高中化学选修3第3章第1节晶体的常识.docx

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高中化学选修3第3章第1节晶体的常识

第一节　晶体的常识

[随堂演练]

1．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；又如石墨与层垂直方向上的电导率和与层平行方向上的电导率之比为1∶1000。

晶体各向异性的主要表现是

①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质

A．仅①③　　　　　　　　　　　B．仅②④

C．仅①②③　　　　　　　　　　D．①②③④

解析　晶体各向异性的主要表现是物理性质特性不同，主要指硬度、导热性、导电性、光学性质等。

答案　D

2．有发现称只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。

鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。

该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用“

”表示，镍原子用“

”表示，镁原子用“

”表示）如下图所示，则该晶体的化学式为

A．Mg2CNi3　　　　　　　　　　B．MgC2Ni

C．MgCNi2　　　　　　　　　　D．MgCNi3

解析　根据均摊法可知，在该晶胞中，碳原子位于体心上，数目为1；镁原子位于顶点，数目为8×

＝1；镍原子位于面心，数目为6×

＝3，所以该晶体的化学式为MgCNi3。

答案　D

3．某物质的晶体内部一个截面上原子的排布情况如下图所示，则该晶体的化学式可表示为

A．A2B　　　　　　　　　　B．AB

C．AB2　　　　　　　　　　D．A3B

解析　从图中看，每一个A原子被4个B原子共用，每一个B原子又被4个A共用，所以A、B的原子个数比为1∶1，化学式可表示为AB。

答案　B

4．某FexNy的晶胞如下图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe（x－n）CunNy。

FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如下图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________________。

解析　能量低的晶胞稳定性强，即Cu替代a位置Fe型晶胞更稳定。

每个晶胞均摊Fe原子数：

6×

＝3，Cu原子数：

8×

＝1，N原子数是1，则Cu替代a位置Fe型产物的化学式为Fe3CuN。

答案　Fe3CuN

[能力提升]

一、选择题

1．如下图是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．①④　　　　　　　　　　B．②③

C．②④　　　　　　　　　　D．①③

解析　晶体有固定的熔点。

由题图分析可知，a一直在吸热，但中间有一段温度不变，这段对应的温度就代表此晶体的熔点；而b物质温度一直在升高，没有固定的熔点，因此b为非晶体。

答案　A

2．下图是某晶体的晶胞，其中X粒子位于此晶胞的中心，Y粒子位于8个顶点，该晶体中X和Y的个数比是

A．1∶1　　　　　　　　　　B．1∶2

C．1∶4　　　　　　　　　　D．1∶8

解析　X粒子属于晶胞独立拥有，而每个Y粒子则为8个晶胞共用，所以每个晶胞拥有Y粒子的个数为

×8＝1，故A项正确。

答案　A

3．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

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选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。

答案　B

4．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环完全占有的碳原子数是

A．10个　　　　　　B．18个C．24个　　　　　　D．14个

解析　据图可知，每个碳原子被3个六元环占有，利用均摊法，7个六元环完全占有的碳原子个数为

×6×7＝14。

答案　D

5．下图是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成的正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1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．MgB　　　　　　　　　　B．MgB2

C．Mg2B　　　　　　　　　　D．Mg3B2

解析　用均摊法求出正六棱柱中各原子的个数，进而求出两种原子的个数比。

根据示意图进行分析，该“单元”的Mg与B原子数如下：

位于正六棱柱顶点的Mg原子为6个六棱柱共用（正六边形内角为120°），每个顶点的镁原子属于该基本单元的仅为

；上下底面上的Mg原子为2个正六棱柱共用，属于该单元的仅为

，则该结构单元含有的Mg原子的个数为12×

＋2×

＝3。

B原子：

6个B原子位于棱柱内，完全属于该结构单元。

该结构单元的Mg原子与B原子个数之比为3∶6＝1∶2，化学式为MgB2。

答案　B

6．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

解析　根据晶胞定义知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。

答案　B

7．高温下，超氧化钾晶体（KO2）呈立方体结构（与NaCl晶体结构相似）。

如图为超氧化钾晶体的一个晶胞。

则有关下列说法不正确的是

A．KO2中既存在离子键也存在共价键

B．一个KO2晶胞中摊得的K＋和O

粒子数均为4个

C．晶体中与每个K＋距离最近的O

有8个

D．与K＋距离相等且最近的K＋有12个

解析　KO2是由K＋和O

构成的，离子间存在离子键，O

内存在共价键，A正确；K＋在晶胞的顶角和面心

，O

处于晶胞的棱上和体心

，B正确；K＋的上下、左右、前后，共6个O

与K＋距离最近且相等，C错误；与K＋距离相等且最近的K＋共12个，D正确。

答案　C

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

A．ZXY3　　　　　　　　　　B．ZX2Y6

C．ZX4Y8　　　　　　　　　　D．ZX8Y12

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。

答案　A

9．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，如下图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为

A．NA·a3·ρ　　　　　　　　　　B.

C.

　　　　　　　　　　D.

解析　根据晶胞中粒子个数的计算知，1个CsCl晶胞中含1个Cs＋，1个Cl－。

有M＝ρ·V·NA＝ρ·a3·NA。

答案　A

二、非选择题

10．MgO具有NaCl型结构（如下图），其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a＝0.420nm，则r（O2－）为________nm。

MnO也属于NaCl型结构，晶胞参数为a′＝0.448nm，则r（Mn2＋）为________nm。

解析　因为O2－采用面心立方最密堆积方式，面对角线是O2－半径的4倍，即4r（O2－）＝

a，解得r（O2－）≈0.148nm；根据晶胞的结构可知，棱上阴阳离子相切，因此2r（Mn2＋）＋2r（O2－）＝0.448nm，所以r（Mn2＋）＝0.076nm。

答案　0.148　0.076

11．

（1）晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为（0，0，0）；B为（

，0，

）；C为（

，

，0）。

则D原子的坐标参数为________。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状。

已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76pm，其密度为________g·cm－3（列出计算式即可）。

（2）某镍白铜合金的立方晶胞结构如下图所示。

①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为________。

②若合金的密度为d　g·cm－3，晶胞参数a＝______nm。

解析　

（1）①根据题给图示可知，D原子的坐标参数为（

，

，

）。

②每个晶胞中含有锗原子8×

＋6×

＋4＝8（个）每个晶胞的质量为

，晶胞的体积为（565.76×10－10cm）3，所以晶胞的密度为

。

（2）①由晶胞结构图可知，Ni原子处于立方晶胞的顶点，Cu原子处于立方晶胞的面心，根据均摊法，每个晶胞中含有Cu原子的个数为6×

＝3，含有Ni原子的个数为8×

＝1，故晶胞中Cu原子与Ni原子的数量比为3∶1。

②根据m＝ρV可得，1mol晶胞的质量为（64×3＋59）g＝a3×dg·cm－3×NA，则a＝

cm＝

×107nm。

答案　

（1）①

　②

×107

（2）①3∶1　②

×107

12．

（1）KCl广泛应用于医药和农业，KCl晶体中基态Cl－电子排布式为________________。

（2）下列是部分金属元素的第一电离能。

元素

X

Y

Z

第一电离能/（kJ·mol－1）

520.2

495.8

418.8

已知X、Y、Z的价层电子构型为ns1，则三种金属的氯化物（RCl）的熔点由高到低的顺序为____________________________。

（3）RCl用作有机合成催化剂，并用于颜料、防腐等工业。

R＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与Cl－形成的晶体结构如下图所示。

R的元素符号是________，与同一个Cl－相连的R＋有________个。

解析　

（2）已知X、Y、Z的价层电子构型为ns1，说明三者在同一个主族，第一电离能逐渐减小，金属性逐渐增强，则原子半径逐渐增大，熔、沸点逐渐减小。

（3）R＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，说明R的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，是铜元素，从图中看出，一个R＋与4个Cl－相连，同理与同一个Cl－相连的R＋有4个。

答案　

（1）1s22s22p63s23p6

（2）XCl＞YCl＞ZCl

（3）Cu　4