高中化学第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识课时作业.docx
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高中化学第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识课时作业
第一节 晶体的常识
[目标导航] 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
1．晶体与非晶体的本质差异
自范性
微观结构
晶体
有
原子在三维空间里呈周期性有序排列
非晶体
无
原子排列相对无序
2.获得晶体的三条途径
（1）熔融物质凝固。
（2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。
（3）溶质从溶液中析出。
3．晶体的特点
（1）自范性：
①定义：
晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
②形成条件：
晶体生长的速率适当。
③本质原因：
晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。
（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。
【议一议】
1．某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图（如下图所示），这张图说明玻璃是不是晶体，为什么？
答案 不是。
从玻璃的结构示意图来看，玻璃中粒子质点排列无序，没有晶体的自范性。
二、晶胞
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（以铜晶胞为例）
（1）晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。
（2）金属铜的一个晶胞的均摊到的原子数为8×
＋6×
＝4。
【议一议】
2．晶体与晶胞有什么关系？
答案
（1）晶胞是描述晶体结构的基本单元。
一般来说，晶胞都是平行六面体，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的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
（2）晶体和晶胞的关系
整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所谓“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
一、晶体与非晶体
【例1】 晶体与非晶体的本质差别是（ ）
A．有无各向异性
B．有无一定的几何外形
C．有无固定熔点
D．构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列
答案 D
解析 晶体具有各向异性和固定的熔点，这是由于构成晶体的粒子在三维空间里呈周期性的有序排列的结果。
本质上，晶体的自范性（能自发呈现多面体外形）是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。
易错点分析 晶体与非晶体的本质差别在于构成固体的微粒在三维空间里是否呈现周期性的有序排列。
规律总结
1．晶体与非晶体的差异
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.区分晶体与非晶体应注意
（1）有规则几何外形或美观、对称外形的固体，不一定是晶体。
例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。
（2）具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。
（3）晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
变式训练1 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。
二、晶胞
【例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，位于立方体顶角的微粒为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离子为12×
＋1＝4（个），d离子为8×
＋6×
＝4（个）。
规律总结
晶胞中微粒数的计算（均摊法）
均摊法：
某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的
属于这个晶胞。
长方体（正方体）晶胞中不同位置的粒子数的计算
变式训练2 某物质的晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示。
晶体中A、B、C的原子个数比为（ ）
A．1∶3∶1B．2∶3∶1
C．2∶2∶1D．1∶3∶3
答案 A
解析 在题图所示的结构中A原子的个数为8×
＝1，B原子个数为6×
＝3，C原子的个数为1，所以A∶B∶C＝1∶3∶1。
1．下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ）
A．晶体一定比非晶体的熔点高
B．晶体有自范性但排列无序
C．非晶体无自范性而且排列无序
D．固体SiO2一定是晶体
答案 C
解析 晶体与非晶体熔点没有联系，A错；晶体有自范性，排列有序，B错；非晶体排列无序，没有自范性，C正确；晶体的形成与外界条件有关，如熔融态的SiO2如果生长速率过快，就会形成非晶体，故D错。
2．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为（ ）
A．XYZB．X2Y4ZC．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。
3．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．3C．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。
4．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是（ ）
A．白磷、蓝矾B．陶瓷、塑料
C．碘、橡胶D．食盐、蔗糖
答案 C
解析 A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。
5．最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为（ ）
A．Ti14C13B．TiC
C．Ti4C4D．Ti4C3
答案 A
解析 由题意知该物质是气态团簇分子，题目中的图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成，A项正确。
6．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 Z处于晶胞中心的原子被一个晶胞占有，X处于顶点上的原子被8个晶胞占有，Y处于棱上的原子被4个晶胞占有，故晶胞中含有Z原子的数目为1、含有X原子的数目为8×
＝1、含有Y原子的数目为12×
＝3，所以Z、X、Y的原子个数比是1∶1∶3，所以其化学式为ZXY3。
[经典基础题]
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，④X射线衍射实验，故A、B、C三项均正确；有些晶体带有颜色，如常见的硫酸铜晶体，呈蓝色，故D项错误。
2．下列关于晶体自范性的叙述中，不正确的是（ ）
A．晶体的自范性是指在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形
B．缺角的硫酸铜晶体在饱和硫酸铜溶液中慢慢变为完美的立方体晶块，体现了晶体的自范性
C．圆形容器中结出的冰是圆形的，不能体现晶体的自范性
D．由玻璃可制成规则的玻璃立方体，体现了晶体的自范性
答案 D
解析 选D，玻璃是非晶体。
圆形容器中结出的圆形的冰不能体现自发的形成规则外形，故不能体现晶体的自范性。
3．下列说法错误的是（ ）
A．同一物质有时可以是晶体，有时可以是非晶体
B．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是确定有没有固定熔点
C．雪花是水蒸气凝华得到的晶体
D．溶质从溶液中析出可以得到晶体
答案 B
解析 本题考查晶体获得的途径及区别晶体和非晶体的方法。
A项正确，如晶态SiO2和非晶态SiO2；B项错误，最可靠的科学方法是对固体进行X 射线衍射实验；C、D项正确。
4．如图所示是晶体结构中具有代表性的最小重复单元（晶胞）的排列方式，图中○—X、●—Y、⊗—Z。
其对应的化学式不正确的是（ ）
答案 B
解析 A图中X、Y原（离）子的位置、数目完全等同，化学式XY正确；B图化学式应为XY，错误；C图中X的数目：
4×
＋1＝
，Y的数目：
4×
＝
，化学式X3Y正确；D图中X的数目：
8×
＝1，Y的数目：
6×
＝3，Z位于内部，数目为1，化学式XY3Z正确。
5．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个顶角，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（ ）
A．1∶8B．1∶4C．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。
6．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是（ ）
①a是晶体 ②a是非晶体 ③b是晶体 ④b是非晶体
A．①④B．②④C．①③D．②③
答案 A
解析 晶体有固定的熔点，由图a来分析，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，这段就代表a晶体在熔化；由b曲线可知，温度一直在升高，没有一个温度是停留的，所以找不出固定的熔点，b为非晶体。
7．石墨的片层结构如图所示，试完成下列各题：
（1）平均________个碳原子构成一个正六边形。
（2）石墨晶体每一层内碳原子数与C—C化学键之比是________。
（3）ng碳原子可构成________个正六边形。
答案
（1）2
（2）2∶3 （3）
解析
（1）方法一 利用点与面之间的关系，平均每个正六边形需碳原子：
6×
＝2（个）。
方法二 每个碳原子提供的边数为3×
＝1.5，故
＝2（个）。
（2）分析每一正六边形：
①所占的碳原子数为6×
＝2；
②所占的C—C键数为6×
＝3，
故答案为2∶3。
（3）ng碳的原子数为
NA，故答案为
。
8．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－形成的晶体结构如图所示。
（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
解析
（1）Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×
＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×
＝1个，故其个数比为3∶1。
（2）由晶体的化学式X3N知X所带电荷为1。
（3）因为Xn＋电子刚好充满K、L、M三个电子层，故有2、8、18，所以X的原子序数是29。
（4）N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。
9．如图所示的晶体结构是一种具有优良压电、铁电、电光等功能的晶体材料的晶胞。
（1）晶体内与每个“Ti”紧邻的O原子数为________个。
（2）晶体内与每个“Ba”紧邻的O原子数为________个。
（3）晶体的化学式为________。
A．BaTi8O12B．BaTi4O8
C．BaTiO3D．BaTi2O3
答案
（1）6
（2）12 （3）C
解析 晶体内与每个“Ti”紧邻的O原子有上下、左右、前后共6个；晶体内与每个“Ba”紧邻的O原子在以“Ba”为原点的三个互相垂直的平面上，每个平面上有4个，共12个。
位于晶胞顶角的粒子，实际提供给晶胞的只有1/8；位于晶胞棱上的粒子，实际提供给晶胞的只有1/4；位于晶胞面心的粒子，实际提供给晶胞的只有1/2；位于晶胞中心的粒子，实际提供给晶胞的为其全部。
故该晶胞中实际有1个“Ba”、1个“Ti”、3个“O”。
[能力提升题]
10．测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为acm，该晶体密度为dg·cm－3，则阿伏加德罗常数可表示为（ ）
A.
B.
C.
D.
答案 C
解析 一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。
由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为：
V＝
×（2acm）3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝
。
11．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 由图可知该晶体部分结构单元的上下两面为正三角形，因此处于顶角的粒子为12个该结构单元共用，故A的数目为6×
＝
；处于水平棱上的粒子为4个结构单元共用，处于垂直棱上的粒子为6个结构单元共用，故该结构单元中包含B粒子的数目为6×
＋3×
＝2，由此可见A、B、C三种粒子的数目之比为
∶2∶1＝1∶4∶2。
12．随着科学技术的发展，阿伏加德罗常数的测定手段越来越多，测定的精度也越来越高。
现有一种简单可行的测定方法，具体步骤如下：
①将NaCl固体研细、干燥后，准确称取mgNaCl固体并转移到定容仪器A中。
②用滴定管向仪器A中滴加苯，不断振荡，继续滴加苯到仪器A的刻度线处，计算出NaCl固体的体积为Vcm3。
（1）步骤①中仪器A最好使用________（填字母）。
A．量筒B．烧杯C．容量瓶D．试管
（2）试管②中能否用水代替苯，________（填“能”或“不能”），理由是__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
（3）已知NaCl晶体中，靠得最近的Na＋、Cl－间的距离为acm（如下图），则用上述方法测得的阿伏加德罗常数NA的表达式为________。
答案
（1）C
（2）不能 NaCl可溶于水，会使体积变小
（3）
解析
（1）准确定容的仪器为容量瓶。
（2）由于NaCl可溶于水，用水代替苯会导致NaCl的体积变小。
（3）NaCl晶胞中含Cl－：
12×
＋1＝4，含Na＋：
8×
＋6×
＝4，每个晶胞中含NaCl微粒4个。
则ρ（NaCl）＝
＝
＝
，NA＝
。
13．生物质能是一种洁净、可再生的能源。
生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
（1）上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。
写出基态Zn原子的核外电子排布式：
__________________________________________________________。
（2）根据等电子原理，写出CO分子的结构式：
___________________________。
（3）甲醇催化氧化可得到甲醛，甲醛与新制Cu（OH）2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛的高，其主要原因是________；甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为________。
②甲醛分子的空间构型是________；1mol甲醛分子中σ键的数目为________。
③在1个Cu2O晶胞中（结构如图所示），所包含的Cu原子数目为________。
答案
（1）1s22s22p63s23p63d104s2或[Ar]3d104s2
（2）C≡O
（3）①甲醇分子之间形成氢键 sp2杂化 ②平面三角形 3NA ③4
解析 本题主要考查原子核外电子排布、等电子原理、杂化轨道和晶胞等知识。
（1）Zn的原子序数为30，注意3d轨道写在4s轨道的前面。
（2）依据等电子原理，可知CO与N2为等电子体，N2分子的结构式为N≡N，互为等电子体的分子结构相似，可写出CO的结构式。
（3）甲醇分子之间形成了分子间氢键，甲醛分子间只是分子间作用力，而没有形成氢键，故甲醇的沸点高；甲醛分子中含有碳氧双键，故碳原子轨道的杂化类型为sp2杂化，分子的空间构型为平面三角形；1mol甲醛分子中含有2mol碳氢σ键，1mol碳氧σ键，故含有σ键的数目为3NA；依据晶胞示意图可以看出Cu原子处于晶胞内部，所包含的Cu原子数目为4。
14．乙炔是有机合成工业的一种原料。
工业上曾用CaC2与水反应生成乙炔。
（1）CaC2中C22－与O22＋互为等电子体，O22＋的电子式可表示为________；1molO22＋中含有的π键数目为________。
（2）将乙炔通入[Cu（NH3）2]Cl溶液生成Cu2C2红棕色沉淀。
Cu＋基态核外电子排布式为________。
（3）乙炔与氢氰酸反应可得丙烯腈（H2C===CH—C≡N）。
丙烯腈分子中碳原子轨道杂化类型是________；分子中处于同一直线上的原子数目最多为________。
（4）CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似（如图所示），但CaC2晶体中含有哑铃形C22－的存在，使晶胞沿一个方向拉长。
CaC2晶体中1个Ca2＋周围距离最近的C22－的数目为________。
答案
（1）[··O⋮⋮O··]2＋ 2NA
（2）1s22s22p63s23p63d10
（3）sp杂化、sp2杂化 3
（4）4
解析
（1）等电子体电子式相似，应参照C22－的电子式书写O22＋的电子式；三键中只有一个为σ键，其余均为π键；
（2）Cu＋失去的是4s轨道上的一个电子；（3）形成C≡C的碳原子为sp杂化，形成C===C的碳原子为sp2杂化；（4）注意观察晶胞并分析题中信息，上下左右前后各一个，但晶胞沿一个方向被拉长，所以距离最近的C22－的数目为4，而不是6。
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