第3章 第1节 认识晶体（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修2（鲁科版2019）

第1节　认识晶体 课程内容标准 　　了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。 一、晶体的特性 1．晶体与非晶体的概念 固体类型 概念 晶体 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 非晶体 内部微粒无周期性重复排列的固体 2.晶体的特性 3．晶体的分类 (1)依据：根据晶体内部微粒种类和微粒间的相互作用。 (2)类型： 晶体类型 构成微粒种类 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 金属原子 金属键 Cu 共价晶体 原子 共价键 金刚石 分子晶体 分子 分子间作用力 干冰 4.应用 (1)晶体 ①某些晶体可以把机械能转变为电能，实现能量转化。 ②有些晶体对热敏感，用于制作红外夜视仪。 ③制作半导体晶体。 (2)非晶体 ①某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的强度和硬度大。 ②某些非晶态合金在中性盐溶液或酸性溶液中的耐腐蚀性比不锈钢好得多。 ③非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大得多。 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 1．晶胞 (1)晶体结构中基本的重复单元叫晶胞。 (2)一般来说，晶胞都是平行六面体。 (3)晶胞只是晶体微粒空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部含有的微粒种类、个数及几何排列都是完全相同的。 2．金属铜的晶胞为面心立方晶胞，如图所示 铜晶体面心立方晶胞及其切割示意图 观察分析上图，回答下列问题： (1)位于顶角上的铜原子为8个晶胞共有。 (2)位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。 (3)晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。 3．晶胞中微粒数的计算 计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用“切割法”(或“均摊法”)。即某个微粒为n个晶胞所共有，那么切割后的每个晶胞对这个微粒分得的份额是。 (1)平行六面体形(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算 ①处于顶点上的微粒，同时为8个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ②处于棱边上的微粒，同时为4个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ③处于晶面上的微粒，同时为2个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ④处于晶胞内部的微粒，则完全属于该晶胞。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)晶体有规则的几何外形，有规则几何外形的固体都是晶体。(×) (2)熔融态凝固一定能得到晶体。(×) (3)晶胞是晶体的基本结构单元，都是平行六面体。(×) (4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所共有。(×) 2．下列关于晶体的叙述不正确的是(　　) A．有规则的几何外形　 B．具有各向异性 C．有对称性 D．没有固定熔点 D　[晶体具有固定的熔点。] 3．下列物质中属于晶体的是__________。 ①橡胶　②玻璃　③食盐　④水晶　⑤塑料　⑥胆矾 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)在空间按一定规律呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。 答案　③④⑥ 学习任务一　晶体与非晶体性质的比较 1．下图是几种常见晶体的图片，请思考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。 2．下图是a、b两种不同物质的熔化曲线，试分析a、b是晶体还是非晶体？说明理由。 提示　晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。 3．云母属于晶体，用烧热的钢条去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面时，熔化了的石蜡呈现椭圆形，分析产生该现象的原因是什么？ 提示　云母属于晶体，具有各向异性，在不同的方向导热性不同，导致熔化了的石蜡呈现椭圆形。 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 1．如图是某固体的微观结构示意图，请认真观察两图，判断下列说法正确的是(　　) A．两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体 B．Ⅰ形成的固体的物理性质有各向异性 C．Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点 D．二者的X射线图谱是相同的 B　[观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期有序排列，Ⅱ中微粒排布不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体具有各向异性，具有固定熔点，非晶体没有固定熔点，用X射线检验两者，图谱明显不同。] 2．在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上加热，观察实验现象。 (1)在表面皿上加少量冷水的作用是_______________________________。 (2)观察到的实验现象是_________________________________________。 (3)在表面皿上是碘的________(填“晶体”或“非晶体”)。 (4)这种方法是________，制取晶体的方法还有________、________。 答案　(1)冷却碘蒸气　(2)烧杯中充满紫色的蒸气，在表面皿上有紫黑色的晶体　(3)晶体　(4)凝华　熔融态物质凝固　结晶 [易错警示]　 (1)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。 (2)有着规则几何外形或者美观、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。 (3)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。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 学习任务二　晶胞的计算 下图是铜晶胞中所填入的原子及其切割示意图。结合示意图提供的信息分析下列问题。 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．分析铜晶胞的切割示意图，你能获取哪些有关晶胞原子组成的信息？ 提示　晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的；晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。 2．甲晶体中X与Y的个数比是多少？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6×，所以N(X)∶N(Y)＝1∶＝4∶3。乙晶体中，体心A为1，顶角B为8×＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1。 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12×＋1＝4，D离子个数为8×＋6×＝4。 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。 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)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)＋1×1(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1∶1，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。 1．某物质的晶体中，含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面面心上的B原子没有画出)，晶体中A、B、C的原子个数比依次为(　　) A．1∶2∶1　　　　 B．1∶3∶1 C．2∶2∶1 D．1∶3∶3 B　[根据均摊法，A位于顶点，被8个晶胞共用，每个晶胞占有，A的个数为8×＝1；B位于面上，被2个晶胞共用，每个晶胞占有，B的个数为6×＝3；C位于体心，全部属于晶胞，即C的个数为1，三个原子的个数比为1∶3∶1，B项正确。] 2．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，晶体结构图中正方体边长(钛原子之间的距离)为d nm(1 nm＝10－9m)，则该晶体的密度为______g·cm－3。 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12×＝3，钙离子个数为1，钛离子个数为8×＝1，故其个数比为3∶1∶1，则它的化学式可表示为CaTiO3。(3)1 mol晶体的质量等于(a＋b＋3c)g,1 mol晶体的体积为d3×10－21×6.02×1023cm3，则其密度为ρ＝＝＝ g·cm－3。 答案　(1)6　8　6　(2)3∶1∶1　CaTiO3　(3) [归纳总结]　立方晶胞中各物理量的关系 a3×ρ×NA＝n×M a：表示晶胞的棱长； ρ：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； a3×ρ×NA表示1 mol晶胞的质量 钇钡铜氧是一种新型节能高温超导体，其晶胞结构如图所示。研究发现，此高温超导体中的Cu元素有两种价态，分别为＋2和＋3，Y元素的化合价为＋3，Ba元素的化合价为＋2。 (1)根据晶胞结构分析该物质的化学式。 提示　由图可知，该晶胞中N(Cu)＝8×＋8×＝3，N(Ba)＝2，N(Y)＝1，N(O)＝12×＋8×＝7。即该物质的化学式为YBa2Cu3O7。 (2)计算该物质中Cu2＋与Cu3＋的个数比是怎样的？ 提示　根据题中各元素的化合价，再结合化合物中各元素的正负化合价的代数和为零可知，＋2价铜与＋3价铜的化合价之和为7，即N(Cu2＋)∶N(Cu3＋)＝2∶1。 　(1)晶体具有均一性、对称性、稳定性、各向异性。 (2)注意区分晶胞和团簇分子(多原子分子)或纳米颗粒。 学科网（北京）股份有限公司 $$