1、高考资源网（） 您身边的高考专家第三章晶体结构与性质本章概述素养呈现本部分内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生有一定的理论基础。有固定的几何外形的固体叫做晶体。它与非晶体的本质区别在于有自范性。晶体的特点为有规则的几何构型、有固定的熔点、各向异性。晶胞是晶体结构的基本单位，有晶胞可确定化学式。只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，而相邻的分子靠分子间作用力相互吸引。原子晶体中原子间都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。由于原子之间相互结合的共价键非常强，要破坏这些化学键需要很大
2、的能量，所以，原子晶体熔点高、硬度大。金属晶体有许多共同的物理性质，如具有金属光泽、能导电、传热、具有延展性等。金属的这些共性都是由金属晶体中的化学键和金属原子的堆积方式所导致的。离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。在离子晶体中，阴、阳离子按照一定的格式交替排列，具有一定的几何外形。不同的离子晶体，离子的排列方式可能不同，形成的晶体类型也不一定相同。离子晶体中离子间的相互作用是较强的离子键，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度。这部分知识概念多、理论性强，学习时要结合图形，提高观察能力和空间想象能力，这样才能更好地理解和掌握晶胞的概念和晶体的结构。第一节晶体的常识激趣入题
3、情境呈现古埃及哈舍苏女王32岁英年早逝，按照习俗，她的遗体被制成木乃伊，并放进石棺秘密藏于山洞之中，随葬奇珍异宝无数，其中最珍贵的，当数戴在她脖子上的一串项链。300年后，考古学家找到了这座古墓，并发现女王脖子上确实戴着传说中的那串项链。令人惊讶的是，项链既非珍珠，亦不是宝玉，而是一些墨绿色的玻璃珠！其实，不必大惊小怪，在女王那个年代，玻璃珠本来就是一种极其昂贵的珍宝。据古罗马博物学家普林尼的自然史记载，5 000多年前，地中海东岸古国腓尼基的一艘满载着天然苏打晶体的大商船，在航行中搁浅，船员们便在附近的沙洲上用几块苏打晶体支锅煮食。当他们拿走锅时，惊奇地发现锅下苏打与砂粒接触处出现了许多透明
4、光滑晶莹发亮的珠子。原来，这个沙洲尽是石英砂，天然苏打和石英砂在做饭时的高温下发生化学反应，形成光洁透明的玻璃珠。聪明的腓尼基人发现这一秘密后，便在特制的炉子里放进石英砂和苏打，加热熔炼出玻璃液，制成珠状，当做珍宝换取黄金。后来，这种制造玻璃的方法传到了埃及等国，玻璃生产便发展起来了。钻石、红蓝宝石、玛瑙、珊瑚、翡翠，是人人都喜爱并想拥有的宝石，怎样才能买到一颗自己喜欢，物超所值的真品，而不是玻璃、塑料仿制的假货？新知预习自主探究一、晶体的性质1晶体与非晶体的区别：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_非晶体没有(_不能自发呈现多面体外形_)原子
5、排列_相对无序_2获得晶体的途径：3晶体的特点：(1)自范性。在适宜的条件下，晶体能自发地呈现封闭的、规则的_多面体外形_，这称之为自范性。(2)各向异性。晶体在不同的方向上具有不同的_物理性质_。(3)有固定的熔点。给晶体加热，当温度升高到某温度便立即_熔化_。二、晶胞1概念：晶体中重复出现的最基本的_结构单元_。2晶胞的结构：3晶胞中粒子数的计算方法均摊法：预习自测初试牛刀1思考辨析：(1)晶胞都是平行六面体。()(2)晶体有规则的几何外形，有规则几何外形的固体都是晶体。()(3)熔融态一定能得到晶体。()(4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所共有。()2普通玻璃和水晶的根本区别在于(B
6、)A外形不一样B普通玻璃的基本构成粒子无规则性地排列，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：普通玻璃是非晶体，而水晶是晶体，晶体和非晶体的本质区别就是粒子(原子、离子或分子)在微空间里是否呈现周期性的有序排列，其他的不同点是由其结构决定的，故选B。3下列物质都是固体，其中不是晶体的是(A)橡胶水晶冰干冰冰醋酸石蜡玻璃ABCD解析：橡胶是高分子化合物，属混合物，石蜡是石油分馏产物，是多种烃的混合物，玻璃是非晶体，所以选A。4晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述中正确
7、的是(C)A形成晶体硅的速率越快越好B晶体硅没有固定的熔沸点C可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃D晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关解析：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度，压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降；B选项，晶体有固定熔沸点，不正确；C选项，X射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体；D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。5下列不属于晶体的特点的是(D)A一定有规则的几何外形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：晶体的特点是有规则的几
8、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，如紫色的碘晶体和蓝色的硫酸铜晶体等。6现有甲、乙，丙(如图)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_43_，乙中a与b的个数比是_11_，一个丙晶胞中可以均摊到_4_个c离子，_4_个d离子。解析：据均摊规律：甲中体心的x为1，顶点y为6，所以xy143。同理可算出乙中a、b个数比为11；一个丙晶胞可以均摊到4个c离子，4个d离子。课堂探究疑难解惑知识点一晶体与非晶体问题探究_1晶体有自范性吗？原子在三维空间里有无规律排列？你能举出两例吗？非晶体呢？2获得晶体的
9、三条途径是什么？3如何区分晶体和非晶体？探究提示_1提示晶体有自范性，原子在三维空间里呈周期性有序排列，如I2、KMnO4；非晶体无自范性，原子排列相对无序，如玻璃、陶瓷等。2提示(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提示X射线衍射法。知识总结_1晶体与非晶体的区别由于晶体和非晶体在结构上的差异，导致它们在性质上有所不同。根据固体的某些性质，可以判断某一固体是晶体还是非晶体。二者具体差异如下：晶体非晶体自范性(本质区别)有无是否均一均一不均一固定熔、沸点有无某些物质性质的各向异性有无能否发生X射线衍射(最科学的区分方法)能不能(能发生散射)
10、举例NaCl晶体、I2晶体、Na晶体等玻璃、橡胶等提示：同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如：晶体SiO2和非晶体SiO2。有规则几何外形不一定是晶体，如玻璃、塑料等相关制品不是晶体。2晶体与非晶体的判定方法：判定方法测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点可靠的方法对固体进行X射线衍射实验典例剖析_典例1 下列叙述正确的是(C) A具有规则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具有规则的几何外形C具有各向异性的固体一定是晶体D一种物质不是晶体就是非晶体解析：晶体具有规则的几何外形，但具有规则几何外形的固体不一定是晶体，例如人为加工而成的具有规则几何外形的固体；晶体与非
11、晶体的根本区别在于内部粒子是否有序排列，晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性只是内部结构的外部反映；具有各向异性的固体一定是晶体，非晶体具有各向同性；晶体和非晶体都是固体物质，气态或液态物质则不属于这两类。规律方法指导：(1)晶体与非晶体的最大区别在于固体中的粒子在三维空间是否呈周期性有序排列；(2)X射线衍射实验是区分晶体与非晶体最可靠的科学方法；(3)晶体不一定是纯净物，有些含有杂质的物质，其粒子仍然是有序排列。变式训练_1下列关于晶体性质的叙述中，不正确的是(B)A晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地形成规则的多面体外形B晶体的各向异性和对称性是矛盾的C晶体的对称性是
12、微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果D晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列解析：晶体的各向异性取决于微观粒子在各个方向上的不同排列，而对称性是微观粒子在空间按一定规律做周期性重复排列的必然结果，二者并不矛盾。知识点二晶胞问题探究_1描述晶体结构的基本单元是什么？其习惯采用的空间结构一般是何形状？2什么是“无隙”？什么是“并置”？3金属铜的一个晶胞中的原子数是多少？探究提示_1提示描述晶体结构的基本单元是晶胞，习惯采用的晶胞都是平行六面体。2提示所谓“无隙”，是指相邻晶胞之间没有任何间隙；所谓“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。3提示金属铜的一个晶胞中的原
13、子数是864。知识总结_1晶胞的特点(1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。(2)整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。2晶胞中粒子数目的计算均摊法如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。(1)中学中常见的晶胞为立方晶胞(如图所示)。立方晶胞中微粒数的计算方法如下：如图所示的NaCl晶胞中，Na占据立方体的体心和12条棱的棱心，Cl占据立方体的顶点和面心。Na在晶胞中的数目为：12(棱心)11
14、(体心)4(个)；Cl在晶胞中的数目为：8(顶点)6(面心)4(个)。因此，在NaCl晶胞中Na个数与Cl个数比为11，故NaCl晶体的化学式为NaCl。(2)非长方体(正方体)晶胞中粒子视具体情况而定，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1/3。提示：在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时要注意晶胞的形状。典例剖析_典例2 如图为甲、乙两种晶体的晶胞：试写出：(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为_X2Y_。(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是_131_。解析：甲中X位于立方体的体心，为1个，Y位于立方体顶点，实际占有：4个，XY(个数比)
15、121，所以甲的化学式为X2Y。乙中A在立方体的顶点，A占有81个，B位于面心，B占有63个，C位于立方体的体心，C占有1个，由此推出ABC(个数比)131。规律方法指导：晶体化学式的确定流程：观察确认粒子种类确定各粒子在晶体中的位置用均摊法求各粒子数目求各粒子数目的最简比确定化学式。变式训练_2.下图是某晶体的晶胞，其中X粒子位于此晶胞的中心，Y粒子位于8个顶点，该晶体中X和Y的个数比是(A)A11B12C14D18解析：X粒子属于晶胞独立拥有，而每个Y粒子则为8个晶胞共用，所以每个晶胞拥有Y粒子的个数为81，故A项正确。核心素养专家博客1六方晶胞中粒子对晶胞的贡献处于顶点的粒子，为6个晶胞
16、共用，每个粒子有1/6属于该晶胞。处于面心的粒子，为2个晶胞共用，每个粒子有1/2属于该晶胞。处于体内的粒子，完全属于该晶胞。如图为某六方晶胞，其中所含的粒子数为(内部含3个粒子)：12326。2对晶体结构的认识人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Hay)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理
17、而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(ABravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。俄国的费多罗夫(E.CeopoB)、德国的熊富利斯(AM.Schnflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。即时训练_1Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为_CuH_。解析：Cu个数：12236，H个数：646。2如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为(B)AMgBBMgB2CMg2B DMg3B2解析：正六棱柱晶胞的顶角原子有属于该晶胞，故Mg 原子个数为1223，B原子在晶胞内部，共6个，故该化合物化学式可表示为MgB2。- 10 - 版权所有高考资源网
