高中化学 第3章 第一节 晶体的常识讲义+精练(含解析)新人教版选修3

第一节晶体的常识学业要求素养对接1.能说出晶体与非晶体的区别。

2.能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。

3.认识简单的晶胞。

微观探析：晶体与非晶体的区别。

模型认知：晶胞的判断与相关计算。

[知识梳理]一、晶体1.晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无原子排列相对无序2.获得晶体的三条途径(1)熔融态物质凝固。

(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。

(3)溶质从溶液中析出。

3.晶体的特点(1)自范性：①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。

②形成条件：晶体生长的速率适当。

③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。

(2)各向异性：某些物理性质常常会表现出各向异性。

(3)晶体有固定的熔点。

(4)外形和内部质点排列的高度有序性。

【自主思考】1.区分晶体与非晶体的最可靠的方法是什么？提示最可靠的方法是对固体进行X­射线衍射实验。

二、晶胞1.概念晶胞是描述晶体结构的基本单元。

2.结构习惯采用的晶胞都是平行六面体，晶体是由无数晶胞“无隙并置”而成。

(1)“无隙”：相邻晶胞之间没有任何间隙。

(2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。

3.晶胞中微粒数目的计算(1)平行六面体(立方体形)晶胞中微粒数目的计算。

①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用；②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用；③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。

如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为8×18＋6×12＝4。

(2)几种晶胞中原子数目的确定。

结合下图，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为2、2、8、8。

【自主思考】2.晶胞是否全是平行六面体？提示不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。

3.由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？提示不表示，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。

[自我检测]1.判断正误，正确的打“√”；错误的打“×”。

(1)有规则几何外形的固体就是晶体。

( )(2)熔融态的晶体冷却凝固，得到的固体不一定呈规则的几何外形。

( )(3)晶胞都是平行六面体。

( )(4)晶胞是晶体的最小重复单元。

( )(5)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。

( )(6)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。

( )(7)已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成。

( )(8)同一物质可能是晶体，也可能是无定形体。

( )(9)区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是确定有没有固定熔点。

( )(10)雪花是水蒸气凝华得到的晶体。

( )(11)溶质从溶液中析出可以得到晶体。

( )答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)√(9)×(10)√(11)√2.关于晶体的自范性，下列叙述正确的是( )A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体B.缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块C.圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性D.由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性解析晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发呈现规则的几何外形的性质。

A选项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D选项中玻璃属于非晶体；氯化钠属于晶体，从饱和溶液中析出是形成晶体的途径之一，其发生的原因是晶体的自范性，故B选项正确。

答案 B3.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。

对这句话的理解错误的是( )A.相邻晶胞之间没有任何间隙B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成C.晶胞排列时，取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的解析晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成，而是晶胞平行排列而成的，且相邻晶胞之间没有任何间隙。

答案 B学习任务一晶体与非晶体【合作交流】如图是某固体的微观结构示意图1.区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么？试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。

提示最可靠的科学方法是对固体进行X­射线衍射实验。

根据结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排列，为晶体；Ⅱ中微粒排列不规则为非晶体。

2.将固体Ⅰ、Ⅱ分别加热至熔化，各有什么现象发生？该现象能说明晶体、非晶体的哪种性质？提示加热晶体Ⅰ，温度达到熔点时晶体Ⅰ 开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高，所以晶体有固定的熔点。

加热非晶体Ⅱ 时，温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ 开始软化，流动性增强，最后变为液体。

从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围，所以非晶体无固定的熔点。

3.有规则的几何外形的固体一定是晶体吗？提示有规则几何外形或美观、对称外形的固体不一定是晶体。

例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。

4.有固定组成的物质一定是晶体吗？提示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，如无定形SiO2。

【点拨提升】1.晶体与非晶体的比较晶体非晶体微观结构特征粒子周期性有序排列粒子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定各向异性有无鉴别方法间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X­射线衍射实验举例NaCl、I2、SiO2、Na晶体等玻璃、橡胶等2.晶体呈现自范性的条件晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。

熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快时，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。

如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶是SiO2热液缓慢冷却形成的。

【例1】下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是( )A.晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的C.晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果D.晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性解析晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性，而对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，B项的说法错误。

答案 B晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果。

【变式训练】1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是( )A.晶体一定比非晶体的熔点高B.晶体有自范性但排列无序C.非晶体无自范性而且排列无序D.固体SiO2一定是晶体解析晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A项错误；晶体有自范性且排列有序，非晶体无自范性而且排列无序，故B项错误，C项正确；晶体形成也需要一定条件，当条件不具备时，不一定形成晶体，如熔融态SiO2快速冷却形成的固体SiO2就不是晶体，故D项错误。

答案 C2.下列途径不能得到晶体的是( )A.熔融态SiO2快速冷却B.熔融态SiO2缓慢冷却C.FeCl3蒸气冷凝D.CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却解析晶体呈现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当。

熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，如熔融态SiO2快速冷却得到看不到晶体外形的玛瑙，热液缓慢冷却则形成水晶。

FeCl3、AlCl3等固体均易升华，其蒸气凝华则得到晶体。

D项析出胆矾晶体(CuSO4·5H2O)。

答案 A3.下列关于晶体的说法正确的是( )A.将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体B.假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品C.石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点D.蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同解析选项A，将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾，胆矾属于晶体。

选项B，宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别。

选项C，非晶体没有固定熔点。

选项D，晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有些差异。

答案 B4.下列物质中，属于晶体的是________(填序号)。

A.橡胶B.玻璃C.食盐D.水晶E.塑料F.胆矾G.陶瓷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、水晶、大部分矿石等都是晶体；非晶体是内部微粒的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质，如玻璃、橡胶等都是非晶体。

答案 CDF 学习任务二 晶胞 【合作交流】现有甲、乙、丙(如图所示)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)。

1.甲晶体中X 与Y 的个数比是多少？提示 甲晶体中，体心X 为1，顶角Y 为6×18，所以N (X)∶N (Y)＝1∶68＝4∶3。

2.乙晶体中A 与B 的个数比是多少？提示 乙晶体中，体心A 为1，顶角B 为8×18＝1，所以N (A)∶N (B)＝1∶1。

3.丙晶体中每个晶胞包含有C 离子、D 离子各为多少？提示 丙晶体中，C 离子个数为12×14＋1＝4，D 离子个数为8×18＋6×12＝4。

4.若晶胞是六棱柱，那么顶点上的一个微粒被几个六棱柱共用？ 提示 被6个六棱柱共用。

【点拨提升】1.均摊法确定晶胞中微粒的个数均摊法：若某个粒子为n 个晶胞所共有，则该粒子的1n属于这个晶胞。

(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算：(2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算：如图所示，六方晶胞中所含微粒数目为12×16＋3＋2×12＝6。

特别提醒 非长方体和六方晶胞中粒子数目计算时视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，每个碳原子被三个六边形共用，每个碳原子对六边形的贡献为1/3。

2.立方晶胞中各物理量的关系a 3×ρ×N A ＝n ×M a ：表示晶胞的棱长； ρ：表示晶体的密度； N A ：表示阿伏加德罗常数；n ：表示1 mol 晶胞中晶体的物质的量； M ：表示晶体的摩尔质量；a 3×ρ×N A 表示1 mol 晶胞的质量。

【例2】 (1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是________。

(2)利用“卤化硼法”可合成含B 和N 两种元素的功能陶瓷，如图为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B 原子的个数为________，该功能陶瓷的化学式为________。

(3)某晶体结构模型如图所示。

该晶体的化学式是________________，在晶体中1个Ti 原子、1个Co 原子周围距离最近的O 原子数目分别为________个、________个。

(4)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，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________。