2022-2023學(xué)年高中化學(xué) 第3章 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與物質(zhì)性質(zhì) 第1節(jié) 認(rèn)識晶體教學(xué)案 魯科版選修3 課標(biāo)要求1知道晶體的特性和堆積模型。2能計(jì)算晶體中構(gòu)成粒子的數(shù)目。1.晶體是內(nèi)部微粒在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。2晶體的三大特性包括對稱性、自范性、各向異性。3晶體通常分為金屬晶體、離子晶體、原子晶體、分子晶體。4晶體鎂是A3型最密堆積(ABAB)，晶體銅是A1型最密堆積(ABCABC)。5晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元。6晶胞粒子數(shù)目計(jì)算方法切割法：若某微粒被幾個(gè)晶胞共用，則該晶胞占有該微粒的。1晶體(1)概念：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。(2)晶體的特性自范性：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。各向異性：晶體在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。對稱性：晶體具有規(guī)則的幾何外形。固定的熔、沸點(diǎn)：加熱晶體，溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)即開始熔化，在沒有全部熔化之前，繼續(xù)加熱，溫度不再升高，完全熔化后，溫度才繼續(xù)升高。能使X射線產(chǎn)生衍射：利用這種性質(zhì)，人們建立了測定晶體的重要實(shí)驗(yàn)方法。2晶體的分類(1)分類標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)晶體內(nèi)部微粒的種類和微粒間相互作用的不同。(2)分類晶體類型構(gòu)成微粒微粒間的相互作用實(shí)例離子晶體陰、陽離子離子鍵NaCl金屬晶體金屬陽離子、自由電子金屬鍵銅原子晶體原子共價(jià)鍵金剛石分子晶體分子分子間作用力冰特別提醒(1)有規(guī)則幾何外形或美觀、對稱外形的固體，不一定是晶體。如玻璃制品既可以塑造出規(guī)則的幾何外形，也可以具有美觀、對稱的外形。(2)具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成。(3)晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形，如瑪瑙。(4)晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于晶體中的微觀粒子在三維空間呈現(xiàn)周期性有序排列。1下列物質(zhì)具有自范性、各向異性的是()A鋼化玻璃B塑料C水晶 D陶瓷解析：選C晶體具有自范性和各向異性，鋼化玻璃、塑料、陶瓷均不屬于晶體。2下列有關(guān)晶體和非晶體的說法中正確的是()A具有規(guī)則幾何外形的固體均為晶體B晶體具有自范性，非晶體沒有自范性C晶體研碎后即變?yōu)榉蔷wD將玻璃加工成規(guī)則的固體即變成晶體解析：選B晶體的規(guī)則幾何外形是自發(fā)形成的，有些固體盡管有規(guī)則的幾何外形，但由于不是自發(fā)形成的，所以不屬于晶體，因此，A、D選項(xiàng)錯誤。組成晶體的粒子在三維空間呈現(xiàn)周期性的有序排列，因此，晶體研碎成小的顆粒仍然是晶體，所以C項(xiàng)錯誤。自范性是晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別，B項(xiàng)正確。1等徑圓球的密堆積(1)列等徑圓球同一列上進(jìn)行緊密堆積的方式只有一種，即所有的圓球都在一條直線上排列。(2)層等徑圓球在一個(gè)平面上進(jìn)行最緊密堆積的方式只有一種，即每個(gè)等徑圓球與周圍其他六個(gè)球相接觸，這樣形成的層稱為密置層。(3)密置層間堆積方式密置層間堆積方式表達(dá)符號舉例A3型最密堆積ABAB晶體鎂A1型最密堆積ABCABC晶體銅2非等徑圓球的密堆積晶體類型排列方式離子晶體構(gòu)成晶體的離子可被視為占據(jù)一定體積的圓球，大球先按一定方式做等徑圓球的密堆積，小球再填充到大球所形成的空隙中分子晶體分子間盡可能采取緊密堆積方式，但分子的堆積方式與分子的形狀有關(guān)原子晶體由于共價(jià)鍵的方向性和飽和性，決定了這種晶體中微粒堆積不服從緊密堆積原理特別提醒(1)不同晶體的堆積方式(2)配位數(shù)：在密堆積中，一個(gè)原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目。1關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)型式的說法正確的是()A所有晶體的空間排列都服從緊密堆積原理B晶體盡量采用緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定C金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式可以歸結(jié)為非等徑圓球的密堆積D等徑圓球的密堆積有A1、A3兩種結(jié)構(gòu)型式，其中Cu屬于A3型密堆積解析：選B離子晶體、分子晶體、金屬晶體的空間排列服從緊密堆積原理，而原子晶體的構(gòu)成微粒為原子，微粒間的相互作用為共價(jià)鍵，由于共價(jià)鍵有方向性和飽和性，所以原子晶體的空間排列不服從緊密堆積原理，A項(xiàng)不正確；金屬晶體的結(jié)構(gòu)型式為等徑圓球的密堆積，C項(xiàng)不正確；Cu屬于A1型密堆積，D項(xiàng)不正確。2金屬晶體、離子晶體和分子晶體采取密堆積方式的原因是()A構(gòu)成晶體的微粒均可視為圓球B金屬鍵、離子鍵、分子間作用力均無飽和性和方向性C三種晶體的構(gòu)成微粒相同D三種晶體的構(gòu)成微粒多少及相互作用力相同解析：選B金屬鍵、離子鍵、分子間作用力均無方向性和飽和性，趨向于使原子、離子或分子吸引盡可能多的其他原子、離子或分子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。1晶胞有哪些類型？提示：平行六面體和非平行六面體。2計(jì)算晶胞中的微粒數(shù)目為什么采用切割法？提示：整塊晶體可以看做是數(shù)量巨大的晶胞無隙并置而成，所謂無隙是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙，所謂并置是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。位于晶胞頂點(diǎn)、棱上、面上的微粒不完全屬于晶胞所有，只占該微粒的1/n，因此，需采用切割法。晶胞中粒子數(shù)目的計(jì)算方法切割法(1)平行六面體晶胞(2)非平行六面體晶胞晶胞中粒子對晶胞的貢獻(xiàn)視具體情況而定，如正六棱柱形晶胞，頂點(diǎn)上的每個(gè)微粒對晶胞的貢獻(xiàn)為，水平棱邊為，豎直棱邊為，面為，內(nèi)部為1。1某離子化合物的晶胞如圖所示。陽離子位于晶胞的中心，陰離子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)上，則該離子化合物中陰、陽離子的個(gè)數(shù)比為()A18B14C12 D11解析：選D陰離子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)上，個(gè)數(shù)為8×1，陽離子位于晶胞的中心，個(gè)數(shù)為1。2如圖所示的甲、乙、丙三種晶體：試推斷甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為_，乙晶體中A、B、C三種微粒的個(gè)數(shù)比是_，丙晶體中每個(gè)D周圍結(jié)合E的個(gè)數(shù)是_個(gè)。解析：甲中X位于立方體體心，有1個(gè)，Y位于立方體的頂點(diǎn)，實(shí)際有×4個(gè)，N(X)N(Y)121，故甲的化學(xué)式為X2Y；乙中A有 ×81個(gè)，B有 ×63個(gè)，C在體心，有1個(gè)，故N(A)N(B)N(C)131；丙中D點(diǎn)被8個(gè)同樣的晶胞共用，故結(jié)合E的個(gè)數(shù)是8個(gè)。答案：X2Y1318三級訓(xùn)練·節(jié)節(jié)過關(guān)1下列敘述不屬于晶體特征的是()A水溶性B具有各向異性C有規(guī)則的幾何外形 D有對稱性解析：選A晶體的特征是指：有規(guī)則的幾何外形、各向異性、對稱性、自范性。2下列關(guān)于晶體的說法不正確的是()A粉末狀的固體肯定不是晶體B晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元C晶體內(nèi)部的粒子按一定規(guī)律作周期性有序排列D晶體盡量采取緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定解析：選A晶體的粉末依然是晶體，如NaCl粉末，A錯誤；晶胞是晶體的最小重復(fù)單元；晶體的內(nèi)部粒子按一定規(guī)律作周期性排列；微粒采取緊密堆積方式，體系能量低，晶體穩(wěn)定。3. 下列晶體的結(jié)構(gòu)不服從“緊密堆積原理”的是()A金屬銅 B氯化鈉C金剛石 D干冰解析：選C金剛石屬于原子晶體，碳原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合，由于共價(jià)鍵具有飽和性和方向性，所以原子晶體不服從緊密堆積原理。4.某物質(zhì)的晶體內(nèi)部一截面上原子的排布情況如右圖所示，則該晶體的化學(xué)式可表示為()AA2B BABCAB2DA3B解析：選B由該晶體一截面上原子的排布情況可知，每一個(gè)A原子周圍有2個(gè)B原子，每一個(gè)B原子周圍有2個(gè)A原子，故該晶體的化學(xué)式可表示為AB。5(1)將等徑圓球在二維空間里進(jìn)行排列，可形成密置層和非密置層。在圖甲所示的等徑圓球排列中，A屬于_層，配位數(shù)是_；B屬于_層，配位數(shù)是_。(2)將非密置層一層一層地在三維空間里堆積，得到如圖乙所示的一種金屬晶體的晶胞，它被稱為簡單立方堆積。在這種晶體中，金屬原子的配位數(shù)是_，平均每個(gè)晶胞所分?jǐn)偟脑訑?shù)目是_。解析：(1)在晶體微粒堆積的空間里，一個(gè)原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目稱為配位數(shù)。密置層配位數(shù)是6。(2)圖乙所示簡單立方晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)原子，平均每個(gè)晶胞所分?jǐn)偟脑訑?shù)目是8×1；在這種晶體中，每個(gè)金屬原子的上、下、左、右、前、后各有一個(gè)相鄰的原子，故配位數(shù)為6。答案：(1)非密置4密置6(2)61(對應(yīng)課時(shí)跟蹤檢測P65)1下列敘述中正確的是()A具有規(guī)則幾何外形的固體一定是晶體B晶體與非晶體的根本區(qū)別在于是否具有規(guī)則的幾何外形C具有各向異性的固體一定是晶體D依據(jù)構(gòu)成微粒的堆積方式可將晶體分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體和原子晶體解析：選C有些人工加工而成的固體也具有規(guī)則的幾何外形，但不一定是晶體，A項(xiàng)錯誤；晶體與非晶體的根本區(qū)別在于其內(nèi)部微粒在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列，晶體所具有的規(guī)則幾何外形、各向異性是其內(nèi)部微粒按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的外部反映，B項(xiàng)錯誤；具有各向異性的固體一定是晶體，C項(xiàng)正確；晶體劃分為金屬晶體、離子晶體、分子晶體和原子晶體的依據(jù)是構(gòu)成晶體的內(nèi)部微粒的種類及微粒間的相互作用的不同，D項(xiàng)錯誤。2下表列出了有關(guān)晶體的知識，其中錯誤的是()選項(xiàng)ABCD晶體硫化鉀干冰金剛石碘構(gòu)成晶體的微粒陰、陽離子分子原子分子晶體微粒間存在的作用力離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵范德華力解析：選B干冰為分子晶體，構(gòu)成微粒為分子，微粒間作用力為范德華力。3下列有關(guān)晶胞的敘述，不正確的是()A晶體中的晶胞不一定都是平行六面體B晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元C已知晶胞的結(jié)構(gòu)，可推知晶體的結(jié)構(gòu)D使用“切割法”計(jì)算晶胞的微粒數(shù)，處于頂點(diǎn)、棱、面、體心對晶胞的貢獻(xiàn)分別為、1解析：選D在A3型六方晶胞中，處于頂點(diǎn)上的微粒對晶胞的貢獻(xiàn)為。4如圖是a、b兩種不同物質(zhì)的熔化曲線，下列說法正確的是()a是晶體b是晶體a是非晶體b是非晶體ABCD解析：選D由題可知a有固定熔點(diǎn)，屬于晶體，b沒有固定熔點(diǎn)，屬于非晶體。5下列說法中錯誤的是()A分子晶體中范德華力沒有方向性和飽和性，所以分子晶體一般都采用密堆積，但要受到分子形狀的影響B(tài)離子晶體一般都是非等徑圓球的密堆積C由于共價(jià)鍵的方向性和飽和性，原子晶體堆積的緊密程度大大降低D金屬晶體采用非等徑圓球的密堆積解析：選D由于離子鍵、分子間作用力、金屬鍵都沒有方向性和飽和性，所以離子晶體、分子晶體、金屬晶體都盡可能地采用密堆積形式，而分子晶體的堆積方式要受分子本身形狀的影響。離子晶體遵循非等徑圓球的密堆積，金屬晶體遵循等徑圓球的密堆積。6關(guān)于如圖說法不正確的是()A此種最密堆積為面心立方最密堆積B該種堆積方式稱為A1型的最密堆積C該種堆積方式可用符號“ABCABC”表示D金屬M(fèi)g就屬于此種最密堆積方式解析：選D從圖示可看出，該堆積方式的第一層和第四層重合，所以這種堆積方式屬于A1型堆積，這種堆積方式可用符號“ABCABC”表示，屬于金屬面心立方最密堆積，而金屬M(fèi)g屬于A3型密堆積，選項(xiàng)D不正確。7.某物質(zhì)的晶體中含A、B、C三種元素，其原子排列方式如圖所示，晶胞中A、B、C的原子個(gè)數(shù)比為()A131 B231C121 D133解析：選C該晶體結(jié)構(gòu)單元中含A為8×1，含B為4×2，含C為1，因此N(A)N(B)N(C)121，故C正確。8.許多物質(zhì)在通常條件下是以晶體的形式存在，而一種晶體又可視做由若干相同的基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，這些基本結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)化學(xué)中被稱作晶胞。已知某化合物是鈣、鈦、氧三種元素組成的晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則該物質(zhì)的化學(xué)式為()ACa4TiO3BCa4TiO6CCaTiO3DCa8TiO12解析：選C晶胞中微粒數(shù)目：Ca為1，Ti為8×1，O為12×3，則化學(xué)式為CaTiO3。9如下圖所示，現(xiàn)有甲、乙、丙三種晶體的晶胞：甲中X處于晶胞的中心，乙中A處于晶胞的中心，可推知，甲晶體中X與Y的個(gè)數(shù)比是_，乙是A與B的個(gè)數(shù)比是_，丙晶胞中有_個(gè)C離子，有_個(gè)D離子。解析：注意甲中并不是8個(gè)頂點(diǎn)上都有Y，而只有6個(gè)頂點(diǎn)上存在Y原子。甲中N(X)N(Y)1(6×)43；乙中N(A)N(B)1(8×)11；丙中C的個(gè)數(shù)為(8×)6×4，D的個(gè)數(shù)為(12×1)4。答案：43114410.金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體，即在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共用(如圖所示)。金原子的直徑為d，用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量。(1)金晶體每個(gè)晶胞中含有_個(gè)金原子。(2)如果金原子是鋼性球且面對角線上三個(gè)小球兩兩相切，那么一個(gè)晶胞的體積為_。(3)金晶體的密度是_。解析：(1)由晶胞構(gòu)型可知，每個(gè)金晶胞中金原子數(shù)為：8×6×4。(2)由A1型密堆積模型知，面對角線上三個(gè)小球相切，根據(jù)小球直徑計(jì)算出立方體的棱長為2d×，則每個(gè)晶胞體積為：(×2d)32d3。(3)每個(gè)晶胞質(zhì)量為，故金的密度為：。答案：(1)4(2)2d3(3)1.如圖為銅的面心立方晶胞，則銅的一個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的微粒數(shù)為()A3B4C7 D9解析：選B根據(jù)切割法計(jì)算，面心立方晶胞中有8個(gè)原子位于頂點(diǎn)，6個(gè)原子位于面心，所以晶胞中銅原子的個(gè)數(shù)為8×6×4。2.最近發(fā)現(xiàn)一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如右圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式為()ATi14C13BTiCCTi4C4DTi4C3解析：選A由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子，題目中的圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子，由14個(gè)Ti原子和13個(gè)C原子構(gòu)成，A項(xiàng)正確。3.石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，每個(gè)碳原子都跟其他3個(gè)碳原子相結(jié)合。據(jù)圖分析，石墨晶體中碳原子數(shù)與共價(jià)鍵數(shù)之比為()A23B21C13 D32解析：選A每個(gè)碳原子被3個(gè)共價(jià)鍵共用，每共價(jià)鍵被2個(gè)碳原子共用，則石墨晶體中每個(gè)碳原子與其分?jǐn)偟降墓矁r(jià)鍵數(shù)之比為13×23。4.某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種微粒數(shù)之比是()A394B142C294D384解析：選B該晶體中含A原子個(gè)數(shù)為6×，B原子個(gè)數(shù)為6×3×2，C原子個(gè)數(shù)為1；則A、B、C的個(gè)數(shù)比為21142。5.硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)溫度的最高紀(jì)錄。如圖是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元，鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個(gè)鎂原子；6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為()AMgB BMgB2CMg2B DMg3B2解析：選B六棱柱的頂點(diǎn)上的鎂原子被6個(gè)晶胞共用，棱柱的上下底面上的鎂原子被2個(gè)晶胞共用，1個(gè)晶胞中含有鎂原子：12×2×3,6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)，完全屬于1個(gè)晶胞，N(Mg)N(B)3612。6金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式：六方堆積、面心立方堆積和體心立方堆積。a、b、c分別代表這三種晶胞的結(jié)構(gòu)，其晶胞a、b、c內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為()A321 B1184C984 D21149解析：選Aa晶胞中原子個(gè)數(shù)：12×2×36(個(gè))，b晶胞中原子個(gè)數(shù)：8×6×4(個(gè))，c晶胞中原子個(gè)數(shù)：8×12(個(gè))，所以a、b、c晶胞中原子個(gè)數(shù)比為642321。7下列是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，其對應(yīng)的化學(xué)式正確的是(圖中：X，Y，Z)()AX2YBXY3CXY3ZDXYZ解析：選CA圖所示的晶胞中X的個(gè)數(shù)為1，Y的個(gè)數(shù)為8×1，化學(xué)式為XY；B圖所示的晶胞中X的個(gè)數(shù)為14×，Y的個(gè)數(shù)為4×，化學(xué)式為X3Y；C圖所示的晶胞中X的個(gè)數(shù)為8×1，Y的個(gè)數(shù)為6×3，Z的個(gè)數(shù)為1，化學(xué)式為XY3Z；D圖所示的晶胞中X的個(gè)數(shù)為8×1，Y的個(gè)數(shù)為12×3，Z的個(gè)數(shù)為1，化學(xué)式為XY3Z。8.某離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，X位于立方體的頂點(diǎn)，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_。(2)晶體中在每個(gè)X周圍與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_(填角的度數(shù))。解析：(1)Y位于立方體的中心，在立體的八個(gè)頂點(diǎn)中，X占據(jù)四個(gè)頂點(diǎn)，因此每個(gè)Y同時(shí)吸引看4個(gè)X，而在X周圍八個(gè)立方體中，只有1個(gè)Y，因此，每個(gè)X同時(shí)吸引著8個(gè)Y，N(Y)N(X)8421，化學(xué)式為Y2X或XY2。(2)晶體中，在每個(gè)X周圍與之最接近且距離相等的X位于每個(gè)晶胞的三個(gè)頂點(diǎn)，即每個(gè)晶胞有3個(gè)，每個(gè)X周圍有8晶胞，這樣在每個(gè)X的上方、下方、水平面各有4個(gè)X，共有3×412個(gè)。(3)觀察圖，4個(gè)X和1個(gè)Y構(gòu)成了一個(gè)正四面體(如圖)，故XYX109.5°。答案：(1)48Y2X或XY2(2)12(3)109.5°9.晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正二十面體，其中含有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)硼原子，如圖所示。(1)BB鍵角為_。(2)晶體硼中的硼原子數(shù)為_；BB鍵有_個(gè)。解析：(1)3個(gè)B原子構(gòu)成等邊三角形，則BB鍵角為60°。(2)在等邊三角形中，頂點(diǎn)上的B原子為5個(gè)等邊三角形所有，每等邊BB鍵為2個(gè)等邊三角形所有，因此，每個(gè)等邊三角形所占有的B原子數(shù)、BB鍵數(shù)分別為3×1/5，3×1/2，則20個(gè)等邊三角形含有的B原子數(shù)、BB鍵數(shù)分別為20×3×1/512,20×3×1/230。答案：(1)60°(2)1230