第3章 第1节 物质的聚集状态与晶体的常识-【金版教程】2024-2025学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（人教版2019 单选版）

化学　选择性必修2[RJ] 第一节　物质的聚集状态与晶体的常识 1.认识物质的聚集状态。2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体与非晶体。3.认识简单的晶胞，能运用多种晶体模型和晶胞结构确定微粒个数和化学式，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。4.了解晶体结构的测定方法。 1．物质的聚集状态 (1)物质的聚集状态除了固态、液态和气态之外，还有晶态、非晶态和塑晶态、液晶态等。 (2)物质并不一定都由分子构成，如气态的等离子体、液态的离子液体、固态的氯化钠、金刚石、石墨、二氧化硅、金属等都无分子。 ①等离子体：由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 ②离子液体：熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 ③液晶：介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。 2．晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的本质差异 固体 自范性 微观结构 晶体 有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 没有 原子排列相对无序 (2)获得晶体的途径 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)晶体的特性 (4)晶体与非晶体的区分方法 区分方法 测熔点 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 可靠方法 对固体进行X射线衍射实验 3．晶胞 (1)概念：描述晶体结构的基本单元。 (2)晶胞与晶体的关系 常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 ①“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙。 ②“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 ③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。 (3)晶胞中粒子数目的计算(以铜的晶胞为例) ①位于顶角上的铜原子为8个晶胞共用。 ②位于面心上的铜原子为2个晶胞共用。 ③晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。 4．晶体结构的测定 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。当单一波长的X射线通过晶体时，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰，而非晶体图谱中没有。 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)等离子体是由电子、阳离子组成的整体上呈电中性的气态物质。(　　) (2)液晶是一种特殊的物质，是液态的晶体。(　　) (3)晶胞的结构就是晶体的结构。(　　) (4)不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同。(　　) (5)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验。(　　) (6)在CaF2晶胞()中，每个晶胞平均占有4个Ca2＋。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2．下列叙述正确的是(　　) A．食盐粉末为非晶体 B．液体与晶体的混合物叫液晶 C．等离子体的基本构成微粒是带正电的离子和电子及不带电的分子或原子 D．等离子体的外观为固态 答案：C 3．科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为(　　) A．1∶1 B．2∶1 C．3∶1 D．4∶1 答案：C 解析：根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×＝6，C60的个数为1＋8×＝2，所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2＝3∶1。 4．下列有关说法正确的是(　　) A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 B．石英玻璃和水晶的衍射图谱相同 C．通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构 D．晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角 答案：A 解析：石英玻璃是非晶态二氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，二者的衍射图谱不同，B错误；通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C、D错误。 5．某晶体的晶胞结构如图所示，X(·)位于立方体顶点，Y()位于立方体体心。试分析： (1)晶体中每一个Y同时吸引着____个X，每个X同时吸引着____个Y，该晶体的化学式是________。 (2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有____个。 (3)晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为________。 答案：(1)4　8　XY2(或Y2X)　(2)12　 (3)109°28′ 解析：(1)同时吸引的微粒个数指在某微粒周围距离最近的其他种类的微粒个数，观察图可知，Y位于立方体的体心，X位于立方体的顶点，每个Y同时吸引着4个X，而每个X同时被8个立方体共用，每个立方体的体心都有1个Y，所以每个X同时吸引着8个Y，X、Y的个数比为1∶2，所以化学式为XY2或Y2X。 (2)晶体中每个X周围与它最接近的X之间的距离应为如题图所示立方体的面对角线。位置关系分别为在此X的上层、下层和同一层，每层均有4个，共有12个。 (3)若将4个X连接，构成1个正四面体，Y位于正四面体的中心，可联系CH4的键角，知该夹角为109°28′。 知识点一　晶体与非晶体 1．晶体与非晶体的比较 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 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、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，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至形成的只是非晶态(玻璃态)。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。 3．晶体具有自范性的本质原因 晶体具有自范性的本质原因是晶体中粒子在微观空间呈现周期性有序排列。 4．晶体的判断 (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。 [练1]　下列叙述中，不正确的是(　　) A．从硫酸铜饱和溶液中可以析出硫酸铜晶体 B．具有规则几何外形的固体不一定是晶体 C．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形 D．具有各向异性的固体一定是晶体 答案：C 解析：溶质从溶液中析出是得到晶体的一条途径，A正确；有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，B正确；晶体所具有的规则几何外形、各向异性和固定的熔点是其内部粒子规律性排列的外部反映，因此D正确，C错误。 [练2]　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．非晶体无自范性且排列无序 D．固体SiO2一定是晶体 答案：C 解析：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A错误；晶体有自范性且排列有序，B错误；SiO2的存在形态有晶态和非晶态两类，即SiO2也可能是非晶体，D错误。 [练3]　晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨在与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的。则晶体的各向异性主要表现在(　　) ①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质 A．①③ B．②④ C．①②③ D．①②③④ 答案：D 知识点二　晶胞的理解与简单计算 1．晶体的化学式的含义 晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。 2．均摊法确定晶胞中粒子的个数 如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。 (1)长方(正方)体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 (2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献 3．求化学式 根据均摊法计算出一个晶胞中所含微粒数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。 4．晶体密度的计算 (1)计算晶胞棱长 晶胞棱长(a)与粒子半径(r)关系示例分析 (2)计算晶体密度 以一个晶胞为研究对象，根据晶胞质量m＝ρ×V，由公式×N＝ρ×a3进行计算，其中M为晶体的摩尔质量，N为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数，ρ为晶体密度，a为晶胞棱长。 (3)晶胞计算中单位的换算 1 pm＝10－10 cm，1 nm＝10－7 cm。 [练4]　某种只含镁、镍和碳三种元素的晶体也具有超导性。该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用“”表示，镍原子用“”表示，镁原子用“”表示)如图所示。则该晶体的化学式是(　　) A．Mg2CNi3 B．MgC2Ni C．MgCNi2 D．MgCNi3 答案：D 解析：该晶体的结构单元中含镁原子个数为8×＝1；含镍原子个数为6×＝3；含碳原子个数为1，则该晶体的化学式为MgCNi3。 [练5]　某晶体的部分结构如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　) A．3∶9∶4 B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 答案：B 解析：晶体的部分结构为正三棱柱，根据均摊法知，A位于正三棱柱的顶角，则有的A属于该晶胞，该晶胞中含A的个数为6×＝；B分为两类，位于侧棱上的B有属于该晶胞，位于上、下底面棱上的B有属于该晶胞，该晶胞含B原子个数为3×＋6×＝2；含C原子个数为1，则A、B、C三种原子个数之比为∶2∶1＝1∶4∶2。 [练6]　热敏电阻的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图所示，晶胞棱长为a cm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，所有棱心位置被O2－所占据。 (1)写出该晶体的化学式：____________。 (2)若将Ti4＋置于晶胞的体心，Ba2＋置于晶胞顶点，则O2－处于立方体的________位置。 (3)在该物质的晶体中，每个Ti4＋周围距离相等且最近的Ti4＋有____个；若将它们连接起来，形成的空间结构为________。 (4)若晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a＝________。 答案：(1)BaTiO3　(2)面心　(3)6　正八面体 (4) 解析：(1)在该晶胞中Ba2＋、Ti4＋和O2－的离子个数比为1∶∶＝1∶1∶3，则该晶体的化学式为BaTiO3。 (2)将共用一个Ti4＋的8个晶胞的体心Ba2＋连起来构成新的晶胞的顶点，则每个O2－正好分别处在六个面的面心位置。 (3)晶胞中一个顶点的Ti4＋与其前、后、左、右、上、下的Ti4＋最近且距离相等，若连接起来，形成正八面体。 (4)由题意知1个晶胞的体积为a3 cm3。根据晶体的化学式BaTiO3可得1个晶胞的质量为 g，则ρ＝，则a＝。 本课总结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ ★ ★★★ 对点 液晶 玻璃态水的特征 物质的聚集状态 晶体和非晶体的性质特征 晶体的有关计算 晶体的有关计算 晶体和非晶体的性质特征 晶体的性质特征 晶体的有关计算 晶体的有关计算 晶体与非晶体的判断和性质特征 晶体的有关 计算 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．液晶已有广泛的应用，如手机、电脑、电视的液晶显示器。下列有关液晶的叙述不正确的是(　　) A．是介于液态和晶态之间的物质状态 B．具有液体的流动性、晶体的各向异性 C．液晶都不稳定 D．液晶分子聚集在一起时，其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响 答案：C 解析：实用液晶在常温下十分稳定，C错误。 2．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。液态的水急速冷却到165 K就可以转变成玻璃态，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与液态水的密度相同。下列有关叙述正确的是(　　) A．玻璃态水是分子晶体 B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C．水由液态变为玻璃态，体积缩小 D．玻璃态是水的一种特殊状态 答案：D 解析：玻璃态水不存在晶体结构，所以不属于分子晶体，A错误；玻璃态水的密度与液态水的密度相同，则水由液态变为玻璃态时，体积不变，B、C错误。 3．下列关于聚集状态的叙述错误的是(　　) A．物质只有气态、液态、固态三种聚集状态 B．气态是高度无序的体系存在状态 C．固态物质中的微粒结合较紧凑，相对运动较弱 D．液态物质微粒间的距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性 答案：A 4．关于晶体和非晶体的说法，正确的是(　　) A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 B．晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高 C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 D．晶体和非晶体之间不可以相互转化 答案：C 5．已知CsCl晶体的密度为ρ g/cm3，NA为阿伏加德罗常数的值，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为(　　) A．NAa3ρ B． C． D． 答案：A 解析：由题图可知，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，即晶胞棱长为a cm，体积为a3 cm3，顶点在空间被8个晶胞共用，体心为1个晶胞拥有，可知含1个氯离子，Cs＋个数为8×＝1，则由ρV＝可知，M＝＝NAa3ρ(g/mol)，摩尔质量在以g/mol为单位时在数值上等于其相对分子质量，所以其相对分子质量是NAa3ρ。 6．碳化钼负载的层状金团簇催化剂可用于低温水煤气变换反应。下列有关说法正确的是(　　) A．H2O、CO2均属于非极性分子 B．CO2分子中，中心原子碳的价层电子对数为4 C．若碳化钼晶胞体积为V mL，则其晶体密度为 g·cm－3 D．碳化钼晶胞中，离Mo最近的Mo原子为12个 答案：D 解析：CO2属于非极性分子，H2O属于极性分子，A错误；CO2分子中，C的价层电子对数为2＋＝2，B错误；1个碳化钼晶胞中含有1＋12×＝4个C原子，8×＋6×＝4个Mo原子，故MoC晶体密度为 g·cm－3，C错误；由碳化钼晶胞可知，离Mo最近的Mo原子为12个，D正确。 7．下列有关晶体常识的叙述错误的是(　　) A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体 B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线 C．晶体都具有自范性，自范性是晶体的本质属性 D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形 答案：D 解析：非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。 8．下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形，故为非晶体 B．晶体呈现自范性的过程是非自发的过程 C．玛瑙和水晶皆为晶体，二者都是熔融二氧化硅快速凝固所形成的 D．当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形 答案：D 解析：A项，有的固体粉末肉眼看不到晶体外形，放到光学显微镜下才可以看到整齐规则的晶体外形，粉末状的KNO3为晶体，错误；C项，玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的，错误。 9．CaC2晶体的晶胞结构(如图所示)与NaCl晶体的相似，但因为CaC2晶体中含有的哑铃形C的存在，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法中正确的是(　　) A．1个Ca2＋周围距离最近且等距离的C数目为4 B．该晶体中的阴离子和O2所含电子数相同 C．6.4 g CaC2晶体中含阴离子0.2 mol D．与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋共有12个 答案：A 解析：晶胞沿一个方向拉长，再由题图中体心可知，1个Ca2＋周围距离最近且等距离的C有4个，A正确；C含电子数为2×6＋2＝14，O2所含电子数为16，二者电子数不同，B错误；6.4 g CaC2的物质的量为0.1 mol，CaC2晶体中含有的阴离子为C，则含阴离子的物质的量为0.1 mol，C错误；晶胞沿一个方向拉长，与每个Ca2＋距离相等且最近的Ca2＋应为4个，D错误。 10．高温下，超氧化钾晶体呈立方体结构，晶体中氧的化合价部分为0价，部分为－2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞，则下列说法中正确的是(　　) A．超氧化钾的化学式为KO2 B．每个晶胞中含有8个K＋和4个O C．晶体中与每个K＋距离最近的K＋有8个 D．晶体中0价氧原子和－2价氧原子个数比为1∶3 答案：A 解析：由题中的晶胞结构知，有8个K＋位于晶胞顶角，6个K＋位于晶胞面心，则晶胞中含有K＋的个数为8×＋6×＝4，O有12个位于棱上，1个处于体心，则晶胞中含有O的个数为12×＋1＝4；超氧化钾的化学式为KO2；晶体中与每个K＋距离最近的K＋有12个；设晶体中0价氧原子和－2价氧原子的个数分别为x、y，则有x＋y＝8，x×0＋y×(－2)＝－4，得x∶y＝3∶1。 二、非选择题 11．(1)在下列物质中，____________(填序号，下同)是晶体，____________是非晶体。 ①塑料　②明矾　③松香　④玻璃　⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蜡　⑧单晶硅 ⑨铝块　⑩橡胶 (2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体一般具有____________，而非晶体__________________；另外非晶体具有物理性质__________的特点，而晶体具有物理性质________的特点。 (3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是____________(填序号)。 ①从外形上来判断　②从各向异性或各向同性上来判断　③从导电性能来判断　④从有无固定熔点来判断 答案：(1)②⑤⑥⑧⑨　①③④⑦⑩ (2)规则的几何外形　没有规则的几何外形　各向同性　各向异性 (3)②④ 12．根据晶体结构知识，回答下列问题。 (1)如图所示为二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是________。 (2)Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞结构如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。 若已知Al的原子半径为d，NA表示阿伏加德罗常数的值，Al的相对原子质量为M，则： ①晶胞中Al原子的配位数为________。 ②该晶体的密度为________(用字母表示)。 (3)如图为氟化钙晶胞。每个F－周围有________个Ca2＋与之紧邻，每个F－周围与其距离最近的F－的数目是________。 (4)元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个能层，它与N3－形成晶体的晶胞结构如图所示。 ①该晶体的阳离子与阴离子个数之比为________。 ②该晶体中Xn＋的n＝________。 ③X元素的原子序数是________。 ④晶体中每个N3－被________个等距离的Xn＋包围。 答案：(1)b　(2)①12　②　(3)4　6　(4)①3∶1　②1　③29　④6 解析：(4)①Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3；N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1，故二者个数之比为3∶1。 ②由晶体的化学式X3N知，X所带电荷数为1。 ③因为K、L、M三个能层充满，故Xn＋有2、8、18结构，所以X的原子序数是29。 ④N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。 5 学科网（北京）股份有限公司 $$