第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
[学习目标] 1.了解晶体、非晶体、塑晶、液晶、等离子体、离子液体等的结构特征及特殊性质。2.了解不同聚集状态物质的实际应用。3.了解晶胞的概念和晶体结构的测定方法,能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。
知识点1 物质的聚集状态
1.物质的聚集状态的存在形式
(1)通常物质有三态:固态、液态和气态。
(2)现代科技发现物质的聚集状态还有更多,如等离子体、离子液体、晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。
(3)物质三态间的相互转化。
2.等离子体
(1)概念:气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生电子和阳离子等。这种由电子、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称为等离子体。
(2)产生途径:高温、紫外线、X射线、γ射线、高能电磁波的照射及大自然的天体现象等都能使气体变成等离子体。
(3)存在:日光灯和霓虹灯的灯管里、蜡烛火焰里、极光和雷电里等。
(4)性质:等离子体中含有带电粒子且能自由运动,使等离子体具有良好的导电性和流动性。
(5)应用:制造等离子体显示器;进行化学合成;核聚变等。
3.离子液体
(1)定义:熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
(2)组成:一般由有机阳离子或无机阴离子组成。常见的阳离子如季铵离子、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等,常见的阴离子如四氯铝酸根离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。
4.介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态
(1)塑晶:在一定温度条件下,能保持固态晶体典型特征但具有一定塑性(即物体发生永久形变的性质)的一种物质聚集状态。
(2)液晶。
①概念:液晶是介于液态和晶态之间的物质状态。
②特点:在一定的温度范围内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。
③应用:手机、电脑和电视的液晶显示器,由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变,从而显示数字、文字或图像;合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
1.判断正误。
(1)等离子体和离子液体都具有良好的导电性。( √ )
(2)等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子。( × )
(3)等离子体是一种特殊的气体,由阳离子和电子两部分构成。( × )
(4)日光灯和霓虹灯的灯管里存在具有良好流动性和导电能力的等离子体。( √ )
(5)液晶具有液体的流动性,在某些物理性质方面具有类似晶体的各向同性。( × )
2.(2025·广东广州月考)下列有关物质聚集状态的说法不正确的是( )
[A]物质的聚集状态不仅仅只有固态、液态、气态三种状态
[B]离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质
[C]气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生电离,产生电子和阳离子生成等离子体
[D]将晶体加热到熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶,液晶可分为热致液晶和溶致液晶
【答案】 C
【解析】 物质的聚集状态不仅仅只有固态、液态、气态三种状态,故A正确;离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质,故B正确;气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生电子和阳离子等,这种由电子、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称为等离子体,故C错误;液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,将晶体加热到熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶,液晶可分为热致液晶和溶致液晶(如胶束),故D正确。
3.下列关于液晶的叙述中,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
【答案】 C
【解析】 液晶是固态、液态、气态之外的一种聚集状态,与液态不是同一种聚集状态。
4.高温、紫外线、X射线和γ射线等都可以使气体转化为等离子体。下列叙述中不涉及等离子体的是( )
[A]日光灯和霓虹灯的灯管中
[B]蜡烛的火焰中
[C]流星的尾部
[D]南极的冰山中
【答案】 D
【解析】 高温下存在等离子体,日光灯、霓虹灯、蜡烛、流星都能形成高温环境。
知识点2 晶体与非晶体
1.晶体与非晶体的定义
(1)晶体。
把内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性有序排列的固体物质称为晶体。常见的晶体有食盐、冰、铁、铜等。
(2)非晶体。
把内部粒子(原子、离子或分子)排列呈相对无序状态的固体物质称为非晶体。常见的非晶体有琥珀、松香、橡胶、炭黑、石蜡、沥青等。
[深度思考1]
晶体一定是固体,固体一定是晶体吗
【答案】 晶体一定是固体,固体不一定是晶体,如玻璃、橡胶等。
2.晶体的特性
(1)自范性: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。
(2)各向异性:晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质。
(3)对称性:晶体具有规则的几何外形。
[深度思考2]
①引起晶体的自范性、各向异性及对称性的原因是什么
②下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
【答案】 ①晶体内部粒子在三维空间里呈周期性有序排列,宏观表现为自范性,使晶体具有规则的几何外形和对称性;内部粒子在各个方向上的不同排列是晶体具有各向异性的本质原因。
②不是,因为构成玻璃的粒子排列是无序的。
(4)固定的熔、沸点:加热晶体,温度达到熔点时即开始熔化,在没有全部熔化之前,继续加热,温度不再升高,完全熔化后,温度才继续升高。
(5)能使X射线产生衍射:利用这种性质,人们建立了测定晶体的重要实验方法。
[深度思考3]
可以间接地确定某一固体是否是晶体的方法是 ;然而,区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是 。
【答案】 测定该固体是否有固定的熔点 对固体进行X射线衍射实验
3.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退,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。
1.判断正误。
(1)粉末状的固体肯定不是晶体。( × )
(2)具有各向异性的固体可能是晶体。( √ )
(3)晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形。( × )
(4)SiO2是一种晶体,有较低的熔点。( × )
(5)粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形,故为非晶体。( × )
2.(2024·浙江宁波五校联考)晶体与非晶体的本质区别是( )
[A]晶体有规则的几何外形,而非晶体没有规则的几何外形
[B]晶体内部粒子呈周期性有序排列,而非晶体内部粒子排列相对无序
[C]晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点
[D]晶体的硬度大,而非晶体的硬度小
【答案】 B
【解析】 晶体有单晶体和多晶体,多晶体没有规则的几何外形,且非晶体可能有规则的几何外形,比如钻石形状的玻璃制品,A错误;晶体与非晶体的本质区别在于其内部粒子在三维空间里是否按一定规律做周期性重复排列,B正确;单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,但这不是二者的本质区别,C错误;某些合金为非晶体,但具有很大的硬度,D错误。
3.如图所示是某固体的微观结构示意图,请认真观察两图,判断下列说法正确的是( )
[A]两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体
[B]Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
[C]Ⅱ形成的固体一定有固定的熔点
[D]二者的X射线衍射图谱是相同的
【答案】 B
【解析】 观察结构图可知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,Ⅱ中粒子排布不规则,故Ⅰ为晶体,Ⅱ为非晶体。晶体具有各向异性且具有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,用X射线衍射检验两者,图谱明显不同。
4.(2025·福建厦门月考)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
【答案】 B
【解析】 晶体在固态时不能自发变成规则的多面体,破损的晶体若要恢复规则的外形,通常需要在特定的溶液等环境中通过晶体的生长来实现,而不是在固态时直接自动转变,A错误;缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中,溶液中的铜离子和硫酸根离子会在晶体表面按照晶体的结构规律继续结晶,使晶体慢慢变为规则的立方体晶块,这体现了晶体的自范性,即在适宜条件下能自发地呈现规则的多面体外形,B正确;圆形容器中结出的冰是圆形,这是因为冰受到了容器形状的限制,并不是冰晶体自身自发形成的圆形,不能体现晶体的自范性,C错误;玻璃属于非晶体,不具有晶体的自范性,由玻璃制成规则的玻璃球是通过人工加工的方式实现的,不是玻璃自身自发形成规则的形状,不能体现晶体的自范性,D错误。
5.下列有关叙述不正确的是( )
[A]区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是测物质的熔、沸点
[B]往饱和食盐水中不断通入氯化氢,能够看到氯化钠晶体析出
[C]熔融的硝酸钾冷却后可得到硝酸钾固体
[D]液态玻璃冷却后得不到晶体
【答案】 A
【解析】 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,不能根据物质的熔、沸点来判断晶体与非晶体,故A错误;在饱和食盐水中存在NaCl(s)Na+(aq)+Cl-(aq),向饱和食盐水中不断通入HCl气体,溶液中Cl-浓度增大,平衡向结晶的方向移动,有氯化钠晶体析出,故B正确;获得晶体的途径之一是熔融态物质凝固,故C正确;玻璃属于非晶体,熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体,故D正确。
1.晶体与非晶体的比较
项目 晶体 非晶体
微观结 构特征 粒子在三维空间里 呈周期性有序排列 粒子排列 相对无序
性质 特征 自范性 有 没有
熔点 固定 不固定
各向异性 有 没有
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
举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等
2.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)有规则几何外形或者美观、对称外形的固体不一定是晶体。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。
知识点3 晶胞及晶体结构的测定
1.晶胞的概念
晶胞是描述晶体结构的基本单元,晶胞是晶体中最小的重复结构单元。
2.晶胞与晶体的关系
晶胞(微观)一般都是平行六面体,晶体(宏观)是由无数晶胞“无隙并置”而成。
(1)“无隙”:相邻晶胞之间没有任何间隙。两个晶胞共用同一个平面,上面晶胞的下底面,就是下面晶胞的上底面。
(2)“并置”:所有晶胞都是平行排列的,取向相同。将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时,能够完全重合,过程中无须转动或改变方向。
(3)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.晶胞的结构
(1)晶胞的外形:常规的晶胞是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,即8个顶点、6个面、12条棱。
(2)立方晶胞中粒子数的计算方法——均摊法:晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个原子分得的份额就是。
对于立方晶胞而言,每个晶胞实际含有的粒子数=顶点粒子数×+棱上粒子数×+面上粒子数×+体内粒子数×1。
[深度思考]
根据下列示意图回答问题。
①根据图Ⅰ分析,铜晶胞平均含有的铜原子数是 。
②根据图Ⅱ分析,干冰晶胞平均含有的CO2分子数是 。
③根据图Ⅲ分析,晶体M的化学式可能是 。
④a.Cl-位于 和 ,共有 个。
b.Na+位于 和 ,共有 个。
【答案】 ①4 ②4 ③AB(或BA) ④a.顶点 面心 4 b.棱上 体心 4
(3)非长方体晶胞中不同位置的粒子数的计算。
三棱柱
六棱柱
平面形 石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形,其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有,每个六边形占
4.晶体结构的测定
(1)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。
(2)X射线衍射实验。
①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,而非晶体没有该现象。
②通过晶体的X射线衍射图可获知的信息有晶胞形状和大小、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。
③应用:鉴别晶体与非晶体;测定分子的空间结构。
1.判断正误。
(1)晶胞是晶体结构中最小的重复单元。( √ )
(2)晶胞是晶体中最小的平行六面体。( × )
(3)晶胞中的粒子都完全属于该晶胞。( × )
(4)若晶胞为平行六面体,则侧棱上的粒子为2个晶胞共用。( × )
(5)晶胞中不可能存在多个粒子。( × )
2.“嫦娥五号”带回的首批月球土壤主要用于科学研究。下列说法错误的是( )
[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
【答案】 B
【解析】 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、锑不属于过渡元素,故B错误;晶体都具有对称性和各向异性,故C正确;玻璃颗粒不是晶体,故D正确。
3.如图所示是晶体结构中的一部分,图中白球、黑球、灰球分别表示原子X、Y、Z。其对应的化学式一定不正确的是( )
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 B
【解析】 X、Y的数目均为4×=,粒子数目之比为1∶1,化学式为XY或YX,故A正确;X位于晶胞体心,数目为1,Y的数目为8×=1,粒子数目之比为1∶1,化学式为XY或YX,故B错误;X位于晶胞体心和顶点,数目为1+4×=,Y位于晶胞顶点,数目为4×=,粒子数目之比为3∶1,化学式为X3Y或YX3,故C正确;X的数目为8×=1,Y的数目为6×=3,Z的数目为1,粒子数目之比为1∶3∶1,化学式可能为XY3Z,故D正确。
4.某晶体的结构单元如图所示(正三棱柱),晶体中A、B、C三种原子的数目之比为( )
[A]3∶9∶4
[B]1∶4∶2
[C]2∶9∶4
[D]3∶8∶5
【答案】 B
【解析】 该晶胞中含A原子的数目为6×=,B原子的数目为6×+3×=2,C原子的数目为1,则晶体中A、B、C三种原子的数目之比为∶2∶1=1∶4∶2。
5.(2025·浙江丽水中学检测)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立体结构,晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示,下列有关说法正确的是( )
[A]每个晶胞中含有1个K、6个O、1个I
[B]I的空间结构为四面体形
[C]与K紧邻的O的个数为12
[D]在KIO3晶胞结构的另一种表示中,若I处于各顶点位置,O处于棱心位置,则K处于面心
位置
【答案】 C
【解析】 K位于晶胞的顶点,O位于晶胞的面心,I位于晶胞的体内,故每个晶胞中含有1个K、3个O、1个I,A错误;I中I的价层电子对数为3+=4,I采取sp3杂化,有1个孤电子对,则I的空间结构为三角锥形,B错误;O位于面心,K位于顶点,与K紧邻的O的个数为12,C正确;在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶点位置,个数为8×=1,O位于棱心位置,个数为12×=3,K的个数为1,应位于体心位置,D错误。
1.判断晶胞中粒子个数的步骤
2.长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
3.六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献
课时作业
(分值:57分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 物质的聚集状态
1.下列有关等离子体的叙述不正确的是( )
[A]等离子体是物质的另一种聚集状态
[B]等离子体是很好的导体
[C]水可能形成等离子体
[D]等离子体中的粒子不带电荷
【答案】 D
【解析】 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物质聚集体,是物质的一种聚集状态,故A正确;等离子体具有良好的导电性,是很好的导体,故B正确;通过强热、电磁辐射等方式也能由水形成等离子体,故C正确;等离子体中的粒子带有电荷,而且能自由移动,所以等离子体具有良好的导电性,故D错误。
2.关于液晶,下列说法正确的是( )
[A]液晶是一种晶体
[B]液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性
[C]液晶的化学性质与温度变化无关
[D]液晶的光学性质随外加电场的变化而变化
【答案】 D
【解析】 液晶在一定温度范围内存在,既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,但它不是晶体,A项错误;虽然液晶分子沿特定方向的排列比较有序,但分子的空间排列是不稳定的,B项错误;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质,如温度、外加电场等因素变化时,都会改变液晶的光学性质,C项错误;液晶的光学性质随外加电场的变化而变化,D项正确。
3.(2025·山西长治期中)下列关于物质的聚集状态的说法正确的是( )
[A]晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
[B]气态和液态物质一定由分子构成
[C]液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,但不具有各向异性
[D]等离子体具有良好的导电性和流动性
【答案】 D
【解析】 晶体与非晶体的根本区别在于粒子在微观空间是否呈周期性的有序排列,有规则的几何外形的物质不一定是晶体,故A错误;常温下,金属汞为液态,由汞原子构成,故B错误;液晶的最大特点是既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,故C错误。
知识点2 晶体与非晶体
4.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线,下列说法正确的是( )
[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
【答案】 D
【解析】 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的熔化曲线分析可知,温度一直升高,所以物质b没有固定的熔点,为非晶体,故选D。
5.(2025·广东梅州月考)下列关于晶体的叙述不正确的是( )
[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]气态碘直接冷却可得到碘晶体
【答案】 B
【解析】 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,故A正确;晶体在不同方向上物质粒子的排列情况不同,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;气态碘直接冷却可得到碘晶体,故D正确。
6.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
【答案】 A
【解析】 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,A正确;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,两者的衍射图谱不同,B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错误。
知识点3 晶胞及晶体结构的测定
7.研究发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体也具有超导性,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
【答案】 B
【解析】 根据晶胞结构示意图可知,碳原子位于该晶胞的体心,所以该晶胞中含有1个碳原子,镁原子位于顶点,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,B正确。
8.(2024·浙江湖州月考)萤石是制作光学玻璃的原料之一,其主要成分氟化钙的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是( )
[A]氟化钙的化学式为CaF
[B]每个晶胞中含有14个Ca2+
[C]氟化钙中只含有离子键
[D]每个Ca2+周围距离最近且相等的F-有4个
【答案】 C
【解析】 由题图可知,Ca2+位于晶胞的顶点和面心,数目为8×+6×=4,F-位于晶胞体内,数目为8。根据上述分析可知,Ca2+数目为4,F-数目为8,则氟化钙的化学式为CaF2,故A错误;每个晶胞中含有4个Ca2+,故B错误;氟化钙是由钙离子和氟离子构成的化合物,只含有离子键,故C正确;以面心处Ca2+为研究对象,每个Ca2+周围距离最近且相等的F-有8个,故D错误。
能力提升
9.下列说法不正确的是( )
[A]熔融态物质凝固、气态物质凝华,都可能得到晶体
[B]要确定某一固体是否是晶体,可用X射线衍射仪进行测定
[C]晶态、非晶态、液晶态、塑晶态都是物质的聚集状态
[D]已知某晶体晶胞中的粒子数可直接确定该晶体的化学式
【答案】 D
【解析】 熔融态物质凝固、气态物质凝华,都可能形成具有规则的几何外形的晶体,A正确;要确定某一固体是否是晶体,可用X射线衍射仪进行测定,B正确;物质的聚集状态除了气态、液态、固态外,还有晶态、非晶态以及介于二者之间的塑晶态、液晶态等,C正确;晶胞中的粒子不一定完全属于该晶胞,故不能直接由晶胞中所含粒子数确定该晶体的化学式,D不正确。
10.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
【答案】 B
【解析】 硼原子数为6,镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶角,共有镁原子数为2×+12×=3,则镁、硼原子个数之比为1∶2,该化合物的化学式为MgB2。
11.某钙钛矿型氧化物的晶胞结构如图所示,其中X为镧系金属离子,Y为过渡金属离子,Z为氧离子。下列说法正确的是( )
[A]镧系元素位于元素周期表中第ⅠB族
[B]该化合物的化学式为X2YZ3
[C]基态O2-的电子排布式为1s22s22p6
[D]1个X周围最近的X有12个
【答案】 C
【解析】 根据元素周期表的位置关系,镧系元素位于元素周期表第六周期第ⅢB族,A项错误;晶胞中Y位于体心,只有1个,O2-(Z)位于面心,有6×=3(个),X处于顶点,有8×=1(个),对应化合物的化学式为XYZ3,B项错误;基态氧原子电子排布式为1s22s22p4,则基态O2-的电子排布式为1s22s22p6,C项正确;1个X周围最近的X有6个,D项错误。
12.(2025·重庆质量检测)一种由La、O、F三种元素形成的晶体结构的基本单元如图所示。下列说法不正确的是( )
[A]该物质的化学式为LaOF
[B]每个O周围距离相等且最近的La有4个
[C]通过X射线衍射图谱能计算该晶体中离子间的距离
[D]该物质的一种晶胞表示方法中,若顶点位置是F,则O仅位于棱心
【答案】 D
【解析】 根据均摊法可知,F位于棱上、O位于面上、La位于棱上和体内,故该晶胞中含有F的个数为8×=2,含有O的个数为4×=2,含有La的个数为4×+1=2,因此该物质的化学式为LaOF,A正确;每个O周围距离相等且最近的La有两个在棱上,因为面上的O被两个晶胞共用,故O周围距离相等且最近的La还有两个在体内,共4个,B正确;通过X射线衍射图谱能知道晶胞中各离子的位置,进而计算该晶体中离子间的距离,C正确;若顶点位置是F,则La位于面上,O位于棱心和体心,D错误。
13.(4分)某晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点,Y()位于立方体中心。
回答下列问题。
(1)(2分)晶体的化学式为 。
(2)(2分)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是 。
【答案】 (1)XY2(或Y2X) (2)109°28′
【解析】 (1)晶胞中,X的个数为4×=,Y在体内,个数是1,则X与Y的个数之比是1∶2,晶体的化学式为XY2或Y2X。(2)若将4个X连接,构成1个正四面体,Y位于正四面体的中心,结合CH4的键角可知,∠XYX=109°28′。
14.(9分)分析晶体与非晶体具有的性质。
(1)(6分)如图是冰块融化过程中温度随时间的变化图像。分析图像可知,冰块融化过程持续
min,此过程需 (填“吸热”或“放热”),温度 (填“升高”“降低”或“不变”)。所以,冰是 (填“晶体”或“非晶体”)。由此可知,区分晶体与非晶体的重要依据是 。
(2)(3分)甲为石墨晶体,甲说明晶体具有 ;乙说明晶体具有各向异性而非晶体具有 ;丙说明晶体的内部粒子排列规范 而非晶体的内部粒子排列无序。
【答案】 (1)10 吸热 不变 晶体 晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点
(2)各向异性 各向同性 有序
15.(8分)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)(2分)该晶体中阳离子与阴离子个数之比为 。
(2)(2分)该晶体中Xn+的n= 。
(3)(2分)X元素的原子序数是 。
(4)(2分)晶体中每个N3-被 个等距离的Xn+包围。
【答案】 (1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6
【解析】 (1)Xn+位于晶胞的棱上,其数目为12×=3;N3-位于晶胞的顶点,其数目为8×=1,故二者个数之比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N及化合物正、负化合价代数和为零可知,X所带电荷数为1。(3)因为K、L、M三个能层充满,故Xn+核外电子排布为2、8、18,所以X的原子序数是29。(4)N3-位于晶胞顶点,故其被6个Xn+从上、下、左、右、前、后包围。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
课时作业
(分值:57分)
(选择题,每小题3分)
对点训练
知识点1 物质的聚集状态
1.下列有关等离子体的叙述不正确的是( )
[A]等离子体是物质的另一种聚集状态
[B]等离子体是很好的导体
[C]水可能形成等离子体
[D]等离子体中的粒子不带电荷
【答案】 D
【解析】 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物质聚集体,是物质的一种聚集状态,故A正确;等离子体具有良好的导电性,是很好的导体,故B正确;通过强热、电磁辐射等方式也能由水形成等离子体,故C正确;等离子体中的粒子带有电荷,而且能自由移动,所以等离子体具有良好的导电性,故D错误。
2.关于液晶,下列说法正确的是( )
[A]液晶是一种晶体
[B]液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性
[C]液晶的化学性质与温度变化无关
[D]液晶的光学性质随外加电场的变化而变化
【答案】 D
【解析】 液晶在一定温度范围内存在,既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,但它不是晶体,A项错误;虽然液晶分子沿特定方向的排列比较有序,但分子的空间排列是不稳定的,B项错误;外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的某些性质,如温度、外加电场等因素变化时,都会改变液晶的光学性质,C项错误;液晶的光学性质随外加电场的变化而变化,D项正确。
3.(2025·山西长治期中)下列关于物质的聚集状态的说法正确的是( )
[A]晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
[B]气态和液态物质一定由分子构成
[C]液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,但不具有各向异性
[D]等离子体具有良好的导电性和流动性
【答案】 D
【解析】 晶体与非晶体的根本区别在于粒子在微观空间是否呈周期性的有序排列,有规则的几何外形的物质不一定是晶体,故A错误;常温下,金属汞为液态,由汞原子构成,故B错误;液晶的最大特点是既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,故C错误。
知识点2 晶体与非晶体
4.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线,下列说法正确的是( )
[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
【答案】 D
【解析】 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的熔化曲线分析可知,温度一直升高,所以物质b没有固定的熔点,为非晶体,故选D。
5.(2025·广东梅州月考)下列关于晶体的叙述不正确的是( )
[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]气态碘直接冷却可得到碘晶体
【答案】 B
【解析】 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,故A正确;晶体在不同方向上物质粒子的排列情况不同,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;气态碘直接冷却可得到碘晶体,故D正确。
6.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
【答案】 A
【解析】 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪,A正确;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,两者的衍射图谱不同,B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错误。
知识点3 晶胞及晶体结构的测定
7.研究发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体也具有超导性,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
【答案】 B
【解析】 根据晶胞结构示意图可知,碳原子位于该晶胞的体心,所以该晶胞中含有1个碳原子,镁原子位于顶点,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,B正确。
8.(2024·浙江湖州月考)萤石是制作光学玻璃的原料之一,其主要成分氟化钙的晶胞结构如图所示。下列说法正确的是( )
[A]氟化钙的化学式为CaF
[B]每个晶胞中含有14个Ca2+
[C]氟化钙中只含有离子键
[D]每个Ca2+周围距离最近且相等的F-有4个
【答案】 C
【解析】 由题图可知,Ca2+位于晶胞的顶点和面心,数目为8×+6×=4,F-位于晶胞体内,数目为8。根据上述分析可知,Ca2+数目为4,F-数目为8,则氟化钙的化学式为CaF2,故A错误;每个晶胞中含有4个Ca2+,故B错误;氟化钙是由钙离子和氟离子构成的化合物,只含有离子键,故C正确;以面心处Ca2+为研究对象,每个Ca2+周围距离最近且相等的F-有8个,故D错误。
能力提升
9.下列说法不正确的是( )
[A]熔融态物质凝固、气态物质凝华,都可能得到晶体
[B]要确定某一固体是否是晶体,可用X射线衍射仪进行测定
[C]晶态、非晶态、液晶态、塑晶态都是物质的聚集状态
[D]已知某晶体晶胞中的粒子数可直接确定该晶体的化学式
【答案】 D
【解析】 熔融态物质凝固、气态物质凝华,都可能形成具有规则的几何外形的晶体,A正确;要确定某一固体是否是晶体,可用X射线衍射仪进行测定,B正确;物质的聚集状态除了气态、液态、固态外,还有晶态、非晶态以及介于二者之间的塑晶态、液晶态等,C正确;晶胞中的粒子不一定完全属于该晶胞,故不能直接由晶胞中所含粒子数确定该晶体的化学式,D不正确。
10.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
【答案】 B
【解析】 硼原子数为6,镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶角,共有镁原子数为2×+12×=3,则镁、硼原子个数之比为1∶2,该化合物的化学式为MgB2。
11.某钙钛矿型氧化物的晶胞结构如图所示,其中X为镧系金属离子,Y为过渡金属离子,Z为氧离子。下列说法正确的是( )
[A]镧系元素位于元素周期表中第ⅠB族
[B]该化合物的化学式为X2YZ3
[C]基态O2-的电子排布式为1s22s22p6
[D]1个X周围最近的X有12个
【答案】 C
【解析】 根据元素周期表的位置关系,镧系元素位于元素周期表第六周期第ⅢB族,A项错误;晶胞中Y位于体心,只有1个,O2-(Z)位于面心,有6×=3(个),X处于顶点,有8×=1(个),对应化合物的化学式为XYZ3,B项错误;基态氧原子电子排布式为1s22s22p4,则基态O2-的电子排布式为1s22s22p6,C项正确;1个X周围最近的X有6个,D项错误。
12.(2025·重庆质量检测)一种由La、O、F三种元素形成的晶体结构的基本单元如图所示。下列说法不正确的是( )
[A]该物质的化学式为LaOF
[B]每个O周围距离相等且最近的La有4个
[C]通过X射线衍射图谱能计算该晶体中离子间的距离
[D]该物质的一种晶胞表示方法中,若顶点位置是F,则O仅位于棱心
【答案】 D
【解析】 根据均摊法可知,F位于棱上、O位于面上、La位于棱上和体内,故该晶胞中含有F的个数为8×=2,含有O的个数为4×=2,含有La的个数为4×+1=2,因此该物质的化学式为LaOF,A正确;每个O周围距离相等且最近的La有两个在棱上,因为面上的O被两个晶胞共用,故O周围距离相等且最近的La还有两个在体内,共4个,B正确;通过X射线衍射图谱能知道晶胞中各离子的位置,进而计算该晶体中离子间的距离,C正确;若顶点位置是F,则La位于面上,O位于棱心和体心,D错误。
13.(4分)某晶体晶胞的结构如图所示。X()位于立方体顶点,Y()位于立方体中心。
回答下列问题。
(1)(2分)晶体的化学式为 。
(2)(2分)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX是 。
【答案】 (1)XY2(或Y2X) (2)109°28′
【解析】 (1)晶胞中,X的个数为4×=,Y在体内,个数是1,则X与Y的个数之比是1∶2,晶体的化学式为XY2或Y2X。(2)若将4个X连接,构成1个正四面体,Y位于正四面体的中心,结合CH4的键角可知,∠XYX=109°28′。
14.(9分)分析晶体与非晶体具有的性质。
(1)(6分)如图是冰块融化过程中温度随时间的变化图像。分析图像可知,冰块融化过程持续
min,此过程需 (填“吸热”或“放热”),温度 (填“升高”“降低”或“不变”)。所以,冰是 (填“晶体”或“非晶体”)。由此可知,区分晶体与非晶体的重要依据是 。
(2)(3分)甲为石墨晶体,甲说明晶体具有 ;乙说明晶体具有各向异性而非晶体具有 ;丙说明晶体的内部粒子排列规范 而非晶体的内部粒子排列无序。
【答案】 (1)10 吸热 不变 晶体 晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点
(2)各向异性 各向同性 有序
15.(8分)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)(2分)该晶体中阳离子与阴离子个数之比为 。
(2)(2分)该晶体中Xn+的n= 。
(3)(2分)X元素的原子序数是 。
(4)(2分)晶体中每个N3-被 个等距离的Xn+包围。
【答案】 (1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6
【解析】 (1)Xn+位于晶胞的棱上,其数目为12×=3;N3-位于晶胞的顶点,其数目为8×=1,故二者个数之比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N及化合物正、负化合价代数和为零可知,X所带电荷数为1。(3)因为K、L、M三个能层充满,故Xn+核外电子排布为2、8、18,所以X的原子序数是29。(4)N3-位于晶胞顶点,故其被6个Xn+从上、下、左、右、前、后包围。
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晶体结构与性质
第三章
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
1.了解晶体、非晶体、塑晶、液晶、等离子体、离子液体等的结构特征及特殊性质。2.了解不同聚集状态物质的实际应用。3.了解晶胞的概念和晶体结构的测定方法,能根据晶胞确定晶体组成并进行相关的计算。
物质的聚集状态
知识点1
1.物质的聚集状态的存在形式
(1)通常物质有三态: 态、 态和 态。
(2)现代科技发现物质的聚集状态还有更多,如 、 、晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的 态、 态等。
(3)物质三态间的相互转化。
固
液
气
等离子体
离子液体
塑晶
液晶
2.等离子体
(1)概念:气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生电子和阳离子等。这种由 、 和 组成的整体上呈
的物质聚集体称为等离子体。
(2)产生途径:高温、紫外线、X射线、γ射线、高能电磁波的照射及大自然的天体现象等都能使 变成等离子体。
(3)存在:日光灯和霓虹灯的灯管里、蜡烛火焰里、极光和雷电里等。
电子
阳离子
电中性粒子
电中性
气体
(4)性质:等离子体中含有带电粒子且能 ,使等离子体具有良好的 和流动性。
(5)应用:制造等离子体显示器;进行化学合成;核聚变等。
自由运动
导电性
3.离子液体
(1)定义:熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
(2)组成:一般由有机阳离子或无机阴离子组成。常见的阳离子如季铵离子、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等,常见的阴离子如四氯铝酸根离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。
4.介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态
(1)塑晶:在一定温度条件下,能保持固态晶体典型特征但具有一定塑性(即物体发生永久形变的性质)的一种物质聚集状态。
(2)液晶。
①概念:液晶是介于 和 之间的物质状态。
②特点:在一定的温度范围内既具有液体的 、 、 等,又具有晶体的某些物理性质,如 、 等。
液态
晶态
流动性
黏度
形变性
导热性
光学性质
③应用:手机、电脑和电视的液晶显示器,由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变,从而显示数字、文字或图像;合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
1.判断正误。
(1)等离子体和离子液体都具有良好的导电性。( )
(2)等离子体的基本构成粒子只有阴、阳离子。( )
(3)等离子体是一种特殊的气体,由阳离子和电子两部分构成。( )
(4)日光灯和霓虹灯的灯管里存在具有良好流动性和导电能力的等离子体。
( )
(5)液晶具有液体的流动性,在某些物理性质方面具有类似晶体的各向同性。
( )
√
×
×
√
×
2.(2025·广东广州月考)下列有关物质聚集状态的说法不正确的是( )
[A]物质的聚集状态不仅仅只有固态、液态、气态三种状态
[B]离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质
[C]气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生电离,产生电子和阳离子生成等离子体
[D]将晶体加热到熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶,液晶可分为热致液晶和溶致液晶
C
【解析】 物质的聚集状态不仅仅只有固态、液态、气态三种状态,故A正确;离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质,故B正确;气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生电子和阳离子等,这种由电子、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称为等离子体,故C错误;液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,将晶体加热到熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶,液晶可分为热致液晶和溶致液晶(如胶束),故D正确。
3.下列关于液晶的叙述中,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
【解析】 液晶是固态、液态、气态之外的一种聚集状态,与液态不是同一种聚集状态。
C
4.高温、紫外线、X射线和γ射线等都可以使气体转化为等离子体。下列叙述中不涉及等离子体的是( )
[A]日光灯和霓虹灯的灯管中
[B]蜡烛的火焰中
[C]流星的尾部
[D]南极的冰山中
【解析】 高温下存在等离子体,日光灯、霓虹灯、蜡烛、流星都能形成高温环境。
D
晶体与非晶体
知识点2
1.晶体与非晶体的定义
(1)晶体。
把内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性有序排列的固体物质称为晶体。常见的晶体有食盐、冰、铁、铜等。
(2)非晶体。
把内部粒子(原子、离子或分子)排列呈相对无序状态的固体物质称为非晶体。常见的非晶体有琥珀、松香、橡胶、炭黑、石蜡、沥青等。
[深度思考1]
晶体一定是固体,固体一定是晶体吗
【答案】 晶体一定是固体,固体不一定是晶体,如玻璃、橡胶等。
2.晶体的特性
(1)自范性: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。
(2)各向异性:晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质。
(3)对称性:晶体具有规则的几何外形。
[深度思考2]
①引起晶体的自范性、各向异性及对称性的原因是什么
【答案】 ①晶体内部粒子在三维空间里呈周期性有序排列,宏观表现为自范性,使晶体具有规则的几何外形和对称性;内部粒子在各个方向上的不同排列是晶体具有各向异性的本质原因。
②下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
【答案】 ②不是,因为构成玻璃的粒子排列是无序的。
(4)固定的熔、沸点:加热晶体,温度达到熔点时即开始熔化,在没有全部熔化之前,继续加热,温度不再升高,完全熔化后,温度才继续升高。
(5)能使X射线产生衍射:利用这种性质,人们建立了测定晶体的重要实验方法。
[深度思考3]
可以间接地确定某一固体是否是晶体的方法是
;然而,区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是
。
测定该固体是否有固定
对固体进行X射线衍射实验
的熔点
3.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 气体,没有出现液态的碘,停止加热,烧杯内的 ,最后消失,表面皿底部出现 晶体颗粒
紫色
紫色气体渐渐消退
紫黑色
获取氯
化钠晶体
在烧杯底部慢慢析出立方体的 晶体颗粒
无色
(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
1.判断正误。
(1)粉末状的固体肯定不是晶体。( )
(2)具有各向异性的固体可能是晶体。( )
(3)晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形。( )
(4)SiO2是一种晶体,有较低的熔点。( )
(5)粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形,故为非晶体。( )
×
√
×
×
×
2.(2024·浙江宁波五校联考)晶体与非晶体的本质区别是( )
[A]晶体有规则的几何外形,而非晶体没有规则的几何外形
[B]晶体内部粒子呈周期性有序排列,而非晶体内部粒子排列相对无序
[C]晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点
[D]晶体的硬度大,而非晶体的硬度小
B
【解析】 晶体有单晶体和多晶体,多晶体没有规则的几何外形,且非晶体可能有规则的几何外形,比如钻石形状的玻璃制品,A错误;晶体与非晶体的本质区别在于其内部粒子在三维空间里是否按一定规律做周期性重复排列,B正确;单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,但这不是二者的本质区别,C错误;某些合金为非晶体,但具有很大的硬度,D错误。
3.如图所示是某固体的微观结构示意图,请认真观察两图,判断下列说法正确的是( )
[A]两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体
[B]Ⅰ形成的固体物理性质有各向异性
[C]Ⅱ形成的固体一定有固定的熔点
[D]二者的X射线衍射图谱是相同的
B
【解析】 观察结构图可知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,Ⅱ中粒子排布不规则,故Ⅰ为晶体,Ⅱ为非晶体。晶体具有各向异性且具有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,用X射线衍射检验两者,图谱明显不同。
4.(2025·福建厦门月考)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
B
【解析】 晶体在固态时不能自发变成规则的多面体,破损的晶体若要恢复规则的外形,通常需要在特定的溶液等环境中通过晶体的生长来实现,而不是在固态时直接自动转变,A错误;缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中,溶液中的铜离子和硫酸根离子会在晶体表面按照晶体的结构规律继续结晶,使晶体慢慢变为规则的立方体晶块,这体现了晶体的自范性,即在适宜条件下能自发地呈现规则的多面体外形,B正确;圆形容器中结出的冰是圆形,这是因为冰受到了容器形状的限制,并不是冰晶体自身自发形成的圆形,不能体现晶体的自范性,C错误;玻璃属于非晶体,不具有晶体的自范性,由玻璃制成规则的玻璃球是通过人工加工的方式实现的,不是玻璃自身自发形成规则的形状,不能体现晶体的自范性,D错误。
5.下列有关叙述不正确的是( )
[A]区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是测物质的熔、沸点
[B]往饱和食盐水中不断通入氯化氢,能够看到氯化钠晶体析出
[C]熔融的硝酸钾冷却后可得到硝酸钾固体
[D]液态玻璃冷却后得不到晶体
A
【解析】 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,不能根据物质的熔、沸点来判断晶体与非晶体,故A错误;在饱和食盐水中存在NaCl(s) Na+(aq)+Cl-(aq),向饱和食盐水中不断通入HCl气体,溶液中Cl-浓度增大,平衡向结晶的方向移动,有氯化钠晶体析出,故B正确;获得晶体的途径之一是熔融态物质凝固,故C正确;玻璃属于非晶体,熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体,故D正确。
练后归纳
1.晶体与非晶体的比较
项目 晶体 非晶体
微观结
构特征 粒子在三维空间里
呈周期性有序排列 粒子排列
相对无序
性质
特征 自范性 有 没有
熔点 固定 不固定
各向异性 有 没有
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
举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等
练后归纳
2.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)有规则几何外形或者美观、对称外形的固体不一定是晶体。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。
晶胞及晶体结构的测定
知识点3
1.晶胞的概念
晶胞是描述晶体结构的 ,晶胞是晶体中 的重复结构单元。
2.晶胞与晶体的关系
晶胞(微观)一般都是 ,晶体(宏观)是由无数晶胞
而成。
(1)“无隙”:相邻晶胞之间 。两个晶胞共用同一个平面,上面晶胞的下底面,就是下面晶胞的上底面。
基本单元
最小
平行六面体
“无隙并置”
没有任何间隙
(2)“并置”:所有晶胞都是 排列的,取向 。将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时,能够完全重合,过程中无须转动或改变方向。
(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。
3.晶胞的结构
(1)晶胞的外形:常规的晶胞是 个顶角相同、三套各 根平行棱分别相同、
套各 个平行面分别相同的最小平行六面体,即8个 、6个 、
条棱。
平行
相同
形状
种类
个数
8
三
两
顶点
4
面
12
1
[深度思考]
根据下列示意图回答问题。
①根据图Ⅰ分析,铜晶胞平均含有的铜原子数是 。
②根据图Ⅱ分析,干冰晶胞平均含有的CO2分子数是 。
4
4
③根据图Ⅲ分析,晶体M的化学式可能是 。
④a.Cl-位于 和 ,共有 个。
b.Na+位于 和 ,共有 个。
AB(或BA)
顶点
面心
4
棱上
体心
4
(3)非长方体晶胞中不同位置的粒子数的计算。
三棱柱
六棱柱
4.晶体结构的测定
(1)测定晶体结构最常用的仪器是 。
(2)X射线衍射实验。
①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 或者明锐的 ,而非晶体没有该现象。
②通过晶体的X射线衍射图可获知的信息有 、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。
③应用:鉴别晶体与非晶体;测定分子的 。
X射线衍射仪
斑点
衍射峰
晶胞形状和大小
空间结构
1.判断正误。
(1)晶胞是晶体结构中最小的重复单元。( )
(2)晶胞是晶体中最小的平行六面体。( )
(3)晶胞中的粒子都完全属于该晶胞。( )
(4)若晶胞为平行六面体,则侧棱上的粒子为2个晶胞共用。( )
(5)晶胞中不可能存在多个粒子。( )
√
×
×
×
×
2.“嫦娥五号”带回的首批月球土壤主要用于科学研究。下列说法错误的是
( )
[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
B
【解析】 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、锑不属于过渡元素,故B错误;晶体都具有对称性和各向异性,故C正确;玻璃颗粒不是晶体,故D正确。
3.如图所示是晶体结构中的一部分,图中白球、黑球、灰球分别表示原子X、Y、Z。其对应的化学式一定不正确的是( )
B
[A] [B] [C] [D]
4.某晶体的结构单元如图所示(正三棱柱),晶体中A、B、C三种原子的数目之比为( )
[A]3∶9∶4
[B]1∶4∶2
[C]2∶9∶4
[D]3∶8∶5
B
5.(2025·浙江丽水中学检测)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立体结构,晶胞中K、I、O分别处于顶点、体心、面心位置,如图所示,下列有关说法正确的是( )
C
规律方法
1.判断晶胞中粒子个数的步骤
规律方法
2.长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
规律方法
3.六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献
