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 第三章第一節(jié)

第一節(jié)晶體的常識[目標(biāo)導(dǎo)航]1.認(rèn)識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)會晶胞中微粒數(shù)的計算方法(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)方法對固體進(jìn)行X-射線衍射實驗?！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、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。3．晶胞中原子個數(shù)的計算(以銅晶胞為例)(1)晶胞的頂角原子是8個晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4個晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個晶胞共用的。(2)金屬銅的一個晶胞的均攤到的原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4?！咀h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(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的個數(shù)比是________，乙晶胞中a與b的個數(shù)比是________，丙晶胞中有________個c離子，有________個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個立方體共有，位于立方體棱邊上的微粒為4個立方體共有，位于立方體面上的微粒為2個立方體共有，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)，d離子為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(個)。規(guī)律總結(jié)晶胞中微粒數(shù)的計算(均攤法)均攤法：某個粒子為n個晶胞所共有，則該粒子的eq\f(1,n)屬于這個晶胞。長方體(正方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算變式訓(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原子的個數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，B原子個數(shù)為6×eq\f(1,2)＝3，C原子的個數(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；晶體有自范性，排列有序，B錯；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如果生長速率過快，就會形成非晶體，故D錯。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，因此該晶胞中擁有的Y原子數(shù)為4；Z只有1個，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，每個頂點(diǎn)上的碳原子為三個正六邊形共有，因而每個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)的一個完整的分子，由14個Ti原子和13個C原子構(gòu)成，A項正確。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晶胞占有，X處于頂點(diǎn)上的原子被8個晶胞占有，Y處于棱上的原子被4個晶胞占有，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-射線衍射實驗，故A、B、C三項均正確；有些晶體帶有顏色，如常見的硫酸銅晶體，呈藍(lán)色，故D項錯誤。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．下列說法錯誤的是 ()A．同一物質(zhì)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項正確，如晶態(tài)SiO2和非晶態(tài)SiO2；B項錯誤，最可靠的科學(xué)方法是對固體進(jìn)行X-射線衍射實驗；C、D項正確。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個頂角，該離子化合物中，陰、陽離子個數(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數(shù)為1，陰離子個數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，故陰、陽離子個數(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________個碳原子構(gòu)成一個正六邊形。(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，平均每個正六邊形需碳原子：6×eq\f(1,3)＝2(個)。方法二每個碳原子提供的邊數(shù)為3×eq\f(1,2)＝，故eq\f(6×\f(1,2),＝2(個)。(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(jié)構(gòu)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＋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＋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，N3－位于晶胞的頂角，其數(shù)目為8×eq\f(1,8)＝1個，故其個數(shù)比為3∶1。(2)由晶體的化學(xué)式X3N知X所帶電荷為1。(3)因為Xn＋電子剛好充滿K、L、M三個電子層，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)良壓電、鐵電、電光等功能的晶體材料的晶胞。(1)晶體內(nèi)與每個“Ti”緊鄰的O原子數(shù)為________個。(2)晶體內(nèi)與每個“Ba”緊鄰的O原子數(shù)為________個。(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“Ti”緊鄰的O原子有上下、左右、前后共6個；晶體內(nèi)與每個“Ba”緊鄰的O原子在以“Ba”為原點(diǎn)的三個互相垂直的平面上，每個平面上有4個，共12個。位于晶胞頂角的粒子，實際提供給晶胞的只有1/8；位于晶胞棱上的粒子，實際提供給晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的粒子，實際提供給晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的粒子，實際提供給晶胞的為其全部。故該晶胞中實際有1個“Ba”、1個“Ti”、3個“O”。[能力提升題]10．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 ()\f,4a3d) \f,8a3d)\f,2a3d) \f(117,a3d)答案C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＝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個結(jié)構(gòu)單元共用，處于垂直棱上的粒子為6個結(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)的測定手段越來越多，測定的精度也越來越高?，F(xiàn)有一種簡單可行的測定方法，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，每個晶胞中含NaCl微粒4個。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。(1)Zn的原子序數(shù)為30，注意3d軌道寫在4s軌