第3-1講-物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(解析版)

鏈接教材精準(zhǔn)變式練第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識【典例1】（2022·四川宜賓·高二期末）下列區(qū)別晶體和非晶體最可靠的方法是A．觀察形狀 B．光譜儀測定C．X射線衍射法 D．質(zhì)譜儀測定【答案】C【詳解】構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列，晶體的這一結(jié)構(gòu)特征可以通過X-射線衍射圖譜反映出來，因此區(qū)分晶體和非晶體的最可靠的科學(xué)方法是對固體進(jìn)行X-射線衍射實驗，故選C。【典例2】（2021·遼寧大連·高二期末）下列關(guān)于晶體的說法正確的是A．凡有規(guī)則幾何外形的固體均為晶體B．晶體在不同方向上的硬度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性均相同C．水晶有固定的熔點，普通玻璃無固定的熔點D．將飽和硫酸銅溶液冷卻降溫，析出的固體不是晶體【答案】C【解析】A．具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體，故A錯誤；B．由于晶體內(nèi)部質(zhì)點排列的高度有序性，使得晶體在強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等物理性質(zhì)上常常表現(xiàn)為各向異性，故B錯誤；C．水晶是晶體，有固定的熔點，普通玻璃是混合物無固定的熔點，故C正確；D．得到晶體一般有三條途徑：①熔融態(tài)物質(zhì)凝固；②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；③溶質(zhì)從溶液中析出，所以將飽和硫酸銅溶液冷卻降溫，析出的固體是晶體，故D錯誤；故選C?！镜淅?】水的狀態(tài)除了氣、液和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關(guān)玻璃態(tài)水的敘述中正確的是()A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D．X射線通過玻璃態(tài)水時，能產(chǎn)生譜線【答案】C【解析】玻璃態(tài)水無固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，故玻璃態(tài)水不是晶體，X射線通過玻璃態(tài)水時不能產(chǎn)生譜線，因密度與普通水相同，故水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)時體積不變?！镜淅?】（2022·浙江溫州·高二期末）下列結(jié)構(gòu)屬于晶胞且對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是(圖中：●—X，○—Y)A．XYB．XY2C．X2Y3D．X2Y【答案】B【詳解】A．X個數(shù)為，Y個數(shù)為1，則化學(xué)式為XY，故A正確；B．該物質(zhì)不屬于晶體，沒有不能形成重復(fù)的結(jié)構(gòu)，故B錯誤；C．X個數(shù)為，Y個數(shù)為，則化學(xué)式為XY3，故C正確；D．X個數(shù)為，Y個數(shù)為，則化學(xué)式為X2Y，故D正確。綜上所述，答案為B。教材知識鏈接教材知識鏈接一．物質(zhì)的聚集狀態(tài)1．20世紀(jì)前，人們以為分子是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)固、液、氣三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子間距離發(fā)生了變化。2．20世紀(jì)初，通過X射線衍射等實驗手段，發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無分子，如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。3．氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都是由分子構(gòu)成。如等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)；離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。4．其他物質(zhì)聚集狀態(tài)，如晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)等。二．晶體與非晶體1．晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體無原子排列相對無序2.獲得晶體的三條途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。3．晶體的特性(1)自范性：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。(2)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。(3)固定的熔點。4．晶體與非晶體的測定方法測定方法測熔點晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點可靠方法對固體進(jìn)行X射線衍射實驗三．晶胞1．概念描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。2．晶胞與晶體的關(guān)系一般來說，晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”是指相鄰晶胞之間無任何間隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。3．晶胞中粒子數(shù)目的計算1.晶胞是最小的平行六面體，它有8個頂角，三套各4根平行棱，三套各兩個平行面。2．均攤法確定晶胞中粒子的個數(shù)若晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有eq\f(1,n)屬于這個晶胞。長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn)四．晶體結(jié)構(gòu)的測定1．常用儀器：X射線衍射儀。2．測定過程：當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或者明銳的衍射峰。3．作用：根據(jù)衍射圖，經(jīng)過計算可以獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。精準(zhǔn)變式題精準(zhǔn)變式題（變式訓(xùn)練1）下列關(guān)于晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別的敘述中，正確的是()A．是否為具有規(guī)則幾何外形的固體 B．是否具有各向異性C．是否具有美觀、對稱的外形 D．內(nèi)部微粒在空間是否呈周期性有序排列【答案】D【解析】具有規(guī)則幾何外形的固體不一定都是晶體，如玻璃，故A錯誤；具有各向異性的固體一定是晶體，但是否具有各向異性不是晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別，故B錯誤；美觀對稱的固體不一定都是晶體，如玻璃，故C錯誤；晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于其內(nèi)部微粒在空間是否按一定規(guī)律呈周期性有序排列，故D正確。（變式訓(xùn)練2）下列有關(guān)晶胞的敘述中正確的是()A．晶胞的結(jié)構(gòu)是晶體的結(jié)構(gòu)B．不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同C．晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的組成【答案】D【解析】相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體中，晶胞的大小和形狀不一定相同，B選項錯誤；晶體中的大部分粒子被若干個晶胞所共有，不完全屬于某個晶胞，C選項錯誤；知道晶胞的組成，利用“均攤法”即可推知晶體的組成，D選項正確。（變式訓(xùn)練3）（2021·陜西金臺·高二期末）某晶體晶胞中A、B、C三種元素原子的排列如圖所示，C(?)在晶胞的中心，則晶體中A、B、C的原子個數(shù)之比A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 C．8∶6∶1 D．4∶3∶1【答案】A【分析】本題考查晶胞的計算，明確頂點、棱上以及面心上每個原子被幾個晶胞所共有是解答本題關(guān)鍵?！驹斀狻扛鶕?jù)題給晶胞圖可知，A、B、C分別位于頂點、面心和體心，頂點上的原子被8個晶胞共用，面心上的原子被2個晶胞共用，體心上的原子被1個晶胞占有。利用均攤法計算該晶胞中A、B、C三種原子個數(shù)。所以，該晶胞中A原子個數(shù)，B原子個數(shù)，C原子個數(shù)=1，所以晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為1∶3∶1。A項正確；答案選A。1．（2022·四川綿陽·高二期末）X-射線衍射實驗是鑒別晶體與非晶體最可靠的方法，下列屬于晶體的是A．瑪瑙 B．陶瓷 C．水晶 D．玻璃【答案】C【詳解】X-射線衍射實驗?zāi)軌驕y出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)微粒是否有規(guī)則的排列就能區(qū)分出晶體與非晶體，水晶為晶體，瑪瑙、陶瓷、玻璃都不是晶體，故選C。2．（2020·四川省滎經(jīng)中學(xué)高二期中）石墨晶體為層狀結(jié)構(gòu)，每一層均為碳原子與周圍其他3個碳原子相結(jié)合而成平面片層，同層相鄰碳原子間距142pm、相鄰片層間距為335pm。如圖是其晶體結(jié)構(gòu)片層俯視圖。每一層由無數(shù)個正六邊形構(gòu)成，則平均每一個正六邊形所占有的碳原子為A．6 B．4 C．3 D．2【答案】D【詳解】如圖，每個碳原子與周圍三個碳原子相連，每個六邊形中的一個碳原子占，六邊形占有的碳原子為，故選D。3．（2021·浙江·寧波市北侖中學(xué)高二期中）下列哪些性質(zhì)或方法不能區(qū)別晶體與玻璃體A．各向異性 B．X射線衍射C．導(dǎo)電性 D．原子在三維空間里呈周期性有序排列【答案】C【詳解】根據(jù)晶體的特點和性質(zhì)可知，晶體具有規(guī)則的幾何外形、物理性質(zhì)具有各向異性、衍射時能看到譜線、且晶體除金屬晶體外，一般不容易導(dǎo)電，故選C項。4．（2021·北京東城·高二期末）下列關(guān)于晶體性質(zhì)的描述中，正確的是A．晶體具有物理性質(zhì)各向同性的特點B．形成晶體的形態(tài)與結(jié)晶過程的速率無關(guān)C．用射線衍射實驗可以區(qū)分晶體和非晶體D．晶體表現(xiàn)自范性的過程是自發(fā)過程，不需要外界條件【答案】C【解析】A．由于晶體內(nèi)部質(zhì)點排列的有序性，所以晶體的某些物理性質(zhì)具有各向異性的特點，故A錯誤；B．晶體的形成都有一定的形成條件，如溫度、結(jié)晶速率等，故B錯誤；C．X射線衍射實驗?zāi)軌驕y出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，根據(jù)微粒是否有規(guī)則的排列可區(qū)分晶體與非晶體，故C正確；D．晶體的自范性指晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)，所謂自發(fā)過程，即自動發(fā)生的過程，不過自發(fā)過程的實現(xiàn)仍需要一定的外界條件，故D錯誤；故選C。5．（2021·廣東肇慶·高二期末）最近發(fā)現(xiàn)一種由R、Q、T三種原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，其分子模型如圖所示，則該分子的化學(xué)式為A．RQT B． C． D．【答案】D【詳解】氣態(tài)團(tuán)簇分子與晶胞不同，改氣態(tài)團(tuán)簇分子中有多少原子，就是其分子式中原子的個數(shù)，觀察氣態(tài)團(tuán)簇分子可知，分子中有8個R原子、6個Q原子和1個T原子，故該分子的化學(xué)式為R8Q6T，答案選D。6．（2021·江蘇·泗陽縣實驗高級中學(xué)高二階段練習(xí)）如圖所示是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，圖中○—X、●—Y、?—Z。其對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是A． B． C． D．【答案】B【詳解】A．圖中X、Y均處于頂點，且個數(shù)均為4，個數(shù)比為1：1，化學(xué)式為XY，故A正確；B．Y有8個位于頂點，個數(shù)為8×=1，X位于體心，個數(shù)為1，個數(shù)比為1:1，化學(xué)式為X2Y，故B錯誤；C．圖中X的數(shù)目：4×＋1＝，Y的數(shù)目：4×＝，化學(xué)式X3Y正確，故C正確；D．圖中，X的數(shù)目：8×＝1，Y的數(shù)目：6×＝3，Z位于體心，數(shù)目為1，化學(xué)式XY3Z，故D正確；故選：B。7．（2022·浙江溫州·高二期末）下列說法不正確的是A．利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析B．核外電子的概率密度分布被稱為電子云C．等離子體和離子液體都具有良好的導(dǎo)電性D．用X射線衍射攝取石英玻璃和水晶的粉末得到的圖譜是相同的【答案】D【詳解】A．用光譜儀器攝取各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜總稱原子光譜，不同元素原子的吸收光譜或發(fā)射光譜不同，所以可以利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，故A正確；B．電子云表示處于一定空間運動狀態(tài)電子在核外空間的概率密度分布的描述，故B正確；C．由大量帶電微粒（離子、電子）和中性微粒（原子或分子）所組成的物質(zhì)聚集體稱為等離子體，等離子體和完全由離子組成的離子液體都具有良好的導(dǎo)電性，故C正確；D．石英玻璃為非晶態(tài)二氧化硅，水晶為晶態(tài)二氧化硅，非晶態(tài)二氧化硅和晶態(tài)二氧化硅的X射線衍射粉末圖譜不相同，則用X射線衍射攝取石英玻璃和水晶的粉末得到的圖譜是不相同的，故D錯誤；故選D。8．（2021·四川省綿陽南山中學(xué)高二期中）下列說法正確的是A．在沸水中配制明礬飽和溶液，然后急速冷卻，可得到較大顆粒明礬晶體B．晶體中分子間作用力越大，分子越穩(wěn)定C．元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近的元素屬于過渡元素D．可用X射線衍射實驗區(qū)分晶體與非晶體【答案】D【詳解】A．在沸水中配制明礬飽和溶液，然后急速冷卻，可得到較小顆粒明礬晶體，A錯誤；B．晶體中分子間作用力越大，物質(zhì)的熔沸點就越高，而分子的穩(wěn)定性與分子內(nèi)的化學(xué)鍵的強(qiáng)弱有關(guān)，與分子間作用力大小無關(guān)，B錯誤；C．元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近的元素導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，可以尋找半導(dǎo)體材料，不屬于過渡元素，C錯誤；D．根據(jù)X射線衍射圖顯示的信息，科學(xué)家能推知晶體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，故可用X射線衍射實驗區(qū)分晶體與非晶體，D正確；故合理選項是D。9．（2021·天津靜?！じ叨A段練習(xí)）如圖所示，CsCl晶體的晶胞(晶體中最小重復(fù)單元)，已知晶體中2個最近Cl—核間距為acm，氯化銫的相對分子質(zhì)量為M，NA為阿伏加德羅常數(shù)，則CsCl晶體的密度為A．g·cm-3 B．g·cm-3 C．g·cm-3 D．g·cm-3【答案】C【解析】由晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中銫離子個數(shù)為1，氯離子個數(shù)為8×=1，由晶體中2個最近Cl—核間距為acm可知，晶胞的參數(shù)為acm，設(shè)晶體的密度d為g·cm-3，由晶胞質(zhì)量公式可得：a3d=，解得d=，故選C。10．（2021·湖北十堰·高二期末）鈦酸鋇是一種典型鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)晶體，廣泛應(yīng)用于多層陶瓷電容器、熱敏電阻器等方面，其立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法不正確的是A．鈦酸鋇的化學(xué)式為B．晶體中與每個緊鄰且等距離的有6個C．的配位數(shù)是4D．若將置于晶胞體心，置于晶胞頂點，則位于立方體的面心【答案】C【解析】A．由結(jié)構(gòu)可知，Ba2+位于體心，個數(shù)為1；O2-位于棱心，個數(shù)為12=3；Ti4+位于頂點，個數(shù)為8=1；則鈦酸鋇的化學(xué)式為，故A正確；B．根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶體中與每個緊鄰且等距離的有6個，故B正確；C．位于體心，周圍有12個O2-，8個Ti4+，配位數(shù)是20，故C錯誤；D．由晶胞結(jié)構(gòu)可知，每個周圍有6個O2-，若將置于晶胞體心，置于晶胞頂點，則位于立方體的面心，故D正確；故選C。11．（2021·山西·懷仁市大地學(xué)校高中部高二階段練習(xí)）有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式為A．Ti14C13 B．TiC C．Ti14C4 D．Ti4C3【答案】A【解析】根據(jù)題意知，該結(jié)構(gòu)就是其分子結(jié)構(gòu)，分子中含有的原子就是其化學(xué)式中含有的原子，直接數(shù)出其中的Ti原子和C原子個數(shù)即可，其分子式為Ti14C13，故選A。12．（2021·新疆新源·高二階段練習(xí)）下列說法正確的是A．水晶和瑪瑙都是晶體，都有固定的熔點B．藍(lán)寶石在不同方向上的硬度一定相同C．區(qū)分晶體和非晶體的方法是看是否有規(guī)則的幾何外形D．晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元【答案】D【解析】A．瑪瑙是熔融態(tài)SiO2快速冷卻形成的，而水晶則是緩慢冷卻形成的，瑪瑙是非晶體，水晶是晶體，瑪瑙沒有固定的熔點，A錯誤；B．由于質(zhì)點的有序排列，故晶體具有各向異性的性質(zhì)，藍(lán)寶石屬于晶體，在不同方向上硬度有一些差異，B錯誤；C．具有規(guī)則幾何外形的固體不一定是晶體，區(qū)別晶體和非晶體最好的方法是對固體進(jìn)行X射線衍射實驗，C錯誤；D．晶體由晶胞構(gòu)成，晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元，D正確；故選D。13．因生產(chǎn)金屬鐵的工藝和溫度等因素不同，產(chǎn)生的鐵單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、密度和性質(zhì)均不同，對鐵晶體用X射線衍射進(jìn)行測定，測得A、B兩種晶胞，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下：則A、B兩種晶胞中含有的鐵原子數(shù)分別是：___________、___________個?！敬鸢浮?4【詳解】A晶胞中鐵原子在8個頂點和1個中心，則含有鐵原子是8×+1=2個；B晶胞中鐵原子在8個頂點和6個面心，含有鐵原子為8×+6×=4個。14．(1)一種Pt、Co金屬間化合物可作為質(zhì)子交換膜燃料電池的催化劑，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，該金屬間化合物的中Pt與Co的個數(shù)比為___________。(2)室溫下，[Cu(NH3)4](NO3)2，與液氨混合并加入Cu可制得一種黑綠色晶體。黑綠色晶體的晶胞如圖2所示，寫出該晶體的化學(xué)式___________。(3)如圖3所示的是金紅石的晶胞，則每個晶胞擁有___________個Ti4+、___________個O2-。【答案】3：1Cu3N24【解析】(1)根據(jù)均攤原則，1個晶胞中Pt原子數(shù)是、Co原子數(shù)是，Pt與Co的個數(shù)比為3:1；(2)根據(jù)均攤原則，1個晶胞中Cu原子數(shù)是、N原子數(shù)是，該晶體的化學(xué)式Cu3N；(3)根據(jù)均攤原則，則每個晶胞擁有個Ti4+、個O2-。15．（2021·北京通州·高二期中）Eu、Ti和O形成一種化合物，其晶胞為如圖所示的立方體。(1)Eu是鑭系元素，位于元素周期表的_______。A．s區(qū)B．p區(qū)C．d區(qū)D．ds區(qū)E．f區(qū)(2)在該晶胞中，Eu、Ti、O的粒子個數(shù)比是_______。(3)若將Ti原子