第三章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
基础过关练
题组一 物质的聚集状态
1.下列关于液晶的说法正确的是( )
A.液晶是一种液态的晶体
B.所有物质在一定条件下都能成为液晶
C.施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变
D.实用液晶在常温下不稳定
2.以下关于物质状态的叙述中不正确的是( )
A.等离子体具有良好的导电性,是一种特殊的液态物质
B.液晶和液态是物质的两种聚集状态
C.除晶态、非晶态外,还有塑晶态、液晶态等
D.离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质
题组二 晶体和非晶体
3.最新一代人工晶状体在陕西研制成功。下列性质不能区分晶体与玻璃的是( )
A.导电性 B.各向异性
C.X射线衍射法 D.有无固定熔点
4.(经典题)通过下列操作获得的物质不是晶体的是( )
A.从熔融态以适当速率凝固获得的硫
B.液态水急速冷却到-108℃
C.凝华获得的碘
D.从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜
5.晶体与非晶体的本质差异是晶体具有( )
A.自范性 B.熔点较固定
C.各向同性 D.各向异性
6.下列物质中,属于晶体的是( )
A.玻璃 B.沥青
C.塑料 D.水晶
题组三 晶胞及其粒子数目
7.(教材习题改编)下列有关晶胞的叙述,不正确的是( )
A.晶胞是晶体结构中最小的重复单元
B.不同的晶体中晶胞的形状不一定相同
C.晶胞中的有些粒子可能完全属于该晶胞
D.已知晶胞的组成不一定能推知晶体的组成
8.下列所示图形表示的结构中,符合晶胞特点的是( )
9.有下列某晶体的结构示意图,图中“”和化学式中M代表阳离子,图中“”和化学式中N代表阴离子,则化学式为MN3的晶体结构为( )
能力提升练
题组一 晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
P165定点2
1.钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如图所示。该晶体的化学式为( )
A.VO3 B.VO2 C.V2O3 D.V2O4
2.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种微粒数目之比是( )
A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶5
3.下图是正四面体的原子簇Aun的一个三角形平面图,根据该图,确定Aun中n的数值为( )
A.17 B.18 C.19 D.20
题组二 与晶胞计算相关的考查
4.由Cu和O组成的某晶胞结构如图,其棱长为anm,下列有关该晶胞的说法错误的是( )
A.灰色的原子为Cu
B.晶体化学式为Cu2O
C.氧原子的配位数为4
D.Cu与O的最近距离为anm
5.钛、钴的一种化合物晶胞结构如图所示,已知该晶体的密度为ρg·cm-3,设阿伏加德罗常数的值为NA,下列说法错误的是( )
A.晶胞中离Ti最近的O有12个
B.晶胞中离Co最近的Co有6个
C.在另一种晶胞结构的表示中,Co处于各顶点位置,则O处于面心位置
D.晶胞中Ti与O的最近距离是×107nm
6.以SrCO3和TiO2为原料,在1300~1500℃下煅烧,可制得优良的光学材料及人造宝石SrTiO3,SrTiO3的晶胞结构如图所示,设NA为阿伏加德罗常数的值,晶胞参数为apm,下列说法错误的是( )
A.晶胞中Sr的个数为1
B.该晶胞的俯视图为
C.与Ti最近且等距离的O有6个
D.SrTiO3晶体的密度为g·cm-3
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
基础过关练
1.C 液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,并不是所有物质都能成为液晶,施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变,实用液晶在常温下十分稳定,C正确,A、B、D错误。
2.A 等离子体是一种特殊的气体,A错误。
知识归纳
物质的聚集状态除了气态、液态、固态外,还有更多的聚集状态,如晶态、非晶态以及介乎二者之间的液晶态等。
3.A 晶体中除金属晶体外,其他晶体一般不易导电,不能用导电性区分晶体和玻璃,A符合题意;晶体有规则的几何外形、各向异性、固定的熔点,玻璃是非晶体,无各向异性,无固定的熔点,B、D不符合题意;X射线衍射可以区分晶体和玻璃,C不符合题意。
4.B 获得晶体的一般途径有三种:熔融态物质凝固、气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)、溶质从溶液中析出,A、C、D正确;液态水急速冷却到-108℃得到的是玻璃态物质,不属于晶体,B错误。
5.A 晶体与非晶体的本质差异是晶体有自范性,非晶体没有自范性,A正确,B、C、D错误。
6.D 玻璃、沥青和塑料没有固定的熔点,不属于晶体;水晶有规则的几何外形,有固定的熔点,属于晶体。
7.D 晶胞是晶体结构中最小的重复单元,故已知晶胞的组成一定能推知晶体的组成,D项错误。
8.A 晶胞特点是周期性有序“无隙并置”排列,A符合题意。
9.B A项,M的数目为8×=1,N的数目为1,化学式为MN;B项,M的数目为8×=1,N的数目为12×=3,化学式为MN3;C项,N的数目为8×=1,M的数目为6×=3,化学式为M3N;D项,M的数目为8×=4,N的数目为12×+1=4,化学式为MN。
能力提升练
1.B 由晶胞结构知,V位于晶胞的顶点和体心,V的个数为1+8×=2;有4个O位于晶胞面上,2个O位于晶胞内部,则O的个数为4×+2=4,故该晶体的化学式为VO2。
2.B A位于顶点,个数为6×,B在上、下面棱和侧棱上,个数为6×=2,C在晶胞内,个数为1,所以A、B、C三种微粒数目之比为∶2∶1=1∶4∶2。
3.D 方法1:将三角形平面图还原为正四面体结构图,顶点有4个Au原子,棱边有6×2=12个Au原子,四个面的面心各有1个Au原子,共有4+12+4=20个Au原子。
方法2:一个三角形平面图的顶点为3个三角形所共有,边上的点为2个三角形所共有,面心上的点为1个三角形所有,正四面体的原子簇Aun中n=(3×+1)×4=20。
4.D 在晶胞中含有灰球个数是4,含有白球个数为8×+1=2,灰球与白球个数比是4∶2=2∶1,Cu、O两种元素形成的化合物有CuO、Cu2O,则灰球表示的原子为Cu,白球表示的原子为O,晶体化学式是Cu2O,A、B正确;在晶胞中与O原子距离相等且最近的Cu原子有4个,氧原子的配位数为4,Cu与O的最近距离是晶胞体对角线长的,已知晶胞棱长为anm,则体对角线长为anm,所以Cu与O的最近距离为anm,C正确、D错误。
5.C
在另一种晶胞结构的表示中,Co处于各顶点位置,则O处于棱心位置,C错误;晶胞中有1个Co、1个Ti和3个O,设晶胞的边长为anm,则ρ=,解得a=×107,晶胞中Ti与O的最近距离为面对角线长的一半,即×107nm,D正确。
6.B 晶胞中Sr的个数为8×=1,O的个数为6×=3,Ti的个数为1,密度为g·cm-3,A、D正确;晶胞的俯视图在四个顶点看到的为Sr,四条棱中心有O,B错误;与体心Ti最近且等距离的O位于6个面的面心,有6个,C正确。
9(共24张PPT)
第三章 晶体结构与性质
必备知识 清单破
知识点 1 物质的聚集状态
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
1.物质常见三态间的相互转化
2.几类特殊的聚集状态
(1)等离子体
①概念:由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体。
②特点:是一种特殊的气体,具有良好的导电性和流动性。
③存在:存在于我们周围。如:日光灯和霓虹灯的灯管里、蜡烛的火焰里、极光和雷电里。
(2)液晶
①概念:是介于液态和晶态之间的物质状态。
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)离子液体:熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
1.晶体与非晶体
(1)晶体
把内部粒子在三维空间里呈周期性有序排列的固体物质称为晶体。常见的晶体有冰、
铁、铜等。
(2)非晶体
把内部粒子排列呈相对无序状态的固体物质称为非晶体。常见的非晶体有玻璃、炭黑等。
2.晶体与非晶体的区别(详见定点1)
知识点 2 晶体与非晶体
3.得到晶体的三条途径
(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。
1.概念:描述晶体结构的基本单元。
2.结构
常规的晶胞都是平行六面体,整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。
(1)“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙;
(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同;
(3)一个晶体中所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相
同的。
3.晶胞中原子数目的确定(详见定点2)
平行六面体晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的,晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的,晶胞
面上的原子是2个晶胞共用的。
知识点 3 晶胞
例如,一个铜晶胞(如图所示)所含铜原子数目为8× +6× =4。
4.晶体空间利用率的计算方法
1.常用仪器:X射线衍射仪。
2.测定原理: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.应用:通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后,经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的
有关信息,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,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。
知识点 4 晶体结构的测定
1.等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子,这种说法正确吗
等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。
因此等离子体的基本构成粒子不是只有阴、阳离子。
2.可通过X射线衍射方法区分晶体和非晶体,这种说法正确吗
X射线衍射法能够区分晶体和非晶体。
3.参考课本P71实验,获取碘晶体和硫晶体的途径相同,这种说法正确吗
获取硫晶体是熔融态物质凝固,获取碘晶体是凝华。
4.将冰和玻璃分别加热至完全变为液体,加热过程中现象不同,这种说法正确吗
加热冰时,0 ℃达到冰的熔点,冰开始融化,在全部融化以前,继续加热,温度基本保持
不变,完全融化后,温度才开始升高。加热玻璃,温度升高到某一程度后玻璃开始变软,继续加
热流动性增强,最后变为液体。玻璃从软化到完全熔化,中间经过较大的温度范围。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
提示
( )
( )
√
( )
( )
√
5.有固定组成的物质一定是晶体,这种说法正确吗
具有固定组成的物质不一定是晶体,某些无定形体也有固定的组成,如无定形SiO2。
6.由晶胞构成的晶体,其化学式就表示一个晶胞中原子的数目,这种说法正确吗
由晶胞构成的晶体,其化学式表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。
提示
提示
( )
( )
1.晶体与非晶体的比较
晶体和非晶体在结构上的差异导致它们在性质上有所不同。根据固体的某些性质,可以
判断某一固体是晶体还是非晶体。二者具体差异如表:
关键能力 定点破
定点 1 晶体与非晶体的区别
晶体 非晶体
微观结构特征 原子呈周期性有序排列 原子排列相对无序
性质 特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
各向异性 有 无
鉴别 方法 最可靠的方法 对固体进行X射线衍射实验 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性
质的各向异性判断 举例 NaCl、I2、Na晶体等 玻璃、橡胶等
2.晶体呈现自范性的条件
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固,有时得到晶
体,但凝固速率过快,常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物,甚
至形成的只是非晶态。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的,而水晶是熔融态SiO2缓慢冷却
形成的。
3.晶体具有自范性的本质原因
晶体具有自范性的本质原因是晶体中粒子在三维空间呈现周期性有序排列。
易混辨析
①有规则几何外形或美观、对称外形的固体,不一定是晶体。如玻璃制品既可以塑造出规则
的几何外形,也可以具有美观、对称的外形。
②具有固定组成的物质也不一定是晶体,某些无定形体也有固定的组成,如无定形SiO2。
典例 (1)在下列物质中 (填序号,下同)是晶体, 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。
(3)判断物质是晶体还是非晶体,正确的方法是 (填序号)。
①从外形上来判断
②从各向异性或各向同性上来判断
③从导电性能来判断
④从有无固定熔点来判断
思路点拨 固体分为晶体和非晶体:①晶体有规则的几何外形,②晶体有固定的熔点,③晶体
有各向异性的特点;非晶体一般没有规则的几何外形,也没有各向异性的特点。
解析 明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和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。
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 (3)②④
1.晶体的化学式的含义
晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类粒子的最简整数比。
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。
(1)长方体形(或正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
定点 2 晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献
即若每个晶胞涉及微粒A的数目为m个,每个微粒A为n个晶胞共有,则每个晶胞占有微粒
A的数目为m× 个,从而求出各种微粒的最简整数比,再确定化学式。
典例 (1)如图是甲、乙两种晶体的晶胞示意图。
填写下列空白:
①甲晶体中A、B、C三种粒子的个数比是 。
②乙晶体中每个D周围紧邻的E的个数为 ;该晶体(E为阳离子)的化学式为 。
(2)某晶体的晶胞结构如图所示,X( )位于立方体的顶点,Y( )位于立方体的体心。试回答下
列问题:
设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1,晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则晶体中
两个距离最近的X之间的核间距为 cm。
思路点拨
解析 (1)①1个甲晶胞实际占有A的个数为8× =1,实际占有B的个数为6× =3,实际占有C的
个数为1,由此推出A、B、C三种粒子的个数比为1∶3∶1。②乙晶胞中每个D周围紧邻的E
的个数与每个E周围紧邻的D的个数相同,每个E周围有8个D,所以每个D周围有8个E;E、D的
个数比为1∶1,所以该晶体的化学式为ED。(2)由题图知,该晶胞实际占有1个X和1个Y,设晶
胞的边长为a cm,则有ρa3NA=M,解得a= ,则晶体中两个距离最近的X之间的核间距为
cm。
答案 (1)①1∶3∶1 ②8 ED
(2)
方法技巧 与晶体有关的计算题
(1)与晶体有关的计算一般涉及晶体的化学式、晶胞中所含的原子或离子的数目、晶胞的边
长、两个粒子之间的距离、晶胞的体积、晶体的密度、阿伏加德罗常数等。
(2)晶体有关计算的解题步骤
第一步:计算晶胞中的粒子个数。
第二步:确定晶体的化学式。
第三步:根据物质的摩尔质量、晶体密度、晶胞棱长间的关系进行计算。
