第三章晶體結構與性質第一節物質的聚集狀態和晶體的常識物質的聚集狀態的認識物質的聚集狀態的認識20世紀前，人們以為分子是所有化學物質能夠保持其性質的最小粒子，物質三態的相互轉化只是分子間的距離發生了變化，分子在固態只能振動，在氣態時能自由移動，在液態則介乎二者之間物質三態間的相互轉化20世紀初，通過X射線衍射等實驗手段，發現許多常見的晶體中并無分子。如，氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石及各種金屬等氣態和液態物質也不一定都由分子構成。如，等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態物質；又如，離子液體是熔點不高的僅有離子組成的液態物質。此外，還有更多的集狀態，如晶態、非晶態以及介乎二者之間的塑晶態、液晶態等一、物質的聚集狀態1．物質的聚集狀態(1)物質的常見聚集狀態：氣態、液態、固態(2)物質的特殊聚集狀態：等離子體、離子液體、晶態、非晶態以及介于二者之間的塑晶態、液晶態等2．等離子體(1)概念：氣態物質在高溫或者在外加電場激發下，分子發生分解，產生電子和陽離子等。這種由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的物質聚集體稱為等離子體。(2)特點：等離子體中含有帶電粒子且能夠自由運動，使等離子體具有良好的導電性和流動性(3)應用：在應用方面，運用等離子體顯示技術可以制造等離子體顯示器；利用等高子體可以進行化學合成；核聚變也是在等離子態下發生的等。3．離子液體：是熔點不高的僅由離子組成的液體物質4．液晶(1)概念：某些物質在熔融狀態或被溶劑溶解之后，盡管失去固態物質的剛性，卻獲得了液體的易流動性，并保留著部分晶態物質分子的各向異性有序排列，形成一種兼有晶體和液體的部分性質的中間態，這種由固態向液態轉化過程中存在的取向有序流體稱為液晶(2)特點：液晶是介于液態和晶態之間的物質狀態，既具有液體的流動性、黏度、變形性等，又具有晶體的某些物理性質，如導熱性、光學性質等，表現出類似晶體的各向異性(3)應用：液晶已有廣泛的應用。例如，手機、電腦和電視的液晶顯示器，由于施加電場可使液晶的長軸取向發生不同程度的改變，從而顯示數字、文字或圖象。再如，合成高強度液晶纖維已廣泛應用于飛機、火箭、坦克、艦船、防彈衣、防彈頭盔等【對點訓練1】1．下列關于等離子體的敘述正確的是()A．物質一般有固態、液態和氣態三種常見狀態，等離子體卻被認為是物質存在的第四狀態B．為了使氣體變成等離子體，必須使其通電C．等離子體通過電場時，所有粒子的運動方向都發生改變D．等離子體性質穩定，不易發生化學反應2．下列與等離子體無關的是()A．等離子體顯示器 B．日光燈和霓虹燈C．把溫度升高到幾千攝氏度時水蒸氣發生的變化 D．液晶顯示器3．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．呈電中性4．下列有關液晶的敘述中不正確的是()A．具有液體的流動性、晶體的各向異性B．用來制造液晶顯示器C．不是物質的一種聚集狀態D．液晶分子聚集在一起時，其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響5．下列關于液晶的說法正確的是()A．液晶是液體和晶體的混合物B．液晶是一種晶體C．液晶分子在特定條件下排列比較整齊，但不穩定D．所有物質在一定條件下都能成為液晶二、晶體與非晶體1．晶體和非晶體的概念(1)晶體：內部粒子(原子、離子或分子)在三維空間按一定規律呈周期性重復排列構成的固體物質。如：高錳酸鉀、金剛石、干冰、金屬銅、石墨等如：玻璃、松香、硅藻土、橡膠、瀝青等注意①絕大多數常見的固體都是晶體①絕大多數常見的固體都是晶體②排列的周期性是指在一定方向上每隔一定距離重復出現相同的排列2．晶體的特點(1)外形和內部質點排列的高度有序性(2)晶體具有自范性晶體二氧化硅非晶體二氧化硅實驗探究在室溫下，將一塊不規則的CuSO4·5H2O固體放入飽和CuSO4溶液中，經過一段時間后會發生什么變化？實驗現象CuSO4·5H2O固體會變成規則的立方體實驗結論晶體能自發地呈現多面體外形①定義：是指晶體在適當條件下可以自發地呈現封閉的、規則的多面體外形的性質②形成條件：晶體生長的速率適當③本質原因：晶體中粒子在微觀空間里呈現周期性的有序排列的宏觀表象。有沒有自范性是晶體與非晶體的本質區別注意①晶體具有整齊規則的幾何外形是晶體自動發生的過程，是天然形成而非人為加工而成，如：①晶體具有整齊規則的幾何外形是晶體自動發生的過程，是天然形成而非人為加工而成，如：冬季的雪花是水蒸氣在空氣中凝華時形成的晶體，一般為六角形的規則圖案②所謂自發過程，即自動發生的過程。但需要注意的是，“自發”過程的實現，仍需一定的條件，如：水能自發地從高處流向低處，但不打開攔截水流的閘門，水庫里的水不能下瀉。自范性需要一定的條件，其中最重要的條件是晶體生長的速率要適當(生成晶體的速率不能快、溶液的濃度不能過大、溫度變化不能過快)=3\*GB3③熔融態物質冷卻凝固，有時得到晶體，但凝固速率過快，常常只得到肉眼看不到多面體外形的粉末或沒有規則外形的塊狀物，甚至形成的只是非晶態(玻璃態)，如：天然水晶球是巖漿里熔融態的SiO2侵入地殼內的空洞冷卻形成的。剖開水晶球，它的外層是看不到晶體外形的瑪瑙，內層才是呈現晶體外形的水晶，不同的是瑪瑙是熔融SiO2快速冷卻形成的，而水晶則是熔融態SiO2緩慢冷卻形成的=4\*GB3=4\*GB3④晶體具有整齊規則的幾何外形與物質的外觀是有區別的，如：氯化鈉晶體的幾何外形是立方的，而食鹽小顆粒用肉眼是看不到晶體外形的，但在光學顯微鏡或電子顯微鏡下仍觀察到其規則的晶體外形。因此，許多固體的粉末用肉眼是看不到晶體外形，但在光學顯微鏡或電子顯微鏡下仍觀察到其規則的晶體外形，這充分證明固體粉末仍是晶體，只因晶粒太小，肉眼看不到而已(3)晶體具有固定的熔點實驗探究將冰和玻璃加熱各有什么現象？實驗結論加熱冰時，0℃達到冰的熔點，冰開始熔化，在全部熔化以前，繼續加熱，溫度基本保持不變，完全熔化后，溫度才開始升高加熱玻璃，溫度升高到某一程度后開始變軟，繼續加熱流動性增強，最后變為液體。玻璃從軟化到完全熔化，中間經過較大的溫度范圍①晶體有固定的熔點加熱晶體，溫度達到熔點時即開始融化；在沒有全部融化以前繼續加熱，溫度不再升高，這時所供給的熱量都用來晶體融化；完全溶化后，溫度才開始升高。這說明晶體有固定的熔點晶體熔化曲線②非晶體沒有固定的熔點加熱非晶體時，溫度升高到某一程度后開始軟化，流動性增強，最后變為液體。從軟化到完全熔化，中間經過較長的溫度范圍，這說明非晶體沒有固定的熔點非晶體熔化過程(4)晶體具有各向異性①石墨晶體導電性的探究石墨晶體導電性測量石墨晶體層面(平行方向)的導電性比層與層之間(豎直)的導電性強實驗結論石墨晶體在不同方向上導電性不同②晶體與非晶體導熱性的探究實驗探究將熱的鐵針分別插入涂有石蠟的水晶片和涂有石蠟的玻璃片，觀察石蠟在不同方向上的熔化速度示意圖實驗現象石蠟在水晶片上不同方向的熔化的快慢不同，而在玻璃片上熔化的快慢相同實驗結論晶體在不同方向上導熱性不同；而非晶體在不同方向上導熱性相同=3\*GB3③各向異性：指在不同的方向上表現出不同的物理性質，如強度、導熱性、光學性質等。這是因為晶體內部微粒在各個方向上排列的距離不同而引起性質上的差異，而且通過這些性質可以了解晶體的內部排列與結構的一些信息，而非晶體不具有各向異性。對于同一幅圖案來說，從不同的方向審視，也會產生不同的感受，那么對于晶體來說，許多物理性質，如：硬度、導熱性、光學性質等，因研究角度不同而產生差異，即：為各向異性。如：藍晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；石墨在與層垂直的方向上的導電率與層平行的方向上的導電率1∕1043．獲得晶體的途徑(1)實驗探究①獲取硫黃晶體實驗過程用研缽把硫磺粉末研細，放入蒸發皿中，放在三腳架的鐵圈上，用酒精燈加熱至熔融態，自然冷卻后，觀察實驗現象實驗現象淡黃色的菱形硫黃晶體②獲取碘晶體實驗過程在一個小燒杯加入少量碘，用一個表面皿蓋在小燒杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小燒杯放在石棉網上小火加熱，觀察實驗現象實驗裝置實驗現象加熱時，燒杯內產生大量紫色氣體，沒有出現液態的碘，停止加熱，燒杯內的紫色氣體漸漸消褪，最后消失，表面皿底部出現紫黑色晶體顆粒③獲取氯化鈉晶體實驗過程在250mL燒杯中加入半燒杯飽和氯化鈉溶液，用滴管滴入濃鹽酸，觀察實驗現象實驗裝置實驗現象在燒杯底部慢慢析出立方體的無色晶體顆粒微點撥濃鹽酸的作用：飽和氯化鈉溶液中存在溶解平衡：NaCl(s)Na+(aq)＋Cl－(aq)，滴加濃鹽酸后Cl－濃度增大，則溶解平衡逆向移動，導致析出氯化鈉晶體(2)獲得晶體的三條途徑①熔融態物質凝固，如：從熔融態結晶出來的硫晶體②氣態物質冷卻不經液態直接凝固(凝華)，如：凝華得到的碘晶體③溶質從溶液中析出，如：從硫酸銅飽和溶液中析出的硫酸銅晶體4．晶體與非晶體的特征和性質晶體非晶體結構特征(本質區別)結構微粒周期性有序排列結構微粒無序排列性質特征自范性有無熔、沸點固定不固定某些物理性質各向異性各向同性二者區別方法間接方法(測熔點)晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點科學方法(可靠方法)對固體進行X射線衍射實驗注意=1\*GB3=1\*GB3①同一物質可以是晶體，也可以是非晶體，如：水晶和石英玻璃=2\*GB3②有著規則幾何外形或者美觀、對稱外形的固體，不一定是晶體。如：玻璃制品(非晶體)可以塑造出規則的幾何外形，也可以具有美觀、對稱的外觀=3\*GB3③具有固定組成的物質也不一定是晶體，如：某些無定形體也有固定的組成=4\*GB3④晶體不一定都有規則的幾何外形，如：瑪瑙【對點訓練2】1．下列關于晶體性質的敘述中，不正確的是()A．晶體的自范性指的是在適宜條件下晶體能夠自發地呈現規則的多面體幾何外形B．晶體的各向異性和對稱性是矛盾的C．晶體的對稱性是微觀粒子按一定規律做周期性重復排列的必然結果D．晶體的各向異性直接取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性2．關于晶體的自范性，下列敘述正確的是()A．破損的晶體能夠在固態時自動變成規則的多面體B．缺角的硫酸銅晶體在飽和CuSO4溶液中慢慢變成規則的立方體晶塊C．圓形容器中結出的冰是圓形的，體現了晶體的自范性D．由玻璃制成規則的玻璃球，體現了晶體的自范性3．晶體具有各向異性。如藍晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨與層垂直的方向上的電導率是與層平行的方向上的電導率的eq\f(1,104)。晶體的各向異性主要表現在()①硬度②導熱性③導電性④光學性質A．①③B．②④C．①②③D．①②③④4．下列過程中不能得到晶體的是()A．對NaCl飽和溶液降溫所得到的固體B．氣態水直接冷卻成固態水C．熔融的KNO3冷卻后所得到的固體D．液態的玻璃冷卻后所得到的固體5．如圖為一塊密度、厚度均勻的矩形樣品，長為寬的兩倍，若用多用電表沿兩對稱軸測其電阻均為R，則這塊樣品一定是()A．金屬B．半導體C．非晶體D．晶體6．①橡膠②玻璃③食鹽④水晶⑤塑料⑥膽礬⑦松香⑧冰⑨石英⑩瀝青?銅?純堿以上物質中屬于晶體的是三、晶胞為了描述晶體在微觀空間里原子的排列，無須畫出千千萬萬個原子，只需在晶體微觀空間里取出一個基本單元即可1．晶胞的概念：描述晶體結構的基本單元叫做晶胞。晶胞是晶體中最小的結構重復單元2．晶胞與晶體的關系：常規晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成(1)“無隙”：相鄰晶胞之間沒有任何間隙(2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同(3)晶胞只是晶體微觀空間里的一個基本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著無數晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內部含有的原子種數、個數及幾何排列(包括取向)都是完全相同的(4)晶體是由無數個晶胞堆積得到的。知道晶胞的大小和形狀以及晶胞中粒子的種類、數目和粒子所處的空間位置，就可以認識整個晶體的結構3．晶胞中微粒數目的計算方法——均攤法(1)原則：晶胞中任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是eq\f(1,n)(2)方法：①正方體(長方體)晶胞中不同位置的粒子數的計算a．處于頂點上的粒子，同時為8個晶胞所共有，每個粒子有eq\f(1,8)屬于該晶胞b．處于棱邊上的粒子，同時為4個晶胞所共有，每個粒子有eq\f(1,4)屬于該晶胞c．處于晶面上的粒子，同時為2個晶胞所共有，每個粒子有eq\f(1,2)屬于該晶胞d．處于晶胞內部的粒子，則完全屬于該晶胞例1．下圖是金屬銅晶胞，用均攤法計算一個金屬銅晶胞中含有的原子數為：8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4例2．下圖分別是金屬鈉、金屬鋅、碘、金剛石晶胞的示意圖，數一數，它們分別平均含有幾個原子？鈉鋅碘金剛石晶胞原子的數目②非長方體晶胞中粒子視具體情況而定三棱柱六棱柱平面型石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占eq\f(1,3)4．晶體密度的計算(1)晶體密度的計算流程第一步依據“均攤法”計算出每個晶胞實際含有各類原子的個數，確定物質的化學式，并計算出其物質的量若1個晶胞中含有x個微粒，則晶胞的物質的量為：n＝＝mol第二步計算出晶胞的質量晶胞的質量為：m＝n·M＝g第三步計算晶胞的體積V＝a3cm－3(a為晶胞的邊長)第四步依據計算ρ＝g·cm－3(2)實例右圖為CsCl晶體的晶胞，假設相鄰的兩個Cs＋的核間距為acm，NA為阿伏加德羅常數，CsCl的摩爾質量用Mg·mol－1表示，則CsCl晶體的密度為ρ＝eq\f(M,a3NA)g·cm－3注意晶體密度的單位常為晶體密度的單位常為g·cm－3，所以根據晶胞參數計算密度時，注意將其單位換算為cm。常用的換算方法為1μm＝10－4cm，1nm＝10－7cm，1pm＝10－10cm【對點訓練3】1．對于某晶胞(如圖所示)的描述錯誤的是()A．該晶胞是所在晶體內最小的平行六面體B．該晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有一個原子C．平均每個晶胞中有14個原子D．平均每個晶胞中有4個原子2．下列各項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，圖中：○—X，●—Y，—Z。其中對應的化學式不正確的是()3．某物質的晶體內部一截面上原子的排布情況如圖所示，則該晶體的化學式可表示為()A．A2BB．ABC．AB2 D．A3B4．某晶體的部分為如圖所示的正三棱柱結構，該晶體中X、Y、Z三種粒子數之比是()A．3∶9∶4B．1∶4∶2C．2∶9∶4D．3∶8∶45．硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導的最高紀錄。如圖所示的是該化合物的晶體結構，鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱內。則該化合物的化學式為()A．MgBB．MgB2C．Mg3BD．Mg3B26．已知NaCl的摩爾質量為58.5g·mol－1，NaCl晶體的密度為ρg·cm－3，若圖中Na＋與最鄰近Cl－的核間距為acm，若NA表示阿伏加德羅常數的值，則NA可表示為()A．eq\f(58.5,4a3ρ)B．eq\f(234,a3ρ)C．eq\f(58.5,2a3ρ)D．117a3ρ7．過渡金屬氮化物因其優異的催化性能(加氫處理、光和電化學催化等)受到了廣泛關注。貴金屬鉬(Mo)的氮化物可作將N2還原為氨的反應的催化劑。貴金屬鉬的氮化物的立方晶胞如圖所示。已知晶胞參數為anm，則該晶體的化學式為，晶體的密度為(列出計算式)g·cm－3四、晶體結構的測定1．常用儀器：X射線衍射儀2．測定過程：當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產生分立的斑點或者明銳的衍射峰；而在同一條件下攝取非晶體譜圖中卻看不到分立的斑點或者明銳的譜線如：將單一波長的X射線分別通過晶體SiO2和非晶體SiO2時，晶體SiO2則會在記錄儀上看到分立的斑點或者明銳的譜線，而非晶體SiO2卻看不到分立的斑點或者明銳的譜線3．作用：通過晶體的X射線衍射實驗獲得衍射圖后，經過計算可以從衍射圖形獲得晶體結構的有關信息。包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現的對稱類型、原子在晶胞里的數目和位置等，以及結合晶體化學組成的信息推出原子之間的相互關系如：通過乙酸晶體的X射線衍射實驗?乙酸晶胞中含4個乙酸分子?測定晶胞中各原子的位置(即原子坐標)?計算原子間的距離?判斷出哪些原子間存在化學鍵?確定鍵長和鍵角?分子的空間結構4．區別晶體與非晶體最可靠的科學方法是利用X射線衍射實驗【對點訓練4】1．下列可用于判斷某物質為晶體的方法是()A．質譜法B．紅外光譜法C．核磁共振法D．X射線衍射法2．下列有關說法正確的是()A．測定晶體結構最常用的儀器是X射線衍射儀B．石英玻璃和水晶的衍射圖譜相同C．通過乙酸晶體的X射線衍射實驗，只能測定晶胞中含有的乙酸分子數，不能推出乙酸分子的空間結構D．晶體的X射線衍射實驗不能判斷晶體中存在哪些化學鍵，也不能確定鍵長和鍵角3．如圖是某固體的微觀結構示意圖，請認真觀察兩圖，判斷下列說法正確的是()A．兩種物質在一定條件下都會自動形成有規則幾何外形的晶體B．Ⅰ形成的固體物理性質有各向異性C．Ⅱ形成的固體一定有固定的熔、沸點D．二者的X射線衍射圖譜是相同的1．下列關于物質聚集狀態的敘述錯誤的是()A．在電場存在的情況下，液晶分子沿著電場方向有序排列B．非晶體的內部原子或分子的排列雜亂無章C．物質的聚集狀態除了晶態、非晶態還有塑晶態、液晶態等D．等離子體是指由電子、陽離子組成的帶有一定電荷的物質聚集體2．下列關于晶體和非晶體的說法正確的是()A．晶體在三維空間里呈周期性有序排列，因此在各個不同的方向上具有相同的物理性質B．晶體在熔化過程中需要不斷地吸熱，溫度不斷地升高C．普通玻璃在各個不同的方向上力學、熱學、電學、光學性質相同D．晶體和非晶體之間不可以相互轉化3．水的狀態除了氣、液和固態外，還有玻璃態。它是由液態水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態的水無固定形狀，不存在晶體結構，且密度與普通液態水的密度相同，下列有關玻璃態水的敘述正確的是()A．水由液態變為玻璃態，體積縮小B．水由液態變為玻璃態，體積膨脹C．玻璃態是水的一種特殊狀態D．在玻璃態水的X射線圖譜上有分立的斑點或明銳的衍射峰4．將一塊缺角的膽礬晶體置于飽和的硫酸銅溶液中，一段時間后(濃度不變)，發現缺角晶體變完整了。若溶劑不揮發，則這段時間內晶體和溶液的質量變化分別是()A．晶體的質量變小，溶液的質量變大B．晶體的質量變大，溶液的質量變小C．晶體和溶液的質量都不變D．無法確定5．有關晶胞的敘述正確的是()①晶胞是晶體結構中的基本結構單元②根據晶體的不同，晶胞可以是多種形狀的幾何體③習慣采用的晶胞是平行六面體④晶胞都是正八面體A．①③B．②④C．①④D．②③6．玻璃是常見的非晶體，在生產生活中有著廣泛的用途，如圖是玻璃的結構示意圖，下列有關玻璃的說法錯誤的是()A．玻璃內部微粒排列是無序的B．玻璃熔化時吸熱，溫度不斷上升C．光導纖維和玻璃的主要成分都可看成是SiO2，二者都是非晶體D．利用X射線衍射實驗可以鑒別石英玻璃和水晶7．已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結構單元密置堆積而成，下列關于該化合物的敘述錯誤的是()A．1mol該化合物中含有1molYB．1mol該化合物中含有3molCuC．1mol該化合物中含有2molBaD．該化合物的化學式是YBa2Cu3O68．由Q、R、G三種元素組成的一種高溫超導體的晶胞結構如圖所示，其中Q為＋3價，G為－2價，則R的化合價為()A．＋1B．＋2C．＋3D．＋49．最近發現，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導性，因這三種元素都是常見元素，從而引起廣泛關注。該新型超導晶體的一個晶胞如圖所示，則該晶體的化學式為()A．Mg2CNi3B．MgCNi3C．MgCNi2D．MgC2Ni10．鈦酸鋇的熱穩定性好，介電常數高，在小型變壓器、話筒和擴音器中都有應用。鈦酸鋇晶胞結構示意圖如圖所示，它的化學式是()A．BaTi8O12B．BaTi4O5C．BaTi2O4D．BaTiO311．釩(V)的某種氧化物的晶胞結構如右圖所示。該晶體的化學式為()A．VO3B．VO2C．V2O3D．V2O412．冰晶石(化學式為Na3AlF6)的晶體結構單元如圖所示(●位于大立方體的頂點和面心，位于大立方體的12條棱的中點和8個小立方體的體心)。已知冰晶石熔融時的電離方程式為Na3AlF6=3Na＋＋AlFeq\o\al(3－,6)，則大立方體的體心處所代表的微粒為()A．Na＋B．Al3＋C．F－D．AlFeq\o\al(3－,6)13．如圖是Mn和Bi形成的某種晶體的晶胞結構示意圖，則該晶體的化學式可表示為()A．Mn4Bi3B．Mn2BiC．MnBiD．MnBi314．納米材料的表面粒子數占總粒子數的比例極大，這是它有許多特殊性質的原因。假設某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰好與氯化鈉晶胞的大小和形狀相同(如圖所示)，則這種納米顆粒的表面粒子數與總粒子數之比為()A．7∶8B．13∶14C．1∶1D．26∶2715．CaC2晶體的晶胞結構(如圖所示)與NaCl晶體的相似，但因為CaC2晶體中含有的啞鈴形C22－的存在，使晶胞沿一個方向拉長。下列關于CaC2晶體的說法中正確的是()A．1個Ca2+周圍距離最近且等距離的C22－的數目為4B．該晶體中的陰離子和O2的價電子數相等C．6.4gCaC2晶體中含陰離子0.2molD．與每個Ca2+距離相等且最近的Ca2+共有12個16．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（其氧化性依次增強），都極易與水反應。已知，下列推測正確的是()A．XeF2分子中各原子均達到8電子的穩定結構B．某種氟化氙晶體的基本結構單元如圖所示，可推知其化學式為XeF6C．XeF4與水反應時，每生成2molXe轉移8mol電子D．XeF2加入水中，在水的作用下，將生成Xe和F217．北京大學和中國科學院的化學工作者合作，已成功研制出堿金屬與C60形成的石墨夾層離子化合物。將石墨置于熔融的鉀或氣態的鉀中，石墨吸收鉀而形成稱為鉀石墨的物質，其組成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等等。在鉀石墨中，鉀原子把價電子交給石墨層，但在遇到與金屬鉀易反應的其他物質時還會收回。下列分析中正確的是()A．題干中所舉出的6種鉀石墨，屬于同素異形體B．若某鉀石墨的原于分布如圖一所示，則它所表示的是C24KC．若某鉀石墨的原子分布如圖二所示，則它所表示的是C12KD．另有一種灰色的鉀石墨C32K，其中K的分布也類似圖2中的中心六邊形，則最近兩個K原子之間的距離為石墨鍵長的4倍18．一種Al-Fe合金的晶胞如圖所示。則該合金的化學式為()A． B．FeAl C． D．19．最近發現，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導性，因這三種元素都是常見元素，從而引起廣泛關注。該新型超導晶體的一個晶胞如上圖所示，則該晶體的化學式為()A．Mg2CNi3 B．MgCNi2C．MgCNi3 D．MgC2Ni20．某研究小組發現首例帶結晶水的晶體在5K下呈現超導性。據報道，該晶體中含有最簡式為CoO2的層狀結構，結構如圖(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗線畫出的CoO2層狀結構的晶胞(晶胞是在晶體中具有代表性的最小重復單元)示意圖不符合化學式的是()21．(1)在下列物質中，(填序號，下同)是晶體，是非晶體。①塑料②明礬③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O⑥冰糖⑦石蠟⑧單晶硅⑨鋁塊⑩橡膠(2)晶體和非晶體在外形上有差別，晶體都具有，而非晶體；另外非晶體具有物理性質的特點，而晶體具有物理性質的特點。(3)判斷物質是晶體還是非晶體，比較正確的方法是(填序號)。①從外形上來判斷②從各向異性或各向同性上來判斷③從導電性能來判斷④從有無固定熔點來判斷22．根據下列四種晶體的晶胞示意圖回答問題：(1)根據圖I分析，銅晶胞平均含有的銅原子數是。(2)根據圖Ⅱ分析，干冰晶胞平均含有的CO2分子數是。(3)根據圖Ⅲ分析，碘晶體中碘分子的排列有種不同的方向種不同的方向。(4)根據圖Ⅳ分析，晶體M的化學式可能是。23．元素X的某價態離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個能層，它與N3－形成的晶體結構如圖所示(1)該晶體的陽離子與陰離子個數之比為________(2)該晶體中離子Xn＋的n＝________(3)X元素的原子序數是________(4)晶體中每個N3－被________個等距離的Xn＋包圍24．熱敏電阻的主要成分——鋇鈦礦晶體的晶胞結構如圖所示，晶胞棱長為acm。頂點位置被Ti4＋所占據，體心位置被Ba2＋所占據，所有棱心位置被O2－所占據。(已知相對原子質量：O：16Ti：48Ba：137)(1)寫出該晶體的化學式：(2)若將Ti4＋置于晶胞的體心，Ba2＋置于晶胞頂點，則O2－處于立方體的位置(3)在該物質的晶體中，每個Ti4＋周圍距離相等且最近的Ti4＋有個；若將它們連接起來，形成的空間結構為(4)若晶體的密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數的值為NA，則a＝25．A、B、C、D、E是短周期元素，原子序數依次增大，B、C同周期，C的非金屬性在元素周期表中最強，A、D同主族、隔周期，E元素原子最外層的p能級電子數是最外層的s能級電子數的一半。A、B能形成常溫常壓下兩種液態化合物甲和乙，原子個數比分別為2：1和1：1.根據以上信息回答下列問題：(1)甲、乙兩種化合物中含有非極性共價鍵的物質的電子式是，C元素在元素周期表中的位置是。(2)C和D形成的簡單離子中，半徑較小的是(填離子符號)。(3)將D的單質投入甲中，待D消失后再向溶液中加入E的單質，此時發生反應的化學方程式是。(4)C、D、E可組成離子化合物，其晶胞結構如圖所示，陽離子D*(用○表示)位于正方體棱的中點和正方體內部；陰離子(用表示)位于該正方體的頂點和面心。該化合物的化學式是。答案及解析【對點訓練1】1．A。解析：除外加電場外,高溫加熱、激光照射也可以使氣體轉變為等離子體,B錯誤;等離子體中也存在電中性微粒,電中性微粒在電場中運動方向不發生改變,C錯誤;等離子體性質活潑,可發生在一般條件下無法進行的化學反應,D錯誤。2．D解析：高溫加熱、用X射線、紫外線和γ射線來照射氣體，可以使氣體轉變為等離子體，等離子體是物質的第四態，即電離了的“氣體”，據此分析判斷。A．等離子體顯示器是通過等離子體顯示圖象和文字，與等離子體有關，故A不選；B．日光燈和霓虹燈中氣體被電離形成了等離子體，與等離子體有關，故B不選；C．把溫度升高到幾千攝氏度時，水蒸氣被電離形成了等離子體，與等離子體有關，故C不選；D．液晶顯示器是通過液晶顯示圖象和文字，與等離子體無關，故D選；3．B。解析：切割金屬或者進行外科手術是利用了等離子體高能量的特點。4．C。解析：由液晶的定義可知液晶是物質的一種聚集狀態,C錯誤;這種在一定溫度范圍內既具有液體的可流動性,又具有晶體的各向異性的物質稱為液態晶體,簡稱液晶,所以A正確;液晶分子聚集在一起時,其分子間的相互作用很容易受溫度、壓力和電場的影響,這是液晶的性質,也可以用來解釋為什么可以用液晶來制造液晶顯示器,所以B、D都正確。5．C。解析：A．液晶是種有晶體和液體性質的物體，不是液體和晶體的混合物，是一種特殊的物質，不是混合物，故A錯誤；B．液晶是指在一定的溫度范圍內既具有液體的可流動性，又具有晶體的各向異性的一類特殊的物質，故B錯誤；C．液晶在某些方向上分子排列規則，某些方向上雜亂，在特定條件如外加電場作用下排列整齊一旦取消電場又恢復原狀，所以液晶不穩定，故C正確；D．液晶是某些特殊的化合物，并非所有物質都能夠成為液晶，故D錯誤；故選C。【對點訓練2】1．B。解析：晶體在不同方向上物質微粒的排列情況不同，即為各向異性，晶體的對稱性是微觀粒子按一定規律呈周期性重復排列，兩者沒有矛盾，故B錯誤；構成晶體的粒子在微觀空間里呈現周期性的有序排列，則晶體的對稱性是微觀粒子按一定規律做周期性重復排列的必然結果，故C正確；由于晶體在不同方向上物質微粒的排列情況不同，即為各向異性，具有特定的方向性，故D正確。2．B。解析：晶體在固態時不能自發形成新的晶體，故A錯誤；溶質從溶液中析出，可形成有規則幾何外形的晶體，故B正確；圓形容器中結出的冰是圓形，不是自發形成的，故C錯誤；玻璃屬于非晶體，不具有自范性，由玻璃制成規則的玻璃球不是自發進行的，故D錯誤。3．D。解析：晶體的各向異性主要表現在物理性質方面。4．D。解析：得到晶體的三條途徑：①溶質從溶液中析出；②氣態物質凝華；③熔融態物質凝固。A選項符合①，B選項符合②，C選項符合③。由于玻璃屬于非晶體，熔融后再冷卻所得到的固體仍為非晶體。5．D。解析：由于AB＝2CD，而AB、CD間的電阻卻相等，說明樣品橫向(AB)與縱向(CD)的導電性不同，具有各向異性，而晶體的特征之一是各向異性，非晶體則具有各向同性，故該樣品為晶體。6．③④⑥⑧⑨??。解析：固體有晶體和非晶體之分，晶體是內部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規律呈周期性有序排列而構成的具有規則幾何外形的固體，如食鹽、冰、金屬、水晶、膽礬等都是晶體；非晶體中內部粒子的排列則相對無序，如玻璃、橡膠、塑料等都是非晶體。松香在溫度升高后會變軟，瀝青鋪成的路面在高溫的夏天會變軟，因此二者均無固定的熔點，所以它們屬于非晶體。【對點訓練3】1．C。解析：在該晶胞頂點和六個面的面心處都有一個原子，平均每個晶胞中含有的原子數＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。2．B。解析：A項中X、Y的位置、數目完全等同，化學式為XY，正確；B項中X、Y的個數比為1∶(8×eq\f(1,8))＝1∶1，化學式為XY，錯誤；C項中X的數目：4×eq\f(1,8)＋1＝eq\f(3,2)，Y的數目：4×eq\f(1,8)＝eq\f(1,2)，化學式為X3Y，正確；D項中X的數目：8×eq\f(1,8)＝1，Y的數目：6×eq\f(1,2)＝3，Z位于體心，數目為1，化學式為XY3Z，正確。3．B。解析：由該晶體一截面上原子的排布情況可知，每一個A原子周圍有4個B原子，每一個B原子周圍有4個A原子。故該晶體的化學式可表示為AB。4．B。解析：該結構是一個正三棱柱，它分攤到的粒子為頂角粒子的eq\f(1,12)，上下棱上粒子的eq\f(1,4)，側棱上粒子的eq\f(1,6)及內部的所有粒子，X都在頂角，6個Y在上下棱上，3個Y在側棱上，Z位于內部，所以，X、Y、Z三種粒子數之比為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,12)))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(6×\f(1,4)＋3×\f(1,6)))∶1＝1∶4∶2。5．B。解析：棱柱內硼原子數為6，均屬于這個晶胞；鎂原子位于上、下面心(2個)及12個頂角，共有鎂原子數為2×eq\f(1,2)＋12×eq\f(1,6)＝3，則鎂、硼原子個數之比為1∶2。6．C。解析：NaCl晶胞中所包含的Cl－數目為12×eq\f(1,4)＋1＝4，Na＋數目為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，即1個NaCl晶胞的體積實際上是4個Na＋和4個Cl－共同占有的體積，由NaCl晶胞示意圖可知1個Na＋與1個Cl－共同占有的體積V＝eq\f(1,4)×(2acm)3＝2a3cm3，用NA表示阿伏加德羅常數的值，由等式NA·ρ·2a3＝58.5，可得NA＝eq\f(58.5,2a3ρ)，故選C。7．Mo2Neq\f(206×2,NA×（a×10－7）3)解析：根據晶胞結構可知，一個晶胞中有4個白球、2個黑球，故晶體化學式為Mo2N；晶胞的體積為a3nm3＝(a×10－7)3cm3，1個晶胞的質量為eq\f(206×2,NA)g，所以晶體的密度為eq\f(206×2,NA×（a×10－7）3)g·cm－3。【對點訓練4】1．D。解析：質譜法用于測定有機物的相對分子質量，不能判斷某物質為晶體，故A錯誤；紅外光譜儀能測定出有機物的官能團和化學鍵，不能判斷某物質為晶體，故B錯誤；核磁共振氫譜用于測定有機物分子中氫原子的種類和數目，不能判斷某物質為晶體，故C錯誤；晶體與非晶體最本質的區別是組成物質的粒子在微觀空間是否呈周期性有序排列，X射線衍射可以看到微觀結構，可以鑒別晶體與非晶體，故D正確。2．A解析：A．測定晶體結構最常用的儀器是X射線衍射儀，A項正確；B．石英玻璃是非晶態二氧化硅，水晶是晶態二氧化硅，則水晶的衍射圖譜中會出現分立的斑點或明銳的衍射峰，而石英玻璃的衍射圖譜中不會出現分立的斑點或明銳的衍射峰，二者的衍射圖譜不同，B項錯誤；C．通過晶體的X射線衍射實驗，可以判斷出晶體中哪些原子間存在化學鍵，確定鍵長和鍵角，從而得出物質的空間結構，C項錯誤。D．通過晶體的X射線衍射實驗，可以判斷出晶體中哪些原子間存在化學鍵，確定鍵長和鍵角，從而得出物質的空間結構，D項錯誤；故選A。3．B。解析：觀察結構圖知，Ⅰ中粒子呈周期有序排列，Ⅱ中粒子排布不規則，故Ⅰ為晶體，Ⅱ為非晶體。晶體具有各向異性，具有固定熔點，非晶體沒有固定熔點，用X射線檢驗兩者，圖譜明顯不同。1．D。解析：液晶分子間的相互作用容易受溫度、壓力、電場的影響，在電場存在的情況下，液晶分子沿著電場方向有序排列，A正確；內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態的固體物質稱為非晶體，B正確；物質的聚集狀態有晶態、非晶態還有塑晶態、液晶態等，C正確；等離子體由電子、陽離子和中性粒子組成，正、負電荷大致相等，整體上呈電中性，D錯誤。2．C。解析：晶體在三維空間里呈周期性有序排列，其許多物理性質常常會表現出各向異性，A不正確；晶體的熔點是固定的，所以在熔化過程中溫度不會變化，B不正確；在一定條件下晶體和非晶體是可以相互轉化的，D不正確。3．C。解析：玻璃態水無固定形狀，不存在晶體結構，因密度與普通液態水相同，故水由液態變為玻璃態時體積不變。4．C。解析：膽礬晶體具有自范性，在適當條件下有自發呈現封閉的、規則的多面體外形的性質。由于原溶液為飽和溶液，因此膽礬晶體與飽和硫酸銅溶液間存在著溶解結晶平衡，整個過程中晶體和溶液的質量都不發生變化。5．A6．C。解析：根據玻璃的結構示意圖可知，構成玻璃的粒子無周期性排列，是無序的，所以玻璃是非晶體，因此沒有固定的熔點，A、B對；玻璃屬于非晶體，但光導纖維屬于晶體，C錯；區分晶體與非晶體最科學的方法是對固體進行X射線衍射實驗，D對。7．D。解析：由圖可知，白球代表的Y原子位于長方體的八個頂點上，大黑球代表的Ba原子位于長方體的四條棱上，灰球代表的Cu原子位于長方體的內部，小黑球代表的O原子有的位于長方體的內部、有的位于長方體的面上，運用均攤法可計算出Y原子個數為8×eq\f(1,8)＝1，Ba原子個數為8×eq\f(1,4)＝2，Cu原子個數為3，O原子個數為10×eq\f(1,2)＋2＝7，故該化合物的化學式為YBa2Cu3O7。綜上可知，D項錯誤。8．B。解析：根據均攤法及晶胞結構圖可知，晶胞中R原子數目為1＋8×eq\f(1,8)＝2，G原子數目為2＋4×eq\f(1,2)＋16×eq\f(1,4)＝8，Q原子數目為2＋8×eq\f(1,4)＝4，令R的化合價為a，則4×(＋3)＋2a＋8×(－2)＝0，解得a＝＋2，故R的化合價為＋2，B正確。9．B。解析：利用均攤法確定晶胞的化學式，位于頂角上的一個原子被8個晶胞占有，位于面心上的原子被2個晶胞占有，位于體心上的一個原子被一個晶胞占有，據此計算晶胞的化學式。根據晶胞結構可知，碳原子位于該晶胞的體心上，所以該晶胞中含有一個碳原子，鎂原子位于頂角處，因此鎂原子個數為8×eq\f(1,8)＝1，所以該晶胞含有1個鎂原子，鎳原子位于面心處，因此鎳原子個數＝6×eq\f(1,2)＝3，所以該晶胞中含有3個鎳原子，故該晶體的化學式為MgCNi3，答案選B。10．D。解析：觀察鈦酸鋇晶胞結構示意圖可知，Ba在立方體的中心，完全屬于該晶胞；Ti處于立方體的8個頂點，每個Ti原子有eq\f(1,8)屬于該晶胞；O處于立方體的12條棱的中點，每個O原子有eq\f(1,4)屬于該晶胞。即晶體中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶(8×eq\f(1,8))∶(12×eq\f(1,4))＝1∶1∶3。11．B。解析：由晶胞結構可知，V位于晶胞的頂角和體心，V的個數為1＋8×eq\f(1,8)＝2；有4個O位于晶胞面上，2個O位于晶胞內部，則O的個數為4×eq\f(1,2)＋2＝4，則該晶體的化學式為VO2，故選B。12．A。解析：該晶胞中●個數＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，個數＝12×eq\f(1,4)＋8＝11，根據冰晶石的化學式可知，冰晶石中Na＋和AlFeq\o\al(3－,6)的個數之比為31，據此可判斷出大立方體的體心所代表的微粒與代表的微粒相同，為Na＋。13．A。解析：由晶胞的結構圖可知，錳原子分布在正六棱柱的頂點、上下底面的面心上、棱邊的中點上和體心上，所以錳原子的個數為：12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋6×eq\f(1,3)＋1＝6，鉍原子分布在六棱柱的體內，數目為6，所以錳原子和鉍原子的個數比為6:6＝1:1，所以化學式為MnBi，故選C。14．D。解析：由題意知一個氯化鈉晶胞即為一個氯化鈉納米顆粒，則其表面粒子數＝8＋6＋12＝26，總粒子數＝表面粒子數＋中心粒子數＝26＋1＝27。15．A16．C【詳解】A．Xe原子已經達到8電子穩定結構，故XeF2分子中各原子不可能均具有8電子穩定結構，A項錯誤；B．該晶胞中Xe原子的個數為，F原子的個數為，故該晶體的化學式為XeF2，B項錯誤；C．在XeF4中Xe的化合價為+4，生成2molXe轉移電子8mol，C項正確；D．F2有強氧化性，能夠與水反應，故XeF2與水反應不可能生成F2，D項錯誤；答案選C。【點睛】本題考查較為綜合，涉及晶胞的計算、氧化還原反應等知識，側重于學生的分析能力的考查，注意把握晶胞的計算方法，結合元素化合價的變化解答該題，難度不大。17．D【詳解】A．這幾種物質都是化合物，不是單質，不屬于同素異形體，A錯誤；B．中圓環內C原子個數是24，而每個K只有1/3落在這個六邊形內，即含K原子個數=6×1/3=2，它所表示的是C12K，B錯誤；C．圖二中最外圍的六個鉀原子連起來，圖二的六邊形含24個碳，而6個K只有1/3落在這個六邊形內，還有中心那個完全的K，即含K原子個數=6×1/3+1=3，它所表示的是C8K，C錯誤；D．圖二中最近的兩個K原子之間的距離為石墨鍵長的倍，現在要變成C32K，則六邊形變成原來的兩倍（面積就是原來的4倍，即容納碳原子數為8×4=32個），即石墨鍵長的倍，D正確；答案選D。18．A【詳解】立方體有8個頂點，頂點上的每個鐵原子被8個晶胞所共有，每個晶胞占有其；面心上的每個鐵原子被2個晶胞所共有，每個晶胞占有其；校上共12個原子，每個鐵原子被4個晶胞所共有，每個晶胞占有其；體心還有一個鐵原子，故鐵原子數為；鋁原子都在晶胞內部，共4個。所以鐵、鋁原子個數比為2：1，化學式為，綜上所述，故選A。19．C【詳解】碳原子位于該晶胞的體心上，所以該晶胞中含有一個碳原子；鎂原子個數=8×=1，所以該晶胞含有1個鎂原子；鎳原子個數=6×=3，該晶胞中含有3個鎳原子，所以該晶胞的化學式為：MgCNi3，故答案為C。