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化学选修3 物质结构与性质第一节 晶体的常识教案
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这是一份化学选修3 物质结构与性质第一节 晶体的常识教案，共17页。
晶体结构与性质
本部分内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生有一定的理论基础。
有固定的几何外形的固体叫做晶体。它与非晶体的本质区别在于有自范性。晶体的特点为有规则的几何构型、有固定的熔点、各向异性。晶胞是晶体结构的基本单位，有晶胞可确定化学式。
只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，而相邻的分子靠分子间作用力相互吸引。
原子晶体中原子间都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。由于原子之间相互结合的共价键非常强，要破坏这些化学键需要很大的能量，所以，原子晶体熔点高、硬度大。
金属晶体有许多共同的物理性质，如具有金属光泽、能导电、传热、具有延展性等。金属的这些共性都是由金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的。
离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。在离子晶体中，阴、阳离子按照一定的格式交替排列，具有一定的几何外形。不同的离子晶体，离子的排列方式可能不同，形成的晶体类型也不一定相同。离子晶体中离子间的相互作用是较强的离子键，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度。
这部分知识概念多、理论性强，学习时要结合图形，提高观察能力和空间想象能力，这样才能更好地理解和掌握晶胞的概念和晶体的结构。
第一节 晶体的常识
古埃及哈舍苏女王32岁英年早逝，按照习俗，她的遗体被制成木乃伊，并放进石棺秘密藏于山洞之中，随葬奇珍异宝无数，其中最珍贵的，当数戴在她脖子上的一串项链。300年后，考古学家找到了这座古墓，并发现女王脖子上确实戴着传说中的那串项链。令人惊讶的是，项链既非珍珠，亦不是宝玉，而是一些墨绿色的玻璃珠！其实，不必大惊小怪，在女王那个年代，玻璃珠本来就是一种极其昂贵的珍宝。
据古罗马博物学家普林尼的《自然史》记载，5 000多年前，地中海东岸古国腓尼基的一艘满载着天然苏打晶体的大商船，在航行中搁浅，船员们便在附近的沙洲上用几块苏打晶体支锅煮食。当他们拿走锅时，惊奇地发现锅下苏打与砂粒接触处出现了许多透明光滑晶莹发亮的珠子。原来，这个沙洲尽是石英砂，天然苏打和石英砂在做饭时的高温下发生化学反应，形成光洁透明的玻璃珠。聪明的腓尼基人发现这一秘密后，便在特制的炉子里放进石英砂和苏打，加热熔炼出玻璃液，制成珠状，当做珍宝换取黄金。后来，这种制造玻璃的方法传到了埃及等国，玻璃生产便发展起来了。
钻石、红蓝宝石、玛瑙、珊瑚、翡翠，是人人都喜爱并想拥有的宝石，怎样才能买到一颗自己喜欢，物超所值的真品，而不是玻璃、塑料仿制的假货？
一、晶体的性质
1．晶体与非晶体的区别：
自范性
微观结构
晶体
有(__能自发呈
现多面体外形____)
原子在三维空间里呈周期性__有序排列____
非晶体
没有(__不能自发
呈现多面体外形____)
原子排列__相对无序____
2．获得晶体的途径：
3．晶体的特点：
(1)自范性。
在适宜的条件下，晶体能自发地呈现封闭的、规则的__多面体外形____，这称之为自范性。
(2)各向异性。
晶体在不同的方向上具有不同的__物理性质____。
(3)有固定的熔点。
给晶体加热，当温度升高到某温度便立即__熔化____。
二、晶胞
1．概念：晶体中重复出现的最基本的__结构单元____。
2．晶胞的结构：
3．晶胞中粒子数的计算方法——均摊法：
1．思考辨析：
(1)晶胞都是平行六面体。 ( × )
(2)晶体有规则的几何外形，有规则几何外形的固体都是晶体。 ( × )
(3)熔融态一定能得到晶体。 ( × )
(4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所共有。 ( × )
2．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是( C )
A．白磷、蓝矾 B．陶瓷、塑料
C．碘、橡胶 D．食盐、蔗糖
解析：A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。
3．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述中正确的是( C )
A．形成晶体硅的速率越快越好
B．晶体硅没有固定的熔沸点
C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
解析：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度，压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降。B选项，晶体有固定熔沸点，不正确。C选项，X－射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体。D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。
4．下列不属于晶体的特点的是( D )
A．一定有规则的几何外形
B．一定有各向异性
C．一定有固定的熔点
D．一定是无色透明的固体
解析：晶体的特点是有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫色的碘晶体和蓝色的硫酸铜晶体等。
5．现有甲、乙，丙(如图)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)，可推知：甲晶体中x与y的个数比是__4︰3____，乙中a与b的个数比是__1︰1____，一个丙晶胞中可以均摊到__4____个c离子，__4____个d离子。
解析：据均摊规律：甲中体心的x为1，顶点y为×6，所以x︰y＝1︰＝4︰3。同理可算出乙中a、b个数比为1︰1；一个丙晶胞可以均摊到4个c离子，4个d离子。
6．最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为( A )
A．Ti14C13 B．TiC
C．Ti4C4 D．Ti4C3
知识点一 晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的区别
由于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
自范性(本质区别)
有
无
是否均一
均一
不均一
固定熔、沸点
有
无
某些物质性质
的各向异性
有
无
能否发生X－射线衍射(最科学的区分方法)
能
不能(能发生散射)
举例
NaCl晶体、I2晶体、Na晶体等
玻璃、橡胶等
提示：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有规则几何外形不一定是晶体，如玻璃、塑料等相关制品不是晶体。
2．晶体与非晶体的判定方法：
判定
方法
测熔点
晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
可靠的方法
对固体进行X－射线衍射实验
典例1 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( B )
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－射线图谱是相同的
解析：观察结构图知，Ⅰ中微粒呈周期有序排列，Ⅱ中微粒排布不规则，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。
〔变式训练1〕 下列哪些性质不能区别晶体与玻璃体( C )
A．各向异性 B．X－射线衍射
C．导电性 D．有规则的几何外形
解析：根据晶体的特点和性质可知，晶体具有规则的几何外形；物理性质具有各向异性；衍射时能看到谱线；而晶体除金属晶体外，一般不容易导电，故选C项。
知识点二 晶胞
1．晶胞的特点
(1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。
(2)整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。
2．晶胞中粒子数目的计算——均摊法
如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。
(1)中学中常见的晶胞为立方晶胞(如图所示)。
立方晶胞中微粒数的计算方法如下：
如图所示的NaCl晶胞中，Na＋占据立方体的体心和12条棱的棱心，Cl－占据立方体的顶点和面心。Na＋在晶胞中的数目为：12×(棱心)＋1×1(体心)＝4(个)；Cl－在晶胞中的数目为：8×(顶点)＋6×(面心)＝4(个)。
因此，在NaCl晶胞中Na＋个数与Cl－个数比为1︰1，故NaCl晶体的化学式为NaCl。
(2)非长方体(正方体)晶胞中粒子视具体情况而定，如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1/3。
提示：在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时要注意晶胞的形状。
典例2 元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，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比为__3︰1____。
(2)该晶体中Xn＋离子中n＝__1____。
(3)X元素的原子序数是__29____。
(4)晶体中每个N3－被__6____个等距离的Xn＋离子包围。
解析：
―→前后、左右、上下六个
⇑
―→如图所示
⇓
―→阴离子8×＝1，阳离子12×＝3
⇓
―→Xn＋︰N3－＝3︰1，化学式为：X3N，n＝1。
〔变式训练2〕 有下列离子晶体的空间结构示意图：以M代表阳离子，以N代表阴离子，●为阳离子，○为阴离子，化学式为MN2的晶体结构为( B )
解析：A中阳离子处于顶点位置，故其在晶胞中的数目为8×＝1，而阴离子位于体心，其数目为1，故A的化学式为MN。同理可得，B中，M为4×＝，N为1，化学式为MN2；C中M为4×＝，N为4×＋1＝，化学式为MN3；D中M为8×＋4×＝3，N为1，化学式为M3N。
〔名师培优——探究提升〕
六方晶胞中粒子对晶胞的贡献
①处于顶点的粒子，为6个晶胞共用，每个粒子有1/6属于该晶胞。
②处于面心的粒子，为2个晶胞共用，每个粒子有1/2属于该晶胞。
③处于体内的粒子，完全属于该晶胞。
如图为某六方晶胞，其中所含的粒子数为(内部含3个粒子)：12×＋3＋2×＝6。
〔即时训练〕
Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为__CuH____。
解析：Cu个数：12×＋2×＋3＝6，H个数：6×＋4＝6。
对晶体结构的认识
人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。
斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。
法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Haüy)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(A．Bravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。
俄国的费多罗夫(E.C.eдopoB)、德国的熊富利斯(A.M.Schönflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性——230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。
1．下列物质有固定熔沸点的是( D )
A．CuSO4溶液 B．石蜡
C．玻璃 D．白磷
解析：A是混合物，B和C都是非晶体，均没有固定的熔沸点。
2．下列说法错误的是( B )
A．同一物质可能是晶体，也可能是非晶体
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
3．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是( B )
A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
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
解析：晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则的多面体外形的性质，这一适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件，A选项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃是非晶体。
4．如图为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子构成，试根据图示判断该晶体的化学式为( C )
A．A6B8C B．A2B4C
C．A3BC D．A3B4C
解析：分析晶胞结构可知，A位于面心，B位于晶胞的顶点，C位于晶胞内部。由均摊法可知，一个晶胞中含有A粒子个数为6×＝3，含有B粒子个数为8×＝1，含有1个C粒子，故A、B、C粒子的个数之比为3∶1∶1，则该晶体的化学式为A3BC。
5．现有甲、乙、丙、丁四种晶胞，如下图所示。
试推断：甲晶体中A与B的微粒个数比为__1︰1____；乙晶体的化学式为__DC2(或C2D)____；丙晶体的化学式为__EF(或FE)____；丁晶体的化学式为__XY2Z____。
解析：首先确定各种微粒在晶胞中的位置，然后确定该微粒为几个晶胞共有，通过分析晶体中微粒数之比确定化学式。
甲中A、B微粒数之比为1︰1，乙中C、D微粒数之比为2︰1，丙中E、F微粒数之比为1︰1，丁中X、Y、Z微粒数之比为1︰2︰1。
6．有一种蓝色的晶体，它的结构特征是Fe2＋和Fe3＋分别占据立方体互不相邻的顶点，立方体的每条棱上均有一个CN－。
(1)根据晶体结构的特点，推出这种蓝色晶体的化学式(用简单整数表示)__[FeFe(CN)6]－____。
(2)此化学式带何种电荷__负电荷____，如果Rn＋或Rn－与其结合成电中性粒子，此粒子的化学式为__R[FeFe(CN)6]n____。
解析：Fe2＋、Fe3＋占据立方体的互不相邻的顶点，则每个立方体上有4个Fe2＋、4个Fe3＋，根据晶体的空间结构特点，每个顶点上的粒子有1/8属于该立方体，则该立方体中有1/2个Fe2＋、1/2个Fe3＋，CN－位于立方体的棱上，棱上的粒子有1/4属于该立方体，该立方体中有3个CN－，所以该晶体的化学式为[FeFe(CN)6]－，此化学式带负电荷，若结合Rn＋形成中性粒子，此粒子化学式为R[FeFe(CN)6]n。
基 础 巩 固
一、选择题
1．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，有关玻璃态水的叙述中正确的是( C )
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．玻璃态水能使X射线产生衍射
解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，不能使X射线产生衍射；因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
2．下列途径不能得到晶体的是( A )
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：得到晶体的三个途径是：①溶质从溶液中析出，②气态物质凝华，③熔融态物质凝固。所以B、C、D选项中的措施可以得到晶体。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生成的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，所以选择A项。
3．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是( A )
A．a是晶体 B．b是晶体
C．a是非晶体 D．无法判断a是不是晶体
解析：由图可知，a具有固定的熔点，b不具有固定的熔点，因此a是晶体，b是非晶体。
4．晶体与非晶体的本质区别是( B )
A．晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性
B．晶体具有自范性，而非晶体没有自范性
C．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点
D．晶体能使X－射线产生衍射，而非晶体则不能
解析：易将晶体与非晶体的本质区别及性质区别混为一谈。晶体与非晶体的性质差异是二者本质区别的外在表现。晶体具有自范性(本质)，而晶体的性质是有固定的熔、沸点，能使X－射线产生衍射等。分析此类问题时，要分析晶体、非晶体的本质与性质，采用辩证的观点分析问题。同时也要注意不能用固体是否有规则的几何外形来判断其是否为晶体。
5．下列叙述正确的是( C )
A．固体SiO2一定是晶体
B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成
C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列
D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同
解析：从晶体与非晶体的本质差异上来判断。固体SiO2有晶体和无定形两类，A项错误；非晶体如玻璃同样有固定的组成，B项错误；晶体的特殊性质都是其内部微粒按一定规律周期性排列的结果，C项正确；冰中微粒间的作用力除范德华力外还存在氢键，而碘晶体微粒间仅存在范德华力，D项错误。
6．(2018·河北石家庄期中)有关晶体的下列说法中正确的是( B )
A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂
D．氯化钠熔化时离子键未被破坏
解析：A．分子的稳定性与分子中的化学键有关，与分子间作用力无关，故A错误；B．原子晶体中物质的熔点与化学键强弱有关，所以原子晶体中共价键越强，熔点越高，故B正确；C．冰融化时，发生了变化的是水分子之间的距离，而水分子内部的O—H共价键没有发生断裂，故C错误；D．氯化钠熔化时，离子键被破坏，故D错误；故选B。
7．下列关于晶体的说法正确的是( D )
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
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；B项：晶体自范性的呈现是一个自发的过程；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：D项：熔融态物质冷却凝固速率过快只得到看不到规则外形的粉末或块状物，玛瑙的形成就是一个例子。
8．将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)，发现缺角的晶体变完整了。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( C )
A．晶体质量减小，溶液质量变大
B．晶体质量变大，溶液质量减小
C．晶体和溶液质量都不变
D．无法确定
解析：胆矾晶体具有自范性，有自发形成规则几何外形的性质，由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与CuSO4饱和溶液间存在着溶解结晶平衡，在整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。
9．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为__＋3____。
解析：R∶8×＋1＝2 G∶8×＋8×＋4×＋2＝8 Q∶8×＋2＝4 R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。
由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。
二、非选择题
10．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：
试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为__X2Y____。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是__1∶3∶1____。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是__8____。
(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为__12____。
11．石墨晶体结构如图所示，每一层由许多个正六边形构成，则：
(1)平均每一个正六边形占有碳原子数为__2____；
(2)每一层内碳原子数目与C－C化学键数目的比是__2︰3____。
解析：(1)在同一层上，每个碳原子为3个正六边形共有，平均每个正六边形占有该碳原子的1/3。一个正六边形有这样的碳原子6个，则一个正六边形共占有6×1/3＝2(个)碳原子。
(2)因为一个C－C键为两个正六边形共有，所以每个正六边形占有C－C键的1/2，一个正六边形共占有C－C键6×1/2＝3(个)。因此，每一层上碳原子数与C－C键数目之比为2︰3。
还可以根据每条C－C键为2个碳原子共有，每个碳原子分占C－C键的1/2，因此，碳原子数目与C－C键数目之比为1︰3×1/2＝2︰3。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列说法正确的是( C )
A．玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的晶体
B．水玻璃在空气中不可能变浑浊
C．水泥在空气和水中均可以硬化
D．制光导纤维的重要原料是玻璃
解析：玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的混合物，不是晶体，故A项错；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，在空气中发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，故B项错；水泥的硬化是水泥的重要性质，是复杂的物理变化和化学变化过程，故C项正确；制光导纤维的重要原料是SiO2而不是玻璃，故D项错。
2．石墨与熔融的钾相互作用，形成某种青铜色的物质(其中的钾原子用·表示)，原子分布如图所示，该化合物的化学式为( C )
A．KC2 B．KC6
C．KC8 D．KC12
解析：K原子周围有6个C原子属于K原子所有，再向外的6个C原子为3个K原子共用，每个K原子占2个，所以1个K结合8个C，化学式为KC8。
3．纳米材料的表面微粒占总微粒数的比例极大，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开头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微粒数与总微粒数的比值为( D )
A．7︰8 B．13︰14
C．24︰25 D．26︰27
解析：表面微粒数＝8＋6＋12＝26，总微粒数＝表面微粒数＋中心粒子数＝26＋1＝27。易出现的错误是用均摊法求各粒子数。
4．(2018·新疆呼图壁县初考)如图是氯化铯晶体的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构单元)，已知晶体中2个最近的Cs＋核间距为a cm，氯化铯(CsCl)的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为( C )
A．g· cm－3 B．g·cm－3
C．g·cm－3 D．g·cm－3
解析：晶胞中平均含有一个Cs＋和一个Cl－，晶胞的质量为(M/NA)g，体积为a3cm3，所以晶体密度为g· cm－3，故选C。
5．NaCl晶体的晶胞如图，已知氯化钠的摩尔质量为M g·mol－1，晶体中最邻近的钠离子和氯离子中心间的距离为a cm，晶体的密度为b g·cm－3。则下列叙述正确的是( C )
A．每个Na＋周围最近且等距离的Cl－所围成的空间构型为正六面体
B．每个Na＋周围最近且等距离的Na＋有6个
C．阿伏加德罗常数NA的值可表示为
D．阿伏加德罗常数NA的值可表示为
解析：每个Na＋周围等距离的Cl－所围成的空间构型为正八面体，A错；Na＋周围最近且等距离的同种离子有12个，故B错；1 mol NaCl的质量为M g，体积V＝cm3，一个NaCl晶胞的体积为8a3 cm3，一个晶胞含Cl－：8×＋6×＝4个，Na＋：12×＋1＝4个，即含4个NaCl,1 mol NaCl含NaCl个数：×4＝，即NA的值可表示为。
6．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，则阿伏加德罗常数可表示为( C )
A． B．
C． D．
解析：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＝2a3 cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝。
二、非选择题
7．某离子晶体的晶胞结构如下图所示。
试回答下列问题：
(1)晶体中每个Y同时吸引着__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式是__XY2(或Y2X)____。
(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有__12____个。
(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为______ cm。
解析：此晶胞初看比较复杂，若将X、Y分开来看，X在晶胞中的位置类似NaCl中的Na＋或Cl－，如下图(a)。体内8个Y分别位于每个小立方体的中心，如下图(b)。
(1)从上图(b)知，每个Y同时吸引着4个X，为方便观察，根据晶胞与晶体的关系，不难想象出图(a)与图(c)是等效的，所以由图(c)中心的X与图(b)中Y的关系知，每个X同时吸引着8个Y。所以此离子化合物的化学式为XY2(或Y2X)；(2)从图(c)中心的X来看，与它最近且距离相等的X处于平面四边形的对角线上，共有12个；(3)因晶胞内X占8×＋6×＝4个，Y占8个，即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为 mol，质量为 g。设晶胞长为a cm，晶体中最近的两个X间的距离为l cm；由m＝ρa3和l＝×a得：l＝××＝××＝(cm)。
8．某离子晶体晶胞结构如图所示，()X位于立方体的顶点，(○)Y位于立方体的中心，试分析：
(1)晶体中每个Y同时吸引着__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式为__XY2(或Y2X)____。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__12____个。
(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX＝__109.5°____(填角的度数)。
(4)若该立方体的棱长为a cm，晶体密度为ρ g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，则该离子化合物的摩尔质量为__2a3ρNA g·mol－1____。
解析：(1)由晶胞可直接看出每个Y周围吸引着4个X，每个X被8个晶胞共用，则X周围有8个等距离的Y，晶胞内X与Y的数目比为︰1＝1︰2，故化学式为XY2或Y2X。
(2)以某个X为中心，补足8个共用X的晶胞，可发现与中心X等距离且最近的X共有3层，每层4个，共12个。(3)四个X围成一个正四面体，Y位于中心，类似甲烷的分子结构，故∠XYX＝109.5°。(4)每摩晶胞相当于含有0.5 mol XY2(或Y2X)，故摩尔质量可表示为M＝g·mol－1＝2a3ρNAg·mol－1。
9．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示。试回答：
(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个？
(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多少？
答案：(1)6 (2)3∶1∶1
解析：由图看出，在每个钛离子的同层、左右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子在晶胞中的位置考虑。Ca2＋位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8＝1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4＝3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为3∶1∶1。
晶体结构与性质
本部分内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生有一定的理论基础。
有固定的几何外形的固体叫做晶体。它与非晶体的本质区别在于有自范性。晶体的特点为有规则的几何构型、有固定的熔点、各向异性。晶胞是晶体结构的基本单位，有晶胞可确定化学式。
只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，而相邻的分子靠分子间作用力相互吸引。
原子晶体中原子间都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。由于原子之间相互结合的共价键非常强，要破坏这些化学键需要很大的能量，所以，原子晶体熔点高、硬度大。
金属晶体有许多共同的物理性质，如具有金属光泽、能导电、传热、具有延展性等。金属的这些共性都是由金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的。
离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。在离子晶体中，阴、阳离子按照一定的格式交替排列，具有一定的几何外形。不同的离子晶体，离子的排列方式可能不同，形成的晶体类型也不一定相同。离子晶体中离子间的相互作用是较强的离子键，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度。
这部分知识概念多、理论性强，学习时要结合图形，提高观察能力和空间想象能力，这样才能更好地理解和掌握晶胞的概念和晶体的结构。
第一节 晶体的常识
古埃及哈舍苏女王32岁英年早逝，按照习俗，她的遗体被制成木乃伊，并放进石棺秘密藏于山洞之中，随葬奇珍异宝无数，其中最珍贵的，当数戴在她脖子上的一串项链。300年后，考古学家找到了这座古墓，并发现女王脖子上确实戴着传说中的那串项链。令人惊讶的是，项链既非珍珠，亦不是宝玉，而是一些墨绿色的玻璃珠！其实，不必大惊小怪，在女王那个年代，玻璃珠本来就是一种极其昂贵的珍宝。
据古罗马博物学家普林尼的《自然史》记载，5 000多年前，地中海东岸古国腓尼基的一艘满载着天然苏打晶体的大商船，在航行中搁浅，船员们便在附近的沙洲上用几块苏打晶体支锅煮食。当他们拿走锅时，惊奇地发现锅下苏打与砂粒接触处出现了许多透明光滑晶莹发亮的珠子。原来，这个沙洲尽是石英砂，天然苏打和石英砂在做饭时的高温下发生化学反应，形成光洁透明的玻璃珠。聪明的腓尼基人发现这一秘密后，便在特制的炉子里放进石英砂和苏打，加热熔炼出玻璃液，制成珠状，当做珍宝换取黄金。后来，这种制造玻璃的方法传到了埃及等国，玻璃生产便发展起来了。
钻石、红蓝宝石、玛瑙、珊瑚、翡翠，是人人都喜爱并想拥有的宝石，怎样才能买到一颗自己喜欢，物超所值的真品，而不是玻璃、塑料仿制的假货？
一、晶体的性质
1．晶体与非晶体的区别：
自范性
微观结构
晶体
有(__能自发呈
现多面体外形____)
原子在三维空间里呈周期性__有序排列____
非晶体
没有(__不能自发
呈现多面体外形____)
原子排列__相对无序____
2．获得晶体的途径：
3．晶体的特点：
(1)自范性。
在适宜的条件下，晶体能自发地呈现封闭的、规则的__多面体外形____，这称之为自范性。
(2)各向异性。
晶体在不同的方向上具有不同的__物理性质____。
(3)有固定的熔点。
给晶体加热，当温度升高到某温度便立即__熔化____。
二、晶胞
1．概念：晶体中重复出现的最基本的__结构单元____。
2．晶胞的结构：
3．晶胞中粒子数的计算方法——均摊法：
1．思考辨析：
(1)晶胞都是平行六面体。 ( × )
(2)晶体有规则的几何外形，有规则几何外形的固体都是晶体。 ( × )
(3)熔融态一定能得到晶体。 ( × )
(4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所共有。 ( × )
2．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是( C )
A．白磷、蓝矾 B．陶瓷、塑料
C．碘、橡胶 D．食盐、蔗糖
解析：A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。
3．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述中正确的是( C )
A．形成晶体硅的速率越快越好
B．晶体硅没有固定的熔沸点
C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃
D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关
解析：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度，压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降。B选项，晶体有固定熔沸点，不正确。C选项，X－射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体。D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。
4．下列不属于晶体的特点的是( D )
A．一定有规则的几何外形
B．一定有各向异性
C．一定有固定的熔点
D．一定是无色透明的固体
解析：晶体的特点是有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫色的碘晶体和蓝色的硫酸铜晶体等。
5．现有甲、乙，丙(如图)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)，可推知：甲晶体中x与y的个数比是__4︰3____，乙中a与b的个数比是__1︰1____，一个丙晶胞中可以均摊到__4____个c离子，__4____个d离子。
解析：据均摊规律：甲中体心的x为1，顶点y为×6，所以x︰y＝1︰＝4︰3。同理可算出乙中a、b个数比为1︰1；一个丙晶胞可以均摊到4个c离子，4个d离子。
6．最近发现一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为( A )
A．Ti14C13 B．TiC
C．Ti4C4 D．Ti4C3
知识点一 晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的区别
由于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
自范性(本质区别)
有
无
是否均一
均一
不均一
固定熔、沸点
有
无
某些物质性质
的各向异性
有
无
能否发生X－射线衍射(最科学的区分方法)
能
不能(能发生散射)
举例
NaCl晶体、I2晶体、Na晶体等
玻璃、橡胶等
提示：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有规则几何外形不一定是晶体，如玻璃、塑料等相关制品不是晶体。
2．晶体与非晶体的判定方法：
判定
方法
测熔点
晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
可靠的方法
对固体进行X－射线衍射实验
典例1 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( B )
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－射线图谱是相同的
解析：观察结构图知，Ⅰ中微粒呈周期有序排列，Ⅱ中微粒排布不规则，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。
〔变式训练1〕 下列哪些性质不能区别晶体与玻璃体( C )
A．各向异性 B．X－射线衍射
C．导电性 D．有规则的几何外形
解析：根据晶体的特点和性质可知，晶体具有规则的几何外形；物理性质具有各向异性；衍射时能看到谱线；而晶体除金属晶体外，一般不容易导电，故选C项。
知识点二 晶胞
1．晶胞的特点
(1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。
(2)整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。
2．晶胞中粒子数目的计算——均摊法
如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。
(1)中学中常见的晶胞为立方晶胞(如图所示)。
立方晶胞中微粒数的计算方法如下：
如图所示的NaCl晶胞中，Na＋占据立方体的体心和12条棱的棱心，Cl－占据立方体的顶点和面心。Na＋在晶胞中的数目为：12×(棱心)＋1×1(体心)＝4(个)；Cl－在晶胞中的数目为：8×(顶点)＋6×(面心)＝4(个)。
因此，在NaCl晶胞中Na＋个数与Cl－个数比为1︰1，故NaCl晶体的化学式为NaCl。
(2)非长方体(正方体)晶胞中粒子视具体情况而定，如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1/3。
提示：在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时要注意晶胞的形状。
典例2 元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，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比为__3︰1____。
(2)该晶体中Xn＋离子中n＝__1____。
(3)X元素的原子序数是__29____。
(4)晶体中每个N3－被__6____个等距离的Xn＋离子包围。
解析：
―→前后、左右、上下六个
⇑
―→如图所示
⇓
―→阴离子8×＝1，阳离子12×＝3
⇓
―→Xn＋︰N3－＝3︰1，化学式为：X3N，n＝1。
〔变式训练2〕 有下列离子晶体的空间结构示意图：以M代表阳离子，以N代表阴离子，●为阳离子，○为阴离子，化学式为MN2的晶体结构为( B )
解析：A中阳离子处于顶点位置，故其在晶胞中的数目为8×＝1，而阴离子位于体心，其数目为1，故A的化学式为MN。同理可得，B中，M为4×＝，N为1，化学式为MN2；C中M为4×＝，N为4×＋1＝，化学式为MN3；D中M为8×＋4×＝3，N为1，化学式为M3N。
〔名师培优——探究提升〕
六方晶胞中粒子对晶胞的贡献
①处于顶点的粒子，为6个晶胞共用，每个粒子有1/6属于该晶胞。
②处于面心的粒子，为2个晶胞共用，每个粒子有1/2属于该晶胞。
③处于体内的粒子，完全属于该晶胞。
如图为某六方晶胞，其中所含的粒子数为(内部含3个粒子)：12×＋3＋2×＝6。
〔即时训练〕
Cu元素与H元素可形成一种红色化合物，其晶体结构单元如下图所示。则该化合物的化学式为__CuH____。
解析：Cu个数：12×＋2×＋3＝6，H个数：6×＋4＝6。
对晶体结构的认识
人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。
斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。
法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Haüy)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(A．Bravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。
俄国的费多罗夫(E.C.eдopoB)、德国的熊富利斯(A.M.Schönflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性——230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。
1．下列物质有固定熔沸点的是( D )
A．CuSO4溶液 B．石蜡
C．玻璃 D．白磷
解析：A是混合物，B和C都是非晶体，均没有固定的熔沸点。
2．下列说法错误的是( B )
A．同一物质可能是晶体，也可能是非晶体
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
3．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是( B )
A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
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
解析：晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则的多面体外形的性质，这一适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件，A选项所述过程不可能实现；C选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃是非晶体。
4．如图为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子构成，试根据图示判断该晶体的化学式为( C )
A．A6B8C B．A2B4C
C．A3BC D．A3B4C
解析：分析晶胞结构可知，A位于面心，B位于晶胞的顶点，C位于晶胞内部。由均摊法可知，一个晶胞中含有A粒子个数为6×＝3，含有B粒子个数为8×＝1，含有1个C粒子，故A、B、C粒子的个数之比为3∶1∶1，则该晶体的化学式为A3BC。
5．现有甲、乙、丙、丁四种晶胞，如下图所示。
试推断：甲晶体中A与B的微粒个数比为__1︰1____；乙晶体的化学式为__DC2(或C2D)____；丙晶体的化学式为__EF(或FE)____；丁晶体的化学式为__XY2Z____。
解析：首先确定各种微粒在晶胞中的位置，然后确定该微粒为几个晶胞共有，通过分析晶体中微粒数之比确定化学式。
甲中A、B微粒数之比为1︰1，乙中C、D微粒数之比为2︰1，丙中E、F微粒数之比为1︰1，丁中X、Y、Z微粒数之比为1︰2︰1。
6．有一种蓝色的晶体，它的结构特征是Fe2＋和Fe3＋分别占据立方体互不相邻的顶点，立方体的每条棱上均有一个CN－。
(1)根据晶体结构的特点，推出这种蓝色晶体的化学式(用简单整数表示)__[FeFe(CN)6]－____。
(2)此化学式带何种电荷__负电荷____，如果Rn＋或Rn－与其结合成电中性粒子，此粒子的化学式为__R[FeFe(CN)6]n____。
解析：Fe2＋、Fe3＋占据立方体的互不相邻的顶点，则每个立方体上有4个Fe2＋、4个Fe3＋，根据晶体的空间结构特点，每个顶点上的粒子有1/8属于该立方体，则该立方体中有1/2个Fe2＋、1/2个Fe3＋，CN－位于立方体的棱上，棱上的粒子有1/4属于该立方体，该立方体中有3个CN－，所以该晶体的化学式为[FeFe(CN)6]－，此化学式带负电荷，若结合Rn＋形成中性粒子，此粒子化学式为R[FeFe(CN)6]n。
基 础 巩 固
一、选择题
1．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，有关玻璃态水的叙述中正确的是( C )
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．玻璃态水能使X射线产生衍射
解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，不能使X射线产生衍射；因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
2．下列途径不能得到晶体的是( A )
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：得到晶体的三个途径是：①溶质从溶液中析出，②气态物质凝华，③熔融态物质凝固。所以B、C、D选项中的措施可以得到晶体。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生成的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，所以选择A项。
3．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法正确的是( A )
A．a是晶体 B．b是晶体
C．a是非晶体 D．无法判断a是不是晶体
解析：由图可知，a具有固定的熔点，b不具有固定的熔点，因此a是晶体，b是非晶体。
4．晶体与非晶体的本质区别是( B )
A．晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性
B．晶体具有自范性，而非晶体没有自范性
C．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点
D．晶体能使X－射线产生衍射，而非晶体则不能
解析：易将晶体与非晶体的本质区别及性质区别混为一谈。晶体与非晶体的性质差异是二者本质区别的外在表现。晶体具有自范性(本质)，而晶体的性质是有固定的熔、沸点，能使X－射线产生衍射等。分析此类问题时，要分析晶体、非晶体的本质与性质，采用辩证的观点分析问题。同时也要注意不能用固体是否有规则的几何外形来判断其是否为晶体。
5．下列叙述正确的是( C )
A．固体SiO2一定是晶体
B．晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成
C．晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列
D．冰和固体碘晶体中相互作用力相同
解析：从晶体与非晶体的本质差异上来判断。固体SiO2有晶体和无定形两类，A项错误；非晶体如玻璃同样有固定的组成，B项错误；晶体的特殊性质都是其内部微粒按一定规律周期性排列的结果，C项正确；冰中微粒间的作用力除范德华力外还存在氢键，而碘晶体微粒间仅存在范德华力，D项错误。
6．(2018·河北石家庄期中)有关晶体的下列说法中正确的是( B )
A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越强，熔点越高
C．冰熔化时水分子中共价键发生断裂
D．氯化钠熔化时离子键未被破坏
解析：A．分子的稳定性与分子中的化学键有关，与分子间作用力无关，故A错误；B．原子晶体中物质的熔点与化学键强弱有关，所以原子晶体中共价键越强，熔点越高，故B正确；C．冰融化时，发生了变化的是水分子之间的距离，而水分子内部的O—H共价键没有发生断裂，故C错误；D．氯化钠熔化时，离子键被破坏，故D错误；故选B。
7．下列关于晶体的说法正确的是( D )
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
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；B项：晶体自范性的呈现是一个自发的过程；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：D项：熔融态物质冷却凝固速率过快只得到看不到规则外形的粉末或块状物，玛瑙的形成就是一个例子。
8．将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中，一段时间后(温度不变)，发现缺角的晶体变完整了。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( C )
A．晶体质量减小，溶液质量变大
B．晶体质量变大，溶液质量减小
C．晶体和溶液质量都不变
D．无法确定
解析：胆矾晶体具有自范性，有自发形成规则几何外形的性质，由于原溶液为饱和溶液，因此胆矾晶体与CuSO4饱和溶液间存在着溶解结晶平衡，在整个过程中晶体和溶液的质量都不发生变化。
9．下图是由Q、R、G三种元素组成的一种高温超导体的晶胞结构，其中R为＋2价，G为－2价，则Q的化合价为__＋3____。
解析：R∶8×＋1＝2 G∶8×＋8×＋4×＋2＝8 Q∶8×＋2＝4 R、G、Q的个数之比为1∶4∶2，则其化学式为RQ2G4。
由于R为＋2价，G为－2价，所以Q为＋3价。
二、非选择题
10．如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞：
试写出：(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为__X2Y____。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是__1∶3∶1____。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是__8____。
(4)乙晶体中每个A周围结合B的个数为__12____。
11．石墨晶体结构如图所示，每一层由许多个正六边形构成，则：
(1)平均每一个正六边形占有碳原子数为__2____；
(2)每一层内碳原子数目与C－C化学键数目的比是__2︰3____。
解析：(1)在同一层上，每个碳原子为3个正六边形共有，平均每个正六边形占有该碳原子的1/3。一个正六边形有这样的碳原子6个，则一个正六边形共占有6×1/3＝2(个)碳原子。
(2)因为一个C－C键为两个正六边形共有，所以每个正六边形占有C－C键的1/2，一个正六边形共占有C－C键6×1/2＝3(个)。因此，每一层上碳原子数与C－C键数目之比为2︰3。
还可以根据每条C－C键为2个碳原子共有，每个碳原子分占C－C键的1/2，因此，碳原子数目与C－C键数目之比为1︰3×1/2＝2︰3。
能 力 提 升
一、选择题
1．下列说法正确的是( C )
A．玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的晶体
B．水玻璃在空气中不可能变浑浊
C．水泥在空气和水中均可以硬化
D．制光导纤维的重要原料是玻璃
解析：玻璃是由Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔合成的混合物，不是晶体，故A项错；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，在空气中发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，故B项错；水泥的硬化是水泥的重要性质，是复杂的物理变化和化学变化过程，故C项正确；制光导纤维的重要原料是SiO2而不是玻璃，故D项错。
2．石墨与熔融的钾相互作用，形成某种青铜色的物质(其中的钾原子用·表示)，原子分布如图所示，该化合物的化学式为( C )
A．KC2 B．KC6
C．KC8 D．KC12
解析：K原子周围有6个C原子属于K原子所有，再向外的6个C原子为3个K原子共用，每个K原子占2个，所以1个K结合8个C，化学式为KC8。
3．纳米材料的表面微粒占总微粒数的比例极大，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开头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微粒数与总微粒数的比值为( D )
A．7︰8 B．13︰14
C．24︰25 D．26︰27
解析：表面微粒数＝8＋6＋12＝26，总微粒数＝表面微粒数＋中心粒子数＝26＋1＝27。易出现的错误是用均摊法求各粒子数。
4．(2018·新疆呼图壁县初考)如图是氯化铯晶体的晶胞示意图(晶体中最小的重复结构单元)，已知晶体中2个最近的Cs＋核间距为a cm，氯化铯(CsCl)的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为( C )
A．g· cm－3 B．g·cm－3
C．g·cm－3 D．g·cm－3
解析：晶胞中平均含有一个Cs＋和一个Cl－，晶胞的质量为(M/NA)g，体积为a3cm3，所以晶体密度为g· cm－3，故选C。
5．NaCl晶体的晶胞如图，已知氯化钠的摩尔质量为M g·mol－1，晶体中最邻近的钠离子和氯离子中心间的距离为a cm，晶体的密度为b g·cm－3。则下列叙述正确的是( C )
A．每个Na＋周围最近且等距离的Cl－所围成的空间构型为正六面体
B．每个Na＋周围最近且等距离的Na＋有6个
C．阿伏加德罗常数NA的值可表示为
D．阿伏加德罗常数NA的值可表示为
解析：每个Na＋周围等距离的Cl－所围成的空间构型为正八面体，A错；Na＋周围最近且等距离的同种离子有12个，故B错；1 mol NaCl的质量为M g，体积V＝cm3，一个NaCl晶胞的体积为8a3 cm3，一个晶胞含Cl－：8×＋6×＝4个，Na＋：12×＋1＝4个，即含4个NaCl,1 mol NaCl含NaCl个数：×4＝，即NA的值可表示为。
6．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，则阿伏加德罗常数可表示为( C )
A． B．
C． D．
解析：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＝2a3 cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝。
二、非选择题
7．某离子晶体的晶胞结构如下图所示。
试回答下列问题：
(1)晶体中每个Y同时吸引着__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式是__XY2(或Y2X)____。
(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有__12____个。
(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为______ cm。
解析：此晶胞初看比较复杂，若将X、Y分开来看，X在晶胞中的位置类似NaCl中的Na＋或Cl－，如下图(a)。体内8个Y分别位于每个小立方体的中心，如下图(b)。
(1)从上图(b)知，每个Y同时吸引着4个X，为方便观察，根据晶胞与晶体的关系，不难想象出图(a)与图(c)是等效的，所以由图(c)中心的X与图(b)中Y的关系知，每个X同时吸引着8个Y。所以此离子化合物的化学式为XY2(或Y2X)；(2)从图(c)中心的X来看，与它最近且距离相等的X处于平面四边形的对角线上，共有12个；(3)因晶胞内X占8×＋6×＝4个，Y占8个，即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为 mol，质量为 g。设晶胞长为a cm，晶体中最近的两个X间的距离为l cm；由m＝ρa3和l＝×a得：l＝××＝××＝(cm)。
8．某离子晶体晶胞结构如图所示，()X位于立方体的顶点，(○)Y位于立方体的中心，试分析：
(1)晶体中每个Y同时吸引着__4____个X，每个X同时吸引着__8____个Y，该晶体的化学式为__XY2(或Y2X)____。
(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__12____个。
(3)晶体中距离最近的2个X与一个Y形成的夹角∠XYX＝__109.5°____(填角的度数)。
(4)若该立方体的棱长为a cm，晶体密度为ρ g·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，则该离子化合物的摩尔质量为__2a3ρNA g·mol－1____。
解析：(1)由晶胞可直接看出每个Y周围吸引着4个X，每个X被8个晶胞共用，则X周围有8个等距离的Y，晶胞内X与Y的数目比为︰1＝1︰2，故化学式为XY2或Y2X。
(2)以某个X为中心，补足8个共用X的晶胞，可发现与中心X等距离且最近的X共有3层，每层4个，共12个。(3)四个X围成一个正四面体，Y位于中心，类似甲烷的分子结构，故∠XYX＝109.5°。(4)每摩晶胞相当于含有0.5 mol XY2(或Y2X)，故摩尔质量可表示为M＝g·mol－1＝2a3ρNAg·mol－1。
9．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示。试回答：
(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个？
(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多少？
答案：(1)6 (2)3∶1∶1
解析：由图看出，在每个钛离子的同层、左右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子在晶胞中的位置考虑。Ca2＋位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8＝1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4＝3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为3∶1∶1。
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