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1、第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识一、晶体的分类1根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。2由阴离子和阳离子通过离子键形成的晶体称为离子晶体。3由金属元素组成，以金属键为根本作用形成的晶体称为金属晶体。4完全通过共价键形成的晶体称为原子晶体。5通过分子间相互作用使得分子在空间进行周期性重复排列所形成的晶体称为分子晶体。二、晶体与非晶体的判定方法1测熔点：晶体具有固定的熔点，而非晶体那么没有固定的熔点。2可靠方法：对固体进行X射线衍射实验。三、晶体的根本性质是由晶体的周期性结构决定的1自范性指晶体能自发地呈现多面体外形的性质。2均一性
2、指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各局部都是相同的。3各向异性同一晶格构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。4对称性晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的表达。5最小内能在相同的热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比拟，其内能最小。6稳定性晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。以下表达中，正确的选项是()A具有规那么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
3、具有规那么的几何外形C具有各向异性的固体一定是晶体D依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体解析晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列。晶体所具有的规那么几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部粒子规律性排列的外部反映，因此B项错；有些人工加工而成的固体也具有规那么几何外形和高度对称性，所以A项错；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、原子晶体是依据构成晶体的粒子及粒子间的相互作用，因此D项错。答案C依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不可靠性，应从本质特征上进行把握。如以下图
4、所示的甲、乙、丙三种晶体试写出：(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为。(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是个。解析只要掌握晶体立方体中粒子实际占有“份额规律：顶点粒子在立方体中实占18加热，立方体面上粒子实占12加热，立方体棱边上粒子实占14加热，立方体内部粒子按有1算1统计。甲中X位于立方体体心，算为1，Y位于立方体顶点，实际占有：18加热4=122加热个，XY=112加热=21，所以甲的化学式为X2Y；乙中A 占有：18加热8=1，B占有12加热6=3，C占有1个，由此推出ABC=131；丙中D周围的E的个数与E周围D的个数相同，E周围有8个D
5、，所以D周围有8个E。答案(1)X2Y(2)131(3)8解答这类习题时首先要明确：由晶胞构成的晶体，其化学式不是表示一个分子中含有多少个原子，而是表示每个晶胞中平均含有各类原子的个数，即各类原子的最简个数比。解答这类习题，通常采用分摊法。分摊法的根本原那么是：晶胞在任意位置上的一个原子如果被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是。1某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图如图，这张图说明玻璃是不是晶体，为什么？提示不是晶体。从玻璃的结构示意图来看，玻璃中粒子质点排列无序，没有晶体的自范性。2根据晶体物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有
6、效的方法鉴别假宝石吗？提示(1)采用X射线衍射实验时，当X射线照射假宝石时，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。(2)观看是否具有对称性；在外形上，假宝石没有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。(3)用它来刻划玻璃；真宝石硬度大，可刻划玻璃，而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。(4)加热；真宝石熔、沸点很高，而假宝石无固定的熔、沸点，在一定温度范围内，便开始熔化。以下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子？提示金属钠的一个晶胞的原子数=81/8+1=2；金属锌的一个晶胞的原子数=81/8+1=2；晶体碘的一个晶胞的原子数=(81/
7、8+61/2)2=8；金刚石的一个晶胞的原子数=81/8+61/2+4=8。1.自范性微观结构晶体有(能自发呈现多面体外形)原子在三维空间里呈周期性有序排列玻璃体没有(不能自发呈现多面体外形)原子排列相对无序2.区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验。3864；8648；(86)312。42种1以下物质中属于晶体的是()A玻璃 B水晶 C水泥 D橡胶答案B解析晶体是具有自发形成的规那么几何外形的固体，玻璃、水泥、橡胶尽管可以塑造成为规那么的几何外形，但不是自发的，所以它们不是晶体。2以下关于晶体的说法不正确的选项是()A粉末状的固体肯定不是晶体B晶胞是晶体结构的根本单元C晶体内
8、部的粒子按一定规律做周期性的有序排列D晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比拟稳定答案A解析晶体和非晶体的本质区别是组成晶体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列，不管固体的颗粒大小，只要其组成粒子在三维空间里呈现周期性的有序排列就属于晶体，因此A选项的判断是错误的，而B、C、D项皆正确。3纳米材料的外表粒子数占粒子总数的比例很大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某硼镁化合物的结构如以下图所示(六个硼原子位于棱柱内)，那么这种纳米颗粒的外表粒子数占总粒子数的百分比为()A22% B70% C66.7% D33.3%答案B解析这是一个纳米颗粒，其中的粒子不会与其他颗粒共用，因此所有的镁原子和
9、硼原子都完全属于这个颗粒。该纳米颗粒外表共有镁原子14个、内部有硼原子6个，原子总数为20，所以镁原子占原子总数的百分比为100%70%，故B选项正确。4某晶体的一局部如下图，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()A394 B142 C294 D384答案B解析这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际情况来计算，原子的均摊数分别为：顶点，水平棱上，竖棱上，面上，内部为1。A、B、C三种粒子数的比为(6)(63)1142。5某离子化合物的晶胞如以下图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，该离子化合物中阴、阳离子的个数比为()A18B14 C12D11答案D解
10、析离子晶体是由晶胞在三维空间里通过无隙并置构成的。每一个晶胞中的粒子属于该晶胞的份额计算方法如下：顶点上的粒子，被8个晶胞共用，属于一个晶胞的占其1/8；棱上的粒子，被4个晶胞共用，属于一个晶胞的占其1/4；面上的粒子，被2个晶胞共用，属于一个晶胞的占其1/2；晶胞内的粒子，完全属于该晶胞。由图可知，阳离子位于晶胞的中心，属于该晶胞的数目为1，阴离子位于晶胞的8个顶点上，属于该晶胞的数目为81/81，因此，阴离子与阳离子的个数比为11。6根据晶体中的晶胞结构，判断以下晶体的化学式中不正确的选项是()答案A解析确定晶体的化学式，其实就是确定晶胞中各粒子的个数比。在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒
11、子才完全属于该晶胞，处于面上的粒子有1/2属于该晶胞，处于棱上的粒子有1/4属于该晶胞，处于各顶点上的粒子只有1/8属于该晶胞。据此可以算出上述晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A选项错误。7在晶体中具有代表性的最小重复结构单元称为晶胞。一般来说，晶胞的形状都是_。由于整块晶体可以看作是由很多的晶胞通过_而形成的，因此晶体内部质点的排列_。晶体的许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)常会表现出_。而非晶体由于_(填“存在或“不存在)最小重复的结构单元，在X射线衍射图谱中的特点是_。答案平行六面体无隙并置高度有序各向异性不存在看不到分立的斑点或明锐的谱线解析此题重点考查晶体
12、的微观结构以及晶体和非晶体的X射线衍射图谱的区别。1以下表达不属于晶体特性的是()A有规那么的几何外形 B具有各向异性C有对称性 D没有固定熔点答案D解析晶体具有规那么的几何外形、各向异性、对称性三大特性，且晶体有固定的熔点。来2以下物质中，不属于晶体的是()A干冰 B食盐 C玻璃 D钠答案C解析固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒(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，食盐、冰、金属、宝石、水晶、大局部矿石等都是晶体；非晶体的内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态，如玻璃、橡胶等都是非晶体。3以下有关晶胞的表达，正确的选项是()A晶胞是晶体中的最小的结构重复
13、单元B不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞D晶胞的组成就可推知晶体的组成答案AD解析不同的晶体中晶胞的形状和大小不一定相同，故B错；晶胞中的粒子有的和其他晶胞共用，所以C也错。4某晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如下图，晶体中A、B、C的原子个数之比依次为()A131 B231 C861 D431答案A解析N(A)81，N(B)63，N(C)1，那么晶体中A、B、C的原子个数之比为131。5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_，乙中A与B的个数比是_，丙晶胞中有_个C离子，有_个D
14、离子。答案431144解析根据平摊规律：甲中体心X为1，顶点Y为6，所以XY143；同理可计算出乙、丙中微粒个数及其比值。1以下有关晶体和非晶体的说法中正确的选项是()A具有规那么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将玻璃加工成规那么的固体即变成晶体答案B解析晶体的规那么几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规那么的几何外形，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；晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，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项是错误的；自范性是晶体与非晶体的本质区别，所以
15、B选项正确。2区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是()A测定熔、沸点 B观察外形C对固体进行X射线衍射 D通过比拟硬度确定答案C解析从外形和某些物理性质可以初步鉴别晶体和非晶体，但并不一定可靠。区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，所以只有C选项正确。3普通玻璃和水晶的根本区别在于()A外形不一样B普通玻璃的根本构成粒子无规那么地排列，水晶的根本构成粒子按一定规律做周期性重复排列C水晶有固定的熔点，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答案B解析晶体和非晶体的本质区别就是粒子(原子、离子或分子)在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。4水的状态除
16、了气态、液态和固态外，还有玻璃态。它是由气态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同。以下有关玻璃态水的说法中，正确的选项是()A水由液态变为玻璃态，体积缩小 B水由液态变为玻璃态，体积膨胀C玻璃态是水的一种特殊状态 D玻璃态水属于晶体答案C解析题干中已经非常明确地说明：“玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构，故不会是晶体，故D项不对；玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，根据m/V，可知水由液态变为玻璃态，体积不会发生变化，所以A、B选项不符合题意。5以下途径不能得到晶体的是()A熔融态物质快速冷却 B熔融态物质凝固C气态物质凝华 D溶质
17、从溶液中析出答案A解析得到晶体的三个途径是：溶质从溶液中析出，气态物质凝华，熔融态物质凝固，所以B、C、D选项中的措施可以得到晶体；晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生成的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，所以选择A项。6有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图，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()ATi14C13 BTiC CTi4C4 DTi4C3答案A解析由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中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，选项A正确；此题目极易因审题不严密，误认为是晶体而视为Ti与C原子的
18、个数比为(86)(121)11，错选B或C。7碘元素有多种价态，可以形成多种含氧阴离子IxO。由2个IO正八面体共用一个面形成的IxO的化学式为()AI2O BI2O CI2O DI2O答案A解析此题主要考查离子组成与空间结构的关系。正八面体由八个正三角形构成，那么IO结构应为：I在正八面体中心，6个O原子在正八面体的六个顶点上，即由2个IO正八面体共用一个面后形成的IxO应该拥有2个I和9个O。8如图，石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为()A2 B3 C4 D6答案A解析据均摊法，从图中可知，每个顶点上的原子为三个正六边形共有，因而正六边形占有的碳原子数目为62。9
19、氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好平安有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其根本结构单元如下图，那么该合金的化学式可表示为()ALaNi5 BLaNi CLa14Ni24 DLa7Ni12答案A解析根据上述物质的结构知La原子的数目为1223，而Ni原子的数目为126615，所以La与Ni的原子个数比为31515。10如下图为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿的晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。(1)在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最近且距离相等的氧离子、钙离子，各有
20、、。(2)该晶体结构中，元素氧、钛、钙的离子个数比是_，该物质的化学式可表示为。(3)假设钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm=10-9 m)，那么该晶体的密度为g/cm3。答案(1)68(2)311CaTiO3(3)a+b+3cMnO260 2d3解析(1)以钛离子为顶点，应有8个立方晶胞紧靠在一起，这样钛原子成为空间直角坐标系的中心原点，它的三维方向上前后左右上下最近且相邻各有一个氧原子，共6个，它周围的8个立方晶胞内各含一个钙离子；(2)该晶体中含氧离子个数为1214加热=3，钙离子1个，钛离子818加热=1，故其
21、比为311，那么它的化学式可表示为CaTiO3；(3)晶体的质量即三种离子的质量，即 a+b+3c6.0210233加热；晶体的体积为d310-21 cm3；那么其密度为11.某晶胞结构如下图，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。试分析：(1)在一个晶胞中有个X，个Y，晶体的化学式为。(2)晶体中距离最近的两个X与一个Y所形成的夹角XYX为(填角的度数)。答案(1) 1XY2或Y2X(2)10928解析(1)Y的个数为1，X的个数为41/8=1/2，所以XY=12，因此化学式为XY2或Y2X。(2)X与Y之间的连接线构成一个正四面体，类似甲烷的分子结构，所以XYX角度等于甲烷中的键角，为10928。