(共14张PPT)
必备知识 清单破
知识点 1 晶体的特性
第1节 认识晶体
1.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。如食盐、干冰、金刚石等。
(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)规则的几何外形: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)一定的对称性:晶体的外形往往表现出一定的对称性,如规则的食盐晶体具有立方体外形,
它既有对称轴也有对称面。
(3)各向异性:晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质,如导电性、导热性、折光率等。
(4)固定的熔点:晶体有固定的熔点。
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)晶体分类
晶体类型 实例
离子晶体 NaCl
金属晶体 钠、铜、镁铝合金
共价晶体 金刚石
分子晶体 冰
4.晶体与非晶体的区别
晶体 非晶体
微观结构特征 粒子呈周期性有序排列 粒子排列相对无序
特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
各向异性 有 无
鉴别 方法 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 科学方法 对固体进行X射线衍射实验 实例及应用 石英手表靠石英晶体
的振动控制时间 非晶态硅对阳光的吸
收系数大,只需要0.00
1 mm厚就能有效吸
收阳光
1.概念:晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。
2.形状: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)同一晶体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.晶胞的相关计算【具体内容见定点】
知识点 2 晶体结构的基本重复单元——晶胞
知识辨析
1.晶体一定是固体,固体一定是晶体,这种说法正确吗
2.区分晶体与非晶体的最科学的方法是测定熔点高低,这种说法正确吗
3.有固定组成的物质一定是晶体,这种说法正确吗
4.晶体与晶胞的关系好比蜂巢与蜂室的关系,这种说法正确吗
5.固体SiO2一定是晶体,这种说法正确吗
6.晶体与非晶体的最大区别在于固体是否具有规则的几何外形,这种说法正确吗
一语破的
1.不正确。晶体一定是固体,固体不一定是晶体,如玻璃是固体但不是晶体。
2.不正确。区分晶体与非晶体的最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验。
3.不正确。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。
4.正确。将一个个晶胞上、下、前、后、左、右并置,就构成了整个晶体结构。
5.不正确。SiO2的存在形态有结晶形和无定形,故固体SiO2不一定是晶体。
6.不正确。晶体与非晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否呈周期性有序排列。
1.“切割法”(也称“均摊法”)确定晶胞中
粒子的个数
(1)若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子的 属于这个晶胞。
(2)正方体形晶胞中不同位置的粒子数的计算:
关键能力 定点破
定点 晶胞的相关计算
2.六棱柱中不同位置粒子的贡献
典例 (1)如下是甲、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乙晶体的晶胞中每个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之间的距离为 cm。
思路点拨 计算晶体中微粒间距离的方法
解析 (1)①甲晶体的1个晶胞实际占有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乙晶体的1个晶胞中
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周围紧邻的D的个数为8,
所以每个D周围紧邻的E的个数为8;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,a= ,则晶
体中两个距离最近的X之间的距离为 cm。
答案 (1)①1∶3∶1 ②8 ED
(2) 第3章 不同聚集状态的物质与性质
第1节 认识晶体
基础过关练
题组一 晶体与非晶体
1.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是( )
A.对固体进行X射线衍射测定
B.观察外形
C.测定熔、沸点
D.通过比较硬度确定
2.下列物质具有自范性、各向异性的是( )
A.钢化玻璃 B.塑料
C.SiO2晶体 D.陶瓷
3.下列现象体现了晶体的自范性的是( )
A.NaCl溶于水
B.KMnO4受热分解
C.不规则的晶体能生长成规则的多面体外形
D.碘升华
4.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.(易错题)自然界中绝大多数物质以固体形式存在,固体有晶体和非晶体之分。晶体和非晶体的本质差别是 ( )
A.是否澄清透明
B.是否具有规则的外观
C.是否具有固定的熔点
D.内部构成粒子在三维空间是否呈周期性有序排列
6.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射线通过晶体时会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰
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
7.下列关于晶体的说法正确的是( )
A.将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体
B.可以用相互刻画的方法鉴别金刚石和玻璃
C.石蜡和玻璃都是非晶体,但它们都有固定的熔点
D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
题组二 晶胞概念的理解
下列图形表示的晶体结构中,符合晶胞特
点的是( )
9.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。下列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、随意堆积而成的
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
能力提升练
题组一 晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
1.铁触媒是合成氨反应的催化剂,其表面存在氮原子。氮原子在铁表面上的单层附着局部示意图如图所示。则铁表面上氮原子与铁原子的数目比为( )
A.1∶3 B.2∶3 C.2∶1 D.1∶2
2.现有四种晶体的晶胞,原子的排列方式如图所示,化学式为MN3的是( )
3.铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白球代表Mg)。则下列说法错误的是( )
A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe
B.晶胞中有14个铁原子
C.晶体中存在的化学键为金属键
D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
4.(易错题)我国科研工作者利用冷冻透射电子显微镜同步辐射等技术,在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的某二维晶体,其结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.该二维晶体的化学式为CaCl2
B.Ca—Cl—Ca的键角为120°
C.Can+和Cl-的配位数均为3
D.该晶体可由钙在氯气中燃烧制得
题组二 晶胞的有关计算
5.新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为Fe2+,顶点均为NH3配体;四面体中心为硼原子,顶点均为氢原子。下列说法错误的是( )
A.材料中硼原子采用sp3杂化
B.化学式为[Fe(NH3)6]4(BH4)8
C.Fe2+的价电子排布式为3d6
D.该化合物中存在离子键、极性键和配位键
6.(不定项)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,如图表示1/8晶胞。下列说法中错误的是( )
A.该晶胞的体积为8a3×10-30 cm3
B.K和Sb原子数之比为3∶1
C.与K最邻近的Sb原子数为4
D.该晶胞的俯视图为
7.Na3OCl的晶胞结构如图所示。已知:晶胞参数为a nm,密度为
d g·cm-3。
(1)Na3OCl晶胞中,氯离子位于各顶点位置,钠离子位于 位置,两个钠离子之间的最短距离为 nm。
(2)设NA为阿伏加德罗常数的值,用a、d表示阿伏加德罗常数的值 。
题组三 原子的坐标参数
8.原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置,如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(,0,),C为(,,0)。则D原子的坐标参数为( )
A.(,,) B.(0,,0)
C.(,,) D.(,0,0)
9.硒化锌是一种重要的半导体材料,其晶胞结构如图甲所示,已知晶胞参数为p nm,图乙为晶胞的俯视图。下列说法正确的是( )
甲
乙
A.晶胞中硒原子的配位数为12
B.晶胞中d原子的分数坐标为(,,)
C.两个Zn原子的最短距离为 nm
D.电负性:Zn>Se
10.(不定项)TiO2的晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示,其中m、n、q的原子坐标分别为(0,0,0)、(0.69a,0.69a,c)、(0.19a,0.81a,0.5c)。下列说法正确的是( )
A.图中代表O原子的是n、q
B.i的原子坐标为(0.81a,0.81a,0.5c)
C.p的原子坐标为(a,a,c)
D.该晶体的密度为 g·cm-3(NA为阿伏加德罗常数的值)
11.XeF2晶体也属四方晶系,晶胞参数如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有 个XeF2分子。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,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为(,,)。已知Xe—F键键长为r pm,则B点原子的分数坐标为 。
答案与分层梯度式解析
第3章 不同聚集状态的物质与性质
第1节 认识晶体
基础过关练
1.A 晶体与非晶体最大的区别是物质内部的粒子在空间是否有序排列,X射线衍射可以测定物质的微观结构。
2.C 晶体具有自范性和各向异性,钢化玻璃、塑料、陶瓷均不属于晶体。
3.C 自范性是指晶体能自发地呈现规则的多面体外形。
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.D 晶体内部构成粒子在三维空间呈周期性有序排列,而非晶体内部构成粒子无序排列,晶体和非晶体的本质差别是内部构成粒子是否有序排列,D正确。
易错提醒 具有规则的几何外形是晶体的特性之一,但不是其本质属性,故不能通过外形来判断物质是晶体还是非晶体。
6.D 水晶的主要成分是SiO2,属于晶体,而玻璃属于非晶体,A正确;当单一波长的X射线通过晶体时发生衍射,会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰,B正确;在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形,即晶体具有自范性,自范性是晶体的本质属性,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。
7.B 将饱和CuSO4溶液降温,可析出五水硫酸铜固体,五水硫酸铜固体属于晶体,故A错误;金刚石的硬度大,玻璃的硬度较小,将二者互相刻画时出现刻痕的硬度低,可以鉴别,故B正确;石蜡和玻璃都是非晶体,没有固定的熔点,故C错误;由于晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有一定差异,故D错误。
8.A 晶胞是周期性有序“无隙并置”排列,具有对称性,A符合题意。
9.B 晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成的,而是所有晶胞平行排列,取向相同,且相邻晶胞之间没有任何间隙。
能力提升练
1.D 题图中每个N原子周围有4个Fe原子、每个Fe原子周围有2个N原子,则铁表面上氮原子与铁原子的数目比为1∶2,故选D。
2.B 晶胞中M原子数目为8×=1、N原子数目为1,化学式为MN,A错误;晶胞中M原子数目为8×=1、N原子数目为12×=3,化学式为MN3,B正确;晶胞中M原子数目为6×=3、N原子数目为8×=1,化学式为M3N,C错误;晶胞中M原子数目为8×+6×=4、N原子数目为1+12×=4,化学式为MN,D错误。
3.B 该晶胞中含有铁原子的数目为8×+6×=4,含有镁原子的数目为8,故铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe,A项正确,B项错误;铁镁合金中存在的化学键为金属键,C项正确;一个晶胞中含有4个Mg2Fe,其质量为 g= g,D项正确。
4.C 根据俯视图知,每个Can+周围有3个Cl-、每个Cl-周围有3个Can+,所以Can+和Cl-的配位数均为3,Can+和Cl-的个数之比为1∶1,该二维晶体的化学式为CaCl,故A错误,C正确;结合侧视图知,Cl、Ca形成的不是平面正六边形,Ca—Cl—Ca的键角不是120°,故B错误;Ca在氯气中燃烧生成CaCl2,与该晶体的化学式不同,故D错误。
5.B 四面体中心为B原子,顶点均为H原子,一个四面体表示为B,硼原子的价电子对数是4+0=4,杂化方式为sp3,A正确;八面体中心为Fe2+,顶点为NH3配体,一个八面体表示为[Fe(NH3)6]2+,黑球个数为8×+6×=4,白球个数为8,该物质的化学式为[Fe(NH3)6](BH4)2,B错误;Fe的电子排布式为[Ar]3d64s2,Fe2+的价电子排布式为3d6,C正确;[Fe(NH3)6]2+与B之间形成离子键,NH3内存在极性键,Fe2+和NH3形成配位键,D正确。
6.D 1/8晶胞的体积为a3×10-30 cm3,该晶胞的体积为8a3×10-30 cm3,
A正确;1/8晶胞中平均含有K原子数为4×+1=,Sb原子数为4×=,K和Sb原子数之比为3∶1,B正确;由图可知,1/8晶胞中与体心处K最邻近的Sb原子数为4,C正确;若以K为晶胞顶点,根据1/8晶胞可推出晶胞顶点、面心、内部都存在K原子,该晶胞的俯视图为,D错误。
方法指导 确定晶胞结构时要注意“晶胞”边与边的夹角,根据边与边夹角确定某个位置的微粒被几个晶胞共用,然后根据“切割法”进行计算。
7.答案 (1)面心 a (2)
解析 (1)Na3OCl晶胞结构中白球数目为6×=3,氯离子数目为8×=1,小黑球数目为1,根据化学式Na3OCl可判断钠离子应为白球,位于晶胞的面心位置,两个钠离子之间的最短距离等于面对角线长度的一半,为a nm。
(2)已知晶胞参数为a nm,密度为d g·cm-3,则d g·cm-3= g·cm-3,解得NA=。
8.A 根据晶胞内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(,,),故选A。
9.B 该晶胞中Se原子的配位数是4,故A错误;该晶胞中a原子的分数坐标为(0,0,0),根据图乙可知,d原子在x轴、y轴的分数坐标分别为、,根据图甲可知,d在z轴的分数坐标为,即d原子的分数坐标为(,,),故B正确;两个Zn原子的最短距离为面对角线长度的一半,为 nm,故C错误;Zn为金属元素,电负性较小,电负性:
ZnAC 由于晶胞中相同位置的原子相同,若m、p代表O原子,根据“切割法”可知一个晶胞中含有O原子的个数为1+8×=2,含有Ti原子的个数为4×+2=4,化学式为Ti2O,与事实不符合,所以代表O原子的是n、q,代表Ti原子的是m、p,故A正确;根据晶胞结构可知,q、i位置的O原子与体心Ti原子处于同一平面,且处于同一条直线上,q、i位置的O原子与体心Ti原子的距离相等,q的原子坐标为(0.19a,0.81a,0.5c),所以i的原子坐标为(0.81a,0.19a,0.5c),故B错误;p位于晶胞的顶点,原子坐标为(a,a,c),故C正确;由A项分析可知,每个晶胞中含有Ti原子的个数为2,含有O原子的个数为4,晶胞的质量为 g,晶胞的体积为(a×10-10 cm)2×c×10-10 cm=a2c
×10-30 cm3,所以该晶体的密度为= g·cm-3,故D错误。
11.答案 2 (0,0,)
解析 题图中大球的个数为8×+1=2,小球的个数为8×+2=4,根据化学式XeF2可知,大球是Xe原子,小球是F原子,该晶胞中有2个XeF2分子。B点原子在z轴的分数坐标为,其分数坐标为(0,0,)。
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