物质结构与性质：第3章 第1节 认识晶体

第1节认识晶体

1．了解晶体的重要特征，简单了解晶体的分类。

2．通过等径圆球与非等径圆球的堆积模型认识晶体中微粒排列的周期性规律。(重点)

3．了解晶胞的概念，以及晶胞与晶体的关系，会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。(重难点)

晶体的特性

[基础·初探]

教材整理1晶体

1．晶体的概念

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

(1)晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。

(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。

(3)晶体有特定的对称性：晶体具有规则的几何外形。

1．晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同？

【提示】晶体与非晶体不同之处：晶体外观上有规则的几何外形；晶体的特性：自范性、各向异性、对称性；晶体的结构：内部微粒在空间按一定规律做周期性重复性排列。

2．用什么方法区别晶体和非晶体？

【提示】测定熔点法。晶体有固定的熔点，非晶体无固定熔点。教材整理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

(1)1 mol NaCl晶体含N A个NaCl分子。(×)

(2)金属晶体是由金属键为基本作用形成的，还含有离子键。(×)

(3)SiO2属于原子晶体。(√)

(4)构成分子晶体的微粒是分子，故稀有气体形成的晶体不属于分子晶体。(×)

[核心·突破]

晶体和非晶体的区别

固体外观微观结构自范性各向异性熔点

晶体具有规则的几

何外形

粒子在三维空间周

期性有序排列

有各向异性固定

非晶体不具有规则的

几何外形

粒子排列相对无序没有各向同性

不固

定

本质区

别

微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列

题组1晶体

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】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。

【答案】 C

2．下列不属于晶体的特点的是()

A．一定有固定的几何外形

B．一定有各向异性

C．一定有固定的熔点

D．一定是无色透明的固体

【解析】晶体的特点有：有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫黑色的碘晶体、蓝色的硫酸铜晶体。

【答案】 D

3．普通玻璃和水晶的根本区别在于()

A．外形不一样

B．普通玻璃的基本构成粒子无规则地排列，水晶的基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

【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。

【答案】 B

题组2晶体的分类

4．下列晶体中由原子直接构成的分子晶体是()

A．氯化钠B．氦气

C．金刚石D．金属

【解析】A项，氯化钠是由Na＋和Cl－通过离子键结合形成的离子晶体；B项，氦气是由氦气原子(分子)通过分子间作用力结合形成的分子晶体；C项，金刚石是由碳原子通过共价键结合形成的原子晶体；D项，金属是由金属阳离子和自由电子通过金属键结合形成的金属晶体。

【答案】 B

5．下列晶体熔化时不需要破坏化学键的是()

A．金刚石B．食盐

C．干冰D．金属钾

【解析】熔化时金刚石断裂共价键，食盐断裂离子键，干冰断裂分子间作用力(范德华力)，金属钾断裂金属键。

【答案】 C

6．关于晶体与化学键关系的下列说法中，正确的是()

A．离子晶体中一定存在共价键

B．原子晶体中可能存在离子键

C．金属晶体中含有离子，但却不存在离子键

D．分子晶体中一定存在共价键

【解析】A项，离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键；B项，原子晶体中只存在共价键；D项，分子晶体中可能存在共价键。

【答案】 C

【规律总结】判断晶体类型的依据

(1)依据构成晶体微粒的种类。离子晶体：阴、阳离子；分子晶体：分子；原子晶体：原子；金属晶体：金属阳离子和自由电子。

(2)依据构成晶体微粒之间的作用。离子晶体：离子键；分子晶体：分子间作用力；原子晶体：共价键；金属晶体：金属键。

晶体结构的堆积模型

[基础·初探]

教材整理1等径圆球的密堆积——金属晶体

1.

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)等径圆球在每一列上进行紧密堆积的方式只有一种。(√)

(2)金属镁的晶体属于A3型最密堆积。(√)

(3)金属铜的晶体属于A1型最密堆积。(√)

(4)金属晶体的配位数都相同。(×)

教材整理2非等径圆球的密堆积

所有晶体微粒都采取紧密堆积的排列方式吗？

【提示】不一定。

[合作·探究]

[探究背景]

中学化学常见物质：NaCl、蔗糖、干冰、ZnCl2、铜、玻璃、钠、金刚石、SiO2、甲烷晶体。

[探究问题]

1．属于离子晶体的是NaCl、ZnCl2，属于分子晶体的是蔗糖、干冰、甲烷晶体，属于金属晶体的是铜、钠，属于原子晶体的是金刚石、SiO2。

2．不服从紧密堆积原理的晶体是金刚石、SiO2，并解释其原因。

【提示】形成原子晶体微粒间以共价键进行堆积，因共价键有饱和性和方向性，决定了一个原子周围的其他原子数目不仅是有限的，而且堆积方向也是一

定的。金刚石、SiO2晶体中原子之间以共价键结合，故不服从紧密堆积原理。

[核心·突破]

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。

[题组·冲关]

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】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。

【答案】 B

2．如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是()

A．此堆积方式属于非最密堆积

B．此堆积方式为A1型

C．配位数(一个金属离子周围紧邻的金属离子的数目)为8

D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同

【解析】据图可看出，镉的堆积方式为“…ABAB…”形式，为A3型，而铜的堆积方式为A1型，故A、B两项错误，D项正确；A3型密堆积的配位数为12，即中间一层有6个，上下两层各有3个，C项错误。

【答案】 D

3．下列晶体按A1型进行紧密堆积的是()

A．干冰、NaCl、金属铜

B．ZnS、金属镁、氮化硼

C．水晶、金刚石、晶体硅

D．ZnS、NaCl、金属镁

【解析】干冰、NaCl、Cu、ZnS均为A1型紧密堆积，Mg为A3型紧密堆积，水晶、金刚石、氮化硼、晶体硅为原子晶体，不遵循紧密堆积原则，故只有A正确。

【答案】 A

4．将晶体划分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是()

A．基本构成微粒种类

B．晶体中最小重复结构单元的种类

C．微观粒子的密堆积种类

D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类

【解析】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。

【答案】 D

【规律方法】晶体类型不同，堆积模型不同

(1)金属晶体采用等径圆球的密堆积。

(2)离子晶体采用不等径圆球密堆积，大球先做等径圆球密堆积，小球再填充空隙。

(3)原子晶体不是紧密堆积。

(4)分子晶体尽可能采用紧密堆积。

晶体结构的最小重复单元——晶胞

[基础·初探]

概念晶体结构中最小的重复单元

形状大小、形状完全相同的平行六面体

类型A3型——六方最密堆积——六方晶胞

A1型——面心立方最密堆积——面心立方晶胞

“切割法”计算某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的1/n 属于该晶胞

面心立方最密堆积(A1型)和六方最密堆积(A3型)所示的图形均代表一个晶胞吗？

【提示】A1型所示图形为一个晶胞，而A3型所示图形为三个晶胞。

[核心·突破]

晶胞中粒子数目的计算——切割法

1．平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算

某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1

n属于这个晶胞。

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1

6，水平棱边为

1

4，竖直棱边为

1

3，面为

1

2，内部为1。

如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占该粒子的1/3。

3．气态团簇分子不能用切割法

如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，则分子式可表示为M14N13或N13M14。

[题组·冲关]

1．有下列离子晶体的空间结构示意图：以M代表阳离子，以N代表阴离子，·代表阳离子，代表阴离子，化学式为MN2的晶体结构为()

【解析】 利用切割法计算立方晶胞微粒个数的过程如下：A 中阳离子处于

顶点位置，故其在晶胞中的数目为8×18＝1个，而阴离子位于体心，其数目为1，故A 的化学式为MN ；同理可得，B 中，M 为4×18＝12，N 为1，化学式为MN 2；

C 中M 为4×18＝12，N 为4×18＋1＝32，化学式为MN 3；

D 中M 为8×18＋4×12＝

3，N 为1，化学式为M 3N 。

【答案】 B

2．如图所示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，图中—X 、•—Y 、⊗—Z 。其对应的化学式不正确的是( )

A B C D

【解析】 A 图中X 、Y 原(离)子的位置、数目完全等同，化学式XY 正确；

B 图化学式应为XY ，不正确；

C 图中X 的数目为4×18＋1＝32，Y 的数目为4×18

＝12，化学式X 3Y 正确；D 图中X 的数目为8×18＝1，Y 的数目为6×12＝3，Z 位于内部，数目为1，化学式XY 3Z 正确。

【答案】 B

3．X(Zn)与Y(S)所形成化合物晶体的晶胞如图所示。

【导学号：66240024】

(1)在1个晶胞中，X 离子的数目为________。

(2)该化合物的化学式为________。

【解析】 一个晶胞中Zn 2＋的数目＝1(8个顶点)＋3(6个面心)＝4，S 2－的

数目＝4(4个体内)。

【答案】(1)4(2)ZnS

4．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________。

【解析】由晶胞结构示意图，根据切割法，可得B原子为8×1

8＋1＝2个，

N原子为4×1

4＋1＝2个，则该功能陶瓷的化学式为BN。

【答案】2BN

第1节认识晶体

1．了解晶体的重要特征，简单了解晶体的分类。

2．通过等径圆球与非等径圆球的堆积模型认识晶体中微粒排列的周期性规律。(重点)

3．了解晶胞的概念，以及晶胞与晶体的关系，会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。(重难点)

晶体的特性

教材整理1晶体

1．晶体的概念

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

(1)晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。

(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。

(3)晶体有特定的对称性：晶体具有规则的几何外形。

1．晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同？

【提示】晶体与非晶体不同之处：晶体外观上有规则的几何外形；晶体的特性：自范性、各向异性、对称性；晶体的结构：内部微粒在空间按一定规律做周期性重复性排列。

2．用什么方法区别晶体和非晶体？

【提示】测定熔点法。晶体有固定的熔点，非晶体无固定熔点。

教材整理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

(1)1 mol NaCl晶体含N A个NaCl分子。(×)

(2)金属晶体是由金属键为基本作用形成的，还含有离子键。(×)

(3)SiO2属于原子晶体。(√)

(4)构成分子晶体的微粒是分子，故稀有气体形成的晶体不属于分子晶体。

(×)

[核心·突破]

晶体和非晶体的区别

题组1晶体

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】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。

【答案】 C

2．下列不属于晶体的特点的是()

A．一定有固定的几何外形

B．一定有各向异性

C．一定有固定的熔点

D．一定是无色透明的固体

【解析】晶体的特点有：有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫黑色的碘晶体、蓝色的硫酸铜晶体。

【答案】 D

3．普通玻璃和水晶的根本区别在于()

A．外形不一样

B．普通玻璃的基本构成粒子无规则地排列，水晶的基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

【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。

【答案】 B

题组2晶体的分类

4．下列晶体中由原子直接构成的分子晶体是()

A．氯化钠B．氦气

C．金刚石D．金属

【解析】A项，氯化钠是由Na＋和Cl－通过离子键结合形成的离子晶体；B项，氦气是由氦气原子(分子)通过分子间作用力结合形成的分子晶体；C项，金刚石是由碳原子通过共价键结合形成的原子晶体；D项，金属是由金属阳离子和自由电子通过金属键结合形成的金属晶体。

【答案】 B

5．下列晶体熔化时不需要破坏化学键的是()

A．金刚石B．食盐

C．干冰D．金属钾

【解析】熔化时金刚石断裂共价键，食盐断裂离子键，干冰断裂分子间作用力(范德华力)，金属钾断裂金属键。

【答案】 C

6．关于晶体与化学键关系的下列说法中，正确的是()

A．离子晶体中一定存在共价键

B．原子晶体中可能存在离子键

C．金属晶体中含有离子，但却不存在离子键

D．分子晶体中一定存在共价键

【解析】A项，离子晶体中一定存在离子键，可能存在共价键；B项，原子晶体中只存在共价键；D项，分子晶体中可能存在共价键。

【答案】 C

【规律总结】判断晶体类型的依据

(1)依据构成晶体微粒的种类。离子晶体：阴、阳离子；分子晶体：分子；原子晶体：原子；金属晶体：金属阳离子和自由电子。

(2)依据构成晶体微粒之间的作用。离子晶体：离子键；分子晶体：分子间作用力；原子晶体：共价键；金属晶体：金属键。

晶体结构的堆积模型

[基础·初探]

教材整理1等径圆球的密堆积——金属晶体

1.

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)等径圆球在每一列上进行紧密堆积的方式只有一种。(√)

(2)金属镁的晶体属于A3型最密堆积。(√)

(3)金属铜的晶体属于A1型最密堆积。(√)

(4)金属晶体的配位数都相同。(×)

教材整理2非等径圆球的密堆积

所有晶体微粒都采取紧密堆积的排列方式吗？

【提示】不一定。

[合作·探究]

[探究背景]

中学化学常见物质：NaCl、蔗糖、干冰、ZnCl2、铜、玻璃、钠、金刚石、SiO2、甲烷晶体。

[探究问题]

1．属于离子晶体的是NaCl、ZnCl2，属于分子晶体的是蔗糖、干冰、甲烷晶体，属于金属晶体的是铜、钠，属于原子晶体的是金刚石、SiO2。

2．不服从紧密堆积原理的晶体是金刚石、SiO2，并解释其原因。

【提示】形成原子晶体微粒间以共价键进行堆积，因共价键有饱和性和方向性，决定了一个原子周围的其他原子数目不仅是有限的，而且堆积方向也是一定的。金刚石、SiO2晶体中原子之间以共价键结合，故不服从紧密堆积原理。

[核心·突破]

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。

[题组·冲关]

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】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。

【答案】 B

2．如图为金属镉的堆积方式，下列说法正确的是()

A．此堆积方式属于非最密堆积

B．此堆积方式为A1型

C．配位数(一个金属离子周围紧邻的金属离子的数目)为8

D．镉的堆积方式与铜的堆积方式不同

【解析】据图可看出，镉的堆积方式为“…ABAB…”形式，为A3型，而铜的堆积方式为A1型，故A、B两项错误，D项正确；A3型密堆积的配位数为12，即中间一层有6个，上下两层各有3个，C项错误。

【答案】 D

3．下列晶体按A1型进行紧密堆积的是()

A．干冰、NaCl、金属铜

B．ZnS、金属镁、氮化硼

C．水晶、金刚石、晶体硅

D．ZnS、NaCl、金属镁

【解析】干冰、NaCl、Cu、ZnS均为A1型紧密堆积，Mg为A3型紧密堆

积，水晶、金刚石、氮化硼、晶体硅为原子晶体，不遵循紧密堆积原则，故只有A正确。

【答案】 A

4．将晶体划分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是()

A．基本构成微粒种类

B．晶体中最小重复结构单元的种类

C．微观粒子的密堆积种类

D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类

【解析】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。

【答案】 D

【规律方法】晶体类型不同，堆积模型不同

(1)金属晶体采用等径圆球的密堆积。

(2)离子晶体采用不等径圆球密堆积，大球先做等径圆球密堆积，小球再填充空隙。

(3)原子晶体不是紧密堆积。

(4)分子晶体尽可能采用紧密堆积。

晶体结构的最小重复单元——晶胞

概念晶体结构中最小的重复单元

形状大小、形状完全相同的平行六面体

类型A3型——六方最密堆积——六方晶胞

A1型——面心立方最密堆积——面心立方晶胞

“切割某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的1/n