2017-2018学年高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 第1节 认识晶体教学案 鲁科版选修3.doc

第1节认识晶体 课标要求1知道晶体的特性和堆积模型。2能计算晶体中构成粒子的数目。1.晶体是内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。2晶体的三大特性包括对称性、自范性、各向异性。3晶体通常分为金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体。4晶体镁是A3型最密堆积(ABAB)，晶体铜是A1型最密堆积(ABCABC)。5晶胞是晶体结构中最小的重复单元。6晶胞粒子数目计算方法切割法：若某微粒被几个晶胞共用，则该晶胞占有该微粒的。1晶体(1)概念：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。(2)晶体的特性自范性：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。各向异性：晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质。对称性：晶体具有规则的几何外形。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。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。2晶体的分类(1)分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。(2)分类晶体类型构成微粒微粒间的相互作用实例离子晶体阴、阳离子离子键NaCl金属晶体金属阳离子、自由电子金属键铜原子晶体原子共价键金刚石分子晶体分子分子间作用力冰特别提醒(1)有规则几何外形或美观、对称外形的固体，不一定是晶体。如玻璃制品既可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外形。(2)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。(3)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。(4)晶体和非晶体的本质区别在于晶体中的微观粒子在三维空间呈现周期性有序排列。1下列物质具有自范性、各向异性的是()A钢化玻璃B塑料C水晶 D陶瓷解析：选C晶体具有自范性和各向异性，钢化玻璃、塑料、陶瓷均不属于晶体。2下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是()A具有规则几何外形的固体均为晶体B晶体具有自范性，非晶体没有自范性C晶体研碎后即变为非晶体D将玻璃加工成规则的固体即变成晶体解析：选B晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D选项错误。组成晶体的粒子在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误。自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。1等径圆球的密堆积(1)列等径圆球同一列上进行紧密堆积的方式只有一种，即所有的圆球都在一条直线上排列。(2)层等径圆球在一个平面上进行最紧密堆积的方式只有一种，即每个等径圆球与周围其他六个球相接触，这样形成的层称为密置层。(3)密置层间堆积方式密置层间堆积方式表达符号举例A3型最密堆积ABAB晶体镁A1型最密堆积ABCABC晶体铜2非等径圆球的密堆积晶体类型排列方式离子晶体构成晶体的离子可被视为占据一定体积的圆球，大球先按一定方式做等径圆球的密堆积，小球再填充到大球所形成的空隙中分子晶体分子间尽可能采取紧密堆积方式，但分子的堆积方式与分子的形状有关原子晶体由于共价键的方向性和饱和性，决定了这种晶体中微粒堆积不服从紧密堆积原理特别提醒(1)不同晶体的堆积方式(2)配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目。1关于晶体结构型式的说法正确的是()A所有晶体的空间排列都服从紧密堆积原理B晶体尽量采用紧密堆积方式，以使其变得比较稳定C金属晶体的结构型式可以归结为非等径圆球的密堆积D等径圆球的密堆积有A1、A3两种结构型式，其中Cu属于A3型密堆积解析：选B离子晶体、分子晶体、金属晶体的空间排列服从紧密堆积原理，而原子晶体的构成微粒为原子，微粒间的相互作用为共价键，由于共价键有方向性和饱和性，所以原子晶体的空间排列不服从紧密堆积原理，A项不正确；金属晶体的结构型式为等径圆球的密堆积，C项不正确；Cu属于A1型密堆积，D项不正确。2金属晶体、离子晶体和分子晶体采取密堆积方式的原因是()A构成晶体的微粒均可视为圆球B金属键、离子键、分子间作用力均无饱和性和方向性C三种晶体的构成微粒相同D三种晶体的构成微粒多少及相互作用力相同解析：选B金属键、离子键、分子间作用力均无方向性和饱和性，趋向于使原子、离子或分子吸引尽可能多的其他原子、离子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。1晶胞有哪些类型？提示：平行六面体和非平行六面体。2计算晶胞中的微粒数目为什么采用切割法？提示：整块晶体可以看做是数量巨大的晶胞无隙并置而成，所谓无隙是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所谓并置是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。位于晶胞顶点、棱上、面上的微粒不完全属于晶胞所有，只占该微粒的1/n，因此，需采用切割法。晶胞中粒子数目的计算方法切割法(1)平行六面体晶胞(2)非平行六面体晶胞晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体情况而定，如正六棱柱形晶胞，顶点上的每个微粒对晶胞的贡献为，水平棱边为，竖直棱边为，面为，内部为1。1某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为()A18B14C12 D11解析：选D阴离子位于晶胞的8个顶点上，个数为81，阳离子位于晶胞的中心，个数为1。2如图所示的甲、乙、丙三种晶体：试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)为_，乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_，丙晶体中每个D周围结合E的个数是_个。解析：甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体的顶点，实际有4个，N(X)N(Y)121，故甲的化学式为X2Y；乙中A有 81个，B有 63个，C在体心，有1个，故N(A)N(B)N(C)131；丙中D点被8个同样的晶胞共用，故结合E的个数是8个。答案：X2Y1318三级训练节节过关1下列叙述不属于晶体特征的是()A水溶性B具有各向异性C有规则的几何外形 D有对称性解析：选A晶体的特征是指：有规则的几何外形、各向异性、对称性、自范性。2下列关于晶体的说法不正确的是()A粉末状的固体肯定不是晶体B晶胞是晶体结构的基本单元C晶体内部的粒子按一定规律作周期性有序排列D晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定解析：选A晶体的粉末依然是晶体，如NaCl粉末，A错误；晶胞是晶体的最小重复单元；晶体的内部粒子按一定规律作周期性排列；微粒采取紧密堆积方式，体系能量低，晶体稳定。3. 下列晶体的结构不服从“紧密堆积原理”的是()A金属铜 B氯化钠C金刚石 D干冰解析：选C金刚石属于原子晶体，碳原子之间以共价键相结合，由于共价键具有饱和性和方向性，所以原子晶体不服从紧密堆积原理。4.某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如右图所示，则该晶体的化学式可表示为()AA2B BABCAB2DA3B解析：选B由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A原子周围有2个B原子，每一个B原子周围有2个A原子，故该晶体的化学式可表示为AB。5(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图甲所示的等径圆球排列中，A属于_层，配位数是_；B属于_层，配位数是_。(2)将非密置层一层一层地在三维空间里堆积，得到如图乙所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积。在这种晶体中，金属原子的配位数是_，平均每个晶胞所分摊的原子数目是_。解析：(1)在晶体微粒堆积的空间里，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为配位数。密置层配位数是6。(2)图乙所示简单立方晶胞的8个顶点各有一个原子，平均每个晶胞所分摊的原子数目是81；在这种晶体中，每个金属原子的上、下、左、右、前、后各有一个相邻的原子，故配位数为6。答案：(1)非密置4密置6(2)61(对应课时跟踪检测P65)1下列叙述中正确的是()A具有规则几何外形的固体一定是晶体B晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C具有各向异性的固体一定是晶体D依据构成微粒的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体解析：选C有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，但不一定是晶体，A项错误；晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列，晶体所具有的规则几何外形、各向异性是其内部微粒按一定规律做周期性重复排列的外部反映，B项错误；具有各向异性的固体一定是晶体，C项正确；晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子晶体的依据是构成晶体的内部微粒的种类及微粒间的相互作用的不同，D项错误。2下表列出了有关晶体的知识，其中错误的是()选项ABCD晶体硫化钾干冰金刚石碘构成晶体的微粒阴、阳离子分子原子分子晶体微粒间存在的作用力离子键共价键共价键范德华力解析：选B干冰为分子晶体，构成微粒为分子，微粒间作用力为范德华力。3下列有关晶胞的叙述，不正确的是()A晶体中的晶胞不一定都是平行六面体B晶胞是晶体中最小的结构重复单元C已知晶胞的结构，可推知晶体的结构D使用“切割法”计算晶胞的微粒数，处于顶点、棱、面、体心对晶胞的贡献分别为、1解析：选D在A3型六方晶胞中，处于顶点上的微粒对晶胞的贡献为。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是晶体b是晶体a是非晶体b是非晶体ABCD解析：选D由题可知a有固定熔点，属于晶体，b没有固定熔点，属于非晶体。5下列说法中错误的是()A分子晶体中范德华力没有方向性和饱和性，所以分子晶体一般都采用密堆积，但要受到分子形状的影响B离子晶体一般都是非等径圆球的密堆积C由于共价键的方向性和饱和性，原子晶体堆积的紧密程度大大降低D金属晶体采用非等径圆球的密堆积解析：选D由于离子键、分子间作用力、金属键都没有方向性和饱和性，所以离子晶体、分子晶体、金属晶体都尽可能地采用密堆积形式，而分子晶体的堆积方式要受分子本身形状的影响。离子晶体遵循非等径圆球的密堆积，金属晶体遵循等径圆球的密堆积。6关于如图说法不正确的是()A此种最密堆积为面心立方最密堆积B该种堆积方式称为A1型的最密堆积C该种堆积方式可用符号“ABCABC”表示D金属Mg就属于此种最密堆积方式解析：选D从图示可看出，该堆积方式的第一层和第四层重合，所以这种堆积方式属于A1型堆积，这种堆积方式可用符号“ABCABC”表示，属于金属面心立方最密堆积，而金属Mg属于A3型密堆积，选项D不正确。7.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其原子排列方式如图所示，晶胞中A、B、C的原子个数比为()A131 B231C121 D133解析：选C该晶体结构单元中含A为81，含B为42，含C为1，因此N(A)N(B)N(C)121，故C正确。8.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视做由若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为()ACa4TiO3BCa4TiO6CCaTiO3DCa8TiO12解析：选C晶胞中微粒数目：Ca为1，Ti为81，O为123，则化学式为CaTiO3。9如下图所示，现有甲、乙、丙三种晶体的晶胞：甲中X处于晶胞的中心，乙中A处于晶胞的中心，可推知，甲晶体中X与Y的个数比是_，乙是A与B的个数比是_，丙晶胞中有_个C离子，有_个D离子。解析：注意甲中并不是8个顶点上都有Y，而只有6个顶点上存在Y原子。甲中N(X)N(Y)1(6)43；乙中N(A)N(B)1(8)11；丙中C的个数为(8)64，D的个数为(121)4。答案：43114410.金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共用(如图所示)。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。(1)金晶体每个晶胞中含有_个金原子。(2)如果金原子是钢性球且面对角线上三个小球两两相切，那么一个晶胞的体积为_。(3)金晶体的密度是_。解析：(1)由晶胞构型可知，每个金晶胞中金原子数为：864。(2)由A1型密堆积模型知，面对角线上三个小球相切，根据小球直径计算出立方体的棱长为2d，则每个晶胞体积为：(2d)32d3。(3)每个晶胞质量为，故金的密度为：。答案：(1)4(2)2d3(3)1.如图为铜的面心立方晶胞，则铜的一个晶胞中实际拥有的微粒数为()A3B4C7 D9解析：选B根据切割法计算，面心立方晶胞中有8个原子位于顶点，6个原子位于面心，所以晶胞中铜原子的个数为864。2.最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为()ATi14C13BTiCCTi4C4DTi4C3解析：选A由题意知该物质是气态团簇分子，题目中的图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成，A项正确。3.石墨晶体是层状结构，在每一层内，每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为()A23B21C13 D32解析：选A每个碳原子被3个共价键共用，每共价键被2个碳原子共用，则石墨晶体中每个碳原子与其分摊到的共价键数之比为1323。4.某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种微粒数之比是()A394B142C294D384解析：选B该晶体中含A原子个数为6，B原子个数为632，C原子个数为1；则A、B、C的个数比为21142。5.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高纪录。如图是该化合物的晶体结构单元，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可表示为()AMgB BMgB2CMg2B DMg3B2解析：选B六棱柱的顶点上的镁原子被6个晶胞共用，棱柱的上下底面上的镁原子被2个晶胞共用，1个晶胞中含有镁原子：1223,6个硼原子位于棱柱内，完全属于1个晶胞，N(Mg)N(B)3612。6金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积。a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为()A321 B1184C984 D21149解析：选Aa晶胞中原子个数：12236(个)，b晶胞中原子个数：864(个)，c晶胞中原子个数：812(个)，所以a、b、c晶胞中原子个数比为642321。7下列是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，其对应的化学式正确的是(图中：X，Y，Z)()AX2YBXY3CXY3ZDXYZ解析：选CA图所示的晶胞中X的个数为1，Y的个数为81，化学式为XY；B图所示的晶胞中X的个数为14，Y的个数为4，化学式为X3Y；C图所示的晶胞中X的个数为81，Y的个数为63，Z的个数为1，化学式为XY3Z；D图所示的晶胞中X的个数为81，Y的个数为123，Z的个数为1，化学式为XY3Z。8.某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。(1)晶体中每个Y同时吸引着_个X，每个X同时吸引着_个Y，该晶体的化学式为_。(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)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角XYX为_(填角的度数)。解析：(1)Y位于立方体的中心，在立体的八个顶点中，X占据四个顶点，因此每个Y同时吸引看4个X，而在X周围八个立方体中，只有1个Y，因此，每个X同时吸引着8个Y，N(Y)N(X)8421，化学式为Y2X或XY2。(2)晶体中，在每个X周围与之最接近且距离相等的X位于每个晶胞的三个顶点，即每个晶胞有3个，每个X周围有8晶胞，这样在每个X的上方、下方、水平面各有4个X，共有3412个。(3)观察图，4个X和1个Y构成了一个正四面体(如图)，故XYX109.5。答案：(1)48Y2X或XY2(2)12(3)109.59.晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有20个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个顶角各有一个硼原子，如图所示。(1)BB键角为_。(2)晶体硼中的硼原子数为_；BB键有_个。解析：(1)3个B原子构成等边三角形，则BB键角为60。(2)在等边三角形中，顶点上的B原子为5个等边三角形所有，每等边BB键为2个等边三角形所有，因此，每个等边三角形所占有的B原子数、BB键数分别为31/5，31/2，则20个等边三角形含有的B原子数、BB键数分别为2031/512,2031/230。答案：(1)60(2)1230