第3章 第1節(jié)晶體的常識(shí)

第頁(yè)第三章第一節(jié)基礎(chǔ)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(shí)形成的。玻璃態(tài)的水無(wú)固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關(guān)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(wú)固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，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(shí)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(gè)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(xiàng)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(dāng)，因此熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻時(shí)不能得到晶體，所以選擇A項(xiàng)。3．如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，下列說(shuō)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(wú)法判斷a是不是晶體解析：由圖可知，a具有固定的熔點(diǎn)，b不具有固定的熔點(diǎn)，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(méi)有自范性C．晶體具有固定的熔、沸點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有固定的熔、沸點(diǎn)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(diǎn)，能使X－射線產(chǎn)生衍射等。分析此類問(wèn)題時(shí)，要分析晶體、非晶體的本質(zhì)與性質(zhì)，采用辯證的觀點(diǎn)分析問(wèn)題。同時(shí)也要注意不能用固體是否有規(guī)則的幾何外形來(lái)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(méi)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(lái)判斷。固體SiO2有晶體和無(wú)定形兩類，A項(xiàng)錯(cuò)誤；非晶體如玻璃同樣有固定的組成，B項(xiàng)錯(cuò)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(jié)果，C項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤。6．(2019·河北石家莊期中)有關(guān)晶體的下列說(shuō)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(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高C．冰熔化時(shí)水分子中共價(jià)鍵發(fā)生斷裂D．氯化鈉熔化時(shí)離子鍵未被破壞解析：A．分子的穩(wěn)定性與分子中的化學(xué)鍵有關(guān)，與分子間作用力無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；B．原子晶體中物質(zhì)的熔點(diǎn)與化學(xué)鍵強(qiáng)弱有關(guān)，所以原子晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，故B正確；C．冰融化時(shí)，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(jià)鍵沒(méi)有發(fā)生斷裂，故C錯(cuò)誤；D．氯化鈉熔化時(shí)，離子鍵被破壞，故D錯(cuò)誤；故選B。7．下列關(guān)于晶體的說(shuō)法正確的是(D)A．粉末狀的硝酸鉀固體沒(méi)有多面體外形，故為非晶體B．晶體呈現(xiàn)自范性的過(guò)程是非自發(fā)的過(guò)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(dāng)晶體生長(zhǎng)速率適當(dāng)時(shí)才可得到規(guī)則的多面體外形解析：A項(xiàng)：有的固體粉末，肉眼看不到晶體外形。放到光學(xué)顯微鏡下才可以看到整齊規(guī)則的晶體外形；B項(xiàng)：晶體自范性的呈現(xiàn)是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程；C項(xiàng)：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(xiàng)：熔融態(tài)物質(zhì)冷卻凝固速率過(guò)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(gè)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(shí)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(shí)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(wú)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(jié)晶平衡，在整個(gè)過(guò)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(dǎo)體的晶胞結(jié)構(gòu)，其中R為＋2價(jià)，G為－2價(jià)，則Q的化合價(jià)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(gè)數(shù)之比為1∶4∶2，則其化學(xué)式為RQ2G4。由于R為＋2價(jià)，G為－2價(jià)，所以Q為＋3價(jià)。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(xué)式(X為陽(yáng)離子)為__X2Y____。(2)乙晶體中A、B、C三種微粒的個(gè)數(shù)比是__1∶3∶1____。(3)丙晶體中每個(gè)D周圍結(jié)合E的個(gè)數(shù)是__8____。(4)乙晶體中每個(gè)A周圍結(jié)合B的個(gè)數(shù)為__12____。11．石墨晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，每一層由許多個(gè)正六邊形構(gòu)成，則：(1)平均每一個(gè)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(xué)鍵數(shù)目的比是__2︰3____。解析：(1)在同一層上，每個(gè)碳原子為3個(gè)正六邊形共有，平均每個(gè)正六邊形占有該碳原子的1/3。一個(gè)正六邊形有這樣的碳原子6個(gè)，則一個(gè)正六邊形共占有6×1/3＝2(個(gè))碳原子。(2)因?yàn)橐粋€(gè)C－C鍵為兩個(gè)正六邊形共有，所以每個(gè)正六邊形占有C－C鍵的1/2，一個(gè)正六邊形共占有C－C鍵6×1/2＝3(個(gè))。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(gè)碳原子共有，每個(gè)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(shuō)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(dǎo)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(xiàng)錯(cuò)；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，在空氣中發(fā)生反應(yīng)：Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓，故B項(xiàng)錯(cuò)；水泥的硬化是水泥的重要性質(zhì)，是復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化過(guò)程，故C項(xiàng)正確；制光導(dǎo)纖維的重要原料是SiO2而不是玻璃，故D項(xiàng)錯(cuò)。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(xué)式為(C)A．KC2 B．KC6C．KC8 D．KC12解析：K原子周圍有6個(gè)C原子屬于K原子所有，再向外的6個(gè)C原子為3個(gè)K原子共用，每個(gè)K原子占2個(gè)，所以1個(gè)K結(jié)合8個(gè)C，化學(xué)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(shè)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(cuò)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(fù)結(jié)構(gòu)單元)，已知晶體中2個(gè)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(gè)Cs＋和一個(gè)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(gè)Na＋周圍最近且等距離的Cl－所圍成的空間構(gòu)型為正六面體B．每個(gè)Na＋周圍最近且等距離的Na＋有6個(gè)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(gè)Na＋周圍等距離的Cl－所圍成的空間構(gòu)型為正八面體，A錯(cuò)；Na＋周圍最近且等距離的同種離子有12個(gè)，故B錯(cuò)；1molNaCl的質(zhì)量為Mg，體積V＝eq\f(M,b)cm3，一個(gè)NaCl晶胞的體積為8a3cm3，一個(gè)晶胞含Cl－：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個(gè)，Na＋：12×eq\f(1,4)＋1＝4個(gè)，即含4個(gè)NaCl,1molNaCl含NaCl個(gè)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(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(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(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＝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(jié)構(gòu)如下圖所示。試回答下列問(wèn)題：(1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著__4____個(gè)X，每個(gè)X同時(shí)吸引著__8____個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式是__XY2(或Y2X)____。(2)晶體中在每個(gè)X周圍與它最近且距離相等的X共有__12____個(gè)。(3)設(shè)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(gè)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(fù)雜，若將X、Y分開來(lái)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(gè)Y分別位于每個(gè)小立方體的中心，如下圖(b)。(1)從上圖(b)知，每個(gè)Y同時(shí)吸引著4個(gè)X，為方便觀察，根據(jù)晶胞與晶體的關(guān)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(guān)系知，每個(gè)X同時(shí)吸引著8個(gè)Y。所以此離子化合物的化學(xué)式為XY2(或Y2X)；(2)從圖(c)中心的X來(lái)看，與它最近且距離相等的X處于平面四邊形的對(duì)角線上，共有12個(gè)；(3)因晶胞內(nèi)X占8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4個(gè)，Y占8個(gè)，即有4個(gè)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(shè)晶胞長(zhǎng)為acm，晶體中最近的兩個(gè)X間的距離為lcm；由m＝ρa(bǔ)3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(jié)構(gòu)如圖所示，(eq\a\vs4\al(●))X位于立方體的頂點(diǎn)，(○)Y位于立方體的中心，試分析：(1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著__4____個(gè)X，每個(gè)X同時(shí)吸引著__8____個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式為__XY2(或Y2X)____。(2)晶體中在每個(gè)X周圍與它最接近且距離相等的X共有__12____個(gè)。(3)晶體中距離最近的2個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角∠XYX＝__109.5°____(填角的度數(shù))。(4)若該立方體的棱長(zhǎng)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(gè)Y周圍吸引著4個(gè)X，每個(gè)X被8個(gè)晶胞共用，則X周圍有8個(gè)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(xué)式為XY2或Y2X。(2)以某個(gè)X為中心，補(bǔ)足8個(gè)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(gè)，共12個(gè)。(3)四個(gè)X圍成一個(gè)正四面體，Y位于中心，類似甲烷的分子結(jié)構(gòu)，故∠XYX＝109.5°。(4)每摩晶胞相當(dāng)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(dǎo)領(lǐng)域中，有一種化合物叫鈣鈦礦，其晶體結(jié)構(gòu)中有代表性的最小單位結(jié)構(gòu)如圖所示。試回答：(1)在該晶體中每個(gè)鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個(gè)？(2