第三章第一节　物质的聚集状态与晶体的常识（共101张ppt）

(共101张PPT)
物质的聚集状态 / 晶体与非晶体 / 晶胞 / 晶体结构的测定 / 随堂演练　知识落实 / 课时对点练
物质的聚集状态与晶体的常识
第三章
第一节
核心素养
发展目标
1.认识物质的聚集状态。
3.能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的思维模型，利用思维模型、根据晶胞结构确定微粒个数和化学式。
2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体和非晶体。
4.了解晶体结构的测定方法。
内容索引
一、物质的聚集状态
二、晶体与非晶体
三、晶胞
四、晶体结构的测定
随堂演练　知识落实
课时对点练
物质的聚集状态
一
1.人们对物质组成的认识历程
(1)20世纪前，人们认为：分子是保持物质化学性质的 粒子；物质三态的相互转化只是 发生了变化。
(2)20世纪初，人们对物质的组成有了更明确的认识。
①通过 等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
②气态和液态物质不一定都由分子构成。如等离子体是由 、
和 组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由 组成的液体物质。
最小
分子间距离
X射线衍射
电子
阳离子
电中性粒子(分子或原子)
离子
2.人们对物质聚集状态的认识历程
(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有 、 ，以及介乎 和 之间的 、液晶态等。
(2)液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。
①分类：热致液晶和溶致液晶。
晶态
非晶态
晶态
非晶态
塑晶态
②性质：既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。
③应用：液晶在制造液晶显示器、合成高强度液晶纤维等领域被广泛应用。
正误判断
(1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态(　　)
(2)等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性(　　)
(3)液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶(　　)
(4)三星堆考古中用X射线分析青铜器的微观晶体结构(　　)
×
√
√
√
热致液晶与固体、液体的温度范围关系怎样？
提示　
深度思考
应用体验
1.等离子体在工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列与等离子体无关的是
A.等离子体显示器
B.日光灯和霓虹灯
C.把水温升高到几千摄氏度
D.液晶显示器
√
等离子体显示器里，紫外光可以使气体转变为等离子体，A对；
日光灯和霓虹灯的灯管里，放电时可以将空气转变为等离子体，B对；
将水温升高到几千摄氏度，高温时能够将水分子转变为等离子体，C对；
液晶显示器是液晶的重要用途，D错。
2.1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述错误的是
A.液晶是物质的一种聚集状态
B.液晶具有流动性
C.液晶和液态是物质的同一种聚集状态
D.液晶具有各向异性
√
液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A对、C错；
液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，B、D对。
返回
晶体与非晶体
二
1.晶体与非晶体的本质差异
固体 自范性 微观结构
晶体 (能自发呈现 外形) 原子在三维空间里呈______
有序排列
非晶体 (不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对____
有
多面体
周期性
无
无序
2.获得晶体的三条途径
(1) 物质凝固。
(2) 物质冷却不经液态直接 (凝华)。
(3) 从溶液中析出。
熔融态
气态
凝固
溶质
3.晶体的特性
(1)自范性：晶体能自发地呈现 外形的性质。
(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的 。
(3)固定的熔点。
多面体
物理性质
4.晶体与非晶体的区分方法
区分方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
可靠方法 对固体进行 实验
X射线衍射
正误判断
(1)晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性(　　)
(2)熔融态物质快速冷却即得到晶体(　　)
(3)粉末状的固体也有可能是晶体(　　)
(4)晶体一定比非晶体的熔点高(　　)
(5)有规则几何外形的固体一定是晶体(　　)
√
×
×
×
×
1.要用硫黄粉末获得硫晶体，应如何操作？
提示　把硫黄粉末用研钵研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶即可得到硫晶体。
深度思考
2.参考课本实验，获取碘晶体和硫晶体的途径是否相同？
提示　不同。获取硫晶体是熔融态物质凝固，获取碘晶体是凝华。
深度思考
3.把硫酸铜溶液蒸干，得不到硫酸铜晶体。获取硫酸铜晶体应怎样操作？
提示　把硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶，可得到硫酸铜晶体。
深度思考
4.如图是某同学找到的一张玻璃结构的示意图，根据这张图判断玻璃是不是晶体？为什么？
提示　不是晶体。晶体与非晶体的根本区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察玻璃结构的示意图可知，构成玻璃的粒子的排列是无序的，所以玻璃是非晶体。
深度思考
应用体验
1.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.缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块
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
√
晶体在固态时不能自发形成新的晶体，故A错误；
溶质从溶液中析出，可形成有规则几何外形的晶体，故B正确；
圆形容器中结出的冰是圆形的，不是自发形成的，故C错误；
玻璃属于非晶体，不具有自范性，由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的，故D错误。
2.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.①③ B.②④
C.①②③ D.①②③④
晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。
√
易错提醒
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关于晶体与非晶体的认识误区
(1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃。
(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观。
(3)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。
(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
晶胞
三
1.概念
描述晶体结构的 。
2.晶胞与晶体的关系
常规的晶胞都是 体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。
(1)“无隙”是指相邻晶胞之间 。
(2)“并置”是指所有晶胞都是 排列的，取向 。
(3)所有晶胞的 及其内部的原子 及几何排列(包括取向)是完全相同的。
基本单元
平行六面
无任何间隙
平行
相同
形状
种类、个数
3.晶胞中粒子数目的计算
(1)铜晶胞
①位于顶角上的铜原子为 个晶胞共用。
②位于面心上的铜原子为 个晶胞共用。
因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是_______________。
8
2
(2)NaCl晶胞
①Cl－位于 和 ，共有 个。
②Na＋位于 和 ，共有 个。
顶角
面心
4
棱上
体心
4
归纳总结
(1)晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。
(2)均摊法确定晶胞中粒子的个数
若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有 属于这个晶胞。
长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
正误判断
(1)晶胞都是平行六面体(　　)
(2)晶胞是晶体的最小重复单元(　　)
(3)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同(　　)
(4)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞(　　)
(5)已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成(　　)
(6)铜晶体中平均每个晶胞中含有14个铜原子(　　)
√
×
×
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×
×
1.由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示构成该晶体实际的粒子数目？
提示　否，只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比。
深度思考
2.判断下列六面体是否是晶胞。
提示　A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
深度思考
应用体验
1.下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子？
(1)钠___个；(2)锌___个；(3)碘___个；(4)金刚石___个。
2
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8
2.下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元的排列方式，图中： —X， —Y， —Z。其中对应的化学式不正确的是
√
A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；
3.科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示。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，则它的化学式是
A.TiC B.Ti6C7
C.Ti14C13 D.Ti13C14
√
若该图是一个晶胞，则这种计算正确，但它是一个气态团簇分子，其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。
特别提醒
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团簇分子或纳米颗粒中，所含微粒为其本身所有，不与其他分子或颗粒共用。
晶体结构的测定
四
1.常用仪器： 。
2.测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的____
相互作用，会在记录仪上产生 或者 。
3.作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。
X射线衍射仪
电子
分立的斑点
明锐的衍射峰
1.通过X射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？
提示　从衍射图形获得晶体结构的信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。
深度思考
2.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：
深度思考
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是____、___。
2
4
3.根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。
提示　利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性，可用硬度、熔点、折光率等性质来鉴别宝石。
(1)可观察宝石的形状，具有多面体的外形；测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体；
(2)可利用宝石的折光率鉴别；
(3)可进行X射线衍射实验鉴别。
深度思考
应用体验
1.下列有关说法正确的是
A.测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪
B.石英玻璃和水晶的衍射图谱相同
C.通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，
不能推出乙酸分子的空间结构
D.晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定
键长和键角
√
石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，二者的衍射图谱不同，B项错误；
通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C、D项错误。
2.“嫦娥五号”带回的首批月球土壤主要用于科学研究，所得结论错误的是
A.利用原子光谱可以确定月壤的元素组成
B.月壤所含的铁、金、银、铅、锌、铜、锑、铼等元素均属于过渡元素
C.月壤所含辉钼矿晶体具有对称性、各向异性等特征
D.构成月壤中玻璃颗粒的原子、离子、分子等呈无序排列
√
每一种元素的原子光谱不相同，因此利用原子光谱可以确定月壤的元素组成，故A正确；
铅不属于过渡元素，故B错误；
晶体都有对称性和各向异性，因此辉钼矿晶体具有对称性、各向异性等特征，故C正确；
玻璃颗粒不是晶体，因此微粒是无序排列的，故D正确。
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随堂演练　知识落实
1.电子表、电子计算器、计算机显示器都利用了液晶材料显示图像和文字。下列有关其显示原理的说法中，正确的是
A.施加电场时，液晶分子垂直于电场方向排列
B.施加电场时，液晶分子平行于电场方向排列
C.移去电场后，液晶分子排列成扭曲的螺旋状
D.移去电场后，液晶分子相互平行排列
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液晶能表现出类似晶体的各向异性，施加电场时，液晶分子沿电场方向排列，移去电场后，液晶分子排列无顺序。
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2.下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是
A.是否为具有规则几何外形的固体
B.是否具有各向异性
C.是否具有美观、对称的外形
D.内部微粒在空间是否呈周期性有序排列
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具有规则几何外形的固体不一定都是晶体，如玻璃，故A错误；
具有各向异性的固体一定是晶体，但是否具有各向异性不是晶体和非晶体的本质区别，故B错误；
具有美观、对称的外形的固体不一定都是晶体，如玻璃，故C错误；
晶体与非晶体的本质区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律呈周期性有序排列，故D正确。
3.下列过程不能得到晶体的是
A.对NaCl饱和溶液降温所得到的固体
B.气态水直接冷却成固态水
C.熔融的KNO3冷却后所得到的固体
D.液态的玻璃冷却后所得到的固体
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得到晶体的三条途径：①溶质从溶液中析出；②气态物质凝华；③熔融态物质凝固。A选项符合①，B选项符合②，C选项符合③。由于玻璃属于非晶体，熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。
4.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它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相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
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由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。
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5.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶胞结构。
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在晶胞的上、下、左、右、前、后都有完全等同的晶胞，依据一个晶胞我们能观察到3个与钛离子最接近且等距离的钛离子，在与这3个钛离子相反的位置还有3个钛离子，所以共有6个钛离子。
(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子有__个。
(2)该晶胞中元素氧、钛、钙的粒子个数比是__________。
3∶1∶1
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课时对点练
题组一　物质的聚集状态
1.下列关于等离子体的叙述错误的是
A.是物质的一种聚集状态
B.是一种混合物存在状态
C.具有导电性
D.基本构成微粒只有阴、阳离子
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等离子体中既有带电的阳离子和电子，也有电中性的分子或原子，是一个复杂的混合体系。
2.下列有关液晶的叙述不正确的是
A.具有液体的流动性、晶体的各向异性
B.用来制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和
电场的影响
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由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态，C错误；
液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，这是液晶的性质，也可以用来解释为什么可以用液晶来制造液晶显示器，B、D正确。
3.水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，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.X射线通过玻璃态水时，能产生谱线
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玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，X射线通过玻璃态水时不能产生谱线，因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
题组二　晶体和非晶体
4.在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，会发现不同方向石蜡熔化的快慢不同，这是晶体的
A.自范性 B.均一性
C.晶胞“无隙并置”性 D.各向异性
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题述现象与晶体的各向异性有关，晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的导热性等物理性质是不同的，故D项正确。
5.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是
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A.a没有固定的熔点 B.a是非晶体
C.b是晶体 D.b是非晶体
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晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。
6.要得到较大颗粒的明矾晶体，在结晶时可采取的操作是
A.配制比室温高10～20 ℃的明矾饱和溶液，然后浸入悬挂的明矾小晶
核，室温下静置
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
D.快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出
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配制比室温高的明矾饱和溶液，当温度降低时，溶质的溶解度也降低，析出的明矾会附着在小晶核上，得到较大颗粒的明矾晶体；在沸水中配制明矾的饱和溶液，然后快速冷却或快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出，得到的都是小颗粒明矾晶体；室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置，不会得到较大颗粒的明矾晶体。
7.下列关于晶体性质的叙述不正确的是
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
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晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性重复排列，两者没有矛盾，故B错误；
构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，则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，故C正确；
由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D正确。
题组三　晶胞的理解及应用
8.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是
A.相邻晶胞之间没有任何间隙
B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成
C.晶胞排列时，取向相同
D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的
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晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成，而是晶胞平行排列而成的，且相邻晶胞之间没有任何间隙。
9.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为
A.Mg2CNi3 B.MgCNi3
C.MgCNi2 D.MgC2Ni
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根据晶胞结构可知，碳原子位于该晶胞的体心，所以该晶胞中含有一个碳原子，镁原子位于顶角处，因此镁原子个数为8× ＝1，所以该晶胞
含有1个镁原子，镍原子位于面心处，因此镍原子个数为6× ＝3，所以该晶胞中含有3个镍原子，故该晶体的化学式为MgCNi3。
10.(2022·上海浦东新区高二检测)不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是
A.石墨和金刚石互为同素异形体
B.石墨中的碳原子呈周期性有序排列
C.石墨的熔点为3 625 ℃
D.在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰
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是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。
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11.如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是
A.金属 B.半导体
C.非晶体 D.晶体
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由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。
12.根据下列四种晶体的晶胞示意图，下列说法不正确的是
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A.图Ⅰ：Cu晶胞平均含有的铜原子数是4
B.图Ⅱ：干冰晶胞平均含有CO2分子数是4
C.图Ⅲ：碘晶体中碘分子的排列有2种不同的方向
D.图Ⅳ：晶体M的化学式为A2B
√
C项，根据碘晶胞中碘分子的排列方向可知，碘晶体中碘分子的排列有2种不同的方向；
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13.某晶体的结构单元如图所示，晶体中A、B、C三种原子的数目之比为
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A.3∶9∶4
B.1∶4∶2
C.2∶9∶4
D.3∶8∶5
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14.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶体结构，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为
A.MgB B.MgB2
C.Mg2B D.Mg3B2
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15.固体二氧化硅有晶体和非晶体两种。根据下图回答：
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(1)对比图Ⅰ和Ⅱ可知，晶体SiO2具有自范性，而非晶体SiO2没有自范性，本质原因是_______________________________________________
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构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列，而构成非晶体的粒子在微观空间里排列相对无序
(2)观察三个图，区分晶体SiO2和非晶体SiO2最可靠的科学方法是_____
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体二氧化硅进行X射线衍射实验
对固
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晶体的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列，而非晶体的粒子排列相对无序；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。
16.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个能层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为______。
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3∶1
(2)该晶体中Xn＋的n＝____。
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由晶体的化学式X3N知，X所带电荷数为1。
(3)X元素的原子序数是_____。
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因为K、L、M三个能层充满，故Xn＋有2、8、18结构，所以X的原子序数是29。
(4)晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。
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N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。
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第三章