2010-2011學年高中化學 第三章 第一節(jié) 晶體的常識同步學案 新人教版選修3

第三章晶體結構與性質第一節(jié)晶體的常識一、晶體的分類1根據晶體內部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。2由陰離子和陽離子通過離子鍵形成的晶體稱為離子晶體。3由金屬元素組成，以金屬鍵為基本作用形成的晶體稱為金屬晶體。4完全通過共價鍵形成的晶體稱為原子晶體。5通過分子間相互作用使得分子在空間進行周期性重復排列所形成的晶體稱為分子晶體。二、晶體與非晶體的判定方法1測熔點：晶體具有固定的熔點，而非晶體則沒有固定的熔點。2可靠方法：對固體進行X­射線衍射實驗。三、晶體的基本性質是由晶體的周期性結構決定的1自范性指晶體能自發(fā)地呈現多面體外形的性質。2均一性指晶體的化學組成、密度等性質在晶體中各部分都是相同的。3各向異性同一晶格構造中，在不同方向上質點排列一般是不一樣的，因此，晶體的性質也隨方向的不同而有所差異。4對稱性晶體的外形和內部結構都具有特有的對稱性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和頂角重復出現。這種相同的性質在不同的方向或位置上做有規(guī)律的重復，就是對稱性。晶體的格子構造本身就是質點重復規(guī)律的體現。5最小內能在相同的熱力學條件下，晶體與同種物質的非晶體、液體、氣體相比較，其內能最小。6穩(wěn)定性晶體由于有最小內能，因而結晶狀態(tài)是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。下列敘述中，正確的是()A具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體B晶體與非晶體的根本區(qū)別在于是否具有規(guī)則的幾何外形C具有各向異性的固體一定是晶體D依據構成粒子的堆積方式可將晶體分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體、原子晶體解析晶體與非晶體的根本區(qū)別在于其內部粒子在空間上是否按一定規(guī)律做周期性重復排列。晶體所具有的規(guī)則幾何外形、各向異性和特定的對稱性是其內部粒子規(guī)律性排列的外部反映，因此B項錯；有些人工加工而成的固體也具有規(guī)則幾何外形和高度對稱性，所以A項錯；具有各向異性的固體一定是晶體，C項正確；晶體劃分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體、原子晶體是依據構成晶體的粒子及粒子間的相互作用，因此D項錯。答案C依據晶體的特性判斷固體是不是晶體，存在一定的不可靠性，應從本質特征上進行把握。如下圖所示的甲、乙、丙三種晶體試寫出：(1)甲晶體的化學式(X為陽離子)為。(2)乙晶體中A、B、C三種粒子的個數比是。(3)丙晶體中每個D周圍結合E的個數是個。解析只要掌握晶體立方體中粒子實際占有“份額”規(guī)律：頂點粒子在立方體中實占18加熱，立方體面上粒子實占12加熱，立方體棱邊上粒子實占14加熱，立方體內部粒子按有1算1統(tǒng)計。甲中X位于立方體體心，算為1，Y位于立方體頂點，實際占有：18加熱×4=122加熱個，XY=112加熱=21，所以甲的化學式為X2Y；乙中A 占有：18加熱×8=1，B占有12加熱×6=3，C占有1個，由此推出ABC=131；丙中D周圍的E的個數與E周圍D的個數相同，E周圍有8個D，所以D周圍有8個E。答案(1)X2Y(2)131(3)8解答這類習題時首先要明確：由晶胞構成的晶體，其化學式不是表示一個分子中含有多少個原子，而是表示每個晶胞中平均含有各類原子的個數，即各類原子的最簡個數比。解答這類習題，通常采用分攤法。分攤法的根本原則是：晶胞在任意位置上的一個原子如果被x個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是。1某同學在網站上找到一張玻璃的結構示意圖如圖，這張圖說明玻璃是不是晶體，為什么？提示不是晶體。從玻璃的結構示意圖來看，玻璃中粒子質點排列無序，沒有晶體的自范性。2根據晶體物理性質的各向異性的特點，人們很容易識別用玻璃仿造的假寶石。你能列舉出一些可能有效的方法鑒別假寶石嗎？提示(1)采用X­射線衍射實驗時，當X­射線照射假寶石時，不能使X­射線產生衍射，只有散射效應。(2)觀看是否具有對稱性；在外形上，假寶石沒有相等的晶面、晶棱和頂角重復出現。(3)用它來刻劃玻璃；真寶石硬度大，可刻劃玻璃，而假寶石硬度小，不能用來刻劃玻璃。(4)加熱；真寶石熔、沸點很高，而假寶石無固定的熔、沸點，在一定溫度范圍內，便開始熔化。下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(I2)、金剛石(C)晶胞的示意圖，數一數，它們分別平均含幾個原子？提示金屬鈉的一個晶胞的原子數=8×1/8+1=2；金屬鋅的一個晶胞的原子數=8×1/8+1=2；晶體碘的一個晶胞的原子數=(8×1/8+6×1/2)×2=8；金剛石的一個晶胞的原子數=8×1/8+6×1/2+4=8。1.自范性微觀結構晶體有(能自發(fā)呈現多面體外形)原子在三維空間里呈周期性有序排列玻璃體沒有(不能自發(fā)呈現多面體外形)原子排列相對無序2.區(qū)分晶體和非晶體最科學的方法是對固體進行X­射線衍射實驗。38×6×4；8×6×48；(8×6×)×312。42種1下列物質中屬于晶體的是()A玻璃 B水晶 C水泥 D橡膠答案B解析晶體是具有自發(fā)形成的規(guī)則幾何外形的固體，玻璃、水泥、橡膠盡管可以塑造成為規(guī)則的幾何外形，但不是自發(fā)的，所以它們不是晶體。2下列關于晶體的說法不正確的是()A粉末狀的固體肯定不是晶體B晶胞是晶體結構的基本單元C晶體內部的粒子按一定規(guī)律做周期性的有序排列D晶體盡量采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定答案A解析晶體和非晶體的本質區(qū)別是組成晶體的粒子在三維空間里是否呈現周期性的有序排列，不管固體的顆粒大小，只要其組成粒子在三維空間里呈現周期性的有序排列就屬于晶體，因此A選項的判斷是錯誤的，而B、C、D項皆正確。3納米材料的表面粒子數占粒子總數的比例很大，這是它有許多特殊性質的原因。假設某硼鎂化合物的結構如下圖所示(六個硼原子位于棱柱內)，則這種納米顆粒的表面粒子數占總粒子數的百分比為()A22% B70% C66.7% D33.3%答案B解析這是一個納米顆粒，其中的粒子不會與其他顆粒共用，因此所有的鎂原子和硼原子都完全屬于這個顆粒。該納米顆粒表面共有鎂原子14個、內部有硼原子6個，原子總數為20，所以鎂原子占原子總數的百分比為×100%70%，故B選項正確。4某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數之比是()A394 B142 C294 D384答案B解析這不是一個立方晶胞結構，而是一個正三棱柱結構，那么依據實際情況來計算，原子的均攤數分別為：頂點，水平棱上，豎棱上，面上，內部為1。A、B、C三種粒子數的比為(6×)(6×3×)1142。5某離子化合物的晶胞如下圖所示。陽離子位于晶胞的中心，陰離子位于晶胞的8個頂點上，該離子化合物中陰、陽離子的個數比為()A18B14 C12D11答案D解析離子晶體是由晶胞在三維空間里通過無隙并置構成的。每一個晶胞中的粒子屬于該晶胞的份額計算方法如下：頂點上的粒子，被8個晶胞共用，屬于一個晶胞的占其1/8；棱上的粒子，被4個晶胞共用，屬于一個晶胞的占其1/4；面上的粒子，被2個晶胞共用，屬于一個晶胞的占其1/2；晶胞內的粒子，完全屬于該晶胞。由圖可知，陽離子位于晶胞的中心，屬于該晶胞的數目為1，陰離子位于晶胞的8個頂點上，屬于該晶胞的數目為8×1/81，因此，陰離子與陽離子的個數比為11。6根據晶體中的晶胞結構，判斷下列晶體的化學式中不正確的是()答案A解析確定晶體的化學式，其實就是確定晶胞中各粒子的個數比。在立方晶胞中，只有處于晶胞內部的粒子才完全屬于該晶胞，處于面上的粒子有1/2屬于該晶胞，處于棱上的粒子有1/4屬于該晶胞，處于各頂點上的粒子只有1/8屬于該晶胞。據此可以算出上述晶體的化學式分別是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A選項錯誤。7在晶體中具有代表性的最小重復結構單元稱為晶胞。一般來說，晶胞的形狀都是_。由于整塊晶體可以看作是由很多的晶胞通過_而形成的，因此晶體內部質點的排列_。晶體的許多物理性質(如強度、導熱性、光學性質等)常會表現出_。而非晶體由于_(填“存在”或“不存在”)最小重復的結構單元，在X­射線衍射圖譜中的特點是_。答案平行六面體無隙并置高度有序各向異性不存在看不到分立的斑點或明銳的譜線解析本題重點考查晶體的微觀結構以及晶體和非晶體的X­射線衍射圖譜的區(qū)別。1下列敘述不屬于晶體特性的是()A有規(guī)則的幾何外形 B具有各向異性C有對稱性 D沒有固定熔點答案D解析晶體具有規(guī)則的幾何外形、各向異性、對稱性三大特性，且晶體有固定的熔點。來2下列物質中，不屬于晶體的是()A干冰 B食鹽 C玻璃 D鈉答案C解析固體有晶體和非晶體之分，晶體是內部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復排列構成的固體物質，食鹽、冰、金屬、寶石、水晶、大部分礦石等都是晶體；非晶體的內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態(tài)，如玻璃、橡膠等都是非晶體。3下列有關晶胞的敘述，正確的是()A晶胞是晶體中的最小的結構重復單元B不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同C晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞D已知晶胞的組成就可推知晶體的組成答案AD解析不同的晶體中晶胞的形狀和大小不一定相同，故B錯；晶胞中的粒子有的和其他晶胞共用，所以C也錯。4某晶體中含有A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示，晶體中A、B、C的原子個數之比依次為()A131 B231 C861 D431答案A解析N(A)8×1，N(B)6×3，N(C)1，則晶體中A、B、C的原子個數之比為131。5現有甲、乙、丙三種晶體的晶胞(甲中X處于晶胞的中心，乙中A處于晶胞的中心)，可推知：甲晶體中X與Y的個數比是_，乙中A與B的個數比是_，丙晶胞中有_個C離子，有_個D離子。答案431144解析根據平攤規(guī)律：甲中體心X為1，頂點Y為×6，所以XY143；同理可計算出乙、丙中微粒個數及其比值。 1下列有關晶體和非晶體的說法中正確的是()A具有規(guī)則幾何外形的固體均為晶體B晶體具有自范性，非晶體沒有自范性C晶體研碎后即變?yōu)榉蔷wD將玻璃加工成規(guī)則的固體即變成晶體答案B解析晶體的規(guī)則幾何外形是自發(fā)形成的，有些固體盡管有規(guī)則的幾何外形，但由于不是自發(fā)形成的，所以不屬于晶體，因此，A、D選項錯誤；晶體是由晶胞通過無隙并置形成的，組成晶體的粒子在三維空間呈現周期性的有序排列，因此，晶體研碎成小的顆粒仍然是晶體，所以C項是錯誤的；自范性是晶體與非晶體的本質區(qū)別，所以B選項正確。2區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是()A測定熔、沸點 B觀察外形C對固體進行X­射線衍射 D通過比較硬度確定答案C解析從外形和某些物理性質可以初步鑒別晶體和非晶體，但并不一定可靠。區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學方法是對固體進行X­射線衍射實驗，所以只有C選項正確。3普通玻璃和水晶的根本區(qū)別在于()A外形不一樣B普通玻璃的基本構成粒子無規(guī)則地排列，水晶的基本構成粒子按一定規(guī)律做周期性重復排列C水晶有固定的熔點，普通玻璃無固定的熔點D水晶可用于能量轉換，普通玻璃不能用于能量轉換答案B解析晶體和非晶體的本質區(qū)別就是粒子(原子、離子或分子)在微觀空間里是否呈現周期性的有序排列。4水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由氣態(tài)水急速冷卻到165 K時形成的，玻璃態(tài)水無固定形態(tài)，不存在晶體結構，且密度與普通液態(tài)水的密度相同。下列有關玻璃態(tài)水的說法中，正確的是()A水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小 B水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài) D玻璃態(tài)水屬于晶體答案C解析題干中已經非常明確地說明：“玻璃態(tài)水無固定形態(tài)，不存在晶體結構”，故不會是晶體，故D項不對；玻璃態(tài)水的密度與普通液態(tài)水的密度相同，根據m/V，可知水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積不會發(fā)生變化，所以A、B選項不符合題意。5下列途徑不能得到晶體的是()A熔融態(tài)物質快速冷卻 B熔融態(tài)物質凝固C氣態(tài)物質凝華 D溶質從溶液中析出答案A解析得到晶體的三個途徑是：溶質從溶液中析出，氣態(tài)物質凝華，熔融態(tài)物質凝固，所以B、C、D選項中的措施可以得到晶體；晶體表現自范性是需要一定條件的，即晶體生成的速率要適當，因此熔融態(tài)物質快速冷卻時不能得到晶體，所以選擇A項。6有一種鈦原子和碳原子構成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示，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，它的化學式為()ATi14C13 BTiC CTi4C4 DTi4C3答案A解析由題意知該物質是氣態(tài)團簇分子，故題目中圖示應是該物質的一個完整的分子，由14個Ti原子和13個C原子構成，選項A正確；此題目極易因審題不嚴密，誤認為是晶體而視為Ti與C原子的個數比為(8×6×)(12×1)11，錯選B或C。7碘元素有多種價態(tài)，可以形成多種含氧陰離子IxO。由2個IO正八面體共用一個面形成的IxO的化學式為()AI2O BI2O CI2O DI2O答案A解析本題主要考查離子組成與空間結構的關系。正八面體由八個正三角形構成，則IO結構應為：I在正八面體中心，6個O原子在正八面體的六個頂點上，即由2個IO正八面體共用一個面后形成的IxO應該擁有2個I和9個O。8如圖，石墨晶體結構的每一層里平均每個最小的正六邊形占有碳原子數目為()A2 B3 C4 D6答案A解析據均攤法，從圖中可知，每個頂點上的原子為三個正六邊形共有，因而正六邊形占有的碳原子數目為6×2。9氫是重要而潔凈的能源。要利用氫氣作為能源，必須解決好安全有效地儲存氫氣的問題?；瘜W家研究出利用合金儲存氫氣的方法，其中鑭(La)鎳(Ni)合金是一種儲氫材料，這種合金的晶體結構已經測定，其基本結構單元如圖所示，則該合金的化學式可表示為()ALaNi5 BLaNi CLa14Ni24 DLa7Ni12答案A解析根據上述物質的結構知La原子的數目為12×2×3，而Ni原子的數目為12×66×15，所以La與Ni的原子個數比為31515。10如圖所示為高溫超導領域里的一種化合物鈣鈦礦的晶體結構，該結構是具有代表性的最小重復單位。(1)在該物質的晶體結構中，每個鈦離子周圍與它最近且距離相等的氧離子、鈣離子，各有、。(2)該晶體結構中，元素氧、鈦、鈣的離子個數比是_，該物質的化學式可表示為。(3)若鈣、鈦、氧三元素的相對原子質量分別為a、b、c，晶體結構圖中正方體邊長(鈦原子之間的距離)為d nm(1 nm=10-9 m)，則該晶體的密度為g/cm3。答案(1)68(2)311CaTiO3(3)a+b+3cMnO260 2d3解析(1)以鈦離子為頂點，應有8個立方晶胞緊靠在一起，這樣鈦原子成為空間直角坐標系的中心原點，它的三維方向上前后左右上下最近且相鄰各有一個氧原子，共6個，它周圍的8個立方晶胞內各含一個鈣離子；(2)該晶體中含氧離子個數為12×14加熱=3，鈣離子1個，鈦離子8×18加熱=1，故其比為311，那么它的化學式可表示為CaTiO3；(3)晶體的質量即三種離子的質量，即 a+b+3c6.02×10233加熱；晶體的體積為d3×10-21 cm3；則其密度為11.某晶胞結構如圖所示，X位于立方體的頂點，Y位于立方體的中心。試分析：(1)在一個晶胞中有個X，個Y，晶體的化學式為。(2)晶體中距離最近的兩個X與一個Y所形成的夾角XYX為(填角的度數)。答案(1) 1XY2或Y2X(2)109°28解析(1)Y的個數為1，X的個數為4×1/8=1/2，所以XY=12，因此化學式為XY2或Y2X。(2)X與Y之間的連接線構成一個正四面體，類似甲烷的分子結構，所以XYX角度等于甲烷中的鍵角，為109°28。