高中化学 第三章 晶体结构与性质 31 晶体的常识 新人教版选修3.docx

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高中化学第三章晶体结构与性质31晶体的常识新人教版选修3

第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识

知识归纳

一、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

______

原子在三维空间里呈______排列

非晶体

______

原子排列______

2．获得晶体的三条途径

（1）______物质凝固；

（2）______物质冷却不经液态直接凝固（______）；

（3）______从溶液中析出。

3．晶体的特点

（1）自范性

①定义：

在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现规则的______，这称为晶体的______。

非晶体物质没有这个特性。

②形成条件：

晶体______适当。

③本质原因：

晶体中粒子在______里呈现______的______排列。

（2）晶体在不同的方向上表现出不同的物理特质即______。

（3）晶体的______较固定。

（4）区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行______实验。

二、晶胞

1．概念

晶胞是晶体中最小的______。

2．结构

晶胞一般都是______，晶体是由无数晶胞“______”而成。

（1）无隙：

相邻晶胞之间无任何______。

（2）并置：

所有晶胞都是______排列的，取向______。

（3）所有晶胞的______及内部的原子______及几何排列是完全相同的。

【答案】一、1．有周期性没有相对无序

2．

（1）熔融态

（2）气态凝华（3）溶质

3．

（1）多面体外形性质自范性生长的速率三维空间周期性有序

（2）各向异性（3）熔点（4）X－射线衍射

二、1．结构重复单元

2．平行六面体无隙并置

（1）间隙

（2）平行相同（3）形状种类

知识重点

与晶体有关的计算

晶体结构的计算常常涉及如下数据：

晶体密度、NA、M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。

解答这类题时，一要掌握晶体“均摊法”的原理，二要有扎实的立体几何知识，三要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。

1．“均摊法”原理

晶胞中任意位置上的一个原子如果被n个晶胞所共有，则每个晶胞对这个原子分得的份额就是

。

非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用“均摊法”，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。

例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）对六边形的贡献为

，那么一个六边形实际有6×

=2个碳原子。

又如，在六棱柱晶胞（如下图所示的MgB2晶胞）中，顶点上的原子为6个晶胞（同层3个，上层或下层3个）共有，面上的原子为2个晶胞共有，因此镁原子个数为12×

+2×

=3，硼原子个数为6。

2．晶体微粒与M、ρ之间的关系

若1个晶胞中含有x个微粒，则1mol该晶胞中含有xmol微粒，其质量为xMg（M为微粒的相对“分子”质量）；又1个晶胞的质量为ρa3g（a3为晶胞的体积），则1mol晶胞的质量为ρa3NAg，因此有xM＝ρa3NA。

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）。

【解析】计算1个晶胞的质量，依据晶体的密度与晶胞的密度相同，可由ρ=

来计算晶胞的体积。

1个CaF2晶胞中有8个Ca2+在顶角、6个Ca2+在面心，Ca2+数目为8×

+6×

=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

，晶胞的密度为ag·cm−3，所以晶胞的体积V=

=

cm3。

【答案】48

cm3

【易错诊断】不会计算晶胞的组成，直接把化学式“CaF2”当成一个晶体。

其次，不能正确建立a、ρ、M与

m之间的关系，导致计算结果错误。

好题

1．下列叙述正确的是

A．具有规则几何外形的固体一定是晶体

B．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形

C．具有各向异性的固体一定是晶体

D．晶体、非晶体都具有固定的熔点

2．下列有关晶胞的说法正确的是

A．由晶胞中的粒子数可直接确定该晶体的化学式

B．若晶胞为平行六面体，则侧棱上的粒子为2个晶胞共用

C．若晶胞为六棱柱，顶点上的粒子为6个晶胞共用

D．晶胞中不可能存在多个粒子

3．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是

A．晶体和非晶体在熔化过程中温度都不变

B．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

C．晶体熔化时不吸热，非晶体熔化时吸热

D．天上飘落的雪花，是非晶体

4．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

5．下列关于液晶的说法正确的是

A．液晶是液体和晶体的混合物

B．液晶是一种晶体

C．液晶分子在特定条件下排列比较整齐，但不稳定

D．所有物质在一定条件下都能成为液晶

6．下列关于纳米材料的叙述中，正确的是

A．包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分

B．纳米材料属于晶体

C．纳米材料属于非晶体

D．同一种金属元素构成的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质

7．从我们熟悉的食盐、金属、冰到贵重的钻石等都是晶体，而同样透明的玻璃却是非晶体。

下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是

A．是否具有规则的几何外形

B．是否具有固定的组成

C．是否具有美观对称的外形

D．内部微粒是否按一定规律做周期性重复排列

8．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

B．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

9．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

真题

10．仔细观察下图，它表示的是晶体还是非晶体

A．是晶体B．可能是晶体，可能是非晶体

C．是非晶体D．不能确定

11．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

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

12．某晶体的晶胞为正三棱柱，结构如图所示，该晶体中A、B、C三种粒子的个数之比是

A．3∶9∶4B．1∶4∶2

C．2∶9∶4D．3∶8∶5

13．如图是二氧化硅固体的结构示意图，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点

D．二者的X−射线衍射图谱是相同的

14．纳米材料的表面粒子数占粒子总数的比例很大，这是它有许多特殊性质的原因。

假设某硼镁化合物的结构如图所示（六个硼原子位于内部），则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分比为

A．22%B．70%C．66.7%D．33.3%

15．如图为铜的面心立方晶胞，则铜的一个晶胞中实际拥有的微粒数为

A．3B．4C．7D．9

16．有四种晶体，其粒子排列方式如下所示，其中化学式不属AB型的是

17．现有四种晶体，其构成粒子（均为单原子核粒子）排列方式如下图所示，其化学式正确的是

参考答案

1．【答案】C

【解析】本题的易错之处是误认为只要有规则几何外形的固体就属于晶体。

晶体与非晶体的根本区别在于内部基本构成微粒是否按一定规律做周期性重复排列；晶体具有各向异性；晶体具有固定的熔点，而非晶体不具有固定的熔点。

2．【答案】C

【解析】晶胞中的粒子不一定完全属于该晶胞，故不能直接由晶胞中所含粒子数确定该晶体的化学式，A项错误；平行六面体侧棱上的粒子为4个晶胞共用，B项错误；1个晶胞中一般都有多个粒子，D项错误。

3．【答案】B

【解析】非晶体在熔化过程中吸收热量，温度逐渐升高，A项错误；晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，B项正确；晶体熔化时保持熔点温度不变，但也需要不断吸热，C项错误；天上飘落的雪花是水蒸气凝华形成的小冰晶，属于晶体，D项错误。

4．【答案】B

【解析】A选项，将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体。

B选项，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选项，非晶体没有固定的熔点。

D选项，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。

5．【答案】C

【解析】液晶是指在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的一类特殊的物质，它既不同于晶体又不同于非晶体，在特定条件如外加电场作用下排列整齐，一旦取消电场又恢复原状，所以液晶不稳定。

不是所有的物质都能成为液晶。

6．【答案】A

【解析】纳米材料既不是晶体，也不是非晶体，是物质的一种聚集状态，由于纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高，使得同一金属元素形成的纳米材料与宏观金属具有不同的性质。

7．【答案】D

【解析】有规则几何外形或美观对称外形的固体不一定都是晶体，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形，A、C项错误；具有固定组成的物质也不一定是晶体，如非晶体玻璃就有固定的组成，B项错误；晶体和非晶体的本质区别在于其微观结构不同，D项正确。

认为有规则几何外形的固体即为晶体，易误选A；认为有固定组成的物质即为晶体，易误选B。

8．【答案】B

【解析】晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成，而是平行排列的。

9．【答案】B

【解析】普通玻璃是非晶体，水晶是晶体，二者的根本区别在于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。

10．【答案】C

【解析】从多方面可以看出此固体构成微粒排列的无序。

比如观察右侧一个空隙中就有2个大球。

11．【答案】C

【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，故正确答案为C。

12．【答案】B

【解析】本题的疑难之处在于弄不清顶点上的粒子A及棱上的粒子B被几个晶胞所共用。

由晶胞结构可知，顶点上的一个粒子A为12个正三棱柱所共用，正三角形边上的一个粒子B被4个正三棱柱所共用，而竖棱上的一个粒子B被6个正三棱柱所共用。

所以该晶胞中所含粒子A的个数为6×

=

，所含粒子B的个数为6×

+3×

=2，所含粒子C的个数为1，则A、B、C的个数比为

∶2∶1=1∶4∶2。

13．【答案】B

【解析】观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，即二氧化硅晶体。

Ⅱ为非晶体，即无定形二氧化硅。

晶体有各向异性，具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，用X−射线检验晶体和非晶体，衍射图谱明显不同，故应选B。

14．【答案】B

【解析】这是1个纳米颗粒，其中的粒子不会与其他颗粒共用，因此所有的镁原子和硼原子都完全属于这个颗粒。

该纳米颗粒表面共有镁原子14个、内部有硼原子6个，原子总数为20，所以镁原子即表面粒子数占原子总数的百分比为

×100%=70%，故B选项正确。

15．【答案】B

【解析】根据“切割法”计算：

面心立方晶胞中有8个原子位于顶点，6个原子位于面心，所以一个晶胞中铜原子的个数为8×

+6×

=4。

16．【答案】C

【解析】C项，晶体中含A：

8×

=1，含B：

12×

=3，化学式属于AB3型。

17．【答案】C

【解析】利用均摊法不难确定粒子个数比。

A项错误，8个B粒子居于顶点，一个A粒子居于体心，所以化学式应为AB或BA；B项错误，E和F的数目完全一致，所以化学式为FE或EF；C项正确，一个晶胞内X、Y、Z三种粒子的个数分别为1，3，1；D项错误，A粒子居于8个顶点和6个面心，真正属于一个晶胞的A粒子为4个，B粒子居于12条棱上和体心，真正属于一个晶胞的B粒子为4个。

凯库勒

德国化学家，1829年出生于德国的达姆斯塔德市，主要研究有机化合物的结构理论。

18岁时，他以优异的成绩考入了吉森大学学习建筑，后来受到化学大师李比希演讲的启发，改攻化学。

由于早年受到的建筑师的训练，凯库勒具有一定的形象思维能力，善于运用模型方法，将化合物的性能与结构联系起来。

他经过苦心研究并受到一个梦的启发，提出了苯环结构的假说，在有机化学发展史上作出了卓越贡献。