第3章 第1节 认识晶体-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2创新导学案教用word（鲁科版2019）

化学　选择性必修2 导学案 L 第1节　认识晶体 核心素养 学业要求 1.能从构成微粒、微粒间相互作用、微粒的空间排布规律等角度分析不同类型的晶体结构的特点、相似性与差异性。 2.能说出科学家认识物质微观结构的基本思路和主要实验手段，及不同实验手段为建立模型提供的证据 1.熟知晶体的概念、晶体的类型和晶体的分类依据。 2.了解非晶体的概念及结构与性质的关系。 3.知道晶胞的概念及其与晶体的关系，会用切割法确定晶胞中微粒的数目和晶体的化学式 一、晶体的特性 1．晶体的特征 (1)具有自发形成的、规则的几何外形是晶体最重要的特征之一。在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形(自范性)。 (2)晶体的外形往往还表现出一定的对称性。 (3)晶体的另一个重要特征是在不同的方向上表现出不同的物理性质，这称作晶体的各向异性。 2．晶体与非晶体 (1)人们把内部微粒(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称为晶体；把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体。 (2)非晶体和晶体的最大区别在于物质内部的微粒是否有序排列。非晶体没有规则的外形，缺少晶体所具有的对称性和各向异性。 3．晶体的分类 根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，将它们分为离子晶体(如氯化钠)、金属晶体(如铜)、共价晶体(如金刚石)和分子晶体(如冰)。 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 1．概念 晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。 2．形状 晶胞的形状一般为平行六面体。 3．晶胞的选取 科学家通常会在保证对称性的前提下，依据晶胞尽量简洁(如所含的原子尽量少、优选棱的夹角为直角)的原则，在晶体中选取晶胞。 4．晶胞与晶体的关系 将一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中包含的微粒的种类、数目和空间位置，就可以了解整个晶体的结构。 5．晶胞中微粒数目的计算 通常可以用“切割法”来计算一个晶胞中实际包含的微粒数。如对铜的晶胞而言，每个顶点上的微粒应为8个晶胞共有，每个面心上的微粒应为2个晶胞共有，此晶胞中实际包含的微粒数为8×＋6×＝4。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)晶体、非晶体都具有固定的熔点。(　　) (2)具有各向异性的固体一定是晶体。(　　) (3)晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成。(　　) (4)晶体内部的微粒按一定的规律呈周期性有序排列。(　　) (5)晶胞是晶体结构中基本的重复单元。(　　) (6)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目和种类。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)× 解析：(1)晶体具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。 (3)SiO2有结晶形和无定形两大类，无定形SiO2有固定的组成，属于非晶体。 (6)由晶胞构成的晶体，其化学式不一定表示一个分子中含有多少个原子，而是表示每个晶胞中各类原子的最简个数比。 2．下列有关晶体和非晶体的说法正确的是(　　) A．具有规则几何外形的固体均为晶体 B．晶体具有自范性，非晶体没有自范性 C．晶体研碎后即变为非晶体 D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体 答案：B 解析：晶体的几何外形比较规则属于晶体的一般特性，但并不是所有具有规则几何外形的固体都是晶体，故A错误。晶体研碎后还是晶体，故C错误。玻璃是非晶体，加工成规则的固体不会变成晶体，故D错误。 3．将晶体分为离子晶体、金属晶体、共价晶体和分子晶体的本质标准是(　　) A．基本构成的微粒种类 B．晶体中最小重复结构单元的种类 C．微观粒子的密堆积种类 D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类 答案：D 4．某晶体中含有A、B、C三种元素，其中一个晶胞中原子的排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数比为(　　) A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 C．8∶6∶1 D．4∶3∶1 答案：A 解析：由题图可知，一个晶胞中，N(A)＝8×＝1，N(B)＝6×＝3，N(C)＝1，则晶体中A、B、C的原子个数比为1∶3∶1。 探究一　晶体与非晶体 1．晶体与非晶体 (1)晶体与非晶体的区别 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔、沸点 晶体 具有规则几何外形 微粒在三维空间呈周期性有序排列 有 有 固定 非晶体 不具有规则几何外形 微粒排列相对无序 无 无 不固定 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 (2)晶体与非晶体的区别方法 间接方法 看是否有固定的熔点 科学方法 对固体进行X射线衍射实验 (3)认识晶体与非晶体的三个误区 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。非晶体也可以打磨成规则的几何外形，但仍不是晶体。 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。 2．获得晶体的三条途径 (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。 1．从晶体与非晶体的角度分析，普通玻璃和水晶的根本区别是(　　) A．外形不一样 B．普通玻璃的基本构成粒子无序排列，水晶的基本构成粒子呈周期性有序排列 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 答案：B 解析：水晶是晶体，普通玻璃是非晶体。晶体和非晶体的本质区别是粒子在三维空间里是否呈周期性有序排列。 2．下列说法错误的是(　　) A．同一物质有时可以是晶体，有时可以是非晶体 B．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 C．雪花是水蒸气凝华得到的晶体 D．溶质从溶液中析出可以得到晶体 答案：B 探究二　晶体结构的基本重复单元——晶胞 1．晶胞与晶体的关系 晶体是由许多个晶胞构成的。整块晶体可以看作是由数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 (1)“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。 (2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 (3)所有同种晶胞的形状及其内部的微粒种类、个数及几何排列是完全相同的。 2．晶胞中粒子数目的计算——切割法 计算依据：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(长)方体晶胞中不同位置的粒子数的计算 (2)正三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 以如右图所示的三棱柱结构单元为例： A：4×＝，B：3×＋6×＝2，C：1×1＝1。因此，该晶胞中A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。 (3)正六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 3．下列有关晶胞的叙述，正确的是(　　) A．晶胞的结构就是晶体的结构 B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C．晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞 D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 答案：D 4．一种Al­Fe合金的晶胞如图所示。则该合金的化学式可表示为(　　) A．Fe2Al B．FeAl C．Fe3Al2 D．Fe2Al3 答案：A 解析：立方体有8个顶点，每个顶点被8个晶胞所共有，每个晶胞占有其；面心上的每个原子被2个晶胞所共有，每个晶胞占有其；棱上共12个原子，每个原子被4个晶胞所共有，每个晶胞占有其；体心还有一个铁原子，故该晶胞中含有的铁原子数为8×＋6×＋12×＋1＝8；铝原子都在晶胞内部，共4个。所以铁、铝原子个数比为2∶1，化学式可表示为Fe2Al。 本课小结 课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ 对点 晶体的获取方式 晶体的特征　 非晶体的特征 晶体的特征 根据晶胞结构确定化学式 根据晶体结构确定化学式 根据晶胞结构确定化学式 根据晶胞结构确定化学式、化合价 题号 9 10 11 12 13 14 难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ 对点 晶胞中微粒数目的计算 晶体结构的分析与化学式的确定 根据晶胞结构确定化学式 晶胞结构的分析 晶胞结构的分析及相关计算 晶胞结构的分析及相关计算 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．通过下列操作获得的物质不是晶体的是(　　) A．液态水急速冷却到－108 ℃ B．凝华获得的碘 C．从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜 D．从熔融态以适当速率凝固获得的硫 答案：A 解析：液态水急速冷却到－108 ℃得到的是玻璃态物质，不属于晶体。 2．下列关于晶体性质的叙述中，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 答案：B 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。 3．某教授团队在《Nature》发表成果，该团队在国际上首次实现了对金属玻璃中所有原子的3D位置的实验测定。金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是(　　) A．金属玻璃能自发呈现多面体外形 B．金属玻璃具有固定的熔点 C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验 D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物 答案：C 解析：金属玻璃具有非晶体结构，因此不能自发呈现多面体外形，A错误；金属玻璃属于非晶体，非晶体没有固定的熔点，B错误；金属玻璃由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却形成，与二氧化硅无关，D错误。 4．下列不能支持石墨是晶体这一事实的是(　　) A．石墨和金刚石互为同素异形体 B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列 C．石墨的熔点为3850 ℃ D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线 答案：A 解析：原子在三维空间里呈周期性有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C项)、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的谱线(D项)等特征，都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现。而是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也与金刚石、石墨互为同素异形体，却属于非晶体。 5．钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如图所示。该晶体的化学式为(　　) A．VO3 B．VO2 C．V2O3 D．V2O4 答案：B 解析：由晶胞图可知，V位于晶胞顶点和体心，V的个数为1＋8×＝2，有4个O位于晶胞面上，2个O位于晶胞内部，则O的个数为4×＋2＝4，则该晶体的化学式为VO2。 6．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．A2B B．AB C．AB2 D．A3B 答案：B 解析：根据物质的截面结构可知：在1个A周围有4个B；在一个B周围有4个A，A、B原子个数比是1∶1，所以该晶体的化学式是AB。 7．如图所示是晶体基本结构单元，其对应的化学式正确的是(图中：—X，—Y，—Z，C选项中Y原子在面上)(　　) 答案：C 解析：A项，X：1，Y：8×＝1，X与Y的个数比为1∶1，化学式为XY，错误；B项，X：4×＋1＝，Y：4×＝，X与Y的个数比为3∶1，化学式为X3Y，错误；C项，X：8×＝1，Y：6×＝3，Z：1，X、Y、Z的个数比为1∶3∶1，化学式为XY3Z，正确；D项，X：8×＝1，Y：12×＝3，Z：1，X、Y、Z的个数比为1∶3∶1，化学式为XY3Z，错误。 8．由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构如图所示，其中Q为＋3价，G为－2价，则R的化合价为(　　) A．＋1 B．＋2 C．＋3 D．＋4 答案：B 解析：根据切割法及晶胞结构图可知，晶胞中R原子数目为1＋8×＝2，G原子数目为2＋4×＋16×＝8，Q原子数目为2＋8×＝4，令R的化合价为a，则4×(＋3)＋2a＋8×(－2)＝0，解得a＝＋2，故R的化合价为＋2。 9．某晶体的结构单元如图所示，这种晶体中A、B、C三种微粒之比是(　　) A．3∶9∶4 B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 答案：B 解析：由题图可知，该晶胞的上下两个底面都是正三角形，因此顶点处的微粒为12个晶胞共用，故A的数目为6×＝；处于水平棱上的微粒为4个晶胞共用，处于垂直棱上的微粒为6个晶胞共用，故含有的B的数目为6×＋3×＝2；C为该晶胞自己所拥有，故含C的个数为1。 10．北京大学和中国科学院的化学工作者合作，已成功研制出碱金属与C60形成的石墨夹层离子化合物。将石墨置于熔融的钾或气态的钾中，石墨吸收钾而形成名称为钾石墨的物质，其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。在钾石墨中，钾原子把价电子交给石墨层，但在遇到与金属钾易反应的其他物质时还会收回。下列分析正确的是(　　) A．题干中所列举的6种钾石墨属于同素异形体 B．若某钾石墨的原子分布如图1所示，则它所表示的是C24K C．若某钾石墨的原子分布如图2所示，则它所表示的是C12K D．图2中最近两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的2倍 答案：D 解析：同素异形体是指同种元素形成的不同单质，题中所给的钾石墨属于离子化合物，不属于单质，A错误；将图1中的6个K原子连起来形成一个六边形，该六边形中含24个碳原子，而每个K原子只有属于该六边形，即所含K原子个数为6×＝2，故它所表示的是C12K，B错误；将图2中外围的6个K原子连起来也形成一个六边形，该六边形中也含24个碳原子，而所含K原子个数为6×＋1＝3，故它所表示的是C8K，C错误。 11．F2和Xe在一定条件下可生成XeF2、XeF4和XeF6三种氟化氙，它们都是极强的氧化剂(其氧化性依次增强)，都极易与水反应。已知6XeF4＋12H2O===2XeO3＋4Xe↑＋24HF＋3O2↑，下列推测正确的是(　　) A．XeF2分子中各原子均达到8电子的稳定结构 B．某种氟化氙晶体的基本结构单元如图所示，可推知其化学式为XeF4 C．XeF4与水反应时，每生成2 mol Xe转移8 mol电子 D．XeF2加入水中，在水的作用下，将生成Xe和F2 答案：C 解析：A项，Xe原子已经达到8电子稳定结构，故XeF2分子中各原子不可能均具有8电子稳定结构，错误；B项，该晶胞中Xe原子的个数为8×＋1＝2，F原子的个数为8×＋2＝4，故该晶体的化学式为XeF2，错误；C项，在XeF4中Xe的化合价为＋4，生成2 mol Xe转移电子8 mol，正确；D项，F2有强氧化性，能够与水反应，故XeF2与水反应不可能生成F2，错误。 12．CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图所示)，但CaC2晶体中含有哑铃形的C，使晶胞沿一个方向拉长。下列关于CaC2晶体的说法正确的是(　　) A．每个Ca2＋周围距离最近且相等的C的数目为6 B．该晶体中的阴离子与F2是等电子体 C．6.4 g CaC2晶体中含有0.2 mol阴离子 D．每个Ca2＋周围距离最近且相等的Ca2＋有4个 答案：D 解析：A项，由晶胞示意图可以看出，晶胞是非正方体结构，每个Ca2＋周围距离最近且相等的C有4个，错误。B项，C含有的价电子数为2×4＋2＝10，F2含有的价电子数为14，二者所含价电子数不同，不是等电子体，错误。C项，6.4 g CaC2为0.1 mol，CaC2晶体中的阴离子为C，则含有0.1 mol阴离子，错误。 二、非选择题 13．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子恰好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体的晶胞结构如图所示。 (1)该晶体中阳离子与阴离子的个数比为________。 (2)Xn＋中n＝________。 (3)X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)3∶1　(2)1　(3)29　(4)6 解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3，N3－位于晶胞的顶点，其数目为8×＝1，故阳离子与阴离子的个数比为3∶1。 (2)由晶体的化学式X3N知Xn＋所带电荷数为1。 (3)因为K、L、M三个电子层均恰好充满电子，即三个电子层所含电子数分别为2、8、18，所以X的原子序数是29。 (4)N3－位于晶胞的顶点，故其被等距离的6个Xn＋在上、下、左、右、前、后包围。 14．Eu、Ti和O形成一种化合物，其晶胞为如图所示的立方体。 (1)Eu是镧系元素，位于元素周期表的________(填字母)。 A．s区 B．p区 C．d区 D．ds区 E．f区 (2)在该晶胞中，Eu、Ti、O的粒子个数比是________。 (3)若将Ti原子置于立方体的体心，Eu原子置于立方体顶点，则O原子处于立方体的________(填序号)位置。 A．体心 B．面心 C．棱心 D．顶点 (4)1个Eu原子和________个O原子等距且紧邻，1个Ti原子和________个O原子等距且紧邻。1个O原子和________个Eu原子等距且紧邻，1个O原子和________个Ti原子等距且紧邻。 答案：(1)E　(2)1∶1∶3　(3)B　(4)12　6　4　2 解析：(2)在该晶胞中，Eu原子个数为1，Ti原子个数为8×＝1，O原子个数为12×＝3，则晶胞中Eu、Ti、O的粒子个数比是1∶1∶3。 (3)若将Ti原子置于立方体的体心，在一个立方体中含有1个Ti原子，通过该Ti原子的8个晶胞中含有8个Eu原子，将8个Eu原子相连，形成一个立方体，Eu原子位于立方体的顶点，O原子处于立方体的面心。 (4)根据题图可知：在晶胞中与Eu原子距离相等且最近的O原子有12个，距离为晶胞面对角线长的一半；以晶胞顶点Ti原子为研究对象，在晶胞中与Ti原子距离相等且最近的O原子有6个，分别位于Ti原子上、下、前、后、左、右6个方向，距离为晶胞边长的一半；O原子位于晶胞棱上，通过1条棱可以形成4个晶胞，每个晶胞中有一个Eu原子，因此1个O原子和4个Eu原子距离相等且最近，距离是晶胞面对角线长的一半；在1个O原子周围有2个Ti原子与O原子距离相等且最近，距离是晶胞边长的一半。 15 学科网（北京）股份有限公司 $$