学年高二化学人教版选修三教学案第三章+第一节+晶体的常识含答案新版.docx
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学年高二化学人教版选修三教学案第三章+第一节+晶体的常识含答案新版
细读教材记主干
1．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体。
2．什么叫结晶？
提示：
在一定条件下，固体物质从它的饱和溶液中以晶体的形式析出的过程。
3．晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？
提示：
晶体一定是固体，但固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等不属于晶体。
4．晶体与非晶体在外形上有何差别？
提示：
晶体具有规则的几何外形，而非晶体不具有规则的几何外形。
[新知探究]
1．概念
（1）晶体：
内部粒子（原子、离子或分子）在三维空间里按一定规律呈周期性有序排列。
如NaCl晶体、I2晶体等。
（2）非晶体：
内部粒子（原子、离子或分子）在三维空间里的排列呈现相对无序的分布状态。
如橡胶、玻璃等。
2．获得晶体的途径
3．晶体的特点
（1）自范性
（2）各向异性：
某些物理性质常常会表现出各向异性。
（3）晶体有固定的熔点。
（4）外形和内部质点排列的高度有序性。
4．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法
对固体进行X射线衍射实验。
[名师点拨]
晶体与非晶体的区别和判断方法
（1）区别
晶体
非晶体
自范性（本质区别）
有
无
是否均一
均一
不均一
固定熔、沸点
有
无
各向异性
有
无
能否发生X射线衍射（最科学的区分方法）
能
不能（能发生散射）
举例
NaCl晶体、I2晶体、SiO2晶体、Na晶体等
玻璃、橡胶等
（2）判定方法
①测熔点：
晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体则没有固定的熔、沸点。
②可靠方法：
对固体进行X射线衍射实验。
[对点演练]
1．（2016·廊坊高二检测）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微粒无规则排列，水晶的基本构成微粒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
解析：
选B 普通玻璃为非晶体，水晶为晶体，它们的根本区别在于内部微粒是否按一定规律做周期性重复排列，即晶体具有自范性。
两种物质在性质上的差异正是其内部结构不同的体现。
2．（2016·沭阳高二检测）下列不属于晶体的特点的是（ ）
A．一定有规则的几何外形
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
解析：
选D 晶体的特点是有规则的几何外形（由晶体的自范性决定）、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫色的碘晶体和蓝色的硫酸铜晶体等。
3．（2016·唐山高二检测）下列途径不能得到晶体的是（ ）
A．熔融态SiO2快速冷却
B．熔融态SiO2热液缓慢冷却
C．FeCl3蒸气冷凝
D．CuSO4溶液蒸发浓缩后冷却
解析：
选A 晶体呈现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当。
熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，如熔融态SiO2快速冷却得到非晶体玛瑙，热液缓慢冷却则形成水晶。
FeCl3、AlCl3等固体均易升华，其蒸气凝华则得到晶体。
D项析出胆矾晶体（CuSO4·5H2O）。
[新知探究]
1．概念
晶胞是描述晶体结构的基本单元。
2．结构
习惯采用的晶胞都是平行六面体，晶体是由无数晶胞“无隙并置”而成。
（1）“无隙”：
相邻晶胞之间没有任何间隙。
（2）“并置”：
所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
（3）所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
3．晶胞中原子个数的计算——均摊法
[名师点拨]
晶胞中粒子数的计算
（1）平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算（均摊法）
（2）非平行六面体晶胞中粒子视具体情况而定，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
粒子属于该六边形。
[对点演练]
4．（2016·邢台高二检测）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∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶4
解析：
选B A位于正三棱柱的顶角，则有
的A属于该晶胞，该晶胞中含A的个数为6×
＝
，B分为两类，位于侧棱上的B有
属于该晶胞，位于上下底面边上的B有
属于该晶胞，该晶胞含B原子个数为3×
＋6×
＝2，含C原子个数为1，则A、B、C三种原子个数之比为
∶2∶1＝1∶4∶2，故选B。
5．如图所示的甲、乙、丙三种晶体：
试写出：
（1）甲晶体的化学式（X为阳离子）________。
（2）乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比________。
（3）丙晶体中每个D周围结合E的个数________。
解析：
晶胞任意位置上的一个粒子如果被n个晶胞所共有，那么每个晶胞对这个粒子分得的份额就是
。
顶点粒子在立方体中实占
，立方体面上粒子实占
，立方体棱边上粒子实占
，立方体内部粒子完全归晶胞所有。
甲中X位于立方体体心，为1，Y位于立方体顶点，实际占有：
×4＝
；X∶Y＝1∶
＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。
乙中A占有
×8＝1，B占有
×6＝3，C占有1个，由此推出N（A）∶N（B）∶N（C）＝1∶3∶1。
丙中D周围E的个数与E周围D的个数相同，E周围有8个D，所以D周围有8个E。
答案：
（1）X2Y
（2）1∶3∶1 （3）8
1．（2016·福州高二检测）下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是（ ）
A．具有规则几何外形的固体均为晶体
B．晶体具有自范性，有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射
C．晶体研碎后即变为非晶体
D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体
解析：
选B 晶体有整齐规则的几何外形，但是具有规则外形的不一定是晶体，例如玻璃，故A错误；晶体具有自范性，有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射，故B正确；晶体研碎后并没有改变晶体的结构排列，故C错误；玻璃的内部结构无法规则的出现晶胞排列，故D错误。
2．下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是（ ）
A．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规则的多面体几何外形
B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
解析：
选B 晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性，而对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，二者并不矛盾，B项错误。
3．（2016·杭州高二检测）要得到较大颗粒的明矾晶体，在结晶时可如下操作（ ）
A．配制比室温高10～20℃明矾饱和溶液然后浸入悬挂的明矾小晶核，静置过夜
B．在沸水中配制明矾饱和溶液，然后急速冷却结晶
C．室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置过夜
D．进行快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出
解析：
选A 配制比室温温度高的明矾饱和溶液，当温度降低时，溶液的溶解度也降低，析出的明矾会附着在小晶核上，得到较大颗粒的明矾晶体，而沸水时配制饱和溶液或快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出，析出的只是明矾晶体，室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置过夜，不会有晶体析出。
4．（2016·揭阳高二检测）如图所示是金属钠的晶胞示意图，该晶胞平均含有的钠原子数是（ ）
A．9B．5
C．3D．2
解析：
选D 金属钠的晶胞中，有8个原子处于顶角上，有1个原子位于体心，故该晶胞平均含有的钠原子数为
×8＋1＝2。
5．（2016·阆中高二检测）某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示，晶胞中A、B、C的原子个数比为（ ）
A．1∶3∶1B．2∶3∶1
C．1∶2∶1D．1∶3∶3
解析：
选C 根据图片知，该小正方体中A原子个数＝8×
＝1，B原子个数＝4×
＝2，C原子个数＝1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶2∶1，故选C。
6．（2016·衡水高二检测）
（1）某晶体的其中一个晶胞的形状如图所示，8个顶点被X原子（○）占据，每面中心被Y原子（△）占据，立方体中心被Z原子（*）占据。
则晶体中原子个数比为X∶Y∶Z＝_________________________________。
（2）如图所示为甲、乙、丙三种晶体：
试推断甲晶体的化学式（X为阳离子）为________，乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是________，丙晶体中每个D周围结合E的个数是________个。
解析：
（1）每个晶胞中有8个X原子，但每个X原子被8个晶胞共有，则每个晶胞中绝对占有的X的个数为
×8＝1；每个面上的Y原子被2个晶胞共有，则每个晶胞中绝对占有的Y的个数为
×6＝3，位于体心位置的Z原子完全被该晶胞所占有，故Z的个数为1。
因此晶体中原子个数比为X∶Y∶Z＝1∶3∶1。
（2）利用均摊法找出晶胞中每个位置的粒子的利用率。
甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体顶角，实际有
×4＝
个，X∶Y＝1∶
＝2∶1，故甲的化学式为X2Y；乙中A有
×8＝1个，B有
×6＝3个，C在体心，有1个，故A∶B∶C＝1∶3∶1；丙中D被8个同样的晶胞共用，故结合E的个数是8个。
答案：
（1）1∶3∶1
（2）X2Y 1∶3∶1 8
一、选择题
1．（2016·资阳高二检测）关于晶体的下列说法中正确的是 （ ）
A．溶质从溶液中析出是得到晶体的三条途径之一
B．区别晶体和非晶体最好的方法是观察是否有规则的几何外形
C．水晶在不同方向上的硬度、导热性、导电性相同
D．只有无色透明的固体才是晶体
解析：
选A 获得晶体的方法有熔融态物质凝固、气态物质凝华、溶质从溶液中结晶析出，因此溶质从溶液中析出是得到晶体的三条途径之一，A正确；区别晶体和非晶体最好的方法是对固体进行X射线衍射实验，而不是通过观察是否有规则的几何外形，B错误；水晶是晶体SiO2，其性质的各向异性表现在物理性质如在不同方向上的硬度、导热性、导电性不相同，C错误；晶体不一定是无色透明的，如CuSO4·5H2O，无色透明的也不一定是晶体，如玻璃属于玻璃体物质，D错误。
2．下列叙述不属于晶体特性的是（ ）
A．有规则的几何外形B．具有各向异性
C．有对称性D．没有固定熔点
解析：
选D 晶体具有规则的几何外形、各向异性、对称性三大特性，而且晶体有固定的熔点。
3．下列关于晶体的说法正确的是（ ）
A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体
B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品
C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点
D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
解析：
选B A项，将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体；B项，一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别；C项，非晶体没有固定的熔点；D项，由于晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有一些差异。
4．（2016·衢州高二检测）水的状态除了气、液、固之外，还有玻璃态。
它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固态形状，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是（ ）
A．水由液态变为玻璃态，体积缩小
B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C．玻璃态是水的一种特殊状态
D．玻璃态水是一种特殊的分子晶体
解析：
选C 玻璃态的水密度与普通水相同，A、B不正确；玻璃态水是在特殊条件下形成的“特殊状态”，C正确；玻璃态的水无固态形状，不存在晶体，D不正确。
5．（2016·桓台高二检测）最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示。
顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式为（ ）
A．M4N4B．MNC．M14N13D．M4N5
解析：
选C 由气态团簇分子和图可知其分子式可由示意图查原子个数来确定，M原子共14个，N原子13个，即分子式为M14N13，C项正确。
6．（2016·射阳高二检测）现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（ ）
A．AB2B．EF2C．XY3ZD．AB3
解析：
选C A离子个数是1，B离子个数＝
×8＝1，所以其化学式为AB，故A错误。
E离子个数＝
×4＝
，F离子个数＝
×4＝
，E、F离子个数比为1∶1，所以其化学式为EF，故B错误。
X离子个数是1，Y离子个数＝
×6＝3，Z离子个数＝
×8＝1，所以其化学式为XY3Z，故C正确。
A离子个数＝
×8＋
×6＝4，B离子个数＝12×
＋1＝4，AB离子个数比1∶1，所以其化学式为AB，故D错误。
7．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电导率是与层平行的方向上的电导率的
。
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．①③B．②④
C．①②③D．①②③④
解析：
选D 晶体具有各向异性，常常表现在硬度、导热性、导电性、光学性质等多项物理性质中。
8．（2016·滁州高二检测）纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它具有许多特殊性质的原因。
假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状（如图所示）相同。
则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数为（ ）
A．87.5%B．92.9%
C．96.3%D．100%
解析：
选C 在NaCl晶胞中微粒总数是27个，其中表面粒子数是26个，所以这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分数是（26÷27）×100%＝96.3%。
9．如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。
则该化合物的化学式可表示为 （ ）
A．MgBB．MgB2
C．Mg2BD．Mg3B2
解析：
选B 棱柱顶点上的每个镁原子均被六个相邻的棱柱所共用，棱柱底面上的每个镁原子均被两个相邻的棱柱所共用，故每个晶体结构单元平均拥有镁原子数为6×2×
＋2×
＝3个，而B原子位于棱柱内，故平均每个晶体结构单元拥有B原子数为6个。
则该化合物的化学式为MgB2。
10．（2016·泉州高二检测）如图所示，在较高温度时，钾、氧两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．KO2 B．K2O2
C．K2O3D．K2O
解析：
选A 较高温度时，钾、氧两元素形成的一种晶体结构与NaCl晶体结构相似，则根据晶胞结构可知黑球表示K，白球表示O，K的个数＝8×
＋6×
＝4，O的个数＝24×
＋2＝8，则化学式为KO2，答案选A。
11．（2016·泰州高二检测）如图所示，食盐晶体是由钠离子（图中的“●”）和氯离子（图中的“○”）组成的，且均为等距离交错排列。
已知食盐的密度是2.2g/cm3，阿伏加德罗常数为6.02×1023mol－1，在食盐晶体中两个距离最近的钠离子间的距离最接近于（ ）
A．3.0×10－8cm B．3.5×10－8cm
C．4.0×10－8cmD．5.0×10－8cm
解析：
选C 本题考查的是有关晶胞的计算。
NaCl晶体的一个晶胞中有Na＋：
8×
＋
×6＝4个，Cl－：
1＋12×
＝4个，即晶体为4个“NaCl分子”所占的体积，设上述晶体的边长为2acm，其体积V＝8a3cm3，故每个“NaCl分子”所占的平均体积为2a3cm3；由ρ＝
＝
＝
＝2.2g/cm3。
解得a＝2.8×10－8，由图可知Na＋与Na＋最近的距离为
a≈4.0×10－8cm。
故正确答案为C。
12．（2016·邢台高二检测）有下列离子晶体的空间结构示意图：
以M代表阳离子，以N代表阴离子，•为阳离子，为阴离子，化学式为MN2的晶体结构为（ ）
解析：
选B A中阳离子处于顶点位置，故其在晶胞中的数目为8×
＝1，而阴离子位于体心，其数目为1，故A的化学式为MN。
同理可得，B中，M为4×
＝
，N为1，化学式为MN2；C中M为4×
＝
，N为4×
＋1＝
，化学式为MN3；D中M为8×
＋4×
＝3，N为1，化学式为M3N。
二、非选择题
13.某离子晶体的晶胞结构如图所示。
试求：
（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与一个Y形成的夹角（∠XYX）为________。
（4）设该晶体的摩尔质量为Mg/mol，晶体密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为________cm。
解析：
（1）此结构虽不符合晶胞“无隙并置”，但仍可用此立方结构单元计算晶体组成。
此立方晶胞中只有1个Y，且每个Y同时吸引4个X，而X处于顶点上，为8个立方晶胞所共有，即每个X同时吸引8个Y。
在每个该立方晶胞中含X的数目为
×4＝
，含Y的数目为1，则化学式为XY2（或Y2X）。
（2）在一个立方晶胞中，每个X与它的距离最接近的X有3个，则每个X周围有3×
＝12个（每个面为两个立方晶胞共用）。
（3）在此立方晶胞中，Y与4个X形成正四面体结构，故键角为109°28′。
（4）因为一个立方晶胞中只含
个XY2，则有
＝ρVNA，V＝
，而V＝l3（设边长为l），则l3＝
，l＝
，设X与X间的距离为s，s＝
l＝
×
。
答案：
（1）4 8 XY2（或Y2X）
（2）12 （3）109°28′ （4）
×
14．一种Al Fe合金的立体晶胞如图所示。
请回答下列问题：
（1）该合金的化学式为____________。
（2）若晶胞的棱长为apm，则晶体的密度为__________g/cm3，则此合金中最近的Fe原子与Al原子之间的距离为________pm。
解析：
（1）4个铝原子位于晶胞内；Fe原子数为1＋8×
＋12×
＋6×
＝8，故该合金的化学式为Fe2Al。
（2）该晶体的密度为
g/cm3≈
g/cm3。
最近的Fe原子和Al原子之间的距离，即体对角线的
，面对角线、棱、体对角线构成直角三角形，故二者之间的最短距离为
apm。
答案：
（1）Fe2Al
（2）
a
15．（10分）A、B、C、D、E都是短周期元素，原子序数依次增大，B、C同周期，C的非金属性最强，A、D同主族隔周期，E元素原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的一半。
A、B能形成两种液态化合物甲和乙，原子个数比分别为2∶1和1∶1。
根据以上信息回答下列问题：
（1）甲、乙两分子中含有非极性共价键的物质的电子式是__________________。
C元素在周期表中的位置是____________。
（2）C和D的离子中，半径较小的是__________（填离子符号）。
（3）将D的单质投入甲中，待D消失后再向上述溶液中加入E的单质，此时发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
（4）C、D、E可组成离子化合物，其晶胞（晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元）结构如图所示，阳离子D＋（用
表示）位于正方体的棱的中点和正方体内部；阴离子EC
（用
表示）位于该正方体的顶点和面心。
该化合物的化学式是________。
解析：
根据题中信息得出A为H元素，B为O元素，C为F元素，D为Na元素，E为Al元素。
（1）甲为H2O，乙为H2O2，含有非极性共价键的物质是H2O2。
（2）C和D的离子分别是F－和Na＋，二者的核外电子排布相同，Na的原子序数大，所以r（Na＋）较小。
（3）将Na投入水中发生反应生成氢氧化钠溶液，Al和氢氧化钠溶液发生的反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
（4）一个晶胞中含有12×
＋9＝12个Na＋和8×
＋6×
＝4个AlF
，化学式为Na3AlF6。
答案：
（1）
第二周期第ⅦA族
（2）Na＋ （3）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑ （4）Na3AlF6
[能力提升]
16．前四周期原子序数依次增大的元素A、B、C、D中，A和B的价电子层中未成对电子均只有1个，并且A－和B＋的电子数相差为8；与B位于同一周期的C和D，它们价电子层中的未成对电子数分别为4和2，且原子序数相差为2。
回答下列问题：
（1）D2＋的价层电子排布图为________。
（2）四种元素中第一电离能最小的是________，电负性最大的是________。
（填元素符号）
（3）A、B和D三种元素组成的一个化合物的晶胞如图所示。
①该化合物的化学式为________。
②列式计算该晶体的密度__________g/cm3。
（4）A－、B＋和C3＋三种离子组成的化合物B3CA6，其中化学键的类型有________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________，配位体是________。
解析：
（1）短周期元素主族元素中未成对电子数最多为3，所以B、C、D均为第四周期的元素，B的价电子层中未成对电子数为1，结合B＋可知B为K，A为F；未成对电子数为4的只能为[Ar]3d64s2排布，C为Fe，D为Ni。
（2）从左到右第一电离能（除第ⅡA、第ⅤA族特殊外）、电负性逐渐增大，K的第一电离能最小、F的电负性最大。
（3）①F原子个数＝4（16个棱）＋2（4个面心）＋2（2个体心）＝8；K原子个数＝2（8个棱）＋2（2个体心）＝4；Ni原子个数＝1（8个顶点）＋1（1个体心）＝2；化学式为K2NiF4；②1molK4Ni2F8晶胞的质量为（39×4＋59×2＋19×8）g，一个晶胞的质量为
；一个晶胞的体积为4002×1308×10－30cm3，密度＝
。
（4）K3FeF6中含有K＋和[FeF6]3－，Fe3＋与F－之间以配位键结合，Fe3＋为中心原子提供空轨道、F－为配位体提供孤对电子。
答案：
（1）
（2）K F （3）①K2NiF4
②
＝3.4 （4）离子键、配位键 [FeF6]3－ F－
17．（2016·包头高二检测）已知元素A、B、C、D、E、F均属前四周期且原子序数依次增大，A的p能级电子数是s能级的一半，C的基态原子2p轨道有2个未成对电子；C与D形成的化合物中C显正化合价；E的M层电子数是N层电子数的4倍，F的内部各能层均排满，且最外层电子数为1。
请回答下列问题。
（1）C原子基态时电子排布式为________________。
（2）B、C两种元素第一电离能为________（用元素符号表示）。
试解释其原因：
_______________。
（3）任写一种与AB－离子互为等电子体的离子________。
（4）B与C形成的四原子阴离子的立体构型为________，其中B原子的杂化类型是________。
（5）F（OH）2难溶于水，易溶于氨水，写出其溶于氨水的离子方程式_________。
（6）D和E形成的化合物的晶胞结构如图，其化学式为_______________；∠EDE＝__
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