1、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 原子在三维空间里呈_排列 非晶体 原子排列相对_ 有周期性有序无无序2.获得晶体的三条途径(1)_态物质凝固。(2)_物质冷却不经液态直接凝固(_)。(3)_从溶液中析出。熔融气态凝华溶质3.晶体的特点(1)自范性：定义：晶体能_呈现_外形的性质。形成条件：晶体_适当。本质原因：晶体中粒子在_里呈现_的_排列。(2)各向异性
2、：某些物理性质常常会表现出各向异性。(3)晶体有固定的_。(4)外形和内部质点排列的高度_。自发地多面体生长的速率微观空间周期性有序熔点有序性【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2.结构 晶胞是描述晶体结构的_。习惯采用的晶胞都是_体，晶体是由无数晶胞_而成。(1)“无隙”：相邻晶胞之间没有任何_。(2)“并置”：所有晶胞都是_排列的，取向_。(3)所有晶胞的_及其内部的_、_及_是完全相同的。基本单元平行六面“无隙并置”间隙平行相同形状原子种类个数几何排列3.晶胞中微粒数目的计算(1)平行六面体(立方体形)晶胞
3、中微粒数目的计算。晶胞的顶角原子是_个晶胞共用；晶胞棱上的原子是_个晶胞共用；晶胞面上的原子是_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_。8428186124(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_、_、_、_。2288【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。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
4、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。()自 我 检 测(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
5、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 B 3.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
6、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、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，中微粒呈周期性有序排列，为晶体；中微粒排列不规则为非晶体。2.将固体、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，温度达到熔点时晶体 开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度
7、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 时，温度升高到某一程度后非晶体 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
8、 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
9、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，
10、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 C 2.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
11、气凝华则得到晶体。D项析出胆矾晶体(CuSO45H2O)。答案 A 3.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 B 4.下列物质中，属于晶体的是_(填序号)。A.橡胶 B.玻璃 C.食盐
12、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？2.乙晶体中A与B的个数比是多少？提示 甲晶体中，体心 X 为 1，顶角 Y 为 618，所以 N(X)N(Y)16843。提示 乙晶体中，体心 A 为 1，顶角 B
13、 为 8181，所以 N(A)N(B)11。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 121414，D 离子个数为 8186124。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 121632126。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
14、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 a3NAnM a：表示晶胞的棱长；：表示晶体的密度；NA：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；a3NA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
15、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_。A.Ti14C13B.TiC C.Ti14C4D.Ti4C3 解析(1)晶胞中灰球代表的微粒 4 个，白球代表的微粒 6128184 个，所以化学式为 CuCl。(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为 81812，灰球表示的原子个数为 14142，所以每个晶胞中含有 N 原子和 B 原子各 2 个；N 的电负性大于 B，所以该陶瓷的化学式为 BN。(3)晶胞中含有 O：6123 个，含 Co：8181 个，含 Ti：1 个，故化学式为
16、 CoTiO3。Ti 原子位于晶胞的中心，其周围距离最近的 O 原子位于 6 个面的中心，所以周围距离最近的 O 原子数目为 6 个；Co 原子位于晶胞的顶点，O 原子位于晶胞的面心，所以 Co 原子周围距离最近的 O 原子数目为 12 个。(4)由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个C原子构成。选项A正确。答案(1)CuCl(2)2 BN(3)CoTiO3 6 12(4)A(1)根据均摊法计算出1个晶胞中，各种原子个数的最简整数比可确定该物质的化学式。(2)对于独立原子构成的分子，其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子
17、N构成的气态团簇分子，如图所示，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，由于M、N原子并不存在共用关系，所以由气态团簇分子结构图可知，其分子式可由示意图查原子个数来确定，M原子共14个，N原子13个，即分子式为M14N13。【变式训练】5.某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如图所示，则该晶体的化学式可表示为()A.A2BB.ABC.AB2D.A3B 解析 由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A原子周围有2个B原子，每一个B原子周围有2个A原子。故该晶体的化学式可表示为AB。答案 B 6.石墨烯可转化为富勒烯(C60)，某金属M与C60可制备一种低温超导材料，晶胞如图所示
18、，M原子位于晶胞的棱上与内部。该晶胞中M原子的个数为_，该材料的化学式为_。答案 12 M3C60 解析 根据均摊法，晶胞含 M 原子的个数为 1214912，C60 位于顶点和面心，故晶胞含 C60 的个数为 8186124，故化学式为 M3C60。【例3】如图所示为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿的晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单位。(1)在该物质的晶体结构中，每个钛离子周围与它最近且距离相等的氧离子、钙离子、钛离子各有_个、_个、_个。(2)该晶体结构中，元素氧、钛、钙的离子个数比是_，该物质的化学式可表示为_。(3)若钙、钛、氧三元素的相对原子质量分别为a、b、c，晶体结构图中
19、正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm109m)，则该晶体的密度为_gcm3。解析(1)以钛离子为顶点，应有 8 个立方晶胞紧靠在一起，这样钛原子成为空间直角坐标系的中心原子，它的三维方向上前后左右上下最近且相邻各有 1 个氧离子(钛离子)，共 6 个，它周围的 8 个立方晶胞内各含 1 个钙离子。(2)该晶胞中含氧离子个数为 12143，钙离子个数为 1，钛离子个数为 8181，故其个数比为 311，则它的化学式可表示为 CaTiO3。(3)1 mol 晶体的质量等于(ab3c)g，1 mol 晶体的体积为 d310216.021023cm3，则其密度为 mV（ab3c）g6.0
20、21023d31021cm3ab3c602d3gcm3。答案(1)6 8 6(2)311 CaTiO3(3)ab3c602d3 立方晶胞中各物理量的关系mVa3N MNAm：表示一个晶胞质量（g）：表示晶胞密度（gcm3）V：表示一个晶胞体积（cm3）a：表示晶胞边长（cm）M：表示晶胞摩尔质量（gmol1）NA：表示阿伏加德罗常数（mol1）N：表示一个晶胞中微粒数目【变式训练】7.如图为NaCl晶体的一个晶胞，测知氯化钠晶体中相邻的Na与Cl的距离为a cm，该晶体密度为d gcm3，则阿伏加德罗常数可表示为()A.0.5854a3d mol1B.58.58a3d mol1C.58.52a3d mol1D.117a3d mol1 解题反思 解答晶胞中各量关系计算题的关键，是正确分析微粒在晶胞中的位置关系，找出晶胞的体积及1个晶胞的质量。答案 C 解析 一个 NaCl 晶胞中含 Na：8186124(个)；含 Cl：121414(个)，一个 NaCl 晶胞的体积为 V8a3cm3，由 NAd gcm3V458.5 gmol1 得NA 458.5 gmol1d gcm38a3cm358.52a3d mol1。
