第三章 第一节 物质的聚集状态和晶体的常识（讲义及解析）-2024-2025学年高二化学选择性必修2（人教版2019）

选修二.物质结构与性质(周星星·化学） 第三章 晶体结构与性质 第一节 物质的聚集状态和晶体的常识 物质的聚集状态的认识 20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质三态的相互转化只是分子间的距离发生了变化，分子在固态只能振动，在气态时能自由移动，在液态则介乎二者之间 物质三态间的相互转化 20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石及各种金属等 气态和液态物质也不一定都由分子构成。如，等离子体是由电子、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；又如，离子液体是熔点不高的仅有离子组成的液态物质。此外，还有更多的集状态，如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等 一、物质的聚集状态 1．物质的聚集状态 (1)物质的常见聚集状态：气态、液态、固态 (2)物质的特殊聚集状态：等离子体、离子液体、晶态、非晶态以及介于二者之间的塑晶态、液晶态等 2．等离子体 (1)概念：气态物质在 高温 或者在 外加电场 激发下，分子发生分解，产生 电子和阳离子 等。这种由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈 电中性 的物质 聚集体 称为等离子体。 (2)特点：等离子体中含有带电粒子且能够自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流动性 (3)应用：在应用方面，运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等高子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的等。 3．离子液体：是熔点不高的仅由离子组成的液体物质 4．液晶 (1)概念：某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶 (2)特点：液晶是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、变形性等，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 (3)应用：液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图象。再如，合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等 【对点训练1】 1．下列关于等离子体的叙述正确的是(　　) A．物质一般有固态、液态和气态三种常见状态，等离子体却被认为是物质存在的第四状态 B．为了使气体变成等离子体，必须使其通电 C．等离子体通过电场时，所有粒子的运动方向都发生改变 D．等离子体性质稳定，不易发生化学反应 2．下列与等离子体无关的是(　　) A．等离子体显示器 B．日光灯和霓虹灯 C．把温度升高到几千摄氏度时水蒸气发生的变化 D．液晶显示器 3．等离子体的用途十分广泛，运用等离子体来切割金属或者进行外科手术，其利用了等离子体的特点是(　　) A．微粒带有电荷 B．高能量 C．基本构成微粒多样化 D．呈电中性 4．下列有关液晶的叙述中不正确的是(　　) A．具有液体的流动性、晶体的各向异性 B．用来制造液晶显示器 C．不是物质的一种聚集状态 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 5．下列关于液晶的说法正确的是(　　) A．液晶是液体和晶体的混合物 B．液晶是一种晶体 C．液晶分子在特定条件下排列比较整齐，但不稳定 D．所有物质在一定条件下都能成为液晶 二、晶体与非晶体 1．晶体和非晶体的概念 (1)晶体：内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间按一定规律呈周期性重复排列构成的固体物质。如：高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等 (2)非晶体：内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体物质。如：玻璃、松香、硅藻土、橡胶、沥青等 注意 ①绝大多数常见的固体都是晶体 ②排列的周期性是指在一定方向上每隔一定距离重复出现相同的排列 2．晶体的特点 (1)外形和内部质点排列的高度有序性 (2)晶体具有自范性 晶体二氧化硅 非晶体二氧化硅 实验探究 在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？ 实验现象 CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体 实验结论 晶体能自发地呈现多面体外形 ①定义：是指晶体在适当条件下可以自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质 ②形成条件：晶体生长的速率适当 ③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。有没有自范性是晶体与非晶体的本质区别 注意 ①晶体具有整齐规则的几何外形是晶体自动发生的过程，是天然形成而非人为加工而成，如：冬季的雪花是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形的规则图案 ②所谓自发过程，即自动发生的过程。但需要注意的是，“自发”过程的实现，仍需一定的条件，如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻。自范性需要一定的条件，其中最重要的条件是晶体生长的速率要适当(生成晶体的速率不能快、溶液的浓度不能过大、温度变化不能过快) ③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：天然水晶球是岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的。剖开水晶球，它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶，不同的是玛瑙是熔融SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷却形成的 ④晶体具有整齐规则的几何外形与物质的外观是有区别的，如：氯化钠晶体的几何外形是立方的，而食盐小颗粒用肉眼是看不到晶体外形的，但在光学显微镜或电子显微镜下仍观察到其规则的晶体外形。因此，许多固体的粉末用肉眼是看不到晶体外形，但在光学显微镜或电子显微镜下仍观察到其规则的晶体外形，这充分证明固体粉末仍是晶体，只因晶粒太小，肉眼看不到而已 (3)晶体具有固定的熔点 实验探究 将冰和玻璃加热各有什么现象？ 实验结论 加热冰时，0 ℃达到冰的熔点，冰开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高 加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后变为液体。玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围 ①晶体有固定的熔点 加热晶体，温度达到熔点时即开始融化；在没有全部融化以前继续加热，温度不再升高，这时所供给的热量都用来晶体融化；完全溶化后，温度才开始升高。这说明晶体有固定的熔点 晶体熔化曲线 ②非晶体没有固定的熔点 加热非晶体时，温度升高到某一程度后开始软化，流动性增强，最后变为液体。从软化到完全熔化，中间经过较长的温度范围，这说明非晶体没有固定的熔点 非晶体熔化过程 (4)晶体具有各向异性 ①石墨晶体导电性的探究 石墨晶体导电性测量 石墨晶体层面(平行方向)的导电性比层与层之间(竖直)的导电性强 实验结论 石墨晶体在不同方向上导电性不同 ②晶体与非晶体导热性的探究 实验探究 将热的铁针分别插入涂有石蜡的水晶片和涂有石蜡的玻璃片，观察石蜡在不同方向上的熔化速度 示意图 实验现象 石蜡在水晶片上不同方向的熔化的快慢不同，而在玻璃片上熔化的快慢相同 实验结论 晶体在不同方向上导热性不同；而非晶体在不同方向上导热性相同 ③各向异性：指在不同的方向上表现出不同的物理性质，如强度、导热性、光学性质等。这是因为晶体内部微粒在各个方向上排列的距离不同而引起性质上的差异，而且通过这些性质可以了解晶体的内部排列与结构的一些信息，而非晶体不具有各向异性。对于同一幅图案来说，从不同的方向审视，也会产生不同的感受，那么对于晶体来说，许多物理性质，如：硬度、导热性、光学性质等，因研究角度不同而产生差异，即：为各向异性。如：蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率1∕104 3．获得晶体的途径 (1)实验探究 ①获取硫黄晶体 实验过程 用研钵把硫磺粉末研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却后，观察实验现象 实验现象 淡黄色的菱形硫黄晶体 ②获取碘晶体 实验过程 在一个小烧杯加入少量碘，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小火加热，观察实验现象 实验装置 实验现象 加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒 ③获取氯化钠晶体 实验过程 在250 mL 烧杯中加入半烧杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察实验现象 实验装置 实验现象 在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒 微点拨 浓盐酸的作用：饱和氯化钠溶液中存在溶解平衡：NaCl(s)Na+(aq)＋Cl－(aq)，滴加浓盐酸后Cl－浓度增大，则溶解平衡逆向移动，导致析出氯化钠晶体 (2)获得晶体的三条途径 ①熔融态物质凝固，如：从熔融态结晶出来的硫晶体 ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)，如：凝华得到的碘晶体 ③溶质从溶液中析出，如：从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体 4．晶体与非晶体的特征和性质 晶体 非晶体 结构特征(本质区别) 结构微粒周期性有序排列 结构微粒无序排列 性质特征 自范性 有 无 熔、沸点 固定 不固定 某些物理性质 各向异性 各向同性 二者区别方法 间接方法(测熔点) 晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 科学方法(可靠方法) 对固体进行X射线衍射实验 注意 ①同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如：水晶和石英玻璃 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。如：玻璃制品(非晶体)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 【对点训练2】 1．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呈现规则的多面体几何外形 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 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 B．缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变成规则的立方体晶块 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 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。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 4．下列过程中不能得到晶体的是(　　) A．对NaCl饱和溶液降温所得到的固体 B．气态水直接冷却成固态水 C．熔融的KNO3冷却后所得到的固体 D．液态的玻璃冷却后所得到的固体 5．如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是(　　) A．金属 B．半导体 C．非晶体 D．晶体 6．①橡胶　②玻璃　③食盐　④水晶　⑤塑料　⑥胆矾 ⑦松香 ⑧冰 ⑨石英 ⑩沥青 ⑪铜 ⑫纯碱 以上物质中属于晶体的是 三、晶胞 为了描述晶体在微观空间里原子的排列，无须画出千千万万个原子，只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可 1．晶胞的概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。晶胞是晶体中最小的结构重复单元 2．晶胞与晶体的关系：常规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”：相邻晶胞之间没有任何间隙 (2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同 (3)晶胞只是晶体微观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原子种数、个数及几何排列(包括取向)都是完全相同的 (4)晶体是由无数个晶胞堆积得到的。知道晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置，就可以认识整个晶体的结构 3．晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法 (1)原则：晶胞中任意位置上的一个原子如果是被n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是 (2)方法： ①正方体(长方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 a．处于顶点上的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞 b．处于棱边上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞 c．处于晶面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有属于该晶胞 d．处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞 例1．下图是金属铜晶胞，用均摊法计算一个金属铜晶胞中含有的原子数为：8×＋6×＝4 例2．下图分别是金属钠、金属锌、碘、金刚石晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子？ 钠 锌 碘 金刚石 晶胞 原子的数目 ②非长方体晶胞中粒子视具体情况而定 三棱柱 六棱柱 平面型 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 4．晶体密度的计算 (1)晶体密度的计算流程 第一步 依据“均摊法”计算出每个晶胞实际含有各类原子的个数，确定物质的化学式，并计算出其物质的量 若1个晶胞中含有x个微粒，则晶胞的物质的量为： n＝＝mol 第二步 计算出晶胞的质量 晶胞的质量为：m＝n·M＝g 第三步 计算晶胞的体积 V＝a3cm－3 (a为晶胞的边长) 第四步 依据计算 ρ＝ g·cm－3 (2)实例 右图为CsCl晶体的晶胞，假设相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝g·cm－3 注意 晶体密度的单位常为g·cm－3，所以根据晶胞参数计算密度时，注意将其单位换算为cm。常用的换算方法为1 μm＝10－4 cm ，1 nm＝10－7 cm，1 pm＝10－10 cm 【对点训练3】 1．对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是(　　) A．该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体 B．该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子 C．平均每个晶胞中有14个原子 D．平均每个晶胞中有4个原子 2．下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中：○—X，●—Y，—Z。其中对应的化学式不正确的是(　　) 3．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 4．某晶体的部分为如图所示的正三棱柱结构，该晶体中X、Y、Z三种粒子数之比是(　　) A．3∶9∶4 B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 5．硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为(　　) A．MgB B．MgB2 C．Mg3B D．Mg3B2 6．已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol－1，NaCl晶体的密度为ρ g·cm－3，若图中Na＋与最邻近Cl－的核间距为a cm，若NA表示阿伏加德罗常数的值，则NA可表示为(　　) A． B． C． D．117a3ρ 7．过渡金属氮化物因其优异的催化性能(加氢处理、光和电化学催化等)受到了广泛关注。贵金属钼(Mo)的氮化物可作将N2还原为氨的反应的催化剂。贵金属钼的氮化物的立方晶胞如图所示。已知晶胞参数为a nm，则该晶体的化学式为　　　　，晶体的密度为　　　　 (列出计算式) g·cm－3 四、晶体结构的测定 1．常用仪器：X射线衍射仪 2．测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰；而在同一条件下摄取非晶体谱图中却看不到分立的斑点或者明锐的谱线 如：将单一波长的X射线分别通过晶体SiO2和非晶体SiO2时，晶体SiO2则会在记录仪上看到分立的斑点或者明锐的谱线，而非晶体SiO2却看不到分立的斑点或者明锐的谱线 3．作用：通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息。包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系 如：通过乙酸晶体的X射线衍射实验⇒乙酸晶胞中含4个乙酸分子⇒测定晶胞中各原子的位置(即原子坐标)⇒计算原子间的距离⇒判断出哪些原子间存在化学键⇒确定键长和键角⇒分子的空间结构 4．区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是利用X射线衍射实验 【对点训练4】 1．下列可用于判断某物质为晶体的方法是(　　) A．质谱法 B．红外光谱法 C．核磁共振法 D．X射线衍射法 2．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 3．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射线衍射图谱是相同的 1．下列关于物质聚集状态的叙述错误的是(　　) A．在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列 B．非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章 C．物质的聚集状态除了晶态、非晶态还有塑晶态、液晶态等 D．等离子体是指由电子、阳离子组成的带有一定电荷的物质聚集体 2．下列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 3．水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，下列有关玻璃态水的叙述正确的是(　　) A．水由液态变为玻璃态，体积缩小 B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C．玻璃态是水的一种特殊状态 D．在玻璃态水的X射线图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰 4．将一块缺角的胆矾晶体置于饱和的硫酸铜溶液中，一段时间后(浓度不变)，发现缺角晶体变完整了。若溶剂不挥发，则这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是(　　) A．晶体的质量变小，溶液的质量变大 B．晶体的质量变大，溶液的质量变小 C．晶体和溶液的质量都不变 D．无法确定 5．有关晶胞的叙述正确的是(　　) ①晶胞是晶体结构中的基本结构单元　 ②根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状的几何体　 ③习惯采用的晶胞是平行六面体　 ④晶胞都是正八面体 A．①③　 B．②④　 C．①④　 D．②③ 6．玻璃是常见的非晶体，在生产生活中有着广泛的用途，如图是玻璃的结构示意图，下列有关玻璃的说法错误的是(　　) A．玻璃内部微粒排列是无序的 B．玻璃熔化时吸热，温度不断上升 C．光导纤维和玻璃的主要成分都可看成是SiO2，二者都是非晶体 D．利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶 7．已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是(　　) A．1 mol该化合物中含有1 mol Y B．1 mol该化合物中含有3 mol Cu C．1 mol该化合物中含有2 mol Ba D．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6 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 9．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(　　) A．Mg2CNi3 B．MgCNi3 C．MgCNi2 D．MgC2Ni 10．钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶胞结构示意图如图所示，它的化学式是(　　) A．BaTi8O12 B．BaTi4O5 C．BaTi2O4 D．BaTiO3 11．钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如右图所示。该晶体的化学式为(　　) A．VO3 B．VO2 C．V2O3 D．V2O4 12．冰晶石(化学式为Na3AlF6)的晶体结构单元如图所示(●位于大立方体的顶点和面心，位于大立方体的12条棱的 中点和8个小立方体的体心)。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF6===3Na＋＋AlF，则大立方体的体心处所代表的微粒为(　　) A．Na＋ B．Al3＋ C．F－ D．AlF 13．如图是Mn和Bi形成的某种晶体的晶胞结构示意图，则该晶体的化学式可表示为(　　) A．Mn4Bi3 B．Mn2Bi C．MnBi D．MnBi3 14．纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为(　　) A．7∶8 B．13∶14 C．1∶1 D．26∶27 15．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C22－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C22－的数目为4 B．该晶体中的阴离子和O2的价电子数相等 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 16．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，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XeF6 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 17．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，石墨吸收钾而形成称为钾石墨的物质，其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等等。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。下列分析中正确的是(　　) A．题干中所举出的6种钾石墨，属于同素异形体 B．若某钾石墨的原于分布如图一所示，则它所表示的是C24K C．若某钾石墨的原子分布如图二所示，则它所表示的是C12K D．另有一种灰色的钾石墨C32K，其中K的分布也类似图2中的中心六边形，则最近两个K原子之间的距离为石墨键长的4倍 18．一种Al-Fe合金的晶胞如图所示。则该合金的化学式为(　　) A． B．FeAl C． D． 19．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如上图所示，则该晶体的化学式为(　　) A．Mg2CNi3 B．MgCNi2 C．MgCNi3 D．MgC2Ni 20．某研究小组发现首例带结晶水的晶体在5 K下呈现超导性。据报道，该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构，结构如图(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元)示意图不符合化学式的是(　　) 21．(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，晶体都具有 ，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 22．根据下列四种晶体的晶胞示意图回答问题： (1)根据图I分析，铜晶胞平均含有的铜原子数是 。 (2)根据图Ⅱ分析，干冰晶胞平均含有的CO2分子数是 。 (3)根据图Ⅲ分析，碘晶体中碘分子的排列有种不同的方向 种不同的方向。 (4)根据图Ⅳ分析，晶体M的化学式可能是 。 23．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－形成的晶体结构如图所示 (1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为________ (2)该晶体中离子Xn＋的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 24．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。(已知相对原子质量：O：16　Ti：48　Ba：137) (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＝　　　　 25．A、B、C、D、E是短周期元素，原子序数依次增大，B、C同周期，C的非金属性在元素周期表中最强，A、D同主族、隔周期，E元素原子最外层的p能级电子数是最外层的s能级电子数的一半。A、B能形成常温常压下两种液态化合物甲和乙，原子个数比分别为2：1和1：1.根据以上信息回答下列问题： (1)甲、乙两种化合物中含有非极性共价键的物质的电子式是 ，C元素在元素周期表中的位置是 。 (2)C和D形成的简单离子中，半径较小的是 (填离子符号)。 (3)将D的单质投入甲中，待D消失后再向溶液中加入E的单质，此时发生反应的化学方程式是 。 (4)C、D、E可组成离子化合物，其晶胞结构如图所示，阳离子D*(用○表示)位于正方体棱的中点和正方体内部；阴离子(用表示)位于该正方体的顶点和面心。该化合物的化学式是 。 答案及解析 【对点训练1】 1．A。解析：除外加电场外,高温加热、激光照射也可以使气体转变为等离子体,B错误;等离子体中也存在电中性微粒,电中性微粒在电场中运动方向不发生改变,C错误;等离子体性质活泼,可发生在一般条件下无法进行的化学反应,D错误。 2．D 解析：高温加热、用X射线、紫外线和γ射线来照射气体，可以使气体转变为等离子体，等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，据此分析判断。 A．等离子体显示器是通过等离子体显示图象和文字，与等离子体有关，故A不选； B．日光灯和霓虹灯中气体被电离形成了等离子体，与等离子体有关，故B不选； C．把温度升高到几千摄氏度时，水蒸气被电离形成了等离子体，与等离子体有关，故C不选； D．液晶显示器是通过液晶显示图象和文字，与等离子体无关，故D选； 3．B。解析：切割金属或者进行外科手术是利用了等离子体高能量的特点。 4．C。解析：由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态,C错误;这种在一定温度范围内既具有液体的可流动性,又具有晶体的各向异性的物质称为液态晶体,简称液晶,所以A正确;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,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来制造液晶显示器,所以B、D都正确。 5．C。解析：A．液晶是种有晶体和液体性质的物体，不是液体和晶体的混合物，是一种特殊的物质，不是混合物，故A错误； B．液晶是指在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的一类特殊的物质，故B错误； C．液晶在某些方向上分子排列规则，某些方向上杂乱，在特定条件如外加电场作用下排列整齐一旦取消电场又恢复原状，所以液晶不稳定，故C正确； D．液晶是某些特殊的化合物，并非所有物质都能够成为液晶，故D错误； 故选C。 【对点训练2】 1．B。解析：晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性重复排列，两者没有矛盾，故B错误；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，则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，故C正确；由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D正确。 2．B。解析：晶体在固态时不能自发形成新的晶体，故A错误；溶质从溶液中析出，可形成有规则几何外形的晶体，故B正确；圆形容器中结出的冰是圆形，不是自发形成的，故C错误；玻璃属于非晶体，不具有自范性，由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的，故D错误。 3．D。解析：晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。 4．D。解析：得到晶体的三条途径：①溶质从溶液中析出；②气态物质凝华；③熔融态物质凝固。A选项符合①，B选项符合②，C选项符合③。由于玻璃属于非晶体，熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。 5．D。解析：由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。 6．③④⑥⑧⑨⑪⑫。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。松香在温度升高后会变软，沥青铺成的路面在高温的夏天会变软，因此二者均无固定的熔点，所以它们属于非晶体。 【对点训练3】 1．C。解析：在该晶胞顶点和六个面的面心处都有一个原子，平均每个晶胞中含有的原子数＝8×＋6×＝4。 2．B。解析：A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；B项中X、Y的个数比为1∶(8×)＝1∶1，化学式为XY，错误；C项中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式为X3Y，正确；D项中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z，正确。 3．B。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4个B原子，每一个B原子周围有4个A原子。故该晶体的化学式可表示为AB。 4．B。解析：该结构是一个正三棱柱，它分摊到的粒子为顶角粒子的，上下棱上粒子的，侧棱上粒子的及内部的所有粒子，X都在顶角，6个Y在上下棱上，3个Y在侧棱上，Z位于内部，所以，X、Y、Z三种粒子数之比为∶∶1＝1∶4∶2。 5．B。解析：棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞；镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶角，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。 6．C。解析：NaCl晶胞中所包含的Cl－数目为12×＋1＝4，Na＋数目为8×＋6×＝4，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同占有的体积，由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积V＝×(2a cm)3＝2a3 cm3，用NA表示阿伏加德罗常数的值，由等式NA·ρ·2a3＝58.5，可得NA＝，故选C。 7．Mo2N　 解析：根据晶胞结构可知，一个晶胞中有4个白球、2个黑球，故晶体化学式为Mo2N；晶胞的体积为a3 nm3＝(a ×10－7)3 cm3，1个晶胞的质量为 g，所以晶体的密度为 g·cm－3。 【对点训练4】 1．D。解析：质谱法用于测定有机物的相对分子质量，不能判断某物质为晶体，故A错误；红外光谱仪能测定出有机物的官能团和化学键，不能判断某物质为晶体，故B错误；核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目，不能判断某物质为晶体，故C错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否呈周期性有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，可以鉴别晶体与非晶体，故D正确。 2．A解析：A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确； B．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项错误； C．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项错误。 D．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，D项错误； 故选A。 3．B。解析：观察结构图知，Ⅰ中粒子呈周期有序排列，Ⅱ中粒子排布不规则，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。 1．D。解析：液晶分子间的相互作用容易受温度、压力、电场的影响，在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列，A正确；内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质称为非晶体，B正确；物质的聚集状态有晶态、非晶态还有塑晶态、液晶态等，C正确；等离子体由电子、阳离子和中性粒子组成，正、负电荷大致相等，整体上呈电中性，D错误。 2．C。解析：晶体在三维空间里呈周期性有序排列，其许多物理性质常常会表现出各向异性，A不正确；晶体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，B不正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D不正确。 3．C。解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，因密度与普通液态水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。 4．C。解析：胆矾晶体具有自范性，在适当条件下有自发呈现封闭的、规则的多面体外形的性质。由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与饱和硫酸铜溶液间存在着溶解结晶平衡，整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。 5．A 6．C。解析：根据玻璃的结构示意图可知，构成玻璃的粒子无周期性排列，是无序的，所以玻璃是非晶体，因此没有固定的熔点，A、B对；玻璃属于非晶体，但光导纤维属于晶体，C错；区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，D对。 7．D。解析：由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上，大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的Cu原子位于长方体的内部，小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为8×＝1，Ba原子个数为8×＝2，Cu原子个数为3，O原子个数为10×＋2＝7，故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。综上可知，D项错误。 8．B。解析：根据均摊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，B正确。 9．B。解析：利用均摊法确定晶胞的化学式，位于顶角上的一个原子被8个晶胞占有，位于面心上的原子被2个晶胞占有，位于体心上的一个原子被一个晶胞占有，据此计算晶胞的化学式。根据晶胞结构可知，碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子，镁原子位于顶角处，因此镁原子个数为8×＝1，所以该晶胞含有1个镁原子，镍原子位于面心处，因此镍原子个数＝6×＝3，所以该晶胞中含有3个镍原子，故该晶体的化学式为MgCNi3，答案选B。 10．D。解析：观察钛酸钡晶胞结构示意图可知，Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti原子有属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每个O原子有属于该晶胞。即晶体中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶(8×)∶(12×)＝1∶1∶3。 11．B。解析：由晶胞结构可知，V位于晶胞的顶角和体心，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，故选B。 12．A。解析：该晶胞中●个数＝8×＋6×＝4，个数＝12×＋8＝11，根据冰晶石的化学式可知，冰晶石中 Na＋和AlF的个数之比为31，据此可判断出大立方体的体心所代表的微粒与代表的微粒相同，为Na＋。 13．A。解析：由晶胞的结构图可知，锰原子分布在正六棱柱的顶点、上下底面的面心上、棱边的中点上和体心上，所以锰原子的个数为：12×＋2×＋6×＋1＝6，铋原子分布在六棱柱的体内，数目为6，所以锰原子和铋原子的个数比为6:6＝1:1，所以化学式为MnBi，故选C。 14．D。解析：由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。 15．A 16．C 【详解】A．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，A项错误； B．该晶胞中Xe原子的个数为，F原子的个数为，故该晶体的化学式为XeF2 ， B项错误； C．在XeF4中Xe的化合价为+4，生成2 mol Xe转移电子8 mol，C项正确； D．F2有强氧化性，能够与水反应，故XeF2与水反应不可能生成F2，D项错误； 答案选C。 【点睛】本题考查较为综合，涉及晶胞的计算、氧化还原反应等知识，侧重于学生的分析能力的考查，注意把握晶胞的计算方法，结合元素化合价的变化解答该题，难度不大。 17．D 【详解】A．这几种物质都是化合物，不是单质，不属于同素异形体，A错误；B．中圆环内C原子个数是24，而每个K只有1/3落在这个六边形内，即含K原子个数=6×1/3=2，它所表示的是C12K，B错误；C．图二中最外围的六个钾原子连起来，图二的六边形含24个碳，而6个K只有1/3落在这个六边形内，还有中心那个完全的K，即含K原子个数=6×1/3+1=3，它所表示的是C8K，C错误；D．图二中最近的两个K原子之间的距离为石墨键长的 倍，现在要变成C32K，则六边形变成原来的两倍（面积就是原来的4倍，即容纳碳原子数为8×4=32个），即石墨键长的 倍，D正确；答案选D。 18．A 【详解】立方体有8个顶点，顶点上的每个铁原子被8个晶胞所共有，每个晶胞占有其；面心上的每个铁原子被2个晶胞所共有，每个晶胞占有其；校上共12个原子，每个铁原子被4个晶胞所共有，每个晶胞占有其；体心还有一个铁原子，故铁原子数为；铝原子都在晶胞内部，共4个。所以铁、铝原子个数比为2：1，化学式为，综上所述，故选A。 19．C 【详解】碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子；镁原子个数=8×=1，所以该晶胞含有1个镁原子；镍原子个数=6×=3，该晶胞中含有3个镍原子，所以该晶胞的化学式为：MgCNi3，故答案为C。 【点睛】均摊法确定立方晶胞中粒子数目的方法是：①顶点：每个顶点的原子被8个晶胞共有，所以晶胞对顶点原子只占份额；②棱：每条棱的原子被4个晶胞共有，所以晶胞对顶点原子只占份额；③面上：每个面的原子被2个晶胞共有，所以晶胞对顶点原子只占份额；④内部：内部原子不与其他晶胞分享，完全属于该晶胞 20．D。解析：A项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1,含有O原子数为4×=2,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;B项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1+4×=2,含有O原子数为4,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;C项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为4×=1,含有O原子数为4×=2,所以Co原子数与O原子数之比为1∶2,正确;D项,CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1,含有O原子数为4×=1,所以Co原子数与O原子数之比为1∶1,错误。 21． ②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩ 规则的几何外形 没有规则的几何外形 各向同性 各向异性 ②④ 【详解】(1)明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体，即②⑤⑥⑧⑨；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体，即①③④⑦⑩； (2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有规则的几何外形；而非晶体没有规则的几何外形；另外非晶体具有物理性质各向同性的特点，而晶体具有物理性质各向异性的特点； (3)晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点，因此判断物质是晶体还是非晶体可②从各向异性或各向同性上来判断，④从有无固定熔点来判，即②④。 22．4 4 2 AB（或BA） 【详解】(1)铜晶胞平均合有的铜原子数为。(2)干冰晶胞平均含有的CO2分子数为。(3)根据碘晶胞中碘分子的排列方向可知，碘晶体中碘分子的排列有2种不同的方向。(4)晶体M的晶胞中，N（A）：N（B）=（8×）：1=1：1，故M的化学式可能为AB（或BA）。 【点睛】该题考查晶胞的结构，难点注意碘分子有两种不同取向。 23．(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。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。 24．(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∶(8×)∶(12×)＝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＝233/(a3NA)，则a＝。 25． 第二周期第ⅦA族 【分析】A、B、C、D、E为短周期元素，原子序数依次增大；C的非金属性最强，则C为F元素；A、D同主族、隔周期，则A为H元素，D为Na元素；E的原子最外层p级电子数为最外层s级电子数的一半，又因为E的原子序数比D（Na元素）大，故E的原子最外层电子排布式为3s23p1，则E为Al元素；A、B在常温下能形成原子个数比为2:1和1:1的两种液态化合物，则B为O元素；综上所述，A为H元素，B为O元素，C为F元素，D为Na元素，E为Al元素；甲是，乙是。 【详解】由题意知A为H元素，B为O元素，C为F元素，D为元素，E为元素，甲是，乙是； (1)甲、乙两种化合物中含有非极性共价键的物质是，的电子式是；C元素是F元素，F元素在元素周期表中的位置是第二周期第Ⅶ A族。 (2)C和D形成的简单离子分别是和，电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，所以半径较小的是； (3)钠和水反应生成和氢气，和溶液反应生成偏铝酸钠和水，反应的化学方程式为； (4)阳离子(用O表示)位于正方体棱的中点和正方体内部，晶胞中所含的个数；阴离子位于正方体的顶点和面心，晶胞中所含的个数；阴、阳离子个数比为，化合物中阴离子所带电荷总数与阳离子所带电荷总数相等，所以，则该化合物的化学式为。 2 1 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