第3章 第1節(jié)晶體的常識

第頁第三章第一節(jié)基礎鞏固一、選擇題1．水的狀態(tài)除了氣、液和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結構，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關玻璃態(tài)水的敘述中正確的是(C)A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D．玻璃態(tài)水能使X射線產(chǎn)生衍射解析：玻璃態(tài)水無固定形狀，不存在晶體結構，故玻璃態(tài)水不是晶體，不能使X射線產(chǎn)生衍射；因密度與普通水相同，故水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)時體積不變。2．下列途徑不能得到晶體的是(A)A．熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻 B．熔融態(tài)物質(zhì)凝固C．氣態(tài)物質(zhì)凝華 D．溶質(zhì)從溶液中析出解析：得到晶體的三個途徑是：①溶質(zhì)從溶液中析出，②氣態(tài)物質(zhì)凝華，③熔融態(tài)物質(zhì)凝固。所以B、C、D選項中的措施可以得到晶體。晶體表現(xiàn)自范性是需要一定條件的，即晶體生成的速率要適當，因此熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻時不能得到晶體，所以選擇A項。3．如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，下列說法正確的是(A)A．a(chǎn)是晶體 B．b是晶體C．a(chǎn)是非晶體 D．無法判斷a是不是晶體解析：由圖可知，a具有固定的熔點，b不具有固定的熔點，因此a是晶體，b是非晶體。4．晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別是(B)A．晶體具有各向異性，而非晶體具有各向同性B．晶體具有自范性，而非晶體沒有自范性C．晶體具有固定的熔、沸點，而非晶體沒有固定的熔、沸點D．晶體能使X－射線產(chǎn)生衍射，而非晶體則不能解析：易將晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別及性質(zhì)區(qū)別混為一談。晶體與非晶體的性質(zhì)差異是二者本質(zhì)區(qū)別的外在表現(xiàn)。晶體具有自范性(本質(zhì))，而晶體的性質(zhì)是有固定的熔、沸點，能使X－射線產(chǎn)生衍射等。分析此類問題時，要分析晶體、非晶體的本質(zhì)與性質(zhì)，采用辯證的觀點分析問題。同時也要注意不能用固體是否有規(guī)則的幾何外形來判斷其是否為晶體。5．下列敘述正確的是(C)A．固體SiO2一定是晶體B．晶體有固定的組成，非晶體沒有固定的組成C．晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律呈周期性有序排列D．冰和固體碘晶體中相互作用力相同解析：從晶體與非晶體的本質(zhì)差異上來判斷。固體SiO2有晶體和無定形兩類，A項錯誤；非晶體如玻璃同樣有固定的組成，B項錯誤；晶體的特殊性質(zhì)都是其內(nèi)部微粒按一定規(guī)律周期性排列的結果，C項正確；冰中微粒間的作用力除范德華力外還存在氫鍵，而碘晶體微粒間僅存在范德華力，D項錯誤。6．(2019·河北石家莊期中)有關晶體的下列說法中正確的是(B)A．晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定B．原子晶體中共價鍵越強，熔點越高C．冰熔化時水分子中共價鍵發(fā)生斷裂D．氯化鈉熔化時離子鍵未被破壞解析：A．分子的穩(wěn)定性與分子中的化學鍵有關，與分子間作用力無關，故A錯誤；B．原子晶體中物質(zhì)的熔點與化學鍵強弱有關，所以原子晶體中共價鍵越強，熔點越高，故B正確；C．冰融化時，發(fā)生了變化的是水分子之間的距離，而水分子內(nèi)部的O—H共價鍵沒有發(fā)生斷裂，故C錯誤；D．氯化鈉熔化時，離子鍵被破壞，故D錯誤；故選B。7．下列關于晶體的說法正確的是(D)A．粉末狀的硝酸鉀固體沒有多面體外形，故為非晶體B．晶體呈現(xiàn)自范性的過程是非自發(fā)的過程C．瑪瑙和水晶皆為晶體，二者都是熔融二氧化硅凝固所形成的D．當晶體生長速率適當時才可得到規(guī)則的多面體外形解析：A項：有的固體粉末，肉眼看不到晶體外形。放到光學顯微鏡下才可以看到整齊規(guī)則的晶體外形；B項：晶體自范性的呈現(xiàn)是一個自發(fā)的過程；C項：瑪瑙是熔融態(tài)SiO2快速冷卻形成的，而水晶則是熱液緩慢冷卻形成的：D項：熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固速率過快只得到看不到規(guī)則外形的粉末或塊狀物，瑪瑙的形成就是一個例子。8．將一塊缺角的膽礬晶體懸置于飽和硫酸銅溶液中，一段時間后(溫度不變)，發(fā)現(xiàn)缺角的晶體變完整了。若溶劑不揮發(fā)，則這段時間內(nèi)晶體和溶液的質(zhì)量變化分別是(C)A．晶體質(zhì)量減小，溶液質(zhì)量變大B．晶體質(zhì)量變大，溶液質(zhì)量減小C．晶體和溶液質(zhì)量都不變D．無法確定解析：膽礬晶體具有自范性，有自發(fā)形成規(guī)則幾何外形的性質(zhì)，由于原溶液為飽和溶液，因此膽礬晶體與CuSO4飽和溶液間存在著溶解結晶平衡，在整個過程中晶體和溶液的質(zhì)量都不發(fā)生變化。9．下圖是由Q、R、G三種元素組成的一種高溫超導體的晶胞結構，其中R為＋2價，G為－2價，則Q的化合價為__＋3____。解析：R∶8×eq\f(1,8)＋1＝2G∶8×eq\f(1,4)＋8×eq\f(1,4)＋4×eq\f(1,2)＋2＝8Q∶8×eq\f(1,4)＋2＝4R、G、Q的個數(shù)之比為1∶4∶2，則其化學式為RQ2G4。由于R為＋2價，G為－2價，所以Q為＋3價。二、非選擇題10．如圖為甲、乙、丙三種晶體的晶胞：試寫出：(1)甲晶體化學式(X為陽離子)為__X2Y____。(2)乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比是__1∶3∶1____。(3)丙晶體中每個D周圍結合E的個數(shù)是__8____。(4)乙晶體中每個A周圍結合B的個數(shù)為__12____。11．石墨晶體結構如圖所示，每一層由許多個正六邊形構成，則：(1)平均每一個正六邊形占有碳原子數(shù)為__2____；(2)每一層內(nèi)碳原子數(shù)目與C－C化學鍵數(shù)目的比是__2︰3____。解析：(1)在同一層上，每個碳原子為3個正六邊形共有，平均每個正六邊形占有該碳原子的1/3。一個正六邊形有這樣的碳原子6個，則一個正六邊形共占有6×1/3＝2(個)碳原子。(2)因為一個C－C鍵為兩個正六邊形共有，所以每個正六邊形占有C－C鍵的1/2，一個正六邊形共占有C－C鍵6×1/2＝3(個)。因此，每一層上碳原子數(shù)與C－C鍵數(shù)目之比為2︰3。還可以根據(jù)每條C－C鍵為2個碳原子共有，每個碳原子分占C－C鍵的1/2，因此，碳原子數(shù)目與C－C鍵數(shù)目之比為1︰3×1/2＝2︰3。能力提升一、選擇題1．下列說法正確的是(C)A．玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的晶體B．水玻璃在空氣中不可能變渾濁C．水泥在空氣和水中均可以硬化D．制光導纖維的重要原料是玻璃解析：玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的混合物，不是晶體，故A項錯；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，在空氣中發(fā)生反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓，故B項錯；水泥的硬化是水泥的重要性質(zhì)，是復雜的物理變化和化學變化過程，故C項正確；制光導纖維的重要原料是SiO2而不是玻璃，故D項錯。2．石墨與熔融的鉀相互作用，形成某種青銅色的物質(zhì)(其中的鉀原子用·表示)，原子分布如圖所示，該化合物的化學式為(C)A．KC2 B．KC6C．KC8 D．KC12解析：K原子周圍有6個C原子屬于K原子所有，再向外的6個C原子為3個K原子共用，每個K原子占2個，所以1個K結合8個C，化學式為KC8。3．納米材料的表面微粒占總微粒數(shù)的比例極大，這是它有許多特殊性質(zhì)的原因。假設某氯化鈉納米顆粒的大小和開頭恰好與氯化鈉晶胞的大小和形狀相同(如圖所示)，則這種納米顆粒的表面微粒數(shù)與總微粒數(shù)的比值為(D)A．7︰8 B．13︰14C．24︰25 D．26︰27解析：表面微粒數(shù)＝8＋6＋12＝26，總微粒數(shù)＝表面微粒數(shù)＋中心粒子數(shù)＝26＋1＝27。易出現(xiàn)的錯誤是用均攤法求各粒子數(shù)。4．(2019·新疆呼圖壁縣初考)如圖是氯化銫晶體的晶胞示意圖(晶體中最小的重復結構單元)，已知晶體中2個最近的Cs＋核間距為acm，氯化銫(CsCl)的式量為M，NA為阿伏加德羅常數(shù)，則氯化銫晶體的密度為(C)A．eq\f(8M,NAa3)g·cm－3 B．eq\f(Ma3,8NA)g·cm－3C．eq\f(M,NAa3)g·cm－3 D．eq\f(Ma3,NA)g·cm－3解析：晶胞中平均含有一個Cs＋和一個Cl－，晶胞的質(zhì)量為(M/NA)g，體積為a3cm3，所以晶體密度為eq\f(M,NAa3)g·cm－3，故選C。5．NaCl晶體的晶胞如圖，已知氯化鈉的摩爾質(zhì)量為Mg·mol－1，晶體中最鄰近的鈉離子和氯離子中心間的距離為acm，晶體的密度為bg·cm－3。則下列敘述正確的是(C)A．每個Na＋周圍最近且等距離的Cl－所圍成的空間構型為正六面體B．每個Na＋周圍最近且等距離的Na＋有6個C．阿伏加德羅常數(shù)NA的值可表示為eq\f(M,2a3b)D．阿伏加德羅常數(shù)NA的值可表示為eq\f(4M,a3b)解析：每個Na＋周圍等距離的Cl－所圍成的空間構型為正八面體，A錯；Na＋周圍最近且等距離的同種離子有12個，故B錯；1molNaCl的質(zhì)量為Mg，體積V＝eq\f(M,b)cm3，一個NaCl晶胞的體積為8a3cm3，一個晶胞含Cl－：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個，Na＋：12×eq\f(1,4)＋1＝4個，即含4個NaCl,1molNaCl含NaCl個數(shù)：eq\f(\f(M,b)cm3,8a3cm3)×4＝eq\f(M,2a3b)，即NA的值可表示為eq\f(M,2a3b)。6．測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(C)A．eq\f(0.585,4a3d) B．eq\f(58.5,8a3d)C．eq\f(58.5,2a3d) D．eq\f(117,a3d)解析：一個NaCl的晶胞中所包含的Na＋與Cl－數(shù)目并不是1個而是4個，即1個NaCl晶胞的體積實際上是4個Na＋和4個Cl－共同所占的體積。由NaCl晶胞示意圖可知1個Na＋與1個Cl－共同占有的體積為：V＝eq\f(1,4)×(2acm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝eq\f(58.5,2a3d)。二、非選擇題7．某離子晶體的晶胞結構如下圖所示。試回答下列問題：(1)晶體中每個Y同時吸引著__4____個X，每個X同時吸引著__8____個Y，該晶體的化學式是__XY2(或Y2X)____。(2)晶體中在每個X周圍與它最近且距離相等的X共有__12____個。(3)設該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg·mol－1，晶胞的密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中兩個最近的X間的距離為__eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))____cm。解析：此晶胞初看比較復雜，若將X、Y分開來看，X在晶胞中的位置類似NaCl中的Na＋或Cl－，如下圖(a)。體內(nèi)8個Y分別位于每個小立方體的中心，如下圖(b)。(1)從上圖(b)知，每個Y同時吸引著4個X，為方便觀察，根據(jù)晶胞與晶體的關系，不難想象出圖(a)與圖(c)是等效的，所以由圖(c)中心的X與圖(b)中Y的關系知，每個X同時吸引著8個Y。所以此離子化合物的化學式為XY2(或Y2X)；(2)從圖(c)中心的X來看，與它最近且距離相等的X處于平面四邊形的對角線上，共有12個；(3)因晶胞內(nèi)X占8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個，Y占8個，即有4個XY2(或Y2X)。故其物質(zhì)的量為eq\f(4,NA)mol，質(zhì)量為eq\f(4M,NA)g。設晶胞長為acm，晶體中最近的兩個X間的距離為lcm；由m＝ρa3和l＝eq\f(1,2)×eq\r(2)a得：l＝eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(m,p))＝eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\r(3,\f(4M,NAρ))＝eq\r(3,\f(\r(2)M,NAρ))(cm)。8．某離子晶體晶胞結構如圖所示，(eq\a\vs4\al(●))X位于立方體的頂點，(○)Y位于立方體的中心，試分析：(1)晶體中每個Y同時吸引著__4____個X，每個X同時吸引著__8____個Y，該晶體的化學式為__XY2(或Y2X)____。(2)晶體中在每個X周圍與它最接近且距離相等的X共有__12____個。(3)晶體中距離最近的2個X與一個Y形成的夾角∠XYX＝__109.5°____(填角的度數(shù))。(4)若該立方體的棱長為acm，晶體密度為ρg·cm－3，NA為阿伏加德羅常數(shù)，則該離子化合物的摩爾質(zhì)量為__2a3ρNAg·mol－1____。解析：(1)由晶胞可直接看出每個Y周圍吸引著4個X，每個X被8個晶胞共用，則X周圍有8個等距離的Y，晶胞內(nèi)X與Y的數(shù)目比為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,8)))︰1＝1︰2，故化學式為XY2或Y2X。(2)以某個X為中心，補足8個共用X的晶胞，可發(fā)現(xiàn)與中心X等距離且最近的X共有3層，每層4個，共12個。(3)四個X圍成一個正四面體，Y位于中心，類似甲烷的分子結構，故∠XYX＝109.5°。(4)每摩晶胞相當于含有0.5molXY2(或Y2X)，故摩爾質(zhì)量可表示為M＝eq\f(a3×ρ×NA,0.5)g·mol－1＝2a3ρNAg·mol－1。9．在高溫超導領域中，有一種化合物叫鈣鈦礦，其晶體結構中有代表性的最小單位結構如圖所示。試回答：(1)在該晶體中每個鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個？(2