高一化学人教版 晶体的常识.docx

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高一化学人教版晶体的常识

晶体的常识

[目标定位]　1.认识晶体和非晶体的本质差异，知道晶体的特征和性质。

2.了解获得晶体的途径。

3.知道晶胞的概念，学会晶胞中微粒数的计算方法（均摊法），能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。

一、晶体与非晶体

1．观察分析下列物质的结构模型，回答问题：

（1）晶体内部、非晶体的内部微粒排列各有什么特点？

答案　组成晶体的微粒在空间按一定规律呈周期性排列，而组成非晶体的微粒在空间杂乱无章地排列。

（2）由上述分析可知：

①晶体：

内部粒子（原子、离子或分子）在空间按一定规律呈周期性重复排列构成的固体物质。

如金刚石、食盐、干冰等。

②非晶体：

内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。

如橡胶、玻璃、松香等。

2．思考下列问题：

（1）在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？

答案　CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。

（2）将冰和玻璃加热各有什么现象？

答案　加热冰时，0℃达到冰的熔点，冰开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高。

加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后变为液体。

玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围。

（3）观察下列三个图片，说明了什么？

答案　晶体在不同方向上导电性、导热性不同；而非晶体在不同方向上导热性相同。

通过以上分析，晶体的性质为

①晶体具有自范性。

它是指在适当条件下可以自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。

它是晶体中结构微粒在微观空间呈现周期性的有序排列的宏观表象。

②晶体具有固定的熔点。

③晶体具有各向异性。

它是指在不同的方向上表现出不同的物理性质，如强度、导热性、光学性质等。

例如：

蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度是不同的。

3．“盐成卤水，暴晒日中，即成方印，洁白可爱”，说明结晶可获得晶体，除此之外，熔融态物质凝固，气态物质的凝华均可得到晶体。

归纳总结

晶体与非晶体的特征和性质

晶体

非晶体

结构特征（本质区别）

结构微粒周期性有序排列

结构微粒无序排列

性质特征

自范性

有

无

熔、沸点

固定

不固定

某些物理性质

各向异性

各向同性

二者区别方法

间接方法

看是否有固定的熔、沸点

科学方法

对固体进行X射线衍射实验

1．非晶硅光电薄膜产业的研发成长，在转换效率上，已逐渐接近于多晶硅太阳能电池，发电成本仅为多晶硅的三分之一。

预计非晶硅光电薄膜产业的增长速率，将比多晶硅太阳能产业更为快速，非晶硅薄膜技术将成为今后太阳能电池的市场主流。

试探究下列问题：

（1）下图中a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅？

a：

____________；b：

____________。

（2）有关晶体常识的相关说法中正确的是__________（填字母）。

A．玻璃是非晶体

B．固体粉末都是非晶体

C．晶体内部质点具有有序性，有固定的熔、沸点和各向异性

D．区别晶体和非晶体最有效的方法是通过X射线衍射实验

（3）下列有关说法正确的是________（填字母）。

A．玛瑙与水晶的化学成分不同

B．雪花是由水蒸气直接转变而成的固体，雪花可能属于晶体

C．不同的雪花外形不同，但都可认为是晶体

D．石英玻璃与水晶均属于晶体

答案　

（1）非晶硅　晶体硅　

（2）ACD　（3）BC

解析　

（1）从粒子在微观空间里是否有有序性和自范性角度观察。

（2）A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末也可能是晶体。

（3）A项，两者化学成分均是SiO2，均是二氧化硅晶体，玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，水晶则是热液缓慢冷却形成的；D项，石英玻璃是非晶态二氧化硅。

二、晶胞

1．由于晶体的微粒在微观空间中是呈现有规律的周期性排列，因此，描述晶体在微观空间里原子的排列时，常从晶体微观空间里“截取”一个具有代表性的基本单元。

（1）描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。

（2）一般来说，晶胞都是平行六面体。

（3）晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部含有的原子种数、个数及几何排列都是完全相同的。

2．金属铜的晶胞如图所示：

回答下列问题：

（1）位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。

（2）位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。

（3）晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。

3．晶胞中微粒个数的计算（均摊法）

计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用均摊法。

即某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的

属于这个晶胞。

（1）长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算：

①处于顶点上的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

②处于棱边上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

③处于晶面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有

属于该晶胞。

④处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。

（2）非长方体（正方体）晶胞中粒子数视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占

。

（1）晶体是由无数个晶胞堆积得到的。

知道晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置，就可以认识整个晶体的结构。

（2）晶胞中微粒个数的计算，其关键是正确分析晶胞中任意位置上的一个微粒被几个晶胞所共用。

不同形状的晶胞，情况不同。

2．现有甲、乙、丙（如下图）三种晶体的晶胞（甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心），可推知：

甲晶胞中x与y的个数比是__________，乙晶胞中a与b的个数比是__________，丙晶胞中有________个c离子，有________个d离子。

答案　4∶3　1∶1　4　4

解析　处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱边上的微粒为4个立方体共有，位于立方体面上的微粒为2个立方体共有，所以x∶y＝1∶6×

＝4∶3；a∶b＝1∶8×

＝1∶1；丙晶胞中c离子数为12×

＋1＝4，d离子数为8×

＋6×

＝4。

3．现有四种晶体，其构成粒子（均为单原子核粒子）排列方式如下图所示，其化学式正确的是（　　）

答案　C

解析　利用均摊法确定粒子个数比。

A项错误，8个B粒子居于顶点，一个A粒子居于体心，所以化学式应为AB或BA；B项错误，E和F的数目完全一致，所以化学式为FE或EF；C项正确，一个晶胞内X、Y、Z三种粒子的个数分别为1、3、1；D项错误，A粒子居于8个顶点和6个面心，真正属于一个晶胞的A粒子为4个，B粒子居于12条棱上和体心，真正属于一个晶胞的B粒子为4个。

1．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（　　）

A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体

B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块

C．圆形容器中结出的冰是圆形的体现了晶体的自范性

D．由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性

答案　B

解析　晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质，这一适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件，A项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃是非晶体。

2．云母属于晶体，用烧热的钢条去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面时，熔化了的石蜡呈现椭圆形，这是因为（　　）

A．云母是热的不良导体，传热不均匀

B．石蜡是热的不良导体，传热不均匀

C．石蜡具有各向异性，不同的方向导热性不同

D．云母具有各向异性，不同的方向导热性不同

答案　D

解析　云母属于晶体，具有各向异性，在不同的方向导热性不同，导致熔化了的石蜡呈现椭圆形。

3.已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为（　　）

A．XYZB．X2Y4Z

C．XY4ZD．X4Y2Z

答案　C

解析　该晶体的晶胞是正方体形晶胞。

该晶胞拥有的X原子数为8×

＝1；Y原子位于该晶胞内，共有4个，因此该晶胞中拥有的Y原子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。

4．下列有关晶胞的叙述，不正确的是（　　）

A．晶胞是晶体的最小的结构重复单元

B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同

C．晶胞中的粒子可能不完全属于该晶胞

D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成

答案　B

解析　据晶胞定义知A正确；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中的晶胞大小和形状不一定相同，B错误；晶胞中有的粒子被若干个晶胞共用，而不专属于某个晶胞，C正确；根据晶胞的组成，可以利用“均摊法”推知晶体的组成。

5．某晶体的晶胞结构如下图所示。

X（

）位于立方体顶点，Y（○）位于立方体中心。

试分析：

（1）晶体中每一个Y同时吸引着______个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式是__________。

（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有______个。

（3）晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为____________。

答案　

（1）4　8　XY2（或Y2X）　

（2）12　（3）109°28′

解析　此题考查的知识点是晶体的立体结构。

（1）同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为1∶2，所以化学式为XY2或Y2X。

（2）晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如图所示立方体的面对角线。

位置关系分为在此X的上层、下层和同一层，每层均有4个，共有12个。

（3）若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知该夹角为109°28′。

对于晶体结构，要善于用宏观的立体构型来分析粒子的微观结构，利用立体几何的知识，分清各原子、离子、分子在空间的相对位置，熟悉一些常见晶体的立体构型，是解答此类题目的关键。

[基础过关]

题组一　晶体、非晶体的比较与判断

1．下列不属于晶体的特点的是（　　）

A．一定有固定的几何外形

B．一定有各向异性

C．一定有固定的熔点

D．一定是无色透明的固体

答案　D

解析　本题主要考查晶体的特征：

①规则的几何外形，②具有各向异性，③有固定的熔点。

A、B、C三项均正确；有些晶体带有颜色，如常见的五水硫酸铜晶体，呈蓝色，D项错误。

2．普通玻璃和水晶的根本区别在于（　　）

A．外形不一样

B．普通玻璃的基本构成粒子无规则地排列，水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性重复排列

C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点

D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换

答案　B

解析　晶体和非晶体的本质区别就是粒子（原子、离子或分子）在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。

3．下图中是两种不同的物质的熔化曲线，下列说法中正确的是（　　）

①a是晶体　②b是晶体　③a是非晶体　④b是非晶体

A．①②B．①④C．②③D．③④

答案　B

解析　晶体具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。

4．将一块缺角的胆矾晶体置于饱和的硫酸铜溶液中，一段时间后（浓度不变），发现缺角晶体变完整了。

若溶剂不挥发，则这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是（　　）

A．晶体的质量变小，溶液的质量变大

B．晶体的质量变大，溶液的质量变小

C．晶体和溶液的质量都不变

D．无法确定

答案　C

解析　胆矾晶体具有自范性，有自发呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。

由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与饱和硫酸铜溶液间存在着溶解结晶平衡，整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。

5．晶体具有各向异性。

如蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨在与层垂直的方向上的导电率是与层平行的方向上的导电率的

。

晶体的各向异性主要表现在（　　）

①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质

A．只有①③B．只有②④

C．只有①②③D．①②③④

答案　D

解析　晶体的各向异性反应了晶体内部质点排列的高度有序性，表现在硬度、导热性、导电性、光学性质等方面。

题组二　晶胞及其微粒数目的确定

6．下列有关晶胞的叙述，正确的是（　　）

A．晶胞的结构是晶体的结构

B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同

C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞

D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成

答案　D

解析　由晶胞的定义可知A错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不专属于某个晶胞，C错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”，即可推知晶体的组成，D正确。

7．如图，石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（　　）

A．2B．3

C．4D．6

答案　A

解析　据均摊法，从图中可知，每个顶点上的碳原子为三个正六边形共有，因而每个正六边形占有的碳原子数目为6×

＝2。

8．某离子化合物的晶胞为如图所示的立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单元。

阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（　　）

A．1∶8B．1∶4

C．1∶2D．1∶1

答案　D

解析　依据均摊法，在该晶胞中阳离子个数为1，阴离子个数为8×

＝1，故阴、阳离子个数比为1∶1。

9.某晶体的一部分如图所示。

这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是（　　）

A．3∶9∶4B．1∶4∶2

C．2∶9∶4D．3∶8∶4

答案　B

解析　这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际情况来计算，原子的分摊数顶点为

，水平棱上为

，竖棱上为

，内部为1。

A、B、C三种粒子数之比为（6×

）∶（6×

＋3×

）∶1＝1∶4∶2。

题组三　晶体化学式的确定方法

10.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是（　　）

A．ZXY3B．ZX2Y6

C．ZX4Y8D．ZX8Y12

答案　A

解析　由晶胞可知X占据8个顶点，属于该晶胞的X的数目为8×

＝1；Y占据12条棱的中间，属于该晶胞的Y的数目为12×

＝3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z的数目为1。

故化学式为ZXY3。

11.如图所示，在较高温度时，钾、氧两种元素形成的一种晶体结构与NaCl晶体结构相似，则该化合物的化学式为（　　）

A．K2O　　　　　B．K2O2

C．K2O3D．KO2

答案　D

解析　K＋的个数：

8×

＋6×

＝4；O

的个数：

12×

＋1＝4，故其比值为1∶1。

12．2001年报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。

如右图所示的是该化合物的晶体结构：

镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。

则该化合物的化学式为（　　）

A．MgBB．MgB2

C．Mg2BD．Mg3B2

答案　B

解析　棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。

镁原子位于上、下面心（2个）及12个顶角，共有镁原子数为2×

＋12×

＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。

13．石墨烯可转化为富勒烯（C60），某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示，M原子位于晶胞的棱上与内部。

该晶胞中M原子的个数为________，该材料的化学式为________。

答案　12　M3C60

解析　根据均摊法，晶胞含M原子的个数为12×

＋9＝12，C60位于顶点和面心，故晶胞含C60的个数为8×

＋6×

＝4，故化学式为M3C60。

[能力提升]

14.已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为acm。

如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为（　　）

A．NA·a3·ρB.

C.

D.

答案　A

解析　根据晶胞中粒子个数的计算知，1个CsCl晶胞中含1个CsCl。

有M＝ρ·V·NA＝ρ·a3·NA。

15．固体二氧化硅有晶体和非晶体两种。

根据下图回答：

（1）对比图Ⅰ和图Ⅱ可知，晶体SiO2具有自范性，而非晶体SiO2没有自范性，本质原因是

________________________________________________________________________。

（2）观察三个图，区分晶体SiO2和非晶体SiO2最可靠的科学方法是________________________________________________________________________。

答案　

（1）构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列，而构成非晶体的粒子在微观空间里排列相对无序　

（2）对固体二氧化硅进行X射线衍射实验

16.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示。

（1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为________。

（2）该晶体中Xn＋中n＝_____________________________________________________。

（3）X元素的原子序数是________。

（4）晶体中每个N3－被________个等距离的Xn＋包围。

答案　

（1）3∶1　

（2）1　（3）29　（4）6

17．有一种蓝色的晶体，它的结构特征是Fe2＋和Fe3＋分别占据晶胞立方体互不相邻的顶点，立方体的每条棱上均有一个CN－。

（1）根据晶体结构的特点，推出这种蓝色晶体的化学式（用简单整数表示）______________。

（2）此化学式带何种电荷__________，如果Rn＋或Rn－与其结合成电中性粒子，此粒子的化学式为________________。

答案　

（1）[FeFe（CN）6]－

（2）负电荷　R[FeFe（CN）6]n

解析　Fe2＋、Fe3＋占据晶胞立方体的互不相邻的顶点，则每个立方体上有4个Fe2＋、4个Fe3＋。

根据晶体的空间结构特点，每个顶点上的粒子有

属于该立方体，则该立方体中有

个Fe2＋、

个Fe3＋，CN－位于立方体的棱上，棱上的粒子有

属于该立方体，该立方体中有3个CN－，所以该晶体的化学式为[FeFe（CN）6]－，此化学式带负电荷，若结合Rn＋形成电中性粒子，此粒子化学式为R[FeFe（CN）6]n。

18．有离子晶体立体构型示意图如图所示：

（1）以M代表阳离子，以N代表阴离子，写出各离子晶体的组成表达式。

A．__________、B：

________、C：

________、D：

____________。

（2）已知FeS2晶体（黄铁矿的主要成分）具有A的立体结构。

①FeS2晶体中具有的化学键类型是_______________________________________________。

②若晶体结构A中相邻的阴、阳离子间的距离为acm，且用NA代表阿伏加德罗常数，则FeS2晶体的密度是________g·cm－3。

答案　

（1）MN　MN2　MN2　MN　

（2）①离子键、非极性共价键　②

解析　

（1）对于A，阴离子位于立方体4个顶点，因此阴离子在该立方体内只有4×

＝

个，同理阳离子也只有

个，组成上为

∶

＝1∶1，表达式为MN；对于B，阴离子在立方体内有4×

＋2＝4个，阳离子在立方体内有8×

＋1＝2个，组成为MN2；对于C，阴离子在立方体内有1个，阳离子在立方体内有4×

＝

个，组成为MN2；对于D，阴离子在立方体内有1个，阳离子在立方体内有8×

＝1个，组成为MN。

（2）FeS2晶体中的化学键为离子键和硫硫之间的非极性共价键。

密度ρ＝

，由立方体内阴、阳离子个数和摩尔质量可求出m，而由立方体的边长即阴、阳离子间的距离可求出立方体体积。

ρ＝

＝

g·cm－3。