1、第三章 晶体结构与性质第一节 晶体的常识一、晶体与非晶体1晶体与非晶体的本质差异：自范性 微观结构晶体 _ 原子在三维空间里呈_排列非晶体 _ 原子排列_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固（_） ；（3 ） _从溶液中析出。3晶体的特点（1 ）自范性定义：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现规则的_，这称为晶体的_ 。非晶体物质没有这个特性。形成条件：晶体_适当。本质原因：晶体中粒子在_里呈现_的_排列。（2 ）晶体在不同的方向上表现出不同的物理特质即_。（3 ）晶体的_较固定。（4 ）区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行_实验。二、晶胞1概
2、念晶胞是晶体中最小的_。2结构晶胞一般都是_，晶体是由无数晶胞“_”而成。（1 ）无隙：相邻晶胞之间无任何_。（2 ）并置：所有晶胞都是_排列的，取向_。（3 ）所有晶胞的_及内部的原子_及几何排列是完全相同的。3金属铜的晶胞如图所示：（1）位于顶角上的铜原子为_个晶胞共有。（2）位于面心上的铜原子为_个晶胞共有。（3）晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是_。【答案】一、1有 周期性 没有 相对无序2 （ 1）熔融态 （2）气态 凝华 （3）溶质3 （ 1）多面体外形性质 自范性 生长的速率 三维空间 周期性 有序（2 ）各向异性 （3）熔点 （4）X射线衍射二、1结构重复单元2平行六面体 无
3、隙并置 （1）间隙（2 ）平行 相同 （3）形状 种类3 （1）8 （2）2 （3）4一、晶体与非晶体的特征和性质晶体 非晶体结构特征(本质区别)结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列自范性 有 无熔、沸点 固定 不固定性质特征某些物理性质 各向异性 各向同性间接方法 看是否有固定的熔、沸点二者区别方法科学方法 对固体进行 X射线衍射实验关于晶体的自范性，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缺角的氯化钠晶体在饱和 NaCl 溶液中慢慢变为完美的立方体晶块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【解析】晶体的自范性指的
4、是在适宜条件下，晶体能够自发呈现规则的几何外形的性质，这一适宜条件一般指的是晶体能够自动结晶析出的条件。A 选项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D 选项中玻璃属于非晶体；氯化钠属于晶体，从饱和溶液中析出是形成晶体的途径之一，其发生的原因是晶体的自范性，故 B 选项正确。【答案】B【点评】晶体的自范性是一个自发过程，但实现该过程，仍需要一定的条件。二、与晶体有关的计算晶体结构的计算常常涉及如下数据：晶体密度、 NA、 M、晶体体积、微粒间距离、微粒半径、夹角等，密度的表达式往往是列等式的依据。解答这类题时，一要掌握晶体“均摊法”的原理，二要有
5、扎实的立体几何知识，三要熟悉常见晶体的结构特征，并能融会贯通，举一反三。1 “均摊法”原理晶胞中任意位置上的一个原子如果被 n 个晶胞所共有，则每个晶胞对这个原子分得的份额就是 。非平行六面体形晶胞中粒子数目的计算同样可用“均摊法”，其关键仍然是确定一个粒子为几个晶胞所共有。例如，石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1 个碳原子）对六边形的贡献为 ，那么一个六边形实际有 6 =2 个碳原子。又如，在六棱柱晶胞（如下图所示的 MgB2 晶胞）中，顶点上的原子为 6 个晶胞(同层 3 个，上层或下层 3 个)共有，面上的原子为 2 个晶胞共有，因此镁原子个数为 12 +2 =3，硼原子个数为
6、 6。2晶体微粒与 M、 之间的关系若 1 个晶胞中含有 x 个微粒，则 1 mol 该晶胞中含有 x mol 微粒，其质量为 xM g(M 为微粒的相对“分子”质量)；又 1 个晶胞的质量为 a3 g(a3 为晶胞的体积)，则 1 mol 晶胞的质量为 a3NA g，因此有 xMa 3NA。3与晶体组成有关的计算中的常见错误（1 ）缺乏空间想象能力，不能从晶体中抽取一个晶胞或从晶胞中截取一个立方体加以分析，对与晶体密度、晶体中粒子之间的距离、晶体的摩尔质量和阿伏加德罗常数有关的计算式把握不清。（2 ）混淆晶胞的组成和晶体的组成。如氯化钠晶体的组成为“NaCl”( 化学式)，表示氯化钠晶胞的组
7、成为“Na 4Cl4”，进行计算时误将一个晶胞组成按一个“NaCl”来计算而导致错误。已知氟化钙晶体的晶胞如图所示。则 1 个晶胞中含有 _个 Ca2+、_个 F。若晶体的密度为 a gcm3，则晶胞的体积是_(只要求列出计算式)。【解析】计算 1 个晶胞的质量，依据晶体的密度与晶胞的密度相同，可由 = 来计算晶胞的体积。1 个 CaF2 晶胞中有 8 个 Ca2+在顶角、6 个 Ca2+在面心，Ca 2+数目为 8 +6 =4；8 个 F均在晶胞内部，F 个数为 8，即 1 个晶胞中含有 4 个 Ca2+、8 个 F。1 个晶胞的质量为，晶胞的密度为 a gcm3，所以晶胞的体积 V= =
8、cm3。【答案】4 8 cm3【易错诊断】不会计算晶胞的组成，直接把化学式“CaF 2”当成一个晶体。其次，不能正确建立 a、 、M 与m 之间的关系，导致计算结果错误。1下列物质中属于晶体的是A橡胶 B玻璃 C食盐 D塑料2下列关于晶体性质的叙述中，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多面体外形的性质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晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性3下列关于纳米材料的叙述中，正确的是A包括纳米颗粒和颗粒间界面两部分B纳米材料属于晶体C纳米材料属于非晶体D同一种金属元素构成
9、的纳米材料与宏观金属晶体具有完全等同的性质4从我们熟悉的食盐、金属、冰到贵重的钻石等都是晶体，而同样透明的玻璃却是非晶体。下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是A是否具有规则的几何外形B是否具有固定的组成C是否具有美观对称的外形D内部微粒是否按一定规律做周期性重复排列5某物质的晶体中含 A、B、C 三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的 B原子未能画出)，晶体中 A、B 、C 的原子个数之比依次为A1:3:1 B 2:2:1 C 2:3:1 D 1:3:36普通玻璃和水晶的根本区别在于A外形不一样B普通玻璃的基本构成微粒无规律性地排列，水晶的基本构成微粒呈周期性有序排列C水
10、晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点D水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换7某晶体的晶胞结构如下图所示。X()位于立方体顶点，Y()位于立方体中心。试分析：（1）晶体中每一个 Y 同时吸引着 _个 X，每个 X 同时吸引着_个 Y，该晶体的化学式是_。（2）晶体中在每个 X 周围与它最接近且距离相等的 X 共有 _个。（3）晶体中距离最近的 2 个 X 分别与 1 个 Y 形成的两条线的夹角为 _。8晶体材料有着十分广泛的用途，人们常常利用晶体的性能制造各种有用的材料。下列对晶体材料的应用与水晶有关的是A制造红宝石激光器B制造晶体管等电子元件C用于遥控器、电子表、手机、声呐等实现能量转
11、化D应用于杀菌和快速准确的进行外科手术9有四种晶体，其粒子排列方式如下所示，其中化学式不属 AB 型的是10 如 图 是 金 属 晶 体 的 A1 型 密 堆 积 形 成 的 面 心 立 方 晶 胞 示 意 图 ， 在 密 堆 积 中 处 于 同 一 密 置层 上 的 原 子 组 合 是A BC D11 第 28 届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水合物，可满足人类 1 000 年的能源需要。天然气水合物是一种晶体，晶体中平均每 46 个水分子构建成 8 个笼，每个笼可容纳 1 个 CH4 分子或 1 个游离 H2O 分子。根据上述信息，完成第（1）、（2）题。（1 ）下列关于天
12、然气水合物中两种分子极性的描述正确的是A两种都是极性分子B两种都是非极性分子C CH4是极性分子，H 2O是非极性分子DH 2O是极性分子，CH 4是非极性分子（2 ）若晶体中每8个笼只有6个容纳了CH 4分子，另外2个笼被游离的H 2O分子填充，则天然气水合物的平均组成可表示为ACH 4 14H2O BCH 4 8H2OC CH4 (23/3)H2O DCH 4 6H2O1 【答案】C2 【 答案】B【解析】晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性，而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。3【答案】A【解析】纳米材料既不是晶体，也不是非晶体，是物质的一种聚集状态，由
13、于纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高，使得同一金属元素形成的纳米材料与宏观金属具有不同的性质。4【答案】D【解析】有规则几何外形或美观对称外形的固体不一定都是晶体，如玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外形，A 、C 项错误；具有固定组成的物质也不一定是晶体，如非晶体玻璃就有固定的组成，B 项错误；晶体和非晶体的本质区别在于其微观结构不同，D 项正确。认为有规则几何外形的固体即为晶体，易误选 A；认为有固定组成的物质即为晶体，易误选 B。5【答案】A【解析】晶体中 A、B、C 的原子个数之比为 (8 ):(6 ):1=1:3:1。6【答案】B【解析】普通玻璃是非晶体，水晶是
14、晶体，二者的根本区别在于普通玻璃的基本构成微粒无规律性地排列，水晶的基本构成微粒呈周期性有序排列。7 【答案】 （1）4 8 XY 2(或 Y2X) （2）12 （3）10928【解析】 （1）同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察图可知，Y 位于立方体的体心， X 位于立方体的顶点，每个 Y 同时吸引着 4 个 X，而每个 X 同时被 8 个立方体共用，每个立方体的体心都有 1 个 Y，所以每个 X 同时吸引着 8个 Y，X、Y 的个数比为 12，所以化学式为 XY2 或 Y2X。（2）晶体中每个 X 周围与它最接近的 X 之间的距离应为如图所示立方体的面对角线
15、。位置关系分为在此 X 的上层、下层和同一层，每层均有 4 个，共有 12 个。（3）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，可联系 CH4 的键角，知该夹角为 10928。对于晶体结构，要善于用宏观的立体构型来分析粒子的微观结构，利用立体几何的知识，分清各原子、离子、分子在空间的相对位置，熟悉一些常见晶体的立体构型，是解答此类题目的关键。8【答案】C【解析】红宝石的主要原料是氧化铝，红宝石激光器能用于杀灭细菌和进行外科手术；制造晶体管等电子元件用的是晶体硅； 用于遥控器、电子表、手机、声呐等实现能量转化的是水晶，水晶的主要成分是二氧化硅。9【答案】C【解析】C 项，晶体中含 A：8 =1，含 B：12 =3，化学式属于 AB3 型。10【答案】B【解析】A l 型密堆积形成的面心立方晶胞的对角线是垂直于密置层面的直线，所以要找处于同一层上的原子，必须找出垂直于体对角线的面。11 【 答案 】 （1）D （2）B
