2024-2025學年高中化學第3章第1節(jié)認識晶體第1課時晶體的特性和晶體結構的堆積模型教案魯科版選修3

PAGEPAGE12第1課時晶體的特性和晶體結構的積累模型[學習目標定位]1.熟知晶體的概念、晶體的類型和晶體的分類依據。2.知道晶體結構的積累模型。一、晶體的特性1．晶體與非晶體(1)晶體：內部微粒(原子、離子或分子)在空間按肯定規(guī)律做周期性重復排列構成的固體物質。如金剛石、食鹽、干冰等。(2)非晶體：內部原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質。如橡膠、玻璃、松香等。2．晶體的特性：(1)自范性：晶體在相宜條件下可以自發(fā)地呈現封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質。(2)各向異性：是指在不同的方向上表現出不同的物理性質，如強度、導熱性、光學性質等。(3)對稱性：晶體具有特定的對稱性，如規(guī)則的食鹽晶體具有立方體外形，它既有軸對稱性，也有面對稱性。(4)晶體具有固定的熔、沸點。3．常見的四種晶體類型晶體類型構成微粒種類微粒間的相互作用實例離子晶體陰、陽離子離子鍵NaCl金屬晶體金屬原子金屬鍵Cu原子晶體原子共價鍵金剛石分子晶體分子分子間作用力干冰(1)晶體與非晶體的區(qū)分外觀微觀結構自范性各向異性熔、沸點晶體具有規(guī)則幾何外形微粒在三維空間呈周期性有序排列有各向異性固定非晶體不具有規(guī)則幾何外形微粒排列相對無序無各向同性不固定本質區(qū)分微觀粒子在三維空間是否呈現周期性有序排列(2)晶體與非晶體的區(qū)分方法間接方法看是否有固定的熔點科學方法對固體進行X射線衍射試驗(3)推斷晶體類型的方法之一：依據晶體結構微粒的種類及微粒間的相互作用。例1下列物質中屬于晶體的是()A．棉花B．玻璃C．陶瓷D．膽礬答案D解析棉花內部微粒的排列是沒有規(guī)則的，屬于非晶體；玻璃、陶瓷沒有固定的熔點，屬于非晶體；膽礬的化學式為CuSO4·5H2O，是硫酸銅的晶體。例2下列敘述中正確的是()A．具有規(guī)則幾何外形的固體肯定是晶體B．具有特定對稱性的固體肯定是晶體C．具有各向異性的固體肯定是晶體D．依據構成粒子的積累方式可將晶體分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體、原子晶體答案C解析晶體所具有的規(guī)則幾何外形、各向異性和特定的對稱性是其內部粒子規(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)則幾何外形和高度對稱性，故A、B兩項錯誤；具有各向異性的固體肯定是晶體，C項正確；晶體劃分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體、原子晶體是依據構成晶體的微粒的種類和微粒間相互作用的不同，故D項錯誤。易錯警示晶體具有規(guī)則的幾何外形，但具有規(guī)則幾何外形的固體不肯定是晶體。非晶體也可以打磨成規(guī)則的幾何外形，但仍不是晶體。二、晶體結構的積累模型1．晶體結構的密積累的原理金屬原子、離子或分子在沒有其他因素(如氫鍵)影響時，在空間的排列大都聽從緊密積累原理。這是因為金屬鍵、離子鍵和分子間作用力均沒有方向性，因此都趨向于使原子、離子或分子吸引盡可能多的其他原子、離子或分子分布于四周，并以密積累的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。2．等徑圓球的密積累(金屬晶體)(1)單列緊密積累方式：等徑圓球在一列上進行緊密積累的方式只有一種，即全部的圓球都在一條直線上排列，如圖所示：(2)同層緊密積累方式：①等徑圓球在一列上進行緊密積累的方式只有一種，即只有當每個等徑圓球與四周六個圓球相接觸時才能做到最緊密積累，這樣形成的層稱為密置層。②在密積累中，一個原子或離子四周距離相等且最近的原子或離子的數目叫配位數。非密置層的配位數是4，密置層的配位數是6。③密置層放置的平面利用率比非密置層放置的要高。(3)多層緊密積累的方式視察分析圖，并結合教材內容回答下列問題：①圖1所示密置層排列方式為“…ABAB…”，這種積累方式稱為A3型最密積累，其積累特點是B的上層與B的下層兩層中的球的球心相對應，其配位數為12。②圖2所示密置層排列方式為“…ABCABC…”，這種積累方式稱為A1型最密積累，其積累特點是A、B、C三層球的球心位置均不同，其配位數為12。3．非等徑圓球的密積累(離子晶體)(1)由于陰、陽離子的半徑不同，因此離子晶體為不等徑圓球的密積累，可以將這種積累方式看成是大球先按肯定的方式做等徑圓球的密積累，小球再填充在大球所形成的空隙中。(2)在一些離子晶體中，陰離子半徑較大，應先將陰離子看成是等徑圓球進行密積累，而陽離子有序地填在陰離子所形成的空隙中。例如，NaCl晶體中的Cl－按A1型方式進行最密積累，Na＋填在Cl－所形成的空隙中；ZnS晶體中S2－按A1型方式進行最密積累，Zn2＋填入S2－所形成的空隙中。(1)只有晶體微粒間的作用力不具有方向性和飽和性才遵循緊密積累原理。①金屬晶體采納等徑圓球的密積累，是因為金屬鍵無方向性和飽和性。②離子晶體采納不等徑圓球的密積累，是因為離子鍵無方向性和飽和性。③不含氫鍵的分子晶體盡可能采納緊密積累方式，因為范德華力沒有方向性和飽和性。分子晶體中分子的積累與分子的形態(tài)有關，如干冰中CO2分子呈直線形，CO2晶體在空間是按A1型最密積累方式形成晶體的。若分子間靠氫鍵形成晶體，則不實行密積累結構，因為氫鍵有方向性，一個分子四周其他分子的數目和積累方向是肯定的。如苯甲酸晶體、冰等。④原子晶體中微粒積累不聽從緊密積累原理。原子晶體中微粒間以共價鍵相結合，由于共價鍵具有飽和性和方向性，就確定了一個原子四周的其他原子的數目不僅是很有限的，而且積累方向也是肯定的。(2)A1型和A3型最密積累的方式不同，但都是同一層上每個球與同層中四周6個球相接觸，同時又與上下兩層中各3個球相接觸，所以它們的配位數都為12。例3如圖為金屬鎘的積累方式，下列說法正確的是()A．此積累方式屬于非最密積累B．此積累方式為A1型最密積累C．配位數為8D．鎘的積累方式與銅的積累方式不同答案D解析據圖可看出，鎘的積累方式為“…ABAB…”，為A3型，而銅的積累方式為A1型，故A、B兩項錯誤，D項正確；A3型最密積累的配位數為12，即中間一層有6個，上下兩層各有3個，C項錯誤。方法規(guī)律晶體的A1型和A3型最密積累中，晶體微粒的配位數都是12。例4下列敘述中不正確的是()A．氯化鈉的晶體結構為非等徑圓球密積累B．晶體盡量實行緊密積累方式，以使其變得比較穩(wěn)定C．因為共價鍵有飽和性和方向性，所以原子晶體不遵循緊密積累原則D．金屬銅和鎂均以“…ABAB…”方式積累答案D解析在NaCl晶體中，半徑較大的Cl－按A1型方式進行最密積累，Na＋填在Cl－所形成的空隙中，因此NaCl晶體結構為非等徑圓球密積累，A項正確；采納密積累的方式可以降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定，B項正確；密積累原理適用于沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體，而不適用于具有方向性和飽和性的共價鍵所形成的原子晶體以及存在氫鍵的分子晶體，C項正確；金屬銅采納“…ABCABC…”方式積累，金屬鎂采納“…ABAB…”方式積累，所以D項錯誤。規(guī)律總結金屬晶體、離子晶體和無氫鍵的分子晶體中都存在A1型緊密積累模型的晶體。原子晶體不遵循緊密積累原則；分子晶體是否密積累與分子間作用力是否具有飽和性與方向性有關，與分子內共價鍵的特征(方向性與飽和性)無關。1．一般玻璃和水晶的根本區(qū)分在于()A．外形不一樣B．一般玻璃的基本構成粒子無規(guī)則地排列，水晶的基本構成粒子按肯定規(guī)律做周期性重復排列C．水晶有固定的熔點，一般玻璃無固定的熔點D．水晶可用于能量轉換，一般玻璃不能用于能量轉換答案B解析晶體和非晶體的本質區(qū)分就是粒子(原子、離子或分子)在微觀空間里是否呈現周期性的有序排列。2．區(qū)分晶體和非晶體最科學的方法是()A．測定熔、沸點的凹凸B．對固體進行X射線衍射C．看是否有規(guī)則的幾何外形D．比較硬度答案B解析晶體與非晶體最本質的區(qū)分是組成物質的粒子在微觀空間里是否有序排列，利用X射線衍射可測定晶體結構，B項正確；晶體具有固定的熔、沸點，非晶體沒有固定的熔、沸點，二者的區(qū)分與熔、沸點的凹凸無關，A項錯誤；有規(guī)則幾何外形的固體不肯定是晶體，C項錯誤；無法從硬度上區(qū)分晶體和非晶體，D項錯誤。3．(2024·平涼靈臺校級月考)如圖是a、b兩種不同物質的熔化曲線，下列說法正確的是()A．a沒有固定的熔點B．a是非晶體C．b是晶體D．b是非晶體答案D解析晶體有固定的熔點，由a的熔化曲線分析可知，中間有一段溫度不變但始終在汲取能量，該段所對應的溫度就是晶體a的熔點；由b的熔化曲線可知，溫度始終上升，所以物質b沒有固定的熔點，為非晶體。4．金屬晶體、離子晶體和分子晶體(不含氫鍵的)實行密積累方式的緣由是()A．構成晶體的微粒均可視為圓球B．金屬鍵、離子鍵、分子間作用力均無飽和性和方向性C．三種晶體的構成微粒相同D．三種晶體的構成微粒多少及相互作用力相同答案B解析金屬晶體、離子晶體、分子晶體(不含氫鍵的)實行密積累方式的緣由是金屬鍵、離子鍵、分子間作用力(除氫鍵外)均無方向性和飽和性，趨向使原子、離子或分子吸引盡可能多的其他原子、離子或分子分布于四周并以密積累方式降低體系的能量，使分子變得比較穩(wěn)定。5.關于下圖敘述不正確的是()A．該種積累方式為A3型最密積累B．該種積累方式為A1型最密積累C．該種積累方式可用符號“…ABCABC…”表示D．金屬Cu就屬于此種最密積累答案A解析從垂直方向看三層球心均不在一條直線上，故為A1型最密積累，可以用“…ABCABC…”表示。6．非晶硅光電薄膜產業(yè)的研發(fā)成長，在轉換效率上，已漸漸接近于多晶硅太陽能電池，發(fā)電成本僅為多晶硅的三分之一。預料非晶硅光電薄膜產業(yè)的增長速率，將比多晶硅太陽能產業(yè)更為快速，非晶硅薄膜技術將成為今后太陽能電池的市場主流。摸索究下列問題：(1)下圖中a、b是兩種硅的部分結構，請指出哪種是晶體硅，哪種是非晶硅？a：__________________；b：__________________。(2)有關晶體常識的相關說法中正確的是_____(填字母)。A．玻璃是非晶體B．固體粉末都是非晶體C．晶體內部質點具有有序性的特征，有固定的熔、沸點和各向異性D．區(qū)分晶體和非晶體最有效的方法是通過X射線衍射試驗答案(1)非晶硅晶體硅(2)ACD解析(1)從粒子在微觀空間里是否有有序性和自范性角度視察。(2)A項，玻璃是一種無固定熔、沸點的非晶體；B項，很多固體粉末不能用肉眼視察到晶體外形，但可通過光學顯微鏡或電子顯微鏡看到規(guī)則的幾何外形，所以固體粉末也可能是晶體。

題組1晶體的分類與特征1．下列關于晶體和非晶體的本質區(qū)分的敘述中正確的是()A．是否具有規(guī)則幾何外形的固體B．是否具有固定組成的物質C．是否具有美觀對稱的外形D．內部基本構成微粒是否按肯定規(guī)律做周期性重復排列答案D解析有規(guī)則幾何外形或美觀對稱外形的固體不肯定都是晶體，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；具有固定組成的物質也不肯定是晶體；晶體和非晶體的本質區(qū)分在于其微觀結構不同。2．下列說法錯誤的是()A．同一物質有時可以是晶體，有時可以是非晶體B．區(qū)分晶體和非晶體最牢靠的科學方法是確定有沒有固定熔點C．雪花是水蒸氣凝華得到的晶體D．溶質從溶液中析出可以得到晶體答案B解析A正確，如晶態(tài)SiO2和非晶態(tài)SiO2；B不正確，最牢靠的科學方法是對固體進行X射線衍射試驗；C、D正確。3．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溶液中漸漸變?yōu)橥陚涞牧⒎襟w塊C．圓形容器中結出的冰是圓形的體現了晶體的自范性D．由玻璃制成規(guī)則的玻璃球體現了晶體的自范性答案B解析晶體的自范性指的是在相宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質，這一相宜條件一般指的是自動結晶析出的條件，A項所述過程不行能實現；C選項中的圓形并不是晶體冰本身自發(fā)形成的，而是受容器的限制形成的；D項中玻璃是非晶體。4．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飽和溶液蒸發(fā)濃縮后冷卻答案A解析晶體呈現自范性是須要肯定條件的，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。D項析出膽礬晶體(CuSO4·5H2O)。5．將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體的本質標準是()A．基本構成的微粒種類B．晶體中最小重復結構單元的種類C．微觀粒子的密積累種類D．晶體內部微粒的種類及微粒間相互作用的種類答案D解析依據晶體內部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。6．下列敘述正確的是()A．任何晶體中，若含有陽離子也肯定含有陰離子B．離子晶體中可能含有共價鍵C．離子晶體中只含有離子鍵不含有共價鍵D．分子晶體中只存在分子間作用力，不含有其他化學鍵答案B解析金屬晶體中存在金屬陽離子與“自由電子”，沒有陰離子，A項錯誤；離子晶體中肯定含有離子鍵，可能含有共價鍵，B項正確，C項錯誤；分子晶體中肯定存在分子間作用力，除稀有氣體分子外均存在共價鍵，D項錯誤。題組2晶體結構的積累模型7．金屬原子在二維空間里的放置有下圖所示的兩種方式，下列說法不正確的是()A．圖a為密置層 B．圖b為非密置層C．圖a配位數為6 D．圖b配位數為6答案D解析金屬原子在二維空間里有兩種放置方式，一種是密置層，原子配位數為6；一種是非密置層，原子配位數為4。8．下列晶體的結構不遵循緊密積累原則的是()A．金屬銅B．氯化鈉C．金剛石D．干冰答案C9．下列晶體按A1型進行最密積累的是()A．干冰、NaCl、金屬銅B．ZnS、金屬鎂、氮化硼C．水晶、金剛石、晶體硅D．ZnS、NaCl、金屬鎂答案A解析干冰、NaCl、Cu、ZnS均為A1型最密積累，Mg為A3型最密積累，水晶、金剛石、氮化硼、晶體硅均為原子晶體，不遵循緊密積累原則，故只有A項正確。10．(2024·河南師大附中高二月考)金屬晶體中金屬原子有三種常見的積累方式：六方最密積累、面心立方最密積累和體心立方積累，如圖a、b、c分別代表這三種積累方式的結構示意圖，則圖示結構內金屬原子個數比為()A．3∶2∶1 B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9答案A解析圖a中所含原子的個數為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6，圖b中所含原子的個數為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，圖c中所含原子的個數為8×eq\f(1,8)＋1＝2。11.如圖是金屬晶體的A1型最密積累形成的面心立方晶胞示意圖，在密積累中處于同一密置層上的原子組合是()A．④⑤⑥⑩??B．②③④⑤⑥⑦C．①④⑤⑥⑧D．①②??⑧⑤答案B解析A1型最密積累形成的面心立方晶胞的對角線是垂直于密置層面的直線，所以要找處于同一密置層上的原子，必需找出垂直于晶胞體對角線的面。12．金屬銅的晶胞結構如圖所示，下列有關說法正確的是()A．金屬釙也實行這種積累方式B．這種積累方式中，金屬原子的配位數為8C．每個晶胞中含有4個Cu原子D．這種積累方式的空間利用率較低答案C解析Po實行簡潔立方積累，A項錯誤；在面心立方最密積累中，金屬原子的配位數為12，B項錯誤；依據“均攤法”，該晶胞中含有的Cu原子數為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，C項正確；簡潔立方積累的空間利用率為52%，體心立方積累的空間利用率為68%，六方最密積累和面心立方最密積累的空間利用率均為74%，D項錯誤。13．(2024·邢臺一中月考)(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______________的特點，而晶體具有物理性質__________________的特點。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。14．(1)依據下圖回答問題。①將等徑圓球在二維空間里進行排列，可形成密置層和非密置層。在圖1所示的半徑相等圓球的排列中，A屬于________層，配位數是________；B屬于________層，配位數是________。②將非密置層一層一層地在三維空間里積累，得到圖2所示的一種金屬晶體的晶胞，它被稱為簡潔立方積累。在這種晶體中，金屬原子的配位數是________。(2)某物質的晶體內部一截面上原子的排布狀況如右圖所示，則該晶體的化學式可表示為________。答案(1)①非密置