第3章 第1节 认识晶体-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第一节　认识晶体 课标要点 核心素养 1.通过生活中常见晶体和非晶体的实例，了解晶体特征，认识晶体与非晶体的区别 2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，会用切割法确定晶胞微粒数目及晶体化学式 1.宏观辨识与微观探析：通过晶体和非晶体在三维空间中的微观空间排列方式，认识晶体和非晶体的本质区别和性质差异，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题 2.证据推理与模型认知：结合晶胞的结构模型，通过分析推理、计算等方法认识晶胞的结构、组成及其相互关系，建立模型并应用于揭示晶胞的结构和晶体的构成规律 [知识梳理] [知识点一]　晶体的特性　 1．晶体的概念 (1)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物质。 (2)非晶体：内部微粒无周期性重复排列的固体物质。 2．晶体的特性 (1)晶体的自范性：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。 (2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出　不同　的物理性质。 (3)晶体有特定的对称性：晶体具有　规则　的几何外形。 3．晶体的分类 (1)分类标准：根据晶体内部　微粒　的种类和微粒间　相互作用　的不同。 (2)分类 晶体类型 构成微粒 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 　金属阳离子、自由电子　　 　金属键　 铜 共价晶体(原子晶体) 　原子　 　共价键　 金刚石 分子晶体 　分子　 　分子间作用力　 冰 [知识点二]　晶体结构的基本重复单元——晶胞　 概念 晶体结构中基本的　重复单元　 形状 大小、形状完全相同的　平行六面体　 晶体中晶胞的排列方式 无隙并置 “切割法”计算 某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的　1/n　属于该晶胞 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)固态物质一定是晶体。(　　) 提示：×。固态物质分为晶体和非晶体，有规则几何外形、有各向异性和固定熔点的固体才是晶体。 (2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　　) 提示：×。非晶体也可能有规则几何外形，如玻璃，故有规则几何外形的固体不一定是晶体。 (3)晶胞是晶体的最小重复单元。(√) (4)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。(×) (5)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。(×) (6)雪花是水蒸气凝华得到的晶体。(√) 2．[想一想] (1)晶胞是否全是平行六面体？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：不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 (2)由晶胞构成的晶体，其化学式都是表示分子式吗？ 提示：否。有的晶体由阴、阳离子构成；有的晶体由原子构成；有的晶体由金属离子和自由电子构成。 　晶体和非晶体的对比 [情境素材] 如图是某固体的微观结构示意图 [思考探究] (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Ⅰ、Ⅱ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，Ⅰ中粒子呈周期性有序排列，为晶体；Ⅱ中粒子排列不规则为非晶体。 (2)将固体Ⅰ、Ⅱ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Ⅰ，温度达到熔点时晶体Ⅰ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，所以晶体有固定的熔点。加热非晶体Ⅱ时，温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ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。 [核心突破] 1．晶体与非晶体的比较 类型 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 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度适当，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。 [典例示范] [典例1]　1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述中，错误的是(　　) A．液晶是物质的一种聚集状态 B．液晶具有流动性 C．液晶和液态是物质的同一种聚集状态 D．液晶具有各向异性 [思维建模] 解答有关物质聚集状态的思维流程如下： [解析]　C　[液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A对、C错；液晶是液态晶体的简称，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，B对、D对。] [学以致用] 1．下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是(　　) 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 解析：B　[晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D项错误；晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，构成晶体的粒子在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误；自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。] 2．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伪仿形制品 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：B　[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。] [误区警示]　关于晶体与非晶体的认识误区 (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)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。 　　均摊法突破晶胞的计算 [情境素材] 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)。 [思考探究] (1)甲晶体中X与Y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。 (2)乙晶体中A与B的个数比是多少？ 提示：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，那么顶点上的一个粒子被几个六棱柱共用？ 提示：被6个六棱柱共用。 [核心突破] 1．均摊法确定晶胞中粒子的个数 均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的属于这个晶胞。 (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，六方晶胞中所含粒子数目为12×＋3＋2×＝6。 微点拨：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。 2．晶体密度的计算 ρ＝(n0：晶胞包含的物质组成个数，M：该物质组成的摩尔质量，a：晶胞边长，NA：阿伏加德罗常数) 例如：如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，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。 [典例示范] [典例2]　Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题： (1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为　________　，基态Fe原子的电子排布式为　________　。 (2)CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为　________　 g·cm－3。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为　________　。 [解析]　(1)Fe、Co、Ni的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2，价电子数分别为8、9、10，位于元素周期表第4周期Ⅷ族。基态Fe原子核外有26个电子，电子排布式为[Ar]3d64s2。(2)该晶胞中Co2＋个数为12×＋1＝4，O2－个数为8×＋6×＝4，晶胞质量为 g＝ g，晶胞体积为(a×10－7 cm)3，故晶体的密度为ρ＝＝ g÷(a×10－7 cm)3＝ g·cm－3。三种元素二价氧化物均为离子晶体，由于离子半径：Fe2＋＞Co2＋＞Ni2＋，则晶格能：NiO＞CoO＞FeO，故熔点：NiO＞CoO＞FeO。 答案：(1)第4周期Ⅷ族 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) (2)　NiO＞CoO＞FeO 解答晶体结构计算，关键是对晶体进行晶胞组成和空间关系两种分析。计算方法为：以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为×n＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数的值，ρ为晶体的密度，a为晶胞的参数。 [学以致用] 3．某晶体的部分结构为正三棱柱(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 解析：B　[由图可知该晶体部分结构的上下两面为正三角形，因此处于顶点的粒子为12个该结构共用，故该结构中A的数目为6×＝；处于水平棱上的粒子为4个该结构共用，处于垂直棱上的粒子为6个该结构共用，故该结构单元中包含B粒子的数目为6×＋3×＝2；该结构中包含C粒子的数目为1，由此可见A、B、C三种粒子的数目之比为∶2∶1＝1∶4∶2。] 4．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 g·cm－3，则阿伏加德罗常数的值可表示为(　　) A.　　　　　　B. C. D. 解析：C　[一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为V＝×(2a cm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝。] 5．MgBr2晶体结构如图所示。B原子独立为一层，具有类似于石墨的结构，每个B原子周围都有　________　个与之等距离且最近的B原子；六棱柱底边边长为a cm高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：该晶体中每六个B形成正六边形，因此每个B周围有3个与之等距离且最近的B原子。该晶胞中Mg的个数为12×＋2×＝3，B的个数为6，该晶胞的体积为3个平行六面体的体积，每个平行六面体的体积为a cm×a cm×c cm＝a2c cm3，故该晶胞的密度为 g÷a2c cm3＝ g·cm－3。 答案：3　 1．下列途径不能得到晶体的是(　　) A．熔融态物质快速冷却 B．熔融态物质凝固 C．气态物质凝华 D．溶质从溶液中析出 解析：A　[得到晶体的三个途径：(1)溶质从溶液中析出；(2)气态物质凝华；(3)熔融态物质凝固。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体。] 2．利用晶体结构，可以用来解释(　　) A．晶体有规则的几何外形，非晶体没有规则的几何外形 B．晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点 C．晶体的导电性能比非晶体好 D．晶体的各向异性 解析：D　[晶体的某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性。] 3．下列有关晶胞的叙述，正确的是(　　) A．晶胞的结构是晶体的结构 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属于该晶胞 D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 解析：D　[由晶胞的定义可知A选项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不专属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”，即可推知晶体的组成，D选项正确。] 4.某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为(　　) A．1∶8　B．1∶4　　C．1∶2　　D．1∶1 解析：D　[由图可知，阳离子位于晶胞的中心，属于该晶胞的数目为1；阴离子位于晶胞的8个顶点上，属于该晶胞的数目为8×＝1。因此，阴离子与阳离子的个数比为1∶1。] 5．(1)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是ρ＝＝ g·cm－3。 答案： (2)Fe的一种晶体如图所示，假设铁原子的半径是r cm，该晶体的密度是ρ g·cm－3，则铁的相对原子质量为　________　(设阿伏加德罗常数的值为NA)。 解析：设晶胞的棱长为a cm，铁原子半径为r cm，则该晶胞的体对角线4r＝a，a＝r。该晶胞中Fe个数为8×＋1＝2，则 g×2＝ρ g·cm－3×3，解得M＝。 答案： (3)氮化铁磁粉是近几年发展起来的一种新型磁记录材料，具有记录密度高、信噪比大、稳定性及耐腐蚀性好等特点。利用氨气在400℃以上分解，将分解的氮原子渗透到铁粉中制备氮化铁。某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。 ①该化合物的化学式为　________　。 ②六棱柱底边长为a cm，高为b cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：①Fe的个数为12×＋2×＋3＝6，N的个数为2，故化学式为Fe3N。 ②晶胞的质量为g，晶胞体积为a cm×a cm×6×b cm＝a2 b cm3，故晶体密度为ρ＝m÷V＝ g÷a2 b cm3＝ g·cm－3。 答案：①Fe3N　② [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$