人教版選修3 第三章 第一節(jié) 晶體的常識 學(xué)案.docx

第一節(jié)晶體的常識 目標定位1.認識晶體和非晶體的本質(zhì)差異，知道晶體的特征和性質(zhì)。2.了解獲得晶體的途徑。3.知道晶胞的概念，學(xué)會晶胞中微粒數(shù)的計算方法(均攤法)，能根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)確定晶體的化學(xué)式。一、晶體與非晶體1觀察分析下列物質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型，回答問題：(1)晶體內(nèi)部、非晶體的內(nèi)部微粒排列各有什么特點？答案組成晶體的微粒在空間按一定規(guī)律呈周期性排列，而組成非晶體的微粒在空間雜亂無章地排列。(2)由上述分析可知：晶體：內(nèi)部粒子(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律呈周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。如金剛石、食鹽、干冰等。非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質(zhì)。如橡膠、玻璃、松香等。2思考下列問題：(1)在室溫下，將一塊不規(guī)則的cuso45h2o固體放入飽和cuso4溶液中，經(jīng)過一段時間后會發(fā)生什么變化？答案cuso45h2o固體會變成規(guī)則的立方體。(2)將冰和玻璃加熱各有什么現(xiàn)象？答案加熱冰時，0 達到冰的熔點，冰開始熔化，在全部熔化以前，繼續(xù)加熱，溫度基本保持不變，完全熔化后，溫度才開始升高。加熱玻璃，溫度升高到某一程度后開始變軟，繼續(xù)加熱流動性增強，最后變?yōu)橐后w。玻璃從軟化到完全熔化，中間經(jīng)過較大的溫度范圍。(3)觀察下列三個圖片，說明了什么？答案晶體在不同方向上導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性不同；而非晶體在不同方向上導(dǎo)熱性相同。通過以上分析，晶體的性質(zhì)為晶體具有自范性。它是指在適當條件下可以自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質(zhì)。它是晶體中結(jié)構(gòu)微粒在微觀空間呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。晶體具有固定的熔點。晶體具有各向異性。它是指在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，如強度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等。例如：藍晶石(al2o3sio2)在不同方向上的硬度是不同的。3“鹽成鹵水，暴曬日中，即成方印，潔白可愛”，說明結(jié)晶可獲得晶體，除此之外，熔融態(tài)物質(zhì)凝固，氣態(tài)物質(zhì)的凝華均可得到晶體。歸納總結(jié)晶體與非晶體的特征和性質(zhì)晶體非晶體結(jié)構(gòu)特征(本質(zhì)區(qū)別)結(jié)構(gòu)微粒周期性有序排列結(jié)構(gòu)微粒無序排列性質(zhì)特征自范性有無熔、沸點固定不固定某些物理性質(zhì)各向異性各向同性二者區(qū)別方法間接方法看是否有固定的熔、沸點科學(xué)方法對固體進行x射線衍射實驗1非晶硅光電薄膜產(chǎn)業(yè)的研發(fā)成長，在轉(zhuǎn)換效率上，已逐漸接近于多晶硅太陽能電池，發(fā)電成本僅為多晶硅的三分之一。預(yù)計非晶硅光電薄膜產(chǎn)業(yè)的增長速率，將比多晶硅太陽能產(chǎn)業(yè)更為快速，非晶硅薄膜技術(shù)將成為今后太陽能電池的市場主流。試探究下列問題：(1)下圖中a、b是兩種硅的部分結(jié)構(gòu)，請指出哪種是晶體硅，哪種是非晶硅？a：_；b：_。(2)有關(guān)晶體常識的相關(guān)說法中正確的是_(填字母)。a玻璃是非晶體b固體粉末都是非晶體c晶體內(nèi)部質(zhì)點具有有序性，有固定的熔、沸點和各向異性d區(qū)別晶體和非晶體最有效的方法是通過x射線衍射實驗(3)下列有關(guān)說法正確的是_(填字母)。a瑪瑙與水晶的化學(xué)成分不同b雪花是由水蒸氣直接轉(zhuǎn)變而成的固體，雪花可能屬于晶體c不同的雪花外形不同，但都可認為是晶體d石英玻璃與水晶均屬于晶體答案(1)非晶硅晶體硅(2)acd(3)bc解析(1)從粒子在微觀空間里是否有有序性和自范性角度觀察。(2)a項，玻璃是一種無固定熔、沸點的非晶體；b項，許多固體粉末不能用肉眼觀察到晶體外形，但可通過光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡看到規(guī)則的幾何外形，所以固體粉末也可能是晶體。(3)a項，兩者化學(xué)成分均是sio2，均是二氧化硅晶體，瑪瑙是熔融態(tài)sio2快速冷卻形成的，水晶則是熱液緩慢冷卻形成的；d項，石英玻璃是非晶態(tài)二氧化硅。二、晶胞1由于晶體的微粒在微觀空間中是呈現(xiàn)有規(guī)律的周期性排列，因此，描述晶體在微觀空間里原子的排列時，常從晶體微觀空間里“截取”一個具有代表性的基本單元。(1)描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞。(2)一般來說，晶胞都是平行六面體。(3)晶胞只是晶體微觀空間里的一個基本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著無數(shù)晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內(nèi)部含有的原子種數(shù)、個數(shù)及幾何排列都是完全相同的。2金屬銅的晶胞如圖所示：回答下列問題：(1)位于頂角上的銅原子為8個晶胞共有。(2)位于面心上的銅原子為2個晶胞共有。(3)晶體銅中完全屬于某一晶胞的銅原子數(shù)是4。3晶胞中微粒個數(shù)的計算(均攤法)計算一個晶胞中實際擁有的微粒數(shù)，常用均攤法。即某個粒子為n個晶胞所共有，則該粒子的屬于這個晶胞。(1)長方體(正方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算：處于頂點上的粒子，同時為8個晶胞所共有，每個粒子有屬于該晶胞。處于棱邊上的粒子，同時為4個晶胞所共有，每個粒子有屬于該晶胞。處于晶面上的粒子，同時為2個晶胞所共有，每個粒子有屬于該晶胞。處于晶胞內(nèi)部的粒子，則完全屬于該晶胞。(2)非長方體(正方體)晶胞中粒子數(shù)視具體情況而定，如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占。(1)晶體是由無數(shù)個晶胞堆積得到的。知道晶胞的大小和形狀以及晶胞中粒子的種類、數(shù)目和粒子所處的空間位置，就可以認識整個晶體的結(jié)構(gòu)。(2)晶胞中微粒個數(shù)的計算，其關(guān)鍵是正確分析晶胞中任意位置上的一個微粒被幾個晶胞所共用。不同形狀的晶胞，情況不同。2現(xiàn)有甲、乙、丙(如下圖)三種晶體的晶胞(甲中x處于晶胞的中心，乙中a處于晶胞的中心)，可推知：甲晶胞中x與y的個數(shù)比是_，乙晶胞中a與b的個數(shù)比是_，丙晶胞中有_個c離子，有_個d離子。答案431144解析處于晶胞中心的x或a為該晶胞單獨占有，位于立方體頂點的微粒為8個立方體共有，位于立方體棱邊上的微粒為4個立方體共有，位于立方體面上的微粒為2個立方體共有，所以xy1643；ab1811；丙晶胞中c離子數(shù)為1214，d離子數(shù)為864。3現(xiàn)有四種晶體，其構(gòu)成粒子(均為單原子核粒子)排列方式如下圖所示，其化學(xué)式正確的是()答案c解析利用均攤法確定粒子個數(shù)比。a項錯誤，8個b粒子居于頂點，一個a粒子居于體心，所以化學(xué)式應(yīng)為ab或ba；b項錯誤，e和f的數(shù)目完全一致，所以化學(xué)式為fe或ef；c項正確，一個晶胞內(nèi)x、y、z三種粒子的個數(shù)分別為1、3、1；d項錯誤，a粒子居于8個頂點和6個面心，真正屬于一個晶胞的a粒子為4個，b粒子居于12條棱上和體心，真正屬于一個晶胞的b粒子為4個。1關(guān)于晶體的自范性，下列敘述正確的是()a破損的晶體能夠在固態(tài)時自動變成規(guī)則的多面體b缺角的氯化鈉晶體在飽和nacl溶液中慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊c圓形容器中結(jié)出的冰是圓形的體現(xiàn)了晶體的自范性d由玻璃制成規(guī)則的玻璃球體現(xiàn)了晶體的自范性答案b解析晶體的自范性指的是在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質(zhì)，這一適宜條件一般指的是自動結(jié)晶析出的條件，a項所述過程不可能實現(xiàn)；c選項中的圓形并不是晶體冰本身自發(fā)形成的，而是受容器的限制形成的；d項中玻璃是非晶體。2云母屬于晶體，用燒熱的鋼條去接觸涂有薄薄一層石蠟的云母片的反面時，熔化了的石蠟呈現(xiàn)橢圓形，這是因為()a云母是熱的不良導(dǎo)體，傳熱不均勻b石蠟是熱的不良導(dǎo)體，傳熱不均勻c石蠟具有各向異性，不同的方向?qū)嵝圆煌琩云母具有各向異性，不同的方向?qū)嵝圆煌鸢竏解析云母屬于晶體，具有各向異性，在不同的方向?qū)嵝圆煌?，?dǎo)致熔化了的石蠟呈現(xiàn)橢圓形。3.已知某晶體晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為()axyzbx2y4zcxy4zdx4y2z答案c解析該晶體的晶胞是正方體形晶胞。該晶胞擁有的x原子數(shù)為81；y原子位于該晶胞內(nèi)，共有4個，因此該晶胞中擁有的y原子數(shù)為4；z只有1個，位于晶胞的體心上，故該晶體的化學(xué)式為xy4z。4下列有關(guān)晶胞的敘述，不正確的是 ()a晶胞是晶體的最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元b不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同c晶胞中的粒子可能不完全屬于該晶胞d已知晶胞的組成就可推知晶體的組成答案b解析據(jù)晶胞定義知a正確；相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體中的晶胞大小和形狀不一定相同，b錯誤；晶胞中有的粒子被若干個晶胞共用，而不專屬于某個晶胞，c正確；根據(jù)晶胞的組成，可以利用“均攤法”推知晶體的組成。5某晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如下圖所示。x()位于立方體頂點，y()位于立方體中心。試分析：(1)晶體中每一個y同時吸引著_個x，每個x同時吸引著_個y，該晶體的化學(xué)式是_。(2)晶體中在每個x周圍與它最接近且距離相等的x共有_個。(3)晶體中距離最近的2個x分別與1個y形成的兩條線的夾角為_。答案(1)48xy2(或y2x)(2)12(3)10928解析此題考查的知識點是晶體的立體結(jié)構(gòu)。(1)同時吸引的微粒個數(shù)即指在某微粒周圍距離最近的其他種類的微粒個數(shù)，觀察圖可知，y位于立方體的體心，x位于立方體的頂點，每個y同時吸引著4個x，而每個x同時被8個立方體共用，每個立方體的體心都有1個y，所以每個x同時吸引著8個y，x、y的個數(shù)比為12，所以化學(xué)式為xy2或y2x。(2)晶體中每個x周圍與它最接近的x之間的距離應(yīng)為如圖所示立方體的面對角線。位置關(guān)系分為在此x的上層、下層和同一層，每層均有4個，共有12個。(3)若將4個x連接，構(gòu)成1個正四面體，y位于正四面體的中心，可聯(lián)系ch4的鍵角，知該夾角為10928。對于晶體結(jié)構(gòu)，要善于用宏觀的立體構(gòu)型來分析粒子的微觀結(jié)構(gòu)，利用立體幾何的知識，分清各原子、離子、分子在空間的相對位置，熟悉一些常見晶體的立體構(gòu)型，是解答此類題目的關(guān)鍵。基礎(chǔ)過關(guān)題組一晶體、非晶體的比較與判斷1下列不屬于晶體的特點的是()a一定有固定的幾何外形b一定有各向異性c一定有固定的熔點d一定是無色透明的固體答案d解析本題主要考查晶體的特征：規(guī)則的幾何外形，具有各向異性，有固定的熔點。a、b、c三項均正確；有些晶體帶有顏色，如常見的五水硫酸銅晶體，呈藍色，d項錯誤。2普通玻璃和水晶的根本區(qū)別在于()a外形不一樣b普通玻璃的基本構(gòu)成粒子無規(guī)則地排列，水晶的基本構(gòu)成粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列c水晶有固定的熔點，普通玻璃無固定的熔點d水晶可用于能量轉(zhuǎn)換，普通玻璃不能用于能量轉(zhuǎn)換答案b解析晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別就是粒子(原子、離子或分子)在微觀空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列。3下圖中是兩種不同的物質(zhì)的熔化曲線，下列說法中正確的是()a是晶體b是晶體a是非晶體b是非晶體a b c d答案b解析晶體具有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點。4將一塊缺角的膽礬晶體置于飽和的硫酸銅溶液中，一段時間后(濃度不變)，發(fā)現(xiàn)缺角晶體變完整了。若溶劑不揮發(fā)，則這段時間內(nèi)晶體和溶液的質(zhì)量變化分別是()a晶體的質(zhì)量變小，溶液的質(zhì)量變大b晶體的質(zhì)量變大，溶液的質(zhì)量變小c晶體和溶液的質(zhì)量都不變d無法確定答案c解析膽礬晶體具有自范性，有自發(fā)呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質(zhì)。由于原溶液為飽和溶液，因此膽礬晶體與飽和硫酸銅溶液間存在著溶解結(jié)晶平衡，整個過程中晶體和溶液的質(zhì)量都不發(fā)生變化。5晶體具有各向異性。如藍晶石(al2o3sio2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨在與層垂直的方向上的導(dǎo)電率是與層平行的方向上的導(dǎo)電率的。晶體的各向異性主要表現(xiàn)在()硬度導(dǎo)熱性導(dǎo)電性光學(xué)性質(zhì)a只有 b只有c只有 d答案d解析晶體的各向異性反應(yīng)了晶體內(nèi)部質(zhì)點排列的高度有序性，表現(xiàn)在硬度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)等方面。題組二晶胞及其微粒數(shù)目的確定6下列有關(guān)晶胞的敘述，正確的是()a晶胞的結(jié)構(gòu)是晶體的結(jié)構(gòu)b不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同c晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞d已知晶胞的組成就可推知晶體的組成答案d解析由晶胞的定義可知a錯誤；相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體中晶胞的大小和形狀不一定相同，b錯誤；晶體中的大部分粒子被若干個晶胞所共有，不專屬于某個晶胞，c錯誤；知道晶胞的組成，利用“均攤法”，即可推知晶體的組成，d正確。7如圖，石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為()a2 b3c4 d6答案a解析據(jù)均攤法，從圖中可知，每個頂點上的碳原子為三個正六邊形共有，因而每個正六邊形占有的碳原子數(shù)目為62。8某離子化合物的晶胞為如圖所示的立體結(jié)構(gòu)，晶胞是整個晶體中最基本的重復(fù)單元。陽離子位于此晶胞的中心，陰離子位于8個頂點，該離子化合物中，陰、陽離子個數(shù)比是()a18 b14c12 d11答案d解析依據(jù)均攤法，在該晶胞中陽離子個數(shù)為1，陰離子個數(shù)為81，故陰、陽離子個數(shù)比為11。9.某晶體的一部分如圖所示。這種晶體中a、b、c三種粒子數(shù)之比是()a394 b142c294 d384答案b解析這不是一個立方晶胞結(jié)構(gòu)，而是一個正三棱柱結(jié)構(gòu)，那么依據(jù)實際情況來計算，原子的分攤數(shù)頂點為，水平棱上為，豎棱上為，內(nèi)部為1。a、b、c三種粒子數(shù)之比為(6)(63)1142。題組三晶體化學(xué)式的確定方法10.已知x、y、z三種元素組成的化合物是離子晶體，其晶胞如圖所示，則下面表示該化合物的化學(xué)式正確的是()azxy3bzx2y6czx4y8dzx8y12答案a解析由晶胞可知x占據(jù)8個頂點，屬于該晶胞的x的數(shù)目為81；y占據(jù)12條棱的中間，屬于該晶胞的y的數(shù)目為123；z占據(jù)該晶胞的體心，屬于該晶胞的z的數(shù)目為1。故化學(xué)式為zxy3。11.如圖所示，在較高溫度時，鉀、氧兩種元素形成的一種晶體結(jié)構(gòu)與nacl晶體結(jié)構(gòu)相似，則該化合物的化學(xué)式為()ak2obk2o2ck2o3 dko2答案d解析k的個數(shù)：864；o的個數(shù)：1214，故其比值為11。122001年報道硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)的最高紀錄。如右圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式為()amgb bmgb2cmg2b dmg3b2答案b解析棱柱內(nèi)硼原子數(shù)為6，均屬于這個晶胞。鎂原子位于上、下面心(2個)及12個頂角，共有鎂原子數(shù)為2123，則鎂、硼原子個數(shù)之比為12。13石墨烯可轉(zhuǎn)化為富勒烯(c60)，某金屬m與c60可制備一種低溫超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示，m原子位于晶胞的棱上與內(nèi)部。該晶胞中m原子的個數(shù)為_，該材料的化學(xué)式為_。答案12m3c60解析根據(jù)均攤法，晶胞含m原子的個數(shù)為12912，c60位于頂點和面心，故晶胞含c60的個數(shù)為864，故化學(xué)式為m3c60。能力提升14.已知cscl晶體的密度為 gcm3，na為阿伏加德羅常數(shù)，相鄰的兩個cs的核間距為a cm。如圖所示，則cscl的相對分子質(zhì)量可以表示為()anaa3 b.c. d.答案a解析根據(jù)晶胞中粒子個數(shù)的計算知，1個cscl晶胞中含1個cscl。有mvnaa3na。15固體二氧化硅有晶體和非晶體兩種。根據(jù)下圖回答：(1)對比圖和圖可知，晶體sio2具有自范性，而非晶體sio2沒有自范性，本質(zhì)原因是_。(2)觀察三個圖，區(qū)分晶體sio2和非晶體sio2最可靠的科學(xué)方法是_。答案(1)構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性有序排列，而構(gòu)成非晶體的粒子在微觀空間里排列相對無序(2)對固體二氧化硅進行x射線衍射實驗16.元素x的某價態(tài)離子xn中所有電子正好充滿k、l、m三個電子層，它與n3形成晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽離子與陰離子個數(shù)比為_。(2)該晶體中xn中n_。(3)x元素的原子序數(shù)是_。(4)晶體中每個n3被_個等距離的xn包圍。答案(1)31(2)1(3)29(4)617有一種藍色的晶體，它的結(jié)構(gòu)特征是fe2和fe3分別占據(jù)晶胞立方體互不相鄰的頂點，立方體的每條棱上均有一個cn。(1)根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的特點，推出這種藍色晶體的化學(xué)式(用簡單整數(shù)表示)_。(2)此化學(xué)