高中化学 第三章 第一节 晶体的常识教案 新人教版选修3.docx

高中化学 第三章 第一节 晶体的常识教案 新人教版选修3.docx

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高中化学第三章第一节晶体的常识教案新人教版选修3

第一节　晶体的常识

[核心素养发展目标]　1.宏观辨识与微观探析：

能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体与非晶体。

2.证据推理与模型认知：

能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的思维模型（均摊法），能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。

一、晶体与非晶体

1．概念

（1）晶体：

内部粒子（原子、离子或分子）在三维空间按一定规律呈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．晶体特点

（1）晶体具有自范性。

①自范性：

是晶体能自发地呈现多面体外形的性质。

②实质：

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）晶体具有固定的熔点。

（3）晶体具有各向异性。

它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．获取途径

（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。

（1）晶体与非晶体的区别

晶体

非晶体

自范性（本质区别）

有

无

是否均一

均一

不均一

固定熔点

有

无

某些物理性质的各向异性

有

无

能否发生X射线衍射（最科学的区分方法）

能

不能（能发生散射）

（2）区分晶体和非晶体的方法

测定方法

测熔点

晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

科学方法

对固体进行X射线衍射实验

例1

　（2019·淄博高二检测）下列物质中属于晶体的是（　　）

①橡胶　②玻璃　③食盐　④水晶　⑤塑料　⑥胆矾

A．①④⑤B．②③⑥

C．①③④D．③④⑥

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的判断

答案　D

解析　固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。

例2

　（2018·宁德一中期中）下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（　　）

A．晶体一定比非晶体的熔点高

B．晶体有自范性但排列无序

C．非晶体无自范性且排列无序

D．固体SiO2一定是晶体

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的性质比较

答案　C

解析　晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A项错误；晶体有自范性且排列有序，B项错误；非晶体无自范性且排列无序，C项正确；SiO2的存在形态有晶态和非晶态两类，即SiO2也可能是非晶体，D项错误。

易错提醒——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，如玛瑙。

二、晶胞

1．概念

描述晶体结构的基本单元。

2．晶胞与晶体的关系

一般来说，晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。

（1）“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。

（2）“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

（3）所有晶胞的形状及内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。

3．晶胞中粒子数目的计算（以铜的晶胞为例）

（1）位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。

（2）位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。

（3）晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。

均摊法——计算晶胞中微粒的个数

计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用均摊法。

即某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的

属于这个晶胞。

（1）长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算

①处于顶点上的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

②处于棱边上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

③处于面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

④处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。

（2）非长方体（正方体）晶胞中粒子数视具体情况而定，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）被三个六边形共有，每个六边形占

。

例3

　（2018·荆州高二月考）下列有关晶胞的叙述中正确的是（　　）

A．晶胞的结构是晶体的结构

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完全属于该晶胞

D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞的结构特点

答案　D

解析　由晶胞的定义可知A选项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中，晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”即可推知晶体的组成，D选项正确。

例4

　（2019·南通高二调研）下列各项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，图中：

○—X，●—Y，—Z。

其中对应的化学式不正确的是（　　）

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

答案　B

解析　A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B项中X、Y的个数比为1∶（8×

）＝1∶1，化学式为XY，错误；C项中X的数目：

4×

＋1＝

，Y的数目：

4×

＝

，化学式为X3Y，正确；D项中X的数目：

8×

＝1，Y的数目：

6×

＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z，正确。

1．正误判断

（1）晶体一定是固体，固体不一定是晶体（　　）

（2）晶胞都是平行六面体（　　）

（3）熔融态物质冷却凝固一定得到晶体（　　）

（4）粉末状固体也可能是晶体（　　）

（5）由晶胞组成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目（　　）

（6）区分晶体与非晶体最可靠的方法是确定有没有固定的熔点（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×

2．（2019·汕头高二月考）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是矛盾的

C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排列的必然结果

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

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的性质比较

答案　B

解析　晶体在不同方向上微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排列，两者没有矛盾，故B错误。

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

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体性质的比较

答案　B

解析　普通玻璃为非晶体，水晶为晶体，它们的根本区别在于内部微粒是否按一定规律做周期性有序排列，即晶体具有自范性。

两种物质在性质上的差异正是其内部结构不同的体现。

4．（2018·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

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体性质的比较

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一直在吸收能量，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，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。

5．某物质的晶体中，含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示（其中前后两面面心上的B原子没有画出），晶体中A、B、C的原子个数比依次为（　　）

A．1∶2∶1B．1∶3∶1

C．2∶2∶1D．1∶3∶3

【考点】　晶胞结构的分析

【题点】　晶胞中微粒个数的计算

答案　B

解析　根据均摊法，A位于顶点，被8个晶胞共用，每个晶胞占有

，A的个数为8×

＝1；B位于面上，被2个晶胞共用，每个晶胞占有

，B的个数为6×

＝3；C位于体心，全部属于晶胞，即C的个数为1，三个原子的个数比为1∶3∶1，D项正确。

6．（2018·襄阳实验中学月考）在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶胞结构如图所示。

试回答：

（1）在该晶体中每个Ti周围与它距离最近且相等的Ti的个数为________。

（2）在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数之比为________。

【考点】　晶胞结构的分析

【题点】　晶胞中微粒个数的计算

答案　

（1）6　

（2）3∶1∶1

解析　

（1）由晶胞结构可知，在每个Ti的上、下、左、右、前、后各有1个等距离的Ti，与它距离最近且相等的Ti有6个。

（2）Ca位于晶胞的体心，为一个晶胞独占；Ti位于晶胞的顶点，则一个晶胞含有8×

＝1个Ti；O位于晶胞的棱上，则一个晶胞含有12×

＝3个O。

故氧、钙、钛的粒子个数之比为3∶1∶1。

题组一　晶体与非晶体

1．（2019·潮州高二调研）下列物质中属于晶体的是（　　）

A．棉花B．玻璃C．陶瓷D．胆矾

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的判断

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。

2．晶体与非晶体的本质区别是（　　）

A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形

B．晶体内部粒子有序排列，而非晶体内部粒子无序排列

C．晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点

D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的性质比较

答案　B

解析　晶体内部粒子有序排列，而非晶体内部粒子无序排列，这是晶体与非晶体的本质区别，故B正确。

3．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

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体的形成与获取

答案　A

解析　晶体呈现自范性是需要一定条件的，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）。

4．（2018·曲阜高二月考）下图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是（　　）

A．金属B．半导体

C．非晶体D．晶体

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体性质的比较

答案　D

解析　由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向（AB）与纵向（CD）的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。

5．将一块缺角的胆矾晶体置于饱和的硫酸铜溶液中，一段时间后（浓度不变），发现缺角晶体变完整了。

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．晶体的质量变小，溶液的质量变大

B．晶体的质量变大，溶液的质量变小

C．晶体和溶液的质量都不变

D．无法确定

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体性质的比较

答案　C

解析　胆矾晶体具有自范性，在适当条件下有自发呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。

由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与饱和硫酸铜溶液间存在着溶解结晶平衡，整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。

6．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谱线

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的判断

答案　A

解析　原子在三维空间里呈周期性有序排列、有自范性、有固定的熔点、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谱线等特征，都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现，故B、C、D能够支持石墨是晶体这一事实。

而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。

题组二　晶体结构的分析

7．下列有关晶胞的叙述正确的是（　　）

①晶胞是晶体结构中的基本结构单元　②根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状　③习惯采用的晶胞是平行六面体　④晶胞都是正八面体

A．①③B．②④C．①④D．②③

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞的结构特点

答案　A

8．（2018·重庆巴蜀实验中学月考）科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。

该物质中K和C60的个数之比为（　　）

A．1∶1B．2∶1C．3∶1D．4∶1

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

答案　C

解析　根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×

＝6，C60的个数为1＋8×

＝2，所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2＝3∶1。

9．（2019·林州月考）纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，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形状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粒子数与总粒子数之比为（　　）

A．7∶8B．13∶14

C．1∶1D．26∶27

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

答案　D

解析　由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。

10．（2018·广州黄埔区期中）如图所示为一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子的结构模型，则它的化学式为（　　）

A．Ti4C4B．TiCC．Ti14C13D．Ti2C

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

答案　C

解析　本题易错之处是把“气态团簇分子”当作晶胞处理，而错选A或B。

由于该结构为“气态团簇分子”的结构，给出的结构就是一个“完整”的分子，因此结构中的每个原子都是构成分子的一部分。

因该“气态团簇分子”结构中含有14个Ti原子和13个C原子，故该物质的化学式为Ti14C13。

11.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．MgB2

C．Mg2BD．Mg3B2

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

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个顶角，共有镁原子数为2×

＋12×

＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。

12．（2018·六安一中高二阶段检测）已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是（　　）

A．1mol该化合物中含有1molY

B．1mol该化合物中含有3molCu

C．1mol该化合物中含有2molBa

D．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　关于晶胞的综合分析与计算

答案　D

解析　由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上，大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的Cu原子位于长方体的内部，小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为8×

＝1，Ba原子个数为8×

＝2，Cu原子个数为3，O原子个数为10×

＋2＝7，故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。

综上可知，D项错误。

13．（2018·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　⑤CuSO4·5H2O　⑥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。

（3）判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是____________________（填序号）。

①从外形上来判断

②从各向异性或各向同性上来判断

③从导电性能来判断

④从有无固定熔点来判断

【考点】　晶体与非晶体的判断与比较

【题点】　晶体与非晶体的综合考查

答案　

（1）②⑤⑥⑧⑨　①③④⑦⑩

（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

（3）②④

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．某晶体的晶胞结构如图所示，X（

）位于立方体顶点，Y（○）位于立方体中心。

试分析：

（1）晶体中每一个Y同时吸引着______个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式是__________。

（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有______个。

（3）晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为____________。

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　关于晶胞的综合分析与计算

答案　

（1）4　8　XY2（或Y2X）　

（2）12　（3）109°28′

解析　此题考查的知识点是晶体的立体结构。

（1）同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为1∶2，所以化学式为XY2或Y2X。

（2）晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如图所示立方体的面对角线。

位置关系分为在此X的上层、下层和同一层，每层均有4个，共有12个。

（3）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，知该夹角为109°28′。

对于晶体结构，要善于用宏观的立体构型来分析粒子的微观结构，利用立体几何的知识，分清各原子、离子、分子在空间的相对位置，熟悉一些常见晶体的立体构型，是解答此类题目的关键。

15．（2018·沈阳一中月考）钇钡铜氧是一种新型节能高温超导体，其晶胞结构如图所示。

研究发现，此高温超导体中的Cu元素有两种价态，分别为＋2和＋3，Y元素的化合价为＋3，Ba元素的化合价为＋2。

（1）该物质的化学式为________________________________________________________。

（2）该物质中Cu2＋与Cu3＋的个数比为__________________________________________。

【考点】　晶胞的结构分析

【题点】　晶胞中微粒数目的计算

答案　

（1）YBa2Cu3O7　

（2）2∶1

解析　本题的疑难之处一是不会计算晶胞中氧原子的个数；二是在求Cu2＋与Cu3＋的个数比时不能灵活运用化合物中各元素的正负化合价的代数和为零这一规律。

（1）由图可知，该晶胞中N（Cu）＝8×

＋8×

＝3，N（Ba）＝2，N（Y）＝1，N（O）＝12×

＋8×

＝7。

即该物质的化学式为YBa2Cu3O7。

（2）根据题中各元素的化合价，再结合化合物中各元素的正负化合价的代数和为零可知，＋2价铜与＋3价铜的化合价之和为7，即N（Cu2＋）∶N（Cu3＋）＝2∶1。