第三章晶體結構與性質第一節物質的聚集狀態與晶體的常識課時精講14物質的聚集狀態與晶體的常識【目標導航】1．了解非晶體和液晶。2．了解納米材料和等離子體。3．了解晶體的重要特征，簡單了解晶體的分類。4．了解晶胞的概念，以及晶胞與晶體的關系，會用“切割法”確定晶胞中的粒子數目(或粒子數目比)和晶體的化學式?！局R導圖】一、等離子體1．定義。由大量________微粒(離子、電子)和_______微粒(原子或分子)所組成的物質聚集體稱為等離子體。2．特點。等離子體中正、負電荷數大致相等，總體來看等離子體呈______________。3．性質。等離子體中的微粒帶有電荷且能______________，使等離子體具有很好的_______，很高的溫度和流動性。二、液晶1．定義。在一定的溫度范圍內既具有液體的_______性，又具有晶體的_______性的物質稱液晶。2．性質及原因性質：液晶在_______、_______、電導率等宏觀性質方面表現各向異性。原因：液晶內部分子的排列沿分子長軸方向呈現出_______的排列。三、非晶體1．定義內部原子或分子的排列呈______________的分布狀態的固體稱為非晶體。例如：橡膠、玻璃、石蠟、瀝青等。2．與晶體的區別最大區別：物質內部的微粒能否_______地規則排列。(1)晶體內部微粒在空間按一定規律周期性重復排列而表現出______________。(2)非晶體的內部微粒的排列則是長程_______和短程_______的。3．非晶體的優異性能(1)某些非晶態合金的強度和硬度比相應晶態合金的_____。(2)某些非晶態合金在中性鹽溶液或酸性溶液中的耐腐蝕性比不銹鋼____。(3)非晶態硅對陽光的吸收系數比單晶硅_____。四、晶體1．概念：內部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規律做_______重復排列構成的固體物質。2．晶體的特性(1)自范性：在適宜條件下，晶體能夠自發地呈現封閉的、規則的_______外形。(2)各向異性：晶體在不同的方向上表現出_______的物理性質。(3)對稱性：晶體具有_______的幾何外形。(4)固定的熔、沸點：加熱晶體，溫度達到熔點時即開始熔化，在沒有全部熔化之前，繼續加熱，溫度不再升高，完全熔化后，溫度才繼續升高。(5)能使X射線產生衍射：利用這種性質，人們建立了測定晶體的重要實驗方法。五、晶體與非晶體晶體非晶體結構特征結構微粒______________排列結構微粒_______排列性質特征自范性______________熔點______________異同表現______________二者區別方法間接方法看是否有固定的_______科學方法對固體進行______________實驗六、晶體的分類(1)分類標準：根據晶體內部_______的種類和微粒間______________的不同。(2)分類晶體類型構成微粒微粒間的相互作用實例離子晶體____________________________NaCl金屬晶體____________________________銅原子晶體____________________________金剛石分子晶體____________________________冰七、獲得晶體的途徑獲得晶體的途徑_______物質冷卻不經液態直接凝固(凝華)_______物質凝固_______從溶液中析出八、晶胞概念晶體結構中最小的______________形狀大小、形狀完全相同的______________類型六方最密堆積——_______晶胞面心立方最密堆積——______________晶胞“切割法”計算某晶胞中的微粒，如果被n個晶胞所共有，則微粒的_______于該晶胞九、晶胞中粒子數目的計算方法——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視具體情況而定，如正六棱柱形晶胞，頂點上的每個微粒對晶胞的貢獻為eq\f(1,6)，水平棱邊為eq\f(1,4)，豎直棱邊為eq\f(1,3)，面為eq\f(1,2)，內部為1。【小試牛刀】判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。1．石英玻璃和水晶都是晶體()2．具有各向異性的固體可能是晶體()3．粉末狀的固體肯定不是晶體()4．晶體與非晶體的根本區別在于固體是否具有規則的幾何外形()5．X-射線衍射是最可靠的區分晶體和非晶體的方法()6．用X射線衍射攝取石英玻璃和水晶的粉末得到的圖譜是相同的()7．晶體與非晶體的本質差異在于其是否具有自范性()8．晶體具有自范性，所以用紅熱的鐵針刺涂有石蠟的水晶柱面，熔化的石蠟呈橢圓形()9．晶體具有自范性，某些物理性質會表現出各向異性()10．等離子體和離子液體都具有良好的導電性()11．等離子體的基本構成粒子只有陰、陽離子12．等離子體是一種特殊的氣體，由陽離子和電子兩部分構成()13．等離子體是整體上呈電中性的氣態物質，其中含有帶電粒子()14．日光燈和霓虹燈的燈管里存在有具有良好流動性和導電能力的等離子體()15．液晶具有液體的流動性，在某些物理性質方面具有類似晶體的各向異性()16．電視和電腦的液晶顯示器使用的液晶材料屬于晶體，不能體現晶體的各向異性()17．準晶是一種無平移周期序，但有嚴格準周期位置序的獨特晶體，可通過X射線衍射方法區分晶體、準晶體和非晶體()18．納米晶體會有不同于大塊晶體的特性，主要原因是晶體的表面積增大()19．納米材料包括納米顆粒與顆粒間的界面兩部分，兩部分都是有序的()20．純物質有固定的熔點，但其晶體顆粒尺寸在納米量級時也可能發生變化()考點一物質的聚集狀態【例1】等離子體的用途十分廣泛，運用等離子體來切割金屬或者進行外科手術，其利用了等離子體的特點是()A．微粒帶有電荷B．高能量C．基本構成微粒多樣化 D．準電中性【答案】B【解析】運用等離子體來切割金屬或者進行外科手術，是利用了等離子體具有高能量的特點?！纠?】有關液晶的敘述，不正確的是()A．液晶既具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性B．液晶最重要的用途是制造液晶顯示器C．液晶不是物質的一種聚集狀態D．液晶分子聚集在一起時，其分子間相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響【答案】C【解析】從液晶的結構特征看，液晶具有晶體的某些性質，如各向異性。在電場作用下，液晶分子能夠沿電場方向排列，這也是制造液晶顯示器的依據。液晶是介于液態和固態之間的一種聚集狀態，故只有C選項錯誤?！窘忸}技法】物質的其他聚集狀態的物質有非晶體、液晶、納米材料、等離子體。1．非晶體是指內部原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態的固體。2．液晶既具有液體的可流動性，又具有像晶體那樣的各向異性，在折射率、磁化率、電導率等方面具有宏觀物體的性質。3．納米材料是指三維空間尺寸至少有一維處于納米尺度的、具有特定功能的材料。4．等離子體中正、負電荷大致相等，總體來看等離子體呈準電中性，等離子體具有很好的導電性?！緦c訓練1】1．等離子體和液晶在工業、農業、軍事、宇航、天體等方面有著非常重要的應用價值。下列關于它們的說法錯誤的是()A．等離子體和液晶都是物質的一種聚集狀態B．液晶具有液體的流動性和晶體的各向異性C．等離子體只含有離子D．等離子體和液晶都可用于制造顯示器2．關于液晶的敘述中，錯誤的是()A．液晶是物質的一種聚集狀態B．液晶具有流動性C．液晶和液態是物質的同一種聚集狀態D．液晶具有各向異性考點二晶體與非晶體【例3】下列有關晶體和非晶體的說法中正確的是()A．具有規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．晶體研碎后即變為非晶體D．將玻璃加工成規則的固體即變成晶體【答案】B【解析】晶體的規則幾何外形是自發形成的，有些固體盡管有規則的幾何外形，但由于不是自發形成的，所以不屬于晶體，因此，A、D選項錯誤。組成晶體的粒子在三維空間呈現周期性的有序排列，因此，晶體研碎成小的顆粒仍然是晶體，所以C項錯誤。自范性是晶體和非晶體的本質區別，B項正確?！纠?】通過下列操作獲得的物質不是晶體的是 ()A．從熔融態以適當速率凝固獲得的硫A．液態水急速冷卻到-108℃C．凝華獲得的碘D．從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅【答案】B【解析】獲得晶體的一般途徑有三種:熔融態物質凝固、氣態物質冷卻不經液態直接凝固(凝華)、溶質從溶液中析出，A、C、D正確；液態水急速冷卻到-108℃得到的是玻璃態物質，不屬于晶體，B錯誤?！窘忸}技法】1．晶體的自范性：在適宜的條件下，晶體能夠自發地呈現封閉的、規則的多面體外形。2．晶體的各向異性：晶體在不同方向上表現出不同的物理性質。3．晶體的對稱性：晶體具有規則的幾何外形?！緦c訓練2】3．下列不屬于晶體的特點的是()A．一定有固定的幾何外形B．一定有各向異性C．一定有固定的熔點D．一定是無色透明的固體4．金屬玻璃就是由金屬元素或金屬元素為主要成分的熔體通過快速冷卻得到的具有非晶態結構的金屬固體。以下關于金屬玻璃的說法正確的是 ()A．金屬玻璃能自發呈現多面體外形A．金屬玻璃具有固定的熔點C．鑒別金屬玻璃是否為晶體最可靠的科學方法為X射線衍射實驗D．金屬玻璃是金屬與二氧化硅的混合物考點三晶胞概念的理解【例5】下列有關晶胞的敘述，正確的是()A．所有的晶胞都是平行六面體B．不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同C．晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的組成【答案】D【解析】習慣采用的晶胞是平行六面體，A項不正確；相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體的晶胞大小一般不相同，B選項錯誤；晶體中的粒子被若干個晶胞所共有不專屬于某個晶胞，C選項錯誤；知道晶胞的組成，利用“分攤法”，即可推知晶體的組成，D選項正確?！纠?】F2和Xe在一定條件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三種氟化氙，它們都是極強的氧化劑(其氧化性依次遞增)，都極易與水反應。其中6XeF4＋12H2O=2XeO3＋4Xe↑＋24HF＋3O2↑，下列推測正確的是()黑球表示氙原子白球表示氟原子A．XeF2分子中各原子均達到八電子的穩定結構B．某種氟化氙的晶體結構單元如上圖所示，可推知其化學式為XeF6C．XeF4按已知方式水解，每生成2molXe轉移8mol電子D．XeF2加入水中，在水分子的作用下，將重新生成Xe和F2【答案】C【解析】Xe原子已經達到8電子穩定，故XeF2不可能具有8電子穩定結構，A不正確；根據平行六面體規律：Xe為8×1/8＋1＝2，F為8×1/4＋2＝4，故該晶體的化學式為XeF2，B項不正確；由于F的非金屬性最強，在XeF4中Xe的化合價為＋4價，生成2molXe轉移電子數為8mol，C項正確；F2有強的氧化性，能夠與水反應，故XeF2與水反應不可能生成F2，D項不正確?！窘忸}技法】對晶胞的理解:“無隙”指相鄰的晶胞之間沒有任何間隙，一個晶胞與相鄰的晶胞完全共頂點、共棱、共面?！安⒅谩敝杆芯О际瞧叫信帕械?，取向相同。一個晶胞到另一個晶胞只需平移，不需轉動?！巴耆韧敝竿痪w中所有晶胞的形狀、內部的原子種類、個數及幾何排列完全相同。【對點訓練3】5．下列有關晶胞的敘述中正確的是 ()A．晶胞的結構就是晶體的結構A．不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同C．晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的組成6．整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成。對這句話的理解錯誤的是()A．相鄰晶胞之間沒有任何間隙A．晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成C．晶胞排列時，取向相同D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的考點四晶胞中粒子數目及晶體化學式的確定【例7】認真下列示意圖，有關敘述不正確的是A．圖1表示由Li、Al、Si構成的某三元化合物固態晶體結構，該化合物化學式可表示為LiAlSiB．圖2表示某藍色晶體[MxFey(CN)6]的陰離子的最小結構單元，該晶體的化學式為MFe2(CN)6，M呈＋2價C．圖3表示金屬鎳與鑭(La)形成的合金晶胞結構，該合金的化學式為LaNi5D．圖4表示某種鐵化合物的晶胞如圖所示(硫原子均在晶胞內)，該物質化學式為CuFeS2【答案】B【解析】A項，該晶胞中Li的個數為12×1/4+1=4，Al的個數為8×1/8+6×1/2=4，Si的個數為4，原子個數比為1:1:1，則該化合物化學式可表示為LiAlSi，A正確；B項，由圖可推出晶體中陰離子的最小結構單元中含Fe2＋個數為：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，同樣可推出含Fe3＋個數也為eq\f(1,2)，CN－為12×eq\f(1,4)＝3，因此陰離子為[Fe2(CN)6]－，則該晶體的化學式只能為MFe2(CN)6，由陰、陽離子形成的晶體為離子晶體，M的化合價為＋1價，B錯誤；C項，由圖示可以看出，La原子均在晶體的8個頂點上，而Ni原子有1個在中心，另外的8個在面上，故La原子個數＝8×eq\f(1,8)＝1，Ni原子個數＝1＋8×eq\f(1,2)＝5，故化學式為LaNi5，C正確；D項，晶胞中：Cu個數為8×eq\f(1,8)＋4×eq\f(1,2)＋1＝4；Fe個數為6×eq\f(1,2)＋4×eq\f(1,4)＝4，S原子個數為8個，Fe、Cu、S個數比為4∶4∶8＝1∶1∶2，D正確。【例8】KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學材料，具有鈣鈦礦型的立體結構，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖所示，下列有關說法正確的是 ()A．每個晶胞中含有8個K、6個O、1個IA．IO3-的空間構型為四面體形C．與K緊鄰的O的個數為6個D．在KIO3晶胞結構的另一種表示中，若I處于各頂角位置，O處于棱心位置，則K處于體心位置【答案】D【解析】K位于晶胞的頂點，O位于晶胞的面心，I位于晶胞的體內，故每個晶胞中含有1個K、3個O、1個I，A錯誤；IO3-中I的價層電子對數為3+7+1-2×32=4，I采取sp3雜化，則IO3-的空間構型為三角錐形，B錯誤；O位于面心，K位于頂點，與K緊鄰的O的個數為12個，C錯誤；在KIO3晶胞結構的另一種表示中，I處于各頂角位置，個數為8×18=1，O位于棱心位置，每個棱為4個晶胞共有，O個數為12×14=3，K的個數為1【解題技法】判斷晶胞中粒子個數的步驟：(1)長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(2)六方晶胞中不同位置粒子對晶胞的貢獻【對點訓練4】7．下列是晶體結構中具有代表性的最小重復單元(晶胞)的排列方式，其對應的化學式正確的是(圖中：－X，●－Y，?－Z)()A．X2Y B．XY3C．XY3ZD．XYZ8．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構，其晶胞a、b、c內金屬原子個數比為()A．3∶2∶1B．11∶8∶4C．9∶8∶4 D．21∶14∶9考點五晶胞的計算【例9】某鎂鋁尖晶石的晶胞由立方體A區和B區組成，其結構如圖所示。若A區和B區中O2-與距離最近的頂點間的距離均為體對角線的，則下列說法錯誤的是()A．該晶胞的體積為 B．與距離最近的O2-的數目為3C．O2-和O2-之間的最短距離為 D．該物質的化學式為M【答案】B【解析】A項，A區、B區的棱長均為，則晶胞棱長為apm，故晶胞的體積為，A項正確；B項，根據A區和B區的結構分析，位于O2-形成的正八面體中心，因此與距離最近的O2-的數目為6，B項錯誤；C項，在A區和B區中4個O2-構成正四面體結構，兩個O2-之間的最短距離是小立方體面對角線的，因此O2-和O2-之間的最短距離為，C項正確；D項，將鄰近的A區和B區看作一個整體，該整體為晶胞的，其所含的M位于頂點、棱心和內部，個數為，位于內部，個數為4，O2-位于內部，個數為8，則M、和O2-的個數比為1∶2∶4，故物質的化學式為M，D項正確。故選B。【例10】某離子晶體晶胞的結構如圖所示。X()位于立方體頂點，Y()位于立方體中心。試分析：(1)晶體的化學式為________。(2)晶體中距離最近的2個X與1個Y形成的夾角∠XYX是________。(3)設該晶體的摩爾質量為Mg/mol，晶體的密度為ρg/cm3，阿伏加德羅常數的值為NA，則晶體中兩個距離最近的X之間的距離為________cm?！敬鸢浮?1)XY2或Y2X(2)109°28′(3)eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))【解析】(1)晶胞中，X的個數＝4×1/8＝1/2，Y在體內，個數是1個，則X與Y的個數比是1∶2。(2)若將4個X連接，構成1個正四面體，Y位于正四面體的中心，可聯系CH4的鍵角，知∠XYX＝109°28′。(3)摩爾質量是指單位物質的量的物質的質量，數值上等于該物質的相對分子(或原子)質量。由題意知，該晶胞中含有eq\f(1,2)個XY2或Y2X，設晶胞的邊長為acm，則有ρa3NA＝eq\f(1,2)M，a＝eq\r(3,\f(M,2ρNA))，則晶體中兩個距離最近的X之間的距離為eq\r(2)eq\r(3,\f(M,2ρNA))cm?！窘忸}技法】晶胞密度及微粒間距離的計算1．計算晶體密度的方法2．計算晶體中微粒間距離的方法【對點訓練5】9．氯化鋁作為鋰離子電池負極材料具有很好的發展前景。它屬于填隙式氮化物，N原子部分填充在Mo原子立方晶格的八面體空隙中，晶胞結構如圖所示，其中氮化鉬晶胞參數為anm。下列說法正確的是()A．氮化鉬的化學式為MoN2B．兩個相鄰N原子最近的距離為C．晶體的密度D．每個鉬原子周圍與其距離最近的鉬原子有4個10．M原子的外圍電子排布式為3s23p5，與銅形成化合物的晶胞如圖所示(黑點代表銅原子)。(1)該晶體的化學式為________。(2)已知該晶體的密度為dg·cm－3，阿伏加德羅常數為NA，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為________________cm(只寫計算式)。1．下列關于等離子體的敘述中，錯誤的是()A．是物質的一種聚集狀態B．是一種混合物存在狀態C．具有導電性D．基本構成微粒只有陰、陽離子2．高溫、紫外線、X射線和γ射線等都可以使氣體轉化為等離子體。下列敘述中不涉及等離子體的是()A．日光燈和霓虹燈的燈管中B．蠟燭的火焰中C．流星的尾部D．南極的冰山中3．普通玻璃和水晶的根本區別在于()A．外形不一樣B．普通玻璃的基本構成粒子無規則排列，水晶的基本構成粒子按一定規律做周期性