學案物體的聚集狀態(tài)與晶體的常識

13-/NUMPAGES13物質的聚集狀態(tài)與晶體的常識【學習目標】1．了解晶體和非晶體的本質差異。2．了解獲得晶體的途徑。【學習重點】了解晶體的特點?！緦W習難點】了解晶胞的概念，能夠運用均攤法計算晶胞中的微粒數(shù)。圖說考點【學習過程】[新知預習]一、物質的聚集狀態(tài)1．組成物質的微粒20世紀初，通過X射線衍射，許多常見的晶體中并無分子，如NaCl、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種________等。2．聚集狀態(tài)有晶態(tài)、非晶態(tài)，以及介乎晶態(tài)和非晶態(tài)之間的________、________等。二、晶體與非晶體1．晶體概念具有規(guī)則的________的固體，叫晶體。如：NaCl晶體，I2晶體……；不具有規(guī)則的________的固體，叫非晶體（又稱玻璃體）。2．獲得晶體的三條途徑（1）________物質凝固。（2）________物質冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固（________）。（3）________從溶液中析出。3．晶體的特征（1）自范性A．定義：在適宜的條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)規(guī)則的____________，這稱為晶體的________。非晶態(tài)物質沒有這個特性。B．形成條件：晶體____________適當。C．本質原因：晶體中粒子在__________里呈現(xiàn)__________的__________排列。（2）晶體在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質即________。（3）晶體的________固定。（4）外形和內部質點的高度________。（5）晶體的外形和內部結構都具有特有的________。三、晶胞1．概念晶胞是晶體中最小的____________。2．結構晶胞一般都是____________，晶體是由無數(shù)晶胞“____________”而成。（1）無隙：相鄰晶胞之間無任何________。（2）并置：所有晶胞都是________排列的，取向________。（3）所有晶胞的________及內部的原子________及幾何排列是完全相同的。3．一個晶胞平均占有的原子數(shù)：四、晶體結構的測定1．測定方法：測定晶體結構最常用的儀器是________________。2．測定結果通過對乙酸晶體進行測定，可以得出乙酸晶胞，每個晶胞中含有________個乙酸分子，并可通過計算分析，確定________和________，從而得出分子的空間結構。[即時性自測]1．判斷正誤（正確的打“√”，錯誤的打“×”）（1）晶體有自范性但其微粒排列無序。（）（2）晶體具有各向同性，非晶體也具有各向異性。（）（3）晶體有固定的熔點。（）（4）熔融態(tài)物質快速冷卻即可得到晶體。（）（5）粉末狀的固體也有可能是晶體。（）（6）晶胞是晶體的最小的結構重復單元。（）（7）不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同。（）（8）晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞。（）（9）已知晶胞的組成就可推知晶體的組成。（）（10）由晶胞構成的晶體，其化學式表示一個分子中原子的數(shù)目。（）2．我們熟悉的食鹽、金屬、刨冰、鉆石、水晶等都是晶體；而同樣透明的玻璃卻是非晶體。下列關于晶體和非晶體的本質區(qū)別的敘述中，正確的是（）A．是否是具有規(guī)則幾何外形的固體B．是否是具有固定組成的物質C．是否是具有固定熔點D．內部構成微粒是否在空間呈有規(guī)則的重復排列3．下列途徑不能得到晶體的是（）A．熔融態(tài)物質快速冷卻B．熔融態(tài)物質凝固C．氣態(tài)物質凝華D．溶質從溶液中析出4．如圖是某固體的微觀結構示意圖，請認真觀察兩圖，判斷下列說法正確的是（）A．兩種物質在一定條件下都會自動形成有規(guī)則的幾何外形的晶體B．Ⅰ形成的固體物理性質有各向異性C．Ⅱ形成的固體一定有固定的熔、沸點D．二者的X-射線圖譜是相同的5．元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2．元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。（1）在1個晶胞中，X離子的數(shù)目為________。（2）該化合物的化學式為________。技能素養(yǎng)提升點一晶體與非晶體[例1]（1）在下列物質中，________________（填序號，下同）是晶體，________________是非晶體。①塑料②明礬③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O⑥冰糖⑦石蠟⑧單晶硅⑨鋁塊⑩橡膠（2）晶體和非晶體在外形上有差別，晶體一般都具有____________________，而非晶體____________________；另外非晶體具有物理性質____________________，而晶體具有物理性質____________________。（3）判斷物質是晶體還是非晶體，合理的方法是________（填序號）。①從外形上來判斷②從各向異性或各向同性上來判斷③從導電性能來判斷④從有無固定熔點來判斷eq\x(狀元隨筆)混合物一般為非晶體；晶體與非晶體判斷有多種方法。[提升1]下列敘述中正確的是（）A．具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體B．晶體與非晶體的根本區(qū)別在于是否具有規(guī)則的幾何外形C．具有各向異性的固體一定是晶體D．晶體、非晶體均具有固定的熔點eq\x(狀元隨筆)依據(jù)晶體的特性判斷固體是不是晶體，存在一定的不確定，應從本質特征上進行把握。[關鍵能力]晶體與非晶體1．晶體與非晶體的比較晶體非晶體微觀結構特征粒子周期性有序排列粒子排列相對無序性質特征自范性有無熔點固定不固定各向異性有無鑒別方法間接方法看是否具有固定的熔點或根據(jù)某些物理性質的各向異性科學方法對固體進行X-射線衍射實驗舉例NaCl、I2、SiO2、Na晶體等玻璃、橡膠等2．晶體與非晶體的本質差異自范性微觀結構晶體有原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體無原子排列相對無序3．晶體呈現(xiàn)自范性的條件晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體生長的速率適當。熔融態(tài)物質冷卻凝固，有時得到晶體，但凝固速率過快時，常常只得到看不到多面體外形的粉末或沒有規(guī)則外形的塊狀物。如瑪瑙是熔融態(tài)SiO2快速冷卻形成的，而水晶是SiO2熱液緩慢冷卻形成的。eq\x(狀元隨筆)（1）有規(guī)則幾何外形或美觀、對稱外形的固體不一定是晶體。例如，玻璃制品可以塑造出規(guī)則的幾何外形，也可以具有美觀對稱的外觀。（2）具有固定組成的物質也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成，如無定形SiO2．（3）晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形，如瑪瑙。提升點二晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學式的確定[例2]元素X的某價態(tài)離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，它與N3－形成的晶體結構如圖所示。（1）該晶體的陽離子與陰離子個數(shù)比為___________________________________________。（2）該晶體中Xn＋離子中n＝______________________________________。（3）X元素的原子序數(shù)是___________________________________________________。（4）晶體中每個N3－被______個等距離的Xn＋離子包圍。[提升2]如圖所示的甲、乙、丙三種晶體：試推斷甲晶體的化學式（X為陽離子）：________；乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比是________；丙晶體中每個D周圍結合E的個數(shù)是________。[關鍵能力]晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學式的確定1．晶體化學式含義一般地，晶體的化學式表示的是晶體（也可以說是晶胞）中各類原子或離子的最簡整數(shù)比。2．均攤法確定晶胞中粒子的個數(shù)如晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有eq\f(1,n)屬于這個晶胞。（1）長方體形（正方體形）晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻。（2）六方晶胞中不同位置粒子對晶胞的貢獻。（3）晶胞中粒子數(shù)目的計算要先根據(jù)具體情況分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及為幾個晶胞所共有，然后運用均攤法具體計算。如石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點碳原子被三個六邊形共有，每個六邊形占有該原子的1/3，則每個六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6×eq\f(1,3)＝2，如下圖所示：eq\x(狀元隨筆)晶體的化學式表示的是晶體（或晶胞）中各類原子或離子的最簡整數(shù)比，由晶胞構成的晶體，其化學式并不是表示一個分子中含有多少個原子。

形成性自評1．下列途徑不能得到晶體的是（）A．熔融態(tài)SiO2快速冷卻B．熔融態(tài)SiO2熱液緩慢冷卻C．FeCl3蒸氣冷凝D．CuSO4溶液蒸發(fā)濃縮后冷卻2．關于晶體的自范性，下列敘述正確的是（）A．破損的晶體能夠在固態(tài)時自動變成規(guī)則的多面體B．缺角的氯化鈉晶體在飽和NaCl溶液中慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊C．圓形容器中結出的冰是圓形的體現(xiàn)了晶體的自范性D．由玻璃制成規(guī)則的玻璃球體現(xiàn)了晶體的自范性3．晶體具有各向異性。如藍晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨與層垂直的方向上的電導率是與層平行的方向上的電導率的1/104．晶體的各向異性主要表現(xiàn)在（）①硬度②導熱性③導電性④光學性質A．①③ B．②④C．①②③ D．①②③④4．鉛、鋇、氧形成的某化合物的晶胞結構如圖所示。Pb4＋處于立方晶胞頂角，Ba2＋處于晶胞中心，O2－處于晶胞面心，則該化合物的化學式為（）A．BaPbO3B．BaPb2O3C．BaPbOD．BaPbO45．下圖是CsCl晶體的一個晶胞，相鄰的兩個Cs＋的核間距為acm。NA為阿伏加德羅常數(shù)，CsCl的相對分子質量用M表示，則CsCl晶體的密度為（）A．eq\f(8M,NA·a3) B．eq\f(6M,NA·a3) C．eq\f(4M,NA·a3) D．eq\f(M,NA·a3)6．科學家把C60和K摻雜在一起制造出的物質具有超導性能，其晶胞結構如圖所示。該物質中K和C60的個數(shù)之比為（）A．1：1 B．2：1 C．3：1 D．4：17．釔鋇銅氧是一種新型節(jié)能高溫超導體，其晶胞結構如圖所示。研究發(fā)現(xiàn)，此高溫超導體中的Cu元素有兩種價態(tài)，分別為＋2和＋3，Y元素的化合價為＋3，Ba元素的化合價為＋2．（1）該物質的化學式為____________。（2）該物質中Cu2＋與Cu3＋的個數(shù)比為________。物質的聚集狀態(tài)與晶體的常識參考答案新知預習一、1．金屬2．塑晶態(tài)液晶態(tài)二、1．幾何外形幾何外形2．熔融態(tài)氣態(tài)凝華溶質3．多面體外形自范性生長的速率微觀空間周期性有序各向異性熔點有序性對稱性三、1．結構重復單元2．平行六面體無隙并置間隙平行相同形狀種類3．842四、1．X射線衍射儀2．4鍵長鍵角即時性自測1．（1）×（2）×（3）√（4）×（5）√（6）√（7）×（8）×（9）√（10）×2．解析：有規(guī)則幾何外形或美觀對稱的固體不一定都是晶體，如玻璃；具有固定組成的物質也不一定是晶體，如某些無定形體也具有固定的組成。晶體和非晶體的本質區(qū)別在于微觀結構不同。答案：D3．解析：得到晶體的三個途徑是：（1）溶質從溶液中析出；（2）氣態(tài)物質凝華；（3）熔融態(tài)物質凝固。晶體表現(xiàn)自范性是需要一定條件的，即晶體生長的速率要適當，因此熔融態(tài)物質快速冷卻時不能得到晶體。答案：A4．解析：觀察結構圖可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不規(guī)則，故Ⅰ為晶體，Ⅱ為非晶體。晶體有各向異性，具有固定的熔、沸點，非晶體沒有固定的熔、沸點，用X－射線衍射實驗檢驗晶體和非晶體，圖譜明顯不同，故應選B．答案：B5．解析：X為Zn元素、Y為S元素，從晶胞圖分析，一個晶胞中含有X離子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，Y離子的數(shù)目也是4，所以化合物中X與Y之比為1：1，則化學式為ZnS。答案：（1）4（2）ZnS技能素養(yǎng)例1解析：明礬是KAl（SO4）2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、單晶硅、鋁塊都是晶體；塑料、松香、玻璃、石蠟、橡膠都是非晶體。晶體的重要特征就是各向異性和有固定的熔點等。答案：（1）②⑤⑥⑧⑨①③④⑦⑩（2）規(guī)則的幾何外形沒有規(guī)則的幾何外形各向同性各向異性（3）②④提升1解析：晶體與非晶體的根本區(qū)別在于其內部微粒在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復排列，B項錯誤；晶體所具有的規(guī)則幾何外形、各向異性是其內部微粒規(guī)律性排列的外部反映。有些人工加工而成的固體也具有規(guī)則的幾何外形，但具有各向異性的固體一定是晶體，A項錯誤，C項正確；晶體具有固定的熔點而非晶體不具有固定的熔點，D項錯誤。答案：C例2解析：（1）Xn＋位于晶胞的棱上，其數(shù)目為12×eq\f(1,4)＝3個，N3－位于晶胞的頂角，其數(shù)目為8×eq\f(1,8)＝1，故其個數(shù)比為3：1．（2）由晶體的化學式X3N知X所帶的電荷數(shù)為1．（3）因為K、L、M三個電子層充滿，故為2、8、18，所以X的原子序數(shù)是29．（4）N3－位于晶胞頂角，故其被6個X＋在上、下、左、右、前、后包圍。答案：（1）3：1（2）1（3）29（4）6提升2解析：X位于立方體體心，該晶胞中含有1個X，Y位于頂角，該晶胞中Y的個數(shù)＝4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，則該晶胞中X、Y的個數(shù)之比是2：1，又X為陽離子，所以甲晶體的化學式為X2Y；乙晶胞中A的個數(shù)＝8×eq\f(1,8)＝1，B的個數(shù)＝6×eq\f(1,2)＝3，C的個數(shù)為1，所以乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比為1：3：1；丙晶體中每個D周圍結合E的個數(shù)是8．答案：X2Y1：3：18形成性自評1．解析：晶體呈現(xiàn)自范性是需要一定條件的，即晶體生長的速率要適當。熔融態(tài)物質快速冷卻時不能得到晶體，如熔融態(tài)SiO2快速冷卻得到看不到晶體外形的瑪瑙，熱液緩慢冷卻則形成水晶。FeCl3、AlCl3等固體均易升華，其蒸氣凝華則得到晶體。CuSO4溶液蒸發(fā)濃縮后冷卻析出膽礬晶體（CuSO4·5H2O）。答案：A2．解析：晶體的自范性指的是在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的規(guī)則的多面體外形的性質，這一適宜條件一般指的是自動結晶析出的條件，A