(寒假班)人教版高中化學(xué)選擇性必修二同步講義第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)（解析版）

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的聚集狀態(tài)。2.能從微觀角度理解晶體的結(jié)構(gòu)特征，并能結(jié)合晶體的特點(diǎn)判斷晶體和非晶體。3.能運(yùn)用多種晶體模型來(lái)描述和解釋有關(guān)晶體性質(zhì)的現(xiàn)象，形成分析晶胞結(jié)構(gòu)的思維模型，利用思維模型，根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)確定微粒個(gè)數(shù)和化學(xué)式。4.了解晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定方法。【基礎(chǔ)知識(shí)】一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)1、20世紀(jì)前，人們以為分子是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子間距離發(fā)生了變化。2、20世紀(jì)初，通過(guò)X射線衍射等實(shí)驗(yàn)手段，發(fā)現(xiàn)許多常見(jiàn)的晶體中并無(wú)分子，如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。3、氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都是由分子構(gòu)成。如等離子體是由電子、陽(yáng)離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)；離子液體是熔點(diǎn)不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。4、其他物質(zhì)聚集狀態(tài)，如晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二、晶體與非晶體1、晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體無(wú)原子排列相對(duì)無(wú)序2、獲得晶體的途徑(1)實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象獲取硫黃晶體硫黃粉eq\o(→,\s\up7(加熱))熔融態(tài)硫eq\o(→,\s\up7(自然冷卻))淡黃色的菱形硫黃晶體獲取碘晶體加熱時(shí)，燒杯內(nèi)產(chǎn)生大量紫色氣體，沒(méi)有出現(xiàn)液態(tài)的碘，停止加熱，燒杯內(nèi)的紫色氣體漸漸消褪，最后消失，表面皿底部出現(xiàn)紫黑色晶體顆粒獲取氯化鈉晶體在燒杯底部慢慢析出立方體的無(wú)色晶體顆粒(2)獲得晶體的三條途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。3、晶體的特性(1)自范性：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。(2)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。(3)固定的熔點(diǎn)。4、晶體與非晶體的測(cè)定方法測(cè)定方法測(cè)熔點(diǎn)晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)可靠方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)三、晶胞1、概念描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2、晶胞與晶體的關(guān)系一般來(lái)說(shuō)，晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成。(1)“無(wú)隙”是指相鄰晶胞之間無(wú)任何間隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類(lèi)、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。3、晶胞中粒子數(shù)目的計(jì)算(1)銅晶胞①位于頂角上的銅原子為8個(gè)晶胞共有。②位于面心上的銅原子為2個(gè)晶胞共有。因此晶體銅中完全屬于某一晶胞的銅原子數(shù)是8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)NaCl晶胞①Cl－位于頂點(diǎn)和面心，共有4個(gè)。②Na＋位于棱上和體心，共有4個(gè)。四、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定1、常用儀器：X射線衍射儀。2、測(cè)定過(guò)程：當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí)，X射線和晶體中的電子相互作用，會(huì)在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰。3、作用：根據(jù)衍射圖，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息?！究键c(diǎn)剖析】考點(diǎn)一晶體和非晶體1．下列可用于判斷某物質(zhì)為晶體的方法是()A．質(zhì)譜法 B．紅外光譜法C．核磁共振法 D．X射線衍射法答案D解析質(zhì)譜法用于測(cè)定有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量，不能判斷某物質(zhì)為晶體，故A錯(cuò)誤；紅外光譜儀能測(cè)定出有機(jī)物的官能團(tuán)和化學(xué)鍵，不能判斷某物質(zhì)為晶體，故B錯(cuò)誤；核磁共振氫譜用于測(cè)定有機(jī)物分子中氫原子的種類(lèi)和數(shù)目，不能判斷某物質(zhì)為晶體，故C錯(cuò)誤；晶體與非晶體最本質(zhì)的區(qū)別是組成物質(zhì)的粒子在微觀空間是否呈周期性有序排列，X射線衍射可以看到微觀結(jié)構(gòu)，可以鑒別晶體與非晶體，故D正確。2．下列物質(zhì)屬于非晶體的是()①松香；②冰；③石英；④瀝青；⑤銅；⑥純堿A．①②③④⑤⑥ B．①④C．①③ D．⑤⑥答案B解析松香在溫度升高后會(huì)變軟，瀝青鋪成的路面在高溫的夏天會(huì)變軟，因此二者均無(wú)固定的熔點(diǎn)，所以它們屬于非晶體。3．下列關(guān)于晶體性質(zhì)的敘述中，不正確的是()A．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)規(guī)則的多面體幾何外形B．晶體的各向異性和對(duì)稱(chēng)性是矛盾的C．晶體的對(duì)稱(chēng)性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果D．晶體的各向異性直接取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性答案B解析晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同，即為各向異性，晶體的對(duì)稱(chēng)性是微觀粒子按一定規(guī)律呈周期性重復(fù)排列，兩者沒(méi)有矛盾，故B錯(cuò)誤；構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列，則晶體的對(duì)稱(chēng)性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果，故C正確；由于晶體在不同方向上物質(zhì)微粒的排列情況不同，即為各向異性，具有特定的方向性，故D正確。4．關(guān)于晶體和非晶體的說(shuō)法，正確的是()A．晶體在三維空間里呈周期性有序排列，因此在各個(gè)不同的方向上具有相同的物理性質(zhì)B．晶體在熔化過(guò)程中需要不斷的吸熱，溫度不斷地升高C．普通玻璃在各個(gè)不同的方向上力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)相同D．晶體和非晶體之間不可以相互轉(zhuǎn)化答案C解析晶體在三維空間里呈周期性有序排列，其許多物理性質(zhì)常常會(huì)表現(xiàn)出各向異性，A不正確；晶體的熔點(diǎn)是固定的，所以在熔化過(guò)程中溫度不會(huì)變化，B不正確；玻璃不屬于晶體，不具有物理性質(zhì)各向異性的特點(diǎn)，C正確；在一定條件下晶體和非晶體是可以相互轉(zhuǎn)化的，D不正確。5.如圖為一塊密度、厚度均勻的矩形樣品，長(zhǎng)為寬的兩倍，若用多用電表沿兩對(duì)稱(chēng)軸測(cè)其電阻均為R，則這塊樣品一定是()A．金屬 B．半導(dǎo)體C．非晶體 D．晶體答案D解析由于AB＝2CD，而AB、CD間的電阻卻相等，說(shuō)明樣品橫向(AB)與縱向(CD)的導(dǎo)電性不同，具有各向異性，而晶體的特征之一是各向異性，非晶體則具有各向同性，故該樣品為晶體?？键c(diǎn)二晶胞的理解及應(yīng)用6．有關(guān)晶胞的敘述正確的是()①晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元②根據(jù)晶體的不同，晶胞可以是多種形狀的幾何體③習(xí)慣采用的晶胞是平行六面體④晶胞都是正八面體A．①③B．②④C．①④D．②③答案A7．已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結(jié)構(gòu)單元密置堆積而成，下列關(guān)于該化合物的敘述錯(cuò)誤的是()A．1mol該化合物中含有1molYB．1mol該化合物中含有3molCuC．1mol該化合物中含有2molBaD．該化合物的化學(xué)式是YBa2Cu3O6答案D解析由圖可知，白球代表的Y原子位于長(zhǎng)方體的八個(gè)頂點(diǎn)上，大黑球代表的Ba原子位于長(zhǎng)方體的四條棱上，灰球代表的Cu原子位于長(zhǎng)方體的內(nèi)部，小黑球代表的O原子有的位于長(zhǎng)方體的內(nèi)部、有的位于長(zhǎng)方體的面上，運(yùn)用均攤法可計(jì)算出Y原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，Ba原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,4)＝2，Cu原子個(gè)數(shù)為3，O原子個(gè)數(shù)為10×eq\f(1,2)＋2＝7，故該化合物的化學(xué)式為YBa2Cu3O7。綜上可知，D項(xiàng)錯(cuò)誤。8.最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性，因這三種元素都是常見(jiàn)元素，從而引起廣泛關(guān)注。該新型超導(dǎo)晶體的一個(gè)晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為()A．Mg2CNi3 B．MgCNi3C．MgCNi2 D．MgC2Ni答案B解析利用均攤法確定晶胞的化學(xué)式，位于頂角上的一個(gè)原子被8個(gè)晶胞占有，位于面心上的原子被2個(gè)晶胞占有，位于體心上的一個(gè)原子被一個(gè)晶胞占有，據(jù)此計(jì)算晶胞的化學(xué)式。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，碳原子位于該晶胞的體心上，所以該晶胞中含有一個(gè)碳原子，鎂原子位于頂角處，因此鎂原子個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，所以該晶胞含有1個(gè)鎂原子，鎳原子位于面心處，因此鎳原子個(gè)數(shù)＝6×eq\f(1,2)＝3，所以該晶胞中含有3個(gè)鎳原子，故該晶體的化學(xué)式為MgCNi3，答案選B。9．鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴(kuò)音器中都有應(yīng)用。鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，它的化學(xué)式是()A．BaTi8O12 B．BaTi4O5C．BaTi2O4 D．BaTiO3答案D解析觀察鈦酸鋇晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，Ba在立方體的中心，完全屬于該晶胞；Ti處于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)，每個(gè)Ti原子有eq\f(1,8)屬于該晶胞；O處于立方體的12條棱的中點(diǎn)，每個(gè)O原子有eq\f(1,4)屬于該晶胞。即晶體中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶(8×eq\f(1,8))∶(12×eq\f(1,4))＝1∶1∶3。10．(1)在下列物質(zhì)中，__________(填序號(hào)，下同)是晶體，________是非晶體。①塑料②明礬③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O⑥冰糖⑦石蠟⑧單晶硅⑨鋁塊⑩橡膠(2)晶體和非晶體在外形上有差別，晶體都具有______，而非晶體________；另外非晶體具有(物理性質(zhì))______的特點(diǎn)，而晶體具有(物理性質(zhì))________的特點(diǎn)。(3)判斷物質(zhì)是晶體還是非晶體，比較正確的方法是________(填序號(hào))。①?gòu)耐庑紊蟻?lái)判斷②從各向異性或各向同性上來(lái)判斷③從導(dǎo)電性能來(lái)判斷④從有無(wú)固定熔點(diǎn)來(lái)判斷(4)晶體中的微粒與晶胞的關(guān)系①凡處于立方體頂角的微粒，同時(shí)為_(kāi)_____個(gè)晶胞共有；②凡處于立方體棱上的微粒，同時(shí)為_(kāi)_____個(gè)晶胞共有；③凡處于立方體面上的微粒，同時(shí)為_(kāi)_____個(gè)晶胞共有；④凡處于立方體體心的微粒，同時(shí)為_(kāi)_____個(gè)晶胞共有。答案(1)②⑤⑥⑧⑨①③④⑦⑩(2)規(guī)則的幾何外形沒(méi)有規(guī)則的幾何外形各向同性各向異性(3)②④(4)①8②4③2④1解析明礬是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、單晶硅、鋁塊都是晶體；塑料、松香、玻璃、石蠟、橡膠都是非晶體。晶體的重要特征就是各向異性和有固定的熔點(diǎn)等。11．某離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X位于立方體的頂角，Y位于立方體的中心。(1)晶體中每個(gè)Y同時(shí)吸引著________個(gè)X，每個(gè)X同時(shí)吸引著________個(gè)Y，該晶體的化學(xué)式為_(kāi)_______。(2)晶體中在每個(gè)X周?chē)c它最接近且距離相等的X共有________個(gè)。(3)晶體中距離最近的兩個(gè)X與一個(gè)Y形成的夾角∠XYX為_(kāi)_______(填角的度數(shù))。答案(1)48Y2X(或XY2)(2)12(3)109°28′解析晶胞中的粒子分為4種：①體心上的粒子完全屬于該晶胞；②面心上的粒子eq\f(1,2)屬于該晶胞；③棱上的粒子eq\f(1,4)屬于該晶胞；④頂角上的粒子eq\f(1,8)屬于該晶胞。本題粒子Y位于體心，粒子X(jué)位于頂角，所以該晶體的化學(xué)式為Y2X或XY2。觀察下圖，4個(gè)X和1個(gè)Y構(gòu)成了一個(gè)正四面體，故∠XYX＝109°28′。12．元素X的某價(jià)態(tài)離子X(jué)n＋中所有電子正好充滿(mǎn)K、L、M三個(gè)能層，它與N3－形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽(yáng)離子與陰離子個(gè)數(shù)之比為_(kāi)_______。(2)該晶體中離子X(jué)n＋的n＝________。(3)X元素的原子序數(shù)