考點11-物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(解析版)

考點11物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識【核心考點梳理】考點一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)1．20世紀前，人們以為分子是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子間距離發(fā)生了變化。2．20世紀初，通過X射線衍射等實驗手段，發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無分子，如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。3．氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都是由分子構(gòu)成。如等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)；離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。4．其他物質(zhì)聚集狀態(tài)，如晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)等?？键c二、晶體與非晶體1．晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(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.獲得晶體的途徑(1)實驗探究實驗內(nèi)容實驗操作及現(xiàn)象獲取硫黃晶體硫黃粉eq\o(→,\s\up7(加熱))熔融態(tài)硫eq\o(→,\s\up7(自然冷卻))淡黃色的菱形硫黃晶體獲取碘晶體加熱時，燒杯內(nèi)產(chǎn)生大量紫色氣體，沒有出現(xiàn)液態(tài)的碘，停止加熱，燒杯內(nèi)的紫色氣體漸漸消褪，最后消失，表面皿底部出現(xiàn)紫黑色晶體顆粒獲取氯化鈉晶體在燒杯底部慢慢析出立方體的無色晶體顆粒(2)獲得晶體的三條途徑①熔融態(tài)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．晶體的特性(1)自范性：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。(2)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。(3)固定的熔點。4．晶體與非晶體的測定方法測定方法測熔點晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點可靠方法對固體進行X射線衍射實驗考點三、晶胞1．概念描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2．晶胞與晶體的關(guān)系一般來說，晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”是指相鄰晶胞之間無任何間隙。(2)“并置”是指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．晶胞中粒子數(shù)目的計算(1)銅晶胞①位于頂角上的銅原子為8個晶胞共有。②位于面心上的銅原子為2個晶胞共有。因此晶體銅中完全屬于某一晶胞的銅原子數(shù)是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)NaCl晶胞①Cl－位于頂點和面心，共有4個。②Na＋位于棱上和體心，共有4個?！竞诵臍w納】1.晶胞是最小的平行六面體，它有8個頂角，三套各4根平行棱，三套各兩個平行面。2．均攤法確定晶胞中粒子的個數(shù)若晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有eq\f(1,n)屬于這個晶胞。長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻考點四、晶體結(jié)構(gòu)的測定1．常用儀器：X射線衍射儀。2．測定過程：當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或者明銳的衍射峰。3．作用：根據(jù)衍射圖，經(jīng)過計算可以獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。【必備知識基礎(chǔ)練】1．（2022·四川綿陽·高二期末）X-射線衍射實驗是鑒別晶體與非晶體最可靠的方法，下列屬于晶體的是A．瑪瑙 B．陶瓷 C．水晶 D．玻璃【答案】C【解析】X-射線衍射實驗?zāi)軌驕y出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)微粒是否有規(guī)則的排列就能區(qū)分出晶體與非晶體，水晶為晶體，瑪瑙、陶瓷、玻璃都不是晶體，故選C。2．(2021·寶雞高二檢測)下列關(guān)于聚集狀態(tài)的敘述中，錯誤的是()A．物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B．氣態(tài)是高度無序的體系存在狀態(tài)C．固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合的較緊湊，相對運動較弱D．液態(tài)物質(zhì)的微粒間距離和作用力的強弱介于固、氣兩態(tài)之間，表現(xiàn)出明顯的流動性【答案】A【解析】物質(zhì)的聚集狀態(tài)，除了氣、液、固三態(tài)外，還有非晶體、液晶、納米材料和等離子體等聚集狀態(tài)，A錯誤；物質(zhì)處于氣態(tài)時，分子間距離大，分子運動速度快，體系處于高度無序狀態(tài)，B正確；據(jù)物質(zhì)固態(tài)時微粒間距離較小可判斷，固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合的較緊湊，相對運動較弱，C正確；對液態(tài)物質(zhì)而言，分子相距比較近，分子間作用力也較強，表現(xiàn)出明顯的流動性，D正確。3．（2021·廣東·東莞市光明中學(xué)高二階段練習(xí)）用示意圖或圖示的方法能夠直觀形象地將化學(xué)知識傳播給學(xué)生，下列示意圖或圖示正確的是A．砷原子結(jié)構(gòu)示意圖B．非晶體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖C．HF分子間的氫鍵D．在通常狀況下氫原子電子示意圖【答案】C【解析】A．根據(jù)原子核外電子排布規(guī)律，砷的原子核外各層電子分別為：2,8,18,5，故A錯誤；B．具有有序排列，是晶體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，故B錯誤；C．氫鍵比化學(xué)鍵弱，用…表示，F(xiàn)的電負性大，可以形成氫鍵，所以是HF分子間的氫鍵，故C正確；D．電子云圖反應(yīng)電子在核外無規(guī)則運動時在某點出現(xiàn)的概率，氫原子有1個電子，所以是氫原子電子云示意圖，故D錯誤。綜上所述，答案為C。4．(2021·綿陽高二檢測)下列有關(guān)晶體常識的敘述錯誤的是()A．水晶屬于晶體，有固定的熔點，而玻璃無固定的熔點，屬于非晶體B．當單一波長的X射線通過晶體時可以看到明顯的分立的斑點或者譜線C．晶體都具有自范性。自范性是晶體的本質(zhì)屬性D．晶體都具有規(guī)則的幾何外形，而非晶體都不具有規(guī)則的幾何外形【答案】D【解析】水晶的化學(xué)成分是二氧化硅，屬于晶體，而玻璃是混合物，屬于非晶體，A正確；當單一波長的X射線通過晶體時，可發(fā)生衍射，可以看到明顯的分立的斑點或者譜線，B正確；在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的規(guī)則和凸面體外形的性質(zhì)，即晶體的自范性，C正確；晶體具有規(guī)則的幾何外形，但非晶體也可能具有規(guī)則的幾何外形，如鉆石形狀的玻璃制品，D錯誤。5.下圖為一塊密度、厚度均勻的矩形樣品，長為寬的兩倍，若用多用電表沿兩對稱軸測其電阻均為R，則這塊樣品一定是()A．金屬B．半導(dǎo)體C．非晶體D．晶體【答案】D【解析】由于AB＝2CD，而AB、CD間的電阻卻相等，說明樣品橫向(AB)與縱向(CD)的導(dǎo)電性不同，具有各向異性，而晶體的特征之一是各向異性，非晶體則不具有各向異性，故該樣品為晶體。6.對于某晶胞(如圖所示)的下列描述錯誤的是()A.該晶胞是所在晶體內(nèi)最小的平行六面體B.該晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有一個原子C.平均每個晶胞中有14個原子D.平均每個晶胞中有4個原子【答案】C【解析】在該晶胞頂點和六個面的面心處都有一個原子,平均每個晶胞中含有的原子數(shù)=8×+6×=4,C錯誤。7.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-形成的晶體的晶胞結(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+中的n=。

(3)X元素的原子序數(shù)是。

【答案】(1)3∶1(2)1(3)29【解析】(1)Xn+位于晶胞的棱上,一個晶胞中Xn+的數(shù)目為12×=3,N3-位于晶胞的頂角,一個晶胞中N3-數(shù)目為8×=1,故Xn+和N3-的個數(shù)比為3∶1;(2)由(1)可得晶體的化學(xué)式為X3N,則Xn+為X+,故n=1;(3)因為X+中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層,故K、L、M三個電子層上的電子數(shù)分別為2、8、18,所以X的原子序數(shù)是29。【關(guān)鍵能力提升練】8．（2021·山東濟寧·高二期中）現(xiàn)代儀器分析技術(shù)能夠幫助人們對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)做出科學(xué)的判斷，下列說法正確的是A．X﹣射線衍射技術(shù)可以區(qū)分晶體和非晶體B．紅外光譜可以判斷有機物的相對分子質(zhì)量C．CH3CH2OH的核磁共振氫譜吸收峰有2種D．質(zhì)譜儀可以直接測定有機物分子的結(jié)構(gòu)【答案】A【解析】A．晶體對X-射線發(fā)生衍射，非晶體不會對X-射線發(fā)生衍射，所以能用X-射線衍射技術(shù)可以區(qū)分晶體和非晶體，故A正確；B．紅外光譜可以判斷有機物中的官能團，不能用紅外光譜可以判斷有機物的相對分子質(zhì)量，故B錯誤；C．CH3CH2OH中含有三種環(huán)境的氫原子，所以其核磁共振氫譜吸收峰有3種，故C錯誤；D．質(zhì)譜儀可以測定物質(zhì)分子或分子碎片的質(zhì)量，所以能用質(zhì)譜儀判斷有機物的相對分子質(zhì)量，但是不能測定有機物分子的結(jié)構(gòu)，故D錯誤；故選A。9．（2021·四川省資陽中學(xué)高二期中）生活中的化學(xué)無處不在，下列關(guān)于生活中的化學(xué)描述錯誤的是A．可以用光譜分析的方法來確定太陽的組成元素是否含氦B．壁虎在天花板上爬行自如是因為壁虎的腳與墻體之間有范德華力C．區(qū)別晶體與非晶體最科學(xué)的方法是對固體進行X射線衍射實驗D．"挑盡寒燈夢不成"所看到的燈光和原子核外電子躍遷無關(guān)【答案】D【解析】A．不同的元素具有不同的光譜，可以用光譜分析的方法來確定太陽的組成元素是否含氦，A正確；B．壁虎與墻之間的力是范德華力，這種力的產(chǎn)生是由于壁虎腳上的剛毛及其精細分支與墻體分子的距離足夠近，雖然每根剛毛所受的力比較很小，但是由于剛毛數(shù)量眾多，使之可以累積可觀的吸引力，B正確；C．X射線衍射實驗可以分析固體物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，區(qū)別晶體與非晶體最科學(xué)的方法是對固體進行X射線衍射實驗，C正確；D．"挑盡寒燈夢不成"所看到的燈光是原子核外電子躍遷以光的形式釋放出能量，D錯誤；故選D。10.某晶體的晶胞如下圖所示,這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)目之比是()A.3∶9∶4 B.1∶4∶2C.2∶9∶4 D.3∶8∶4【答案】B【解析】由圖示可知該晶體晶胞的上下兩面為正三角形,因此處于頂點的粒子為12個晶胞共用,故晶胞中A粒子的數(shù)目為6×;處于水平棱上的粒子為4個晶胞共用,處于垂直棱上的粒子為6個晶胞共用,故晶胞中B粒子的數(shù)目為6×+3×=2;C粒子完全屬于晶胞。由此可見,A、B、C三種粒子的數(shù)目之比為∶2∶1=1∶4∶2。11.下列各項是晶體結(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。其中對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是()ABCD【答案】B【解析】A項中X、Y的位置、數(shù)目完全等同，化學(xué)式為XY，正確；B項中X、Y的個數(shù)比為1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1，化學(xué)式為XY，錯誤；C項中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)式為X3Y，正確；D項中X的數(shù)目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的數(shù)目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于體心，數(shù)目為1，化學(xué)式為XY3Z，正確。12.納米材料的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例極大,這是它具有許多特殊性質(zhì)的原因。假設(shè)某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀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粒子數(shù)與總粒子數(shù)的比值為()NaCl晶體的晶胞A.7∶8 B.13∶14C.1∶1 D.26∶27【答案】D【解析】表面粒子數(shù)=8+6+12=26,總粒子數(shù)=表面粒子數(shù)+中心粒子數(shù)=26+1=27,D項正確。13.(1)在下列物質(zhì)中,是晶體(填序號,下同),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(zhì)的特點,而晶體具有物理性質(zhì)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[KAl(SO4)2·12H2O]、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。晶體的重要特征是某些物理性質(zhì)具有各向異性和有固定的熔點等。14.(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示,該氯化物的化學(xué)式是。

(2)Cu2O為半導(dǎo)體材料,在其立方晶胞內(nèi)部有4個氧原子,其余氧原子位于面心和頂點,則該晶胞中有個銅原子。

(3)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,下圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,則每個晶胞中含有B原子的個數(shù)為,該功能陶瓷的化學(xué)式為。

(4)某晶體結(jié)構(gòu)模型如下圖所示。該晶體的化學(xué)式是,在晶體中1個Ti原子或1個Co原子周圍距離最近的O原子數(shù)目分別為個、個。

(5)有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子,其結(jié)構(gòu)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.Ti14C4 D.Ti4C3【答案】(1)CuCl(2)16(3)2BN(4)CoTiO3612(5)A【解析】(1)晶胞中灰球代表的粒子有4個,白球代表的粒子有6×+8×=4個,所以該氯化物的化學(xué)式為CuCl。(2)晶胞中含氧原子數(shù)為×8+×6+4=8,根據(jù)化學(xué)式Cu2O可知,該晶胞中銅原子數(shù)目是氧原子的2倍,即16個。(3)每個氮化硼晶胞中含有白球表示的原子個數(shù)為8×+1=2,灰球表示的原子個數(shù)為1+4×=2,所以每個晶胞中含有N原子和B原子各2個;N的電負性大于B,所以該功能陶瓷的化學(xué)式為BN。(4)晶胞中含O:6×=3個,含Co:8×=1個,含Ti:1個,故化學(xué)式為CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心,其周圍距離最近的O原子位于6個面的中心,所以周圍距離最近的O原子數(shù)目為6;Co原