高中化學(xué)人教版物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)晶體的常識(shí) 第三章第一節(jié)

第一節(jié)晶體的常識(shí)[目標(biāo)導(dǎo)航]1.認(rèn)識(shí)晶體和非晶體的本質(zhì)差異，知道晶體的特征和性質(zhì)。2.了解獲得晶體的途徑。3.知道晶胞的概念，學(xué)會(huì)晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算方法(均攤法)，能根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)確定晶體的化學(xué)式。一、晶體1．晶體與非晶體的本質(zhì)差異自范性微觀結(jié)構(gòu)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(duì)無序2.獲得晶體的三條途徑(1)熔融物質(zhì)凝固。(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)溶質(zhì)從溶液中析出。3．晶體的特點(diǎn)(1)自范性：①定義：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。②形成條件：晶體生長(zhǎng)的速率適當(dāng)。③本質(zhì)原因：晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列。(2)各向異性：某些物理性質(zhì)常常會(huì)表現(xiàn)出各向異性。(3)晶體有固定的熔點(diǎn)。(4)外形和內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的高度有序性。4．區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法對(duì)固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)?！咀h一議】1．某同學(xué)在網(wǎng)站上找到一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖(如下圖所示)，這張圖說明玻璃是不是晶體，為什么？答案不是。從玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖來看，玻璃中粒子質(zhì)點(diǎn)排列無序，沒有晶體的自范性。二、晶胞1．概念晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2．結(jié)構(gòu)習(xí)慣采用的晶胞都是平行六面體，晶體是由無數(shù)晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。3．晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算(以銅晶胞為例)(1)晶胞的頂角原子是8個(gè)晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個(gè)晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個(gè)晶胞共用的。(2)金屬銅的一個(gè)晶胞的均攤到的原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。【議一議】2．晶體與晶胞有什么關(guān)系？答案(1)晶胞是描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。一般來說，晶胞都是平行六面體，晶胞只是晶體微觀空間里的一個(gè)基本單元，在它的上下、左右、前后，無隙并置地排列著無數(shù)晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。(2)晶體和晶胞的關(guān)系整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成，所謂“無隙”是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙，所謂“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一、晶體與非晶體【例1】晶體與非晶體的本質(zhì)差別是()A．有無各向異性B．有無一定的幾何外形C．有無固定熔點(diǎn)D．構(gòu)成固體的粒子在三維空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列答案D解析晶體具有各向異性和固定的熔點(diǎn)，這是由于構(gòu)成晶體的粒子在三維空間里呈周期性的有序排列的結(jié)果。本質(zhì)上，晶體的自范性(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。易錯(cuò)點(diǎn)分析晶體與非晶體的本質(zhì)差別在于構(gòu)成固體的微粒在三維空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列。規(guī)律總結(jié)1．晶體與非晶體的差異晶體非晶體自范性(本質(zhì)區(qū)別)有無是否均一均一不均一固定熔沸點(diǎn)有無各向異性有無能否發(fā)生X-射線衍射(最科學(xué)的區(qū)分方法)能不能(能發(fā)生散射)舉例NaCl晶體、I2晶體、SiO2晶體、Na晶體等玻璃、橡膠等2.區(qū)分晶體與非晶體應(yīng)注意(1)有規(guī)則幾何外形或美觀、對(duì)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(duì)稱的外觀。(2)具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成。(3)晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形，如瑪瑙。變式訓(xùn)練1普通玻璃和水晶的根本區(qū)別在于()A．外形不一樣B．普通玻璃的基本構(gòu)成粒子無規(guī)則地排列，水晶的基本構(gòu)成粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列C．水晶有固定的熔點(diǎn)，普通玻璃無固定的熔點(diǎn)D．水晶可用于能量轉(zhuǎn)換，普通玻璃不能用于能量轉(zhuǎn)換答案B解析晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別就是粒子(原子、離子或分子)在微觀空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列。二、晶胞【例2】現(xiàn)有甲、乙、丙(如下圖)三種晶體的晶胞(甲中x處于晶胞的中心，乙中a處于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x與y的個(gè)數(shù)比是________，乙晶胞中a與b的個(gè)數(shù)比是________，丙晶胞中有________個(gè)c離子，有________個(gè)d離子。答案4∶31∶144解析處于晶胞中心的x或a為該晶胞單獨(dú)占有，位于立方體頂角的微粒為8個(gè)立方體共有，位于立方體棱邊上的微粒為4個(gè)立方體共有，位于立方體面上的微粒為2個(gè)立方體共有，所以x∶y＝1∶(6×eq\f(1,8))＝4∶3；a∶b＝1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1；丙晶胞中c離子為12×eq\f(1,4)＋1＝4(個(gè))，d離子為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(個(gè))。規(guī)律總結(jié)晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算(均攤法)均攤法：某個(gè)粒子為n個(gè)晶胞所共有，則該粒子的eq\f(1,n)屬于這個(gè)晶胞。長(zhǎng)方體(正方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算變式訓(xùn)練2某物質(zhì)的晶體中含有A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示。晶體中A、B、C的原子個(gè)數(shù)比為()A．1∶3∶1B．2∶3∶1C．2∶2∶1D．1∶3∶3答案A解析在題圖所示的結(jié)構(gòu)中A原子的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，B原子個(gè)數(shù)為6×eq\f(1,2)＝3，C原子的個(gè)數(shù)為1，所以A∶B∶C＝1∶3∶1。1．下列關(guān)于晶體與非晶體的說法正確的是 ()A．晶體一定比非晶體的熔點(diǎn)高B．晶體有自范性但排列無序C．非晶體無自范性而且排列無序D．固體SiO2一定是晶體答案C解析晶體與非晶體熔點(diǎn)沒有聯(lián)系，A錯(cuò)；晶體有自范性，排列有序，B錯(cuò)；非晶體排列無序，沒有自范性，C正確；晶體的形成與外界條件有關(guān)，如熔融態(tài)的SiO2如果生長(zhǎng)速率過快，就會(huì)形成非晶體，故D錯(cuò)。2．已知某晶體晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為 ()A．XYZ B．X2Y4Z C．XY4Z D．X4Y2Z答案C解析該晶體的晶胞是正方體形晶胞。該晶胞擁有的X原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1；Y原子位于該晶胞內(nèi)，共有4個(gè)，因此該晶胞中擁有的Y原子數(shù)為4；Z只有1個(gè)，位于晶胞的體心上，故該晶體的化學(xué)式為XY4Z。3．如圖，石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個(gè)最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為()A．2 B．3 C．4 D．6答案A解析據(jù)均攤法，從圖中可知，每個(gè)頂點(diǎn)上的碳原子為三個(gè)正六邊形共有，因而每個(gè)正六邊形占有的碳原子數(shù)目為6×eq\f(1,3)＝2。4．下列物質(zhì)中前者為晶體，后者為非晶體的是 ()A．白磷、藍(lán)礬 B．陶瓷、塑料C．碘、橡膠 D．食鹽、蔗糖答案C解析A中白磷和藍(lán)礬都是晶體；B中二者均為非晶體，C中碘為晶體，橡膠為非晶體；D中二者均為晶體。5．最近發(fā)現(xiàn)一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如下圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式為()A．Ti14C13 B．TiCC．Ti4C4 D．Ti4C3答案A解析由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子，題目中的圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子，由14個(gè)Ti原子和13個(gè)C原子構(gòu)成，A項(xiàng)正確。6．已知X、Y、Z三種元素組成的化合物是離子晶體，其晶胞如圖所示，則下面表示該化合物的化學(xué)式正確的是 ()A．ZXY3 B．ZX2Y6C．ZX4Y8 D．ZX8Y12答案A解析Z處于晶胞中心的原子被一個(gè)晶胞占有，X處于頂點(diǎn)上的原子被8個(gè)晶胞占有，Y處于棱上的原子被4個(gè)晶胞占有，故晶胞中含有Z原子的數(shù)目為1、含有X原子的數(shù)目為8×eq\f(1,8)＝1、含有Y原子的數(shù)目為12×eq\f(1,4)＝3，所以Z、X、Y的原子個(gè)數(shù)比是1∶1∶3，所以其化學(xué)式為ZXY3。[經(jīng)典基礎(chǔ)題]1．下列不屬于晶體的特點(diǎn)的是 ()A．一定有固定的幾何外形 B．一定有各向異性C．一定有固定的熔點(diǎn) D．一定是無色透明的固體答案D解析本題主要考查晶體的特征：①規(guī)則的幾何外形，②具有各向異性，③有固定的熔點(diǎn)，④X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，故A、B、C三項(xiàng)均正確；有些晶體帶有顏色，如常見的硫酸銅晶體，呈藍(lán)色，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．下列關(guān)于晶體自范性的敘述中，不正確的是 ()A．晶體的自范性是指在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉規(guī)則的多面體幾何外形B．缺角的硫酸銅晶體在飽和硫酸銅溶液中慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w晶塊，體現(xiàn)了晶體的自范性C．圓形容器中結(jié)出的冰是圓形的，不能體現(xiàn)晶體的自范性D．由玻璃可制成規(guī)則的玻璃立方體，體現(xiàn)了晶體的自范性答案D解析選D，玻璃是非晶體。圓形容器中結(jié)出的圓形的冰不能體現(xiàn)自發(fā)的形成規(guī)則外形，故不能體現(xiàn)晶體的自范性。3．下列說法錯(cuò)誤的是 ()A．同一物質(zhì)有時(shí)可以是晶體，有時(shí)可以是非晶體B．區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是確定有沒有固定熔點(diǎn)C．雪花是水蒸氣凝華得到的晶體D．溶質(zhì)從溶液中析出可以得到晶體答案B解析本題考查晶體獲得的途徑及區(qū)別晶體和非晶體的方法。A項(xiàng)正確，如晶態(tài)SiO2和非晶態(tài)SiO2；B項(xiàng)錯(cuò)誤，最可靠的科學(xué)方法是對(duì)固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)；C、D項(xiàng)正確。4．如圖所示是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，圖中○—X、●—Y、?—Z。其對(duì)應(yīng)的化學(xué)式不正確的是 ()答案B解析A圖中X、Y原(離)子的位置、數(shù)目完全等同，化學(xué)式XY正確；B圖化學(xué)式應(yīng)為XY，錯(cuò)誤；C圖中X的數(shù)目：4×eq\f(1,8)＋1＝eq\f(3,2)，Y的數(shù)目：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，化學(xué)式X3Y正確；D圖中X的數(shù)目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的數(shù)目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于內(nèi)部，數(shù)目為1，化學(xué)式XY3Z正確。5．某離子化合物的晶胞為如圖所示的立體結(jié)構(gòu)，晶胞是整個(gè)晶體中最基本的重復(fù)單元。陽離子位于此晶胞的中心，陰離子位于8個(gè)頂角，該離子化合物中，陰、陽離子個(gè)數(shù)比是 ()A．1∶8 B．1∶4 C．1∶2 D．1∶1答案D解析依據(jù)均攤法，在該晶胞中陽離子個(gè)數(shù)為1，陰離子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，故陰、陽離子個(gè)數(shù)比為1∶1。6．如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，下列說法中正確的是 ()①a是晶體②a是非晶體③b是晶體④b是非晶體A．①④ B．②④ C．①③ D．②③答案A解析晶體有固定的熔點(diǎn)，由圖a來分析，中間有一段溫度不變但一直在吸收能量，這段就代表a晶體在熔化；由b曲線可知，溫度一直在升高，沒有一個(gè)溫度是停留的，所以找不出固定的熔點(diǎn)，b為非晶體。7．石墨的片層結(jié)構(gòu)如圖所示，試完成下列各題：(1)平均________個(gè)碳原子構(gòu)成一個(gè)正六邊形。(2)石墨晶體每一層內(nèi)碳原子數(shù)與C—C化學(xué)鍵之比是________。(3)ng碳原子可構(gòu)成________個(gè)正六邊形。答案(1)2(2)2∶3(3)eq\f(（n·NA）,24)解析(1)方法一利用點(diǎn)與面之間的關(guān)系，平均每個(gè)正六邊形需碳原子：6×eq\f(1,3)＝2(個(gè))。方法二每個(gè)碳原子提供的邊數(shù)為3×eq\f(1,2)＝，故eq\f(6×\f(1,2),＝2(個(gè))。(2)分析每一正六邊形：①所占的碳原子數(shù)為6×eq\f(1,3)＝2；②所占的C—C鍵數(shù)為6×eq\f(1,2)＝3，故答案為2∶3。(3)ng碳的原子數(shù)為eq\f(n,12)NA，故答案為eq\f(（\f(n,12)）NA,2)。8．元素X的某價(jià)態(tài)離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個(gè)電子層，它與N3－形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽離子與陰離子個(gè)數(shù)比為________。(2)該晶體中Xn＋中n＝________。(3)X元素的原子序數(shù)是________。(4)晶體中每個(gè)N3－被________個(gè)等距離的Xn＋包圍。答案(1)3∶1(2)1(3)29(4)6解析(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其數(shù)目為12×eq\f(1,4)＝3個(gè)，N3－位于晶胞的頂角，其數(shù)目為8×eq\f(1,8)＝1個(gè)，故其個(gè)數(shù)比為3∶1。(2)由晶體的化學(xué)式X3N知X所帶電荷為1。(3)因?yàn)閄n＋電子剛好充滿K、L、M三個(gè)電子層，故有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(gè)Xn＋從上、下、左、右、前、后包圍。9．如圖所示的晶體結(jié)構(gòu)是一種具有優(yōu)良?jí)弘?、鐵電、電光等功能的晶體材料的晶胞。(1)晶體內(nèi)與每個(gè)“Ti”緊鄰的O原子數(shù)為________個(gè)。(2)晶體內(nèi)與每個(gè)“Ba”緊鄰的O原子數(shù)為________個(gè)。(3)晶體的化學(xué)式為________。A．BaTi8O12B．BaTi4O8C．BaTiO3D．BaTi2O3答案(1)6(2)12(3)C解析晶體內(nèi)與每個(gè)“Ti”緊鄰的O原子有上下、左右、前后共6個(gè)；晶體內(nèi)與每個(gè)“Ba”緊鄰的O原子在以“Ba”為原點(diǎn)的三個(gè)互相垂直的平面上，每個(gè)平面上有4個(gè)，共12個(gè)。位于晶胞頂角的粒子，實(shí)際提供給晶胞的只有1/8；位于晶胞棱上的粒子，實(shí)際提供給晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的粒子，實(shí)際提供給晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的粒子，實(shí)際提供給晶胞的為其全部。故該晶胞中實(shí)際有1個(gè)“Ba”、1個(gè)“Ti”、3個(gè)“O”。[能力提升題]10．測(cè)知氯化鈉晶體中相鄰的Na＋與Cl－的距離為acm，該晶體密度為dg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)可表示為 ()\f,4a3d) \f,8a3d)\f,2a3d) \f(117,a3d)答案C解析一個(gè)NaCl的晶胞中所包含的Na＋與Cl－數(shù)目并不是1個(gè)而是4個(gè)，即1個(gè)NaCl晶胞的體積實(shí)際上是4個(gè)Na＋和4個(gè)Cl－共同所占的體積。由NaCl晶胞示意圖可知1個(gè)Na＋與1個(gè)Cl－共同占有的體積為：V＝eq\f(1,4)×(2acm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝可得NA＝eq\f,2a3d)。11．某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是()A．3∶9∶4 B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶4答案B解析由圖可知該晶體部分結(jié)構(gòu)單元的上下兩面為正三角形，因此處于頂角的粒子為12個(gè)該結(jié)構(gòu)單元共用，故A的數(shù)目為6×eq\f(1,12)＝eq\f(1,2)；處于水平棱上的粒子為4個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用，處于垂直棱上的粒子為6個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用，故該結(jié)構(gòu)單元中包含B粒子的數(shù)目為6×eq\f(1,4)＋3×eq\f(1,6)＝2，由此可見A、B、C三種粒子的數(shù)目之比為eq\f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2。12．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，阿伏加德羅常數(shù)的測(cè)定手段越來越多，測(cè)定的精度也越來越高?，F(xiàn)有一種簡(jiǎn)單可行的測(cè)定方法，具體步驟如下：①將NaCl固體研細(xì)、干燥后，準(zhǔn)確稱取mgNaCl固體并轉(zhuǎn)移到定容儀器A中。②用滴定管向儀器A中滴加苯，不斷振蕩，繼續(xù)滴加苯到儀器A的刻度線處，計(jì)算出NaCl固體的體積為Vcm3。(1)步驟①中儀器A最好使用________(填字母)。A．量筒B．燒杯C．容量瓶D．試管(2)試管②中能否用水代替苯，________(填“能”或“不能”)，理由是___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知NaCl晶體中，靠得最近的Na＋、Cl－間的距離為acm(如下圖)，則用上述方法測(cè)得的阿伏加德羅常數(shù)NA的表達(dá)式為________。答案(1)C(2)不能NaCl可溶于水，會(huì)使體積變小(3)eq\f,2a3m)解析(1)準(zhǔn)確定容的儀器為容量瓶。(2)由于NaCl可溶于水，用水代替苯會(huì)導(dǎo)致NaCl的體積變小。(3)NaCl晶胞中含Cl－：12×eq\f(1,4)＋1＝4，含Na＋：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，每個(gè)晶胞中含NaCl微粒4個(gè)。則ρ(NaCl)＝eq\f(m,V)＝eq\f(4×\f,NA),（2a）3)＝eq\f,2a3NA)，NA＝eq\f,2a3m)。13．生物質(zhì)能是一種潔凈、可再生的能源。生物質(zhì)氣(主要成分為CO、CO2、H2等)與H2混合，催化合成甲醇是生物質(zhì)能利用的方法之一。(1)上述反應(yīng)的催化劑含有Cu、Zn、Al等元素。寫出基態(tài)Zn原子的核外電子排布式：__________________________________________________________。(2)根據(jù)等電子原理，寫出CO分子的結(jié)構(gòu)式：___________________________。(3)甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛與新制Cu(OH)2的堿性溶液反應(yīng)生成Cu2O沉淀。①甲醇的沸點(diǎn)比甲醛的高，其主要原因是________；甲醛分子中碳原子軌道的雜化類型為________。②甲醛分子的空間構(gòu)型是________；1mol甲醛分子中σ鍵的數(shù)目為________。③在1個(gè)Cu2O晶胞中(結(jié)構(gòu)如圖所示)，所包含的Cu原子數(shù)目為________。答案(1)1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2(2)C≡O(shè)(3)①甲醇分子之間形成氫鍵sp2雜化②平面三角形3NA③4解析本題主要考查原子核外電子排布、等電子原理、雜化軌道和晶胞等知識(shí)。(1)Zn的原子序數(shù)為30，注意3d軌道寫在4s軌