2020-2021学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2 第3章 第1节 认识晶体学案
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2 第3章 第1节 认识晶体学案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 914.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-02-21 21:03:33 | ||
图片预览
文档简介
第1节 认识晶体
发 展 目 标 体 系 构 建
1.通过生活中常见晶体和非晶体的实例，了解晶体的特征，认识晶体与非晶体的区别。2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，会用切割法确定晶胞微粒数目及晶体化学式。
一、晶体的特性
1．晶体的概念
(1)晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
(2)非晶体：内部微粒无周期性重复排列的固体物质。
2．晶体的特性
(1)晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
(3)晶体有特定的对称性：晶体具有规则的几何外形。
3．晶体的分类
(1)分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。
(2)分类
晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例
离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl
金属晶体 金属阳离子、自由电子 金属键 铜
共价晶体(原子晶体) 原子 共价键 金刚石
分子晶体 分子 分子间作用力 冰
微点拨：晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否有序排列。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
概念 晶体结构中基本的重复单元
形状 大小、形状完全相同的平行六面体
晶体中晶胞的排列方式 无隙并置
“切割法”计算 某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的1/n属于该晶胞
微点拨：晶胞的形状大多数是平行六面体，但也有其他形状，如三棱柱、八面体等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶体一定是固体，固体不一定是晶体 (√)
(2)晶胞都是平行六面体 (×)
(3)区分晶体与非晶体最可靠的方法是确定有没有固定的熔点 (×)
(4)粉末状固体也可能是晶体 (√)
(5)由晶胞组成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目 (×)
2．下列不属于晶体特性的是( )
A．具有规则的几何外形
B．具有各向异性
C．具有对称性
D．没有固定的熔点
D [晶体具有规则的几何外形、各向异性、自范性、对称性等特征，且晶体有固定的熔点。]
3．下列有关晶胞的叙述，不正确的是( )
A．晶胞是晶体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．晶胞中的微粒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
B [描述晶体结构的基本单元(最小重复单元)叫晶胞，A正确；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B错误；晶胞中有的微粒被若干个晶胞所共用，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，D正确。]
晶体与非晶体的区别(素养养成——宏观辨识与微观探析)
1．我们吃的食盐是粉末状的没有固定形状的颗粒，是不是说明食盐不是晶体？
提示：食盐是晶体，晶胞的规则几何外形用肉眼是看不到的。
2．能不能只通过外观就能区分晶体和非晶体？
提示：不能仅仅通过外观判断晶体和非晶体，非晶体经过加工也能具有规则的几何外形。
固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点
晶体 具有规则的几何外形 微粒在三维空间周期性有序排列 有 各向异性 固定
非晶体 不具有规则的几何外形 微粒排列相对无序 没有 各向同性 不固定
本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列
【例1】 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是( )
A．测定熔点、沸点
B．观察外形
C．对固体进行X射线衍射实验
D．通过比较硬度确定
C [从外形和某些物理性质可以初步鉴别晶体和非晶体，但并不一定可靠。区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，所以只有C选项正确。]
依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定性，应从本质特征上进行把握。
1．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，非晶体没有自范性
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
B [晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D项错误。晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，构成晶体的微粒在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误。自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。]
2．下列叙述正确的是( )
A．固体SiO2一定是晶体
B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成
C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列
D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同
C [SiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类，故固体SiO2不一定是晶体，A错误；晶体有固定的组成，但一些非晶体，如无定形SiO2也具有固定组成，B错误；晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列，C正确；冰晶体中水分子间存在氢键和范德华力，碘晶体中碘分子之间只有范德华力，二者晶体中相互作用力不相同，D错误。]
晶胞中微粒数目的计算一切割法(素养养成——证据推理与模型认知)
1．平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算
某个微粒为n个晶胞所共有，则该微粒有属于这个晶胞。
2．非平行六面体形结构单元
若结构单元不是平行六面体形，则微粒对结构单元的贡献视情况而定，与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况。
以右图的三棱柱形结构单元为例，要12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住，所以顶点为12个结构单元共用，相应的其侧棱被6个结构单元共用，上下边为4个结构单元所有，中间为一个结构单元独有：
A：4×＝
B：3×＋6×＝2
C：1×1＝1
因此，A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。
3．气态团簇分子不能用切割法
如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，则分子式可表示为M14N13或N13M14。
【例2】 硼和镁可形成超导化合物。如图是该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、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．Mg3B2
C．MgB2 D．Mg2B3
B [根据晶体结构单元可知，在正六棱柱顶点上的镁原子被6个正六棱柱所共用，在上、下面上的镁原子被2个正六棱柱所共用，侧棱上的硼原子被3个正六棱柱所共用，根据均摊法可知晶胞中Mg原子个数为2×＋2×6×＝3，B原子的个数为6×＝2，所以晶体中Mg原子和B原子的个数比为3∶2，化学式为Mg3B2，B正确。]
1.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其晶胞中原子的排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数比为( )
A．1∶3∶1
B．2∶3∶1
C．1∶2∶1
D．1∶3∶3
C [由题图可知，该晶胞中A原子个数为8×＝1，B原子个数为4×＝2，C原子个数为1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶2∶1，C正确。]
2．某晶体的晶胞结构如图所示，这种晶体中A、B、C三种原子的数目比为( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶5
B [该晶胞中含A原子个数为6×＝，B原子个数为6×＋3×＝2，C原子个数为1，则A、B、C原子的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。]
明矾 石蜡
1．如图所示，明矾和石蜡均有规则的几何外形，两者均为晶体吗？
提示：明矾是晶体，石蜡是非晶体。利用外形区别晶体和非晶体不可靠。
2．晶体与非晶体的本质区别是什么？
提示：物质内部的微粒是否有序排列。
3．晶体的特征有哪些？
提示：自范性，各向异性，规则的几何外形。
通过本情境素材对晶体的特征及晶体与非晶体的区别的分析，提升了“宏观辨识与微观探析”的学科素养。
1．下列关于晶体性质的叙述中，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形成规则的多面体外形
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在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列
B [晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列，而对称性是微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果，二者并不矛盾。]
2．(素养题)仔细观察下图，它表示( )
A．晶体 B．晶体或非晶体
C．非晶体 D．不能确定
C [观察最右侧一个空隙中有2个大球，而左上角一个空隙中有1个大球，因此此固体的构成微粒排列无序，为非晶体。]
3．云母属晶体，是单斜晶系一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。用烧热了的针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
D [云母属晶体，晶体具有各向异性。]
4.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∶8 B．1∶4
C．1∶2 D 1∶1
D [阳离子为该晶胞独立拥有，而每个阴离子则为8个晶胞共用，所以晶胞拥有阴离子个数为×8＝1，故D项正确。]
5．(1)X(Zn)与Y(S)所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
①在1个晶胞中，X离子的数目为________。
②该化合物的化学式为________。
(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。
[解析] (1)一个晶胞中Zn2＋的数目＝1(8个顶点)＋3(6个面心)＝4，S2－的数目＝4(4个体内)。
(2)由晶胞结构示意图，根据切割法，可得B原子为8×＋1＝2个，N原子为4×＋1＝2个，则该功能陶瓷的化学式为BN。
[答案] (1)①4 ②ZnS (2)2 BN
1
发 展 目 标 体 系 构 建
1.通过生活中常见晶体和非晶体的实例，了解晶体的特征，认识晶体与非晶体的区别。2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，会用切割法确定晶胞微粒数目及晶体化学式。
一、晶体的特性
1．晶体的概念
(1)晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
(2)非晶体：内部微粒无周期性重复排列的固体物质。
2．晶体的特性
(1)晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
(3)晶体有特定的对称性：晶体具有规则的几何外形。
3．晶体的分类
(1)分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。
(2)分类
晶体类型 构成微粒 微粒间的相互作用 实例
离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl
金属晶体 金属阳离子、自由电子 金属键 铜
共价晶体(原子晶体) 原子 共价键 金刚石
分子晶体 分子 分子间作用力 冰
微点拨：晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否有序排列。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
概念 晶体结构中基本的重复单元
形状 大小、形状完全相同的平行六面体
晶体中晶胞的排列方式 无隙并置
“切割法”计算 某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的1/n属于该晶胞
微点拨：晶胞的形状大多数是平行六面体，但也有其他形状，如三棱柱、八面体等。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶体一定是固体，固体不一定是晶体 (√)
(2)晶胞都是平行六面体 (×)
(3)区分晶体与非晶体最可靠的方法是确定有没有固定的熔点 (×)
(4)粉末状固体也可能是晶体 (√)
(5)由晶胞组成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目 (×)
2．下列不属于晶体特性的是( )
A．具有规则的几何外形
B．具有各向异性
C．具有对称性
D．没有固定的熔点
D [晶体具有规则的几何外形、各向异性、自范性、对称性等特征，且晶体有固定的熔点。]
3．下列有关晶胞的叙述，不正确的是( )
A．晶胞是晶体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．晶胞中的微粒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
B [描述晶体结构的基本单元(最小重复单元)叫晶胞，A正确；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B错误；晶胞中有的微粒被若干个晶胞所共用，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，D正确。]
晶体与非晶体的区别(素养养成——宏观辨识与微观探析)
1．我们吃的食盐是粉末状的没有固定形状的颗粒，是不是说明食盐不是晶体？
提示：食盐是晶体，晶胞的规则几何外形用肉眼是看不到的。
2．能不能只通过外观就能区分晶体和非晶体？
提示：不能仅仅通过外观判断晶体和非晶体，非晶体经过加工也能具有规则的几何外形。
固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点
晶体 具有规则的几何外形 微粒在三维空间周期性有序排列 有 各向异性 固定
非晶体 不具有规则的几何外形 微粒排列相对无序 没有 各向同性 不固定
本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列
【例1】 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是( )
A．测定熔点、沸点
B．观察外形
C．对固体进行X射线衍射实验
D．通过比较硬度确定
C [从外形和某些物理性质可以初步鉴别晶体和非晶体，但并不一定可靠。区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，所以只有C选项正确。]
依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不确定性，应从本质特征上进行把握。
1．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，非晶体没有自范性
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
B [晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D项错误。晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，构成晶体的微粒在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误。自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。]
2．下列叙述正确的是( )
A．固体SiO2一定是晶体
B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成
C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列
D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同
C [SiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类，故固体SiO2不一定是晶体，A错误；晶体有固定的组成，但一些非晶体，如无定形SiO2也具有固定组成，B错误；晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列，C正确；冰晶体中水分子间存在氢键和范德华力，碘晶体中碘分子之间只有范德华力，二者晶体中相互作用力不相同，D错误。]
晶胞中微粒数目的计算一切割法(素养养成——证据推理与模型认知)
1．平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算
某个微粒为n个晶胞所共有，则该微粒有属于这个晶胞。
2．非平行六面体形结构单元
若结构单元不是平行六面体形，则微粒对结构单元的贡献视情况而定，与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况。
以右图的三棱柱形结构单元为例，要12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住，所以顶点为12个结构单元共用，相应的其侧棱被6个结构单元共用，上下边为4个结构单元所有，中间为一个结构单元独有：
A：4×＝
B：3×＋6×＝2
C：1×1＝1
因此，A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。
3．气态团簇分子不能用切割法
如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，则分子式可表示为M14N13或N13M14。
【例2】 硼和镁可形成超导化合物。如图是该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、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．Mg3B2
C．MgB2 D．Mg2B3
B [根据晶体结构单元可知，在正六棱柱顶点上的镁原子被6个正六棱柱所共用，在上、下面上的镁原子被2个正六棱柱所共用，侧棱上的硼原子被3个正六棱柱所共用，根据均摊法可知晶胞中Mg原子个数为2×＋2×6×＝3，B原子的个数为6×＝2，所以晶体中Mg原子和B原子的个数比为3∶2，化学式为Mg3B2，B正确。]
1.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其晶胞中原子的排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数比为( )
A．1∶3∶1
B．2∶3∶1
C．1∶2∶1
D．1∶3∶3
C [由题图可知，该晶胞中A原子个数为8×＝1，B原子个数为4×＝2，C原子个数为1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶2∶1，C正确。]
2．某晶体的晶胞结构如图所示，这种晶体中A、B、C三种原子的数目比为( )
A．3∶9∶4
B．1∶4∶2
C．2∶9∶4
D．3∶8∶5
B [该晶胞中含A原子个数为6×＝，B原子个数为6×＋3×＝2，C原子个数为1，则A、B、C原子的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。]
明矾 石蜡
1．如图所示，明矾和石蜡均有规则的几何外形，两者均为晶体吗？
提示：明矾是晶体，石蜡是非晶体。利用外形区别晶体和非晶体不可靠。
2．晶体与非晶体的本质区别是什么？
提示：物质内部的微粒是否有序排列。
3．晶体的特征有哪些？
提示：自范性，各向异性，规则的几何外形。
通过本情境素材对晶体的特征及晶体与非晶体的区别的分析，提升了“宏观辨识与微观探析”的学科素养。
1．下列关于晶体性质的叙述中，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形成规则的多面体外形
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在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列
B [晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列，而对称性是微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果，二者并不矛盾。]
2．(素养题)仔细观察下图，它表示( )
A．晶体 B．晶体或非晶体
C．非晶体 D．不能确定
C [观察最右侧一个空隙中有2个大球，而左上角一个空隙中有1个大球，因此此固体的构成微粒排列无序，为非晶体。]
3．云母属晶体，是单斜晶系一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。用烧热了的针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
D [云母属晶体，晶体具有各向异性。]
4.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∶8 B．1∶4
C．1∶2 D 1∶1
D [阳离子为该晶胞独立拥有，而每个阴离子则为8个晶胞共用，所以晶胞拥有阴离子个数为×8＝1，故D项正确。]
5．(1)X(Zn)与Y(S)所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
①在1个晶胞中，X离子的数目为________。
②该化合物的化学式为________。
(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。
[解析] (1)一个晶胞中Zn2＋的数目＝1(8个顶点)＋3(6个面心)＝4，S2－的数目＝4(4个体内)。
(2)由晶胞结构示意图，根据切割法，可得B原子为8×＋1＝2个，N原子为4×＋1＝2个，则该功能陶瓷的化学式为BN。
[答案] (1)①4 ②ZnS (2)2 BN
1