考点11 物质的聚集状态与晶体的常识
【核心考点梳理】
考点一、物质的聚集状态
1．20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。
2．20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，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。
3．气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)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离子组成的液体物质。
4．其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。
【典型例题】
例1．（2022·四川绵阳·高二期末）X-射线衍射实验是鉴别晶体与非晶体最可靠的方法，下列属于晶体的是
A．玛瑙 B．陶瓷 C．水晶 D．玻璃
例2．(2022·宝鸡高二检测)下列关于聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．物质只有气、液、固三种聚集状态
B．气态是高度无序的体系存在状态
C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性
考点二、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的本质差异
固体 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.获得晶体的途径
(1)实验探究
实验内容 实验操作及现象
获取硫黄晶体 硫黄粉熔融态硫淡黄色的菱形硫黄晶体
获取碘晶体 加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒
获取氯化钠晶体 在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒
(2)获得晶体的三条途径
①熔融态物质凝固。
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．晶体的特性
(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
(3)固定的熔点。
4．晶体与非晶体的测定方法
测定方法 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X射线衍射实验
【典型例题】
例1．(2022·绵阳高二检测)下列有关晶体常识的叙述错误的是( )
A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体
B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线
C．晶体都具有自范性。自范性是晶体的本质属性
D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形
例2．（2022·广东·东莞市高二阶段练习）下图为一块密度、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
考点三、晶胞
1．概念
描述晶体结构的基本单元。
2．晶胞与晶体的关系
一般来说，晶胞都是平行六面体，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”是指相邻晶胞之间无任何间隙。
(2)“并置”是指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．晶胞中粒子数目的计算
(1)铜晶胞
①位于顶角上的铜原子为 8个晶胞共有。
②位于面心上的铜原子为 2个晶胞共有。
因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是8×＋6×＝4。
(2)NaCl晶胞
①Cl－位于顶点和面心，共有4个。
②Na＋位于棱上和体心，共有4个。
【典型例题】
1．（2022·山东济宁·高二期中）对于某晶胞(如图所示)的下列描述错误的是( )
A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C.平均每个晶胞中有14个原子
D.平均每个晶胞中有4个原子
例2．（2022·四川省资阳高二期中）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-形成的晶体的晶胞结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为 。
(2)该晶体中,Xn+中的n= 。
(3)X元素的原子序数是 。
【核心归纳】
1.晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。
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
考点四、晶体结构的测定
1．常用仪器：X射线衍射仪。
2．测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。
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。
【必备知识基础练】
1．（2023秋·吉林·高二吉林松花江中学校考期末）钠的一种氧化物的晶胞如图(“●”或“○”均表示一个简单离子)。正确的是
A．该氧化物的化学式为Na2O2
B．晶胞中连接“○”与“●”的线段表示共价键
C．该晶体中“○”与“●”的核外电子排布相同
D．晶胞中与“○”最近且等距的“●”的数目为4
2．（2023秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考期末）自然界中绝大多数物质是固体，随着化学的发展，人工合成的固体越来越多，广泛应用于能源、环境、材料、生命科学等领域。下列说法错误的是
A．物质的聚集状态除了我们熟知的气、液、固三态外还有液晶态、塑晶态等多种聚集状态
B．晶体与非晶体的本质区别：是否有规则的几何外形
C．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
D．配合物和超分子有着广泛的应用，其中超分子的特性是“分子识别”和“自组装”
3．（2023秋·四川绵阳·高二统考期末）下列有关物质结构与性质的说法正确的是
A．基态碳原子价电子排布图：
B．的空间结构：平面三角形
C．C60高温高压下可转变为结构类似金刚石的碳玻璃，该碳玻璃中碳原子为sp2杂化
D．硫单质和氢气低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图，该晶体属分子晶体
4．（2023秋·吉林长春·高二长春市第五中学校考期末）原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图为单晶晶胞，其中原子坐标参数A为，B为(，0，)，C为(，，0)。则D原子的坐标参数为
A．(，，) B．(0，，0) C．(，，) D．(，0，0)
5．（2023春·江苏扬州·高三扬州中学校考开学考试）镁单质及其化合物用途广泛，某镁硼化合物的晶体结构单元如图所示。B原子占据独立一层且具有类似石墨的结构。正六棱柱底边边长为，高为，阿伏加德罗常数的值为。下列说法正确的是
A．该镁硼化合物的化学式为
B．如图所示晶体结构单元是该镁硼化合物的晶胞
C．每个B原子周围最近且等距的B原子数为2
D．B原子的价层电子轨道表示式为
6．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列关于晶体的说法中正确的是
A．玻璃制成的弹珠具有规则的几何外形，所以玻璃弹珠是晶体
B．自然形成的水晶柱是晶体，从水晶柱上切削下来的粉末不是晶体
C．晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞
D．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块，体现了晶体的自范性
7．（2023秋·吉林·高二吉化第一高级中学校校考期末）关于晶体，下列有关叙述不正确的是
A．利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70
B．晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列，使晶体具有各向异性
C．可通过X－射线衍射实验区分晶体和非晶体
D．“硅－炭黑晶体管”为一种新型材料，硅、炭黑均属于晶体
【关键能力提升练】
8．（2023秋·湖南株洲·高二攸县第二中学校考阶段练习）有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，下列说法错误的是
A．该物质的化学式为TiN B．Ti与Ti的最近距离是
C．Ti的配位数为6 D．与N距离相等且最近的N有12个
9．（2023·全国·高二专题练习）高压不仅会引发物质的相变，还会导致新类型化学键的形成。如图所示，M、N、P为Na与FeCl2在50~300GPa的高压下反应生成的不同晶体晶胞，下列说法错误的是
A．三种晶胞的化学式均为NaCl
B．晶胞M中与Na原子距离最近且等距的Cl原子有12个
C．晶胞M、N、P中所含Cl原子的个数之比为3∶1∶1
D．2号的原子坐标为(，，)
10.某晶体的晶胞如下图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
11.下列各项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。其中对应的化学式不正确的是( )
A B C D
12.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具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的比值为( )
NaCl晶体的晶胞
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
13.(1)在下列物质中, 是晶体(填序号,下同), 是非晶体。
①塑料 ②明矾 ③松香 ④玻璃
⑤CuSO4·5H2O ⑥冰糖 ⑦石蜡 ⑧单晶硅 ⑨铝块 ⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体一般都具有 ,而非晶体 ;另外非晶体具有物理性质 的特点,而晶体具有物理性质 的特点。
14.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示,该氯化物的化学式是 。
(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,下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 。
(4)某晶体结构模型如下图所示。该晶体的化学式是 ,在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为 个、 个。
(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,其结构如下图所示,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.Ti14C13 B.TiC
C.Ti14C4 D.Ti4C3
【学科素养拔高练】
15.(2020新高考山东卷)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如表所示。
原子 坐标
x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有 个Sn原子,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn原子: (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn原子键合的As原子有 个。 考点11 物质的聚集状态与晶体的常识
【核心考点梳理】
考点一、物质的聚集状态
1．20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。
2．20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，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。
3．气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)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离子组成的液体物质。
4．其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。
【典型例题】
例1．（2022·四川绵阳·高二期末）X-射线衍射实验是鉴别晶体与非晶体最可靠的方法，下列属于晶体的是
A．玛瑙 B．陶瓷 C．水晶 D．玻璃
【答案】C
【解析】X-射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体，水晶为晶体，玛瑙、陶瓷、玻璃都不是晶体，故选C。
例2．(2022·宝鸡高二检测)下列关于聚集状态的叙述中，错误的是( )
A．物质只有气、液、固三种聚集状态
B．气态是高度无序的体系存在状态
C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性
【答案】A
【解析】物质的聚集状态，除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等聚集状态，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B正确；据物质固态时微粒间距离较小可判断，固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分子间作用力也较强，表现出明显的流动性，D正确。
考点二、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的本质差异
固体 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.获得晶体的途径
(1)实验探究
实验内容 实验操作及现象
获取硫黄晶体 硫黄粉熔融态硫淡黄色的菱形硫黄晶体
获取碘晶体 加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒
获取氯化钠晶体 在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒
(2)获得晶体的三条途径
①熔融态物质凝固。
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．晶体的特性
(1)自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
(3)固定的熔点。
4．晶体与非晶体的测定方法
测定方法 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X射线衍射实验
【典型例题】
例1．(2022·绵阳高二检测)下列有关晶体常识的叙述错误的是( )
A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体
B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线
C．晶体都具有自范性。自范性是晶体的本质属性
D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形
【答案】D
【解析】水晶的化学成分是二氧化硅，属于晶体，而玻璃是混合物，属于非晶体，A正确；当单一波长的X射线通过晶体时，可发生衍射，可以看到明显的分立的斑点或者谱线，B正确；在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质，即晶体的自范性，C正确；晶体具有规则的几何外形，但非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。
例2．（2022·广东·东莞市高二阶段练习）下图为一块密度、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
【答案】D
【解析】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，非晶体则不具有各向异性，故该样品为晶体。
考点三、晶胞
1．概念
描述晶体结构的基本单元。
2．晶胞与晶体的关系
一般来说，晶胞都是平行六面体，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”是指相邻晶胞之间无任何间隙。
(2)“并置”是指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．晶胞中粒子数目的计算
(1)铜晶胞
①位于顶角上的铜原子为 8个晶胞共有。
②位于面心上的铜原子为 2个晶胞共有。
因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是8×＋6×＝4。
(2)NaCl晶胞
①Cl－位于顶点和面心，共有4个。
②Na＋位于棱上和体心，共有4个。
【典型例题】
1．（2022·山东济宁·高二期中）对于某晶胞(如图所示)的下列描述错误的是( )
A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C.平均每个晶胞中有14个原子
D.平均每个晶胞中有4个原子
【答案】C
【解析】在该晶胞顶点和六个面的面心处都有一个原子,平均每个晶胞中含有的原子数=8×+6×=4,C错误。
例2．（2022·四川省资阳高二期中）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-形成的晶体的晶胞结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为 。
(2)该晶体中,Xn+中的n= 。
(3)X元素的原子序数是 。
【答案】(1)3∶1 (2)1 (3)29
【解析】(1)Xn+位于晶胞的棱上,一个晶胞中Xn+的数目为12×=3,N3-位于晶胞的顶角,一个晶胞中N3-数目为8×=1,故Xn+和N3-的个数比为3∶1;(2)由(1)可得晶体的化学式为X3N,则Xn+为X+,故n=1;(3)因为X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,故K、L、M三个电子层上的电子数分别为2、8、18,所以X的原子序数是29。
【核心归纳】
1.晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。
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
考点四、晶体结构的测定
1．常用仪器：X射线衍射仪。
2．测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。
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。
【必备知识基础练】
1．（2023秋·吉林·高二吉林松花江中学校考期末）钠的一种氧化物的晶胞如图(“●”或“○”均表示一个简单离子)。正确的是
A．该氧化物的化学式为Na2O2
B．晶胞中连接“○”与“●”的线段表示共价键
C．该晶体中“○”与“●”的核外电子排布相同
D．晶胞中与“○”最近且等距的“●”的数目为4
【答案】C
【分析】由晶胞图知，黑色原子有8个在体内；白色原子有8个在体内，6个在面心，根据均摊法计算，可知白色原子和黑色原子个数比为1：2，故该氧化物为氧化钠，且白色表示氧离子，黑色为钠离子，据此回答。
【解析】A．由分析知该氧化物为氧化钠，A错误；
B．氧化钠为离子化合物且只含有离子键，即线段表示离子键，B错误；
C．钠离子和氧离子核外电子数均为10，最外层电子均为8，核外电子排布相同，C正确；
D．由晶报图知，晶报中与氧离子最近且等距离的钠离子数目为8，D错误；
故选C。
2．（2023秋·河北邢台·高二邢台市第二中学校考期末）自然界中绝大多数物质是固体，随着化学的发展，人工合成的固体越来越多，广泛应用于能源、环境、材料、生命科学等领域。下列说法错误的是
A．物质的聚集状态除了我们熟知的气、液、固三态外还有液晶态、塑晶态等多种聚集状态
B．晶体与非晶体的本质区别：是否有规则的几何外形
C．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
D．配合物和超分子有着广泛的应用，其中超分子的特性是“分子识别”和“自组装”
【答案】B
【解析】A．物质的聚集状态有晶态、非晶态还有塑晶态和液晶态，A正确；
B．晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，不是在于是否具有规则的几何外形，B错误；
C．构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来，所以区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，C正确；
D．超分子是由两种或两种以上的分子通过相互作用形成的分子聚集体，具有分子识别与自组装的特征，D正确；
故选B。
3．（2023秋·四川绵阳·高二统考期末）下列有关物质结构与性质的说法正确的是
A．基态碳原子价电子排布图：
B．的空间结构：平面三角形
C．C60高温高压下可转变为结构类似金刚石的碳玻璃，该碳玻璃中碳原子为sp2杂化
D．硫单质和氢气低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图，该晶体属分子晶体
【答案】B
【解析】A．基态C原子的价电子排布为2s22p2，2p轨道只有两个电子，A错误；
B．CO中心C原子的价层电子对数为=3，不含孤电子对，空间构型为平面三角形，B正确；
C．金刚石中的C原子均为饱和碳原子，采取sp3杂化，C错误；
D．该晶体是一种新型超导材料，说明是由阴阳离子构成的，属于离子晶体，D错误；
综上所述答案为B。
4．（2023秋·吉林长春·高二长春市第五中学校考期末）原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图为单晶晶胞，其中原子坐标参数A为，B为(，0，)，C为(，，0)。则D原子的坐标参数为
A．(，，) B．(0，，0) C．(，，) D．(，0，0)
【答案】A
【解析】根据各个原子的相对位置可知，D在各个方向的处，则D原子的坐标参数为(，，)；
答案选A。
5．（2023春·江苏扬州·高三扬州中学校考开学考试）镁单质及其化合物用途广泛，某镁硼化合物的晶体结构单元如图所示。B原子占据独立一层且具有类似石墨的结构。正六棱柱底边边长为，高为，阿伏加德罗常数的值为。下列说法正确的是
A．该镁硼化合物的化学式为
B．如图所示晶体结构单元是该镁硼化合物的晶胞
C．每个B原子周围最近且等距的B原子数为2
D．B原子的价层电子轨道表示式为
【答案】A
【解析】A．根据均摊法，该晶体结构单元中含有个Mg原子，含有6个B原子，故化学式为MgBr2，A正确；
B．晶胞是晶体结构的基本单元，常规的晶胞都是平行六面体，镁硼化合物的晶胞如图，B错误；
C．B原子占据独立一层且具有类似石墨的结构，所以B原子周围最近且等距的B原子数为3，C错误；
D．B原子的价层电子轨道表示式为，虽然2p能级只填充了一个电子，有两个空轨道，但书写时空轨道不可省略，D错误；
故选：A。
6．（2023秋·吉林通化·高二梅河口市第五中学校考期末）下列关于晶体的说法中正确的是
A．玻璃制成的弹珠具有规则的几何外形，所以玻璃弹珠是晶体
B．自然形成的水晶柱是晶体，从水晶柱上切削下来的粉末不是晶体
C．晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞
D．缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块，体现了晶体的自范性
【答案】D
【解析】A．玻璃属于混合物，不是晶体，选项A错误；
B．晶体形成后，其结构是有序性和可复制性，所以即使是粉末，其微观结构也是晶体的有序结构，选项B错误；
C．晶胞的顶点、棱上、面上的离子均为多个晶胞共用，选项C错误；
D．晶体的自范性能使结构有缺损的晶体结构在适当的环境中恢复晶体完整，选项D正确；
答案选D。
7．（2023秋·吉林·高二吉化第一高级中学校校考期末）关于晶体，下列有关叙述不正确的是
A．利用超分子的分子识别特征，可以分离C60和C70
B．晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列，使晶体具有各向异性
C．可通过X－射线衍射实验区分晶体和非晶体
D．“硅－炭黑晶体管”为一种新型材料，硅、炭黑均属于晶体
【答案】D
【解析】A．将C60和C70的混合物，加入一种空腔大小适合C60的杯酚中，杯酚像个碗似的、把C60装起来，不能装下C70，加入甲苯溶剂，甲苯将未装入碗里的C70溶解了，过滤后分离C70，再向不容物中加入氯仿，氯仿溶解杯酚而将不溶解的C60释放出来并沉淀——利用超分子的分子识别特征，利用杯酚、可以分离C60和C70，A正确；
B． 晶体具有自范性，晶体内部离子在微观空间呈周期性有序排列，使晶体具有各向异性，B正确；
C． 可通过X－射线衍射实验区分晶体和非晶体，例如：石英玻璃为非晶体，水晶的粉末是晶体，用X射线衍射摄取石英玻璃和水晶的粉末得到的图谱是不同的，C正确；
D．炭黑属于非晶体，D不正确；
答案选D。
【关键能力提升练】
8．（2023秋·湖南株洲·高二攸县第二中学校考阶段练习）有一种氮化钛晶体的晶胞如图所示，该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，下列说法错误的是
A．该物质的化学式为TiN B．Ti与Ti的最近距离是
C．Ti的配位数为6 D．与N距离相等且最近的N有12个
【答案】B
【解析】A．该晶胞中，Ti（黑球）的个数为1+12=4，N（白球）的个数为8+6=4，则Ti和N的个数比为1:1，该物质的化学式为TiN，A正确；
B．该晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm，则Ti与Ti的最近距离是a pm，B错误；
C．如图所示，与Ti距离相等且最近的N有6个，则Ti的配位数为6，C正确；
D．与N距离相等且最近的N有12个，D正确；
故选B。
9．（2023·全国·高二专题练习）高压不仅会引发物质的相变，还会导致新类型化学键的形成。如图所示，M、N、P为Na与FeCl2在50~300GPa的高压下反应生成的不同晶体晶胞，下列说法错误的是
A．三种晶胞的化学式均为NaCl
B．晶胞M中与Na原子距离最近且等距的Cl原子有12个
C．晶胞M、N、P中所含Cl原子的个数之比为3∶1∶1
D．2号的原子坐标为(，，)
【答案】AC
【分析】根据晶胞中实际含有的原子计算方法：均摊法进行计算后判断化学式及计算实际含有的原子个数；利用面心晶胞中的配位数判断距离最近的原子个数；根据坐标的表示，利用投影法判断原子在三维坐标中的坐标；
【解析】A．M中黑点是钠原子，白点是氯原子，利用均摊法进行计算钠原子实际含有数：；氯原子实际含有数：；故化学式为NaCl3，故A不正确；
B．晶胞M中Na原子在立方体的顶点，氯原子在面心，每个面心中都有1个氯与钠距离最近，故与钠距离最近的且等距的Cl原子有12个，故B正确；
C．晶胞M中实际含有的氯原子数为：，晶胞N中实际含有的氯原子数为：；晶胞P中实际含有的Cl原子数为：，故三个晶胞实际含有氯原子数之比为：6:2:1，故C不正确；
D．P中2号原子的根据三维坐标的表示判断，其坐标为(，，)；故D正确；
故选答案AC；
【点睛】此题考查晶胞中原子数的计算，注意晶胞类型，根据夹角判断均摊的公式。
10.某晶体的晶胞如下图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
【答案】B
【解析】由图示可知该晶体晶胞的上下两面为正三角形,因此处于顶点的粒子为12个晶胞共用,故晶胞中A粒子的数目为6×;处于水平棱上的粒子为4个晶胞共用,处于垂直棱上的粒子为6个晶胞共用,故晶胞中B粒子的数目为6×+3×=2;C粒子完全属于晶胞。由此可见,A、B、C三种粒子的数目之比为∶2∶1=1∶4∶2。
11.下列各项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。其中对应的化学式不正确的是( )
A B C D
【答案】B
【解析】A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B项中X、Y的个数比为1∶(8×)＝1∶1，化学式为XY，错误；C项中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式为X3Y，正确；D项中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z，正确。
12.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具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的比值为( )
NaCl晶体的晶胞
A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
【答案】D
【解析】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,D项正确。
13.(1)在下列物质中, 是晶体(填序号,下同), 是非晶体。
①塑料 ②明矾 ③松香 ④玻璃
⑤CuSO4·5H2O ⑥冰糖 ⑦石蜡 ⑧单晶硅 ⑨铝块 ⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体一般都具有 ,而非晶体 ;另外非晶体具有物理性质 的特点,而晶体具有物理性质 的特点。
【答案】(1)②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩
(2)规则的几何外形 没有规则的几何外形 各向同性 各向异性
【解析】明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征是某些物理性质具有各向异性和有固定的熔点等。
14.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示,该氯化物的化学式是 。
(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有 个铜原子。
(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,下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 。
(4)某晶体结构模型如下图所示。该晶体的化学式是 ,在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为 个、 个。
(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,其结构如下图所示,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.Ti14C13 B.TiC
C.Ti14C4 D.Ti4C3
【答案】(1)CuCl (2)16 (3)2 BN (4)CoTiO3
6 12 (5)A
【解析】(1)晶胞中灰球代表的粒子有4个,白球代表的粒子有6×+8×=4个,所以该氯化物的化学式为CuCl。
(2)晶胞中含氧原子数为×8+×6+4=8,根据化学式Cu2O可知,该晶胞中铜原子数目是氧原子的2倍,即16个。
(3)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×+1=2,灰球表示的原子个数为1+4×=2,所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个;N的电负性大于B,所以该功能陶瓷的化学式为BN。
(4)晶胞中含O:6×=3个,含Co:8×=1个,含Ti:1个,故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心,其周围距离最近的O原子位于6个面的中心,所以周围距离最近的O原子数目为6;Co原子位于晶胞的顶角,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12。
(5)由题意知该物质是气态团簇分子,故题目中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。选项A正确。
【学科素养拔高练】
15.(2020新高考山东卷)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如表所示。
原子 坐标
x y z
Cd 0 0 0
Sn 0 0 0.5
As 0.25 0.25 0.125
一个晶胞中有 个Sn原子,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn原子: (用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn原子键合的As原子有 个。
【答案】4 (0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0) 4
【解析】由四方晶系CdSnAs2晶胞及原子的分数坐标可知,有4个Sn原子位于棱上,6个Sn原子位于面上,则属于一个晶胞的Sn原子的个数为4×+6×=4。与Cd(0,0,0)最近的Sn原子为如图所示的a、b两个Sn原子,a位置的Sn原子的分数坐标为(0.5,0,0.25),b位置的Sn原子的分数坐标为(0.5,0.5,0)。CdSnAs2晶体中Sn除与该晶胞中的2个As键合外,还与相邻晶胞中的2个As键合,故晶体中单个Sn与4个As键合。
