累，水晶、金刚石、氮化硼、晶体硅均为原子晶体，不遵循紧密积累原则，故只有A项正确。10．(2024·河南师大附中高二月考)金属晶体中金属原子有三种常见的积累方式：六方最密积累、面心立方最密积累和体心立方积累，如图a、b、c分别代表这三种积累方式的结构示意图，则图示结构内金属原子个数比为()A．3∶2∶1 B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9答案A解析图a中所含原子的个数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6，图b中所含原子的个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，图c中所含原子的个数为8×eq\f(1,8)＋1＝2。11.如图是金属晶体的A1型最密积累形成的面心立方晶胞示意图，在密积累中处于同一密置层上的原子组合是()A．④⑤⑥⑩⑪⑫B．②③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑧D．①②⑪⑭⑧⑤答案B解析A1型最密积累形成的面心立方晶胞的对角线是垂直于密置层面的直线，所以要找处于同一密置层上的原子，必需找出垂直于晶胞体对角线的面。12．金属铜的晶胞结构如图所示，下列有关说法正确的是()A．金属钋也实行这种积累方式B．这种积累方式中，金属原子的配位数为8C．每个晶胞中含有4个Cu原子D．这种积累方式的空间利用率较低答案C解析Po实行简洁立方积累，A项错误；在面心立方最密积累中，金属原子的配位数为12，B项错误；依据“均摊法”，该晶胞中含有的Cu原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，C项正确；简洁立方积累的空间利用率为52%，体心立方积累的空间利用率为68%，六方最密积累和面心立方最密积累的空间利用率均为74%，D项错误。13．(2024·邢台一中月考)(1)在下列物质中，__________(填序号，下同)是晶体，______________是非晶体。①塑料②明矾③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O⑥冰糖⑦石蜡⑧单晶硅⑨铝块⑩橡胶(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体一般都具有____________________，而非晶体__________________；另外非晶体具有物理性质______________的特点，而晶体具有物理性质__________________的特点。答案(1)②⑤⑥⑧⑨①③④⑦⑩(2)规则的几何外形没有规则的几何外形各向同性各向异性解析明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。14．(1)依据下图回答问题。①将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图1所示的半径相等圆球的排列中，A属于________层，配位数是________；B属于________层，配位数是________。②将非密置层一层一层地在三维空间里积累，得到图2所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简洁立方积累。在这种晶体中，金属原子的配位数是________。(2)某物质的晶体内部一截面上原子的排布状况如右图所示，则该晶体的化学式可表示为________。答案(1)①非密置