高中第一节 物质的聚集状态与晶体的常识课后测评

第三章　晶体结构与性质

第一节　物质的聚集状态与晶体的常识

基础过关练

题组一　物质的聚集状态

1.(2021山东菏泽高二开学考试)下列叙述正确的是 (　　)

A.物质只有气、液、固三种聚集状态

B.液体与晶体混合物叫液晶

C.最大维度处于纳米尺寸的材料叫纳米材料

D.等离子体的外观为气态

2.下列关于等离子体的叙述中,错误的是 (　　)

A.是物质的一种聚集状态

B.是一种混合物存在状态

C.具有导电性

D.基本构成微粒只有阴、阳离子

3.下列有关液晶的叙述中不正确的是 (　易错　)

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

题组二　晶体和非晶体

4.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,有固定的熔点,可以使X射线发生有规律的衍射

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

5.通过下列操作获得的物质不是晶体的是 (　　)

A.从熔融态以适当速率凝固获得的硫

B.液态水急速冷却到-108 ℃

C.凝华获得的碘

D.从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜

6.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多面体外形的性质

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

7.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线,下列说法中正确的是 (　　)

①a是晶体　　　　　　②a是非晶体

③b是晶体　　　　　　④b是非晶体

A.②④　　　　B.②③　　　　C.①④　　　　D.①③

8.(2020四川邻水实验学校高二阶段检测)下列关于晶体与非晶体的说法正确的是              (　　)

A.晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔、沸点

B.晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期性有序排列

C.固体食盐、水晶、塑料、胆矾、玻璃均属于晶体

D.区分晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性

9.(原创)2021年4月华人科学家苗建伟教授团队在《Nature》发文称,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。金属玻璃就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

题组三　晶胞概念的理解

10.下列有关晶胞的叙述中正确的是 (　　)

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完全属于该晶胞

D.已知晶胞的组成就可推知晶体的组成

11.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是              (深度解析)

A.相邻晶胞之间没有任何间隙

B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成

C.晶胞排列时,取向相同

D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的

能力提升练

题组一　晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定

1.(2020江苏徐州一中高二月考,)已知某晶体由X、Y、Z三种元素组成,其晶胞如图所示,则X、Y、Z三种元素的原子个数之比正确的是              (　　)

A.1∶3∶1　　　　B.2∶6∶1　　　　

C.4∶8∶1　　　　D.8∶1∶1

2.(2021山东济宁高二月考,)某晶体的晶胞如图所示。A为阴离子,在正方体内,B为阳离子,分别在顶点和面心,则该晶体的化学式为              (　　)

A.B2A　　　　B.B7A4　　　　C.B4A7　　　　D.BA2

3.()由硼和镁两种元素组成的化合物可为超导材料,下图为该化合物的晶胞结构示意图,镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有1个镁原子,6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为              (　　)

A.Mg5B12　　　　B.MgB2　　　　C.Mg2B　　　　D.Mg3B2

4.()现有四种晶体,其构成粒子排列方式如图所示,其中化学式不属于AB型的是              (　　)

题组二　与晶胞计算相关的综合考查

5.()高温下,超氧化钾晶体呈立方体结构,晶体中氧的化合价部分为0价,部分为-2价。如图为超氧化钾晶体的一个晶胞,则下列说法中正确的是              (　　)

A.超氧化钾的化学式为KO2

B.每个晶胞中含有8个K+和4个

C.晶体中与每个K+距离最近的K+有8个

D.晶体中0价氧原子和-2价氧原子个数比为2∶1

6.(2020湖北襄阳一中高二月考,)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              (深度解析)

A.+1　　　　B.+2　　　　C.+3　　　　D.+4

7.(2021海南儋州高二月考,)KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛矿型的立体结构,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图所示,下列有关说法正确的是              (　　)

A.每个晶胞中含有8个K、6个O、1个I

B.I的空间构型为四面体形

C.与K紧邻的O的个数为6个

D.在KIO3晶胞结构的另一种表示中,若I处于各顶角位置,O处于棱心位置,则K处于体心位置

8.(2021河北选择性考试模拟演练,)在某种含镁、镍、碳3种元素的超导材料晶体中,镁原子和镍原子一起以立方最密堆积方式形成有序结构。结构中的两种八面体空隙,一种完全由镍原子构成,另一种由镍原子和镁原子共同构成,碳原子只填充在由镍原子构成的八面体空隙中,晶胞如图所示。

(1)该晶体的化学式为　　　　。 

(2)若取碳原子为晶胞顶点,则镍原子位于晶胞的　　　　位置。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　物质的状态除了气、液、固三态外,还有晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等,故A项不正确;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、形变性等,又具有晶体的某些物理性质,如导热性等,故B项不正确;纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料,故C项不正确;等离子体是指由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体,是一种特殊的气体,故D项正确。

2.D　等离子体中既有带电的阳离子和电子,也有电中性的分子或原子,是个复杂的混合体系。

3.C　由液晶的定义可知液晶是物质的一种聚集状态,C错误;在一定温度范围内液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,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。

易错警示　液晶在一定温度范围内既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,是因为其内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序排列。

4.B　晶体有整齐规则的几何外形,但是具有规则外形的不一定是晶体,例如玻璃,故A错误;晶体具有自范性,有固定的熔点,可以使X射线发生有规律的衍射,故B正确;晶体研碎后并没有改变晶体的内部微粒排列,仍为晶体,故C错误;玻璃为非晶体,改变玻璃的形状并不能使其变为晶体,故D错误。

5.B　获得晶体的一般途径有三种:熔融态物质凝固、气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)、溶质从溶液中析出,A、C、D正确;液态水急速冷却到-108 ℃得到的是玻璃态物质,不属于晶体,B错误。

6.B　晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性,而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,二者并不矛盾,B项错误。

7.C　a在熔化过程中有一段时间温度不再上升,说明a有固定的熔点,则a是晶体;b在熔化过程中温度一直在上升,说明b没有固定的熔点,则b是非晶体;①④正确,故选C。

8.B　晶体与非晶体的本质区别在于微粒在微观空间是否呈周期性有序排列,故A错误;晶体有自范性是粒子在微观空间呈周期性有序排列的宏观表象,故B正确;玻璃、塑料不是晶体,故C错误;区分晶体与非晶体的最科学可靠的方法是X射线衍射法,故D错误。

9.C　金属玻璃属于类似于玻璃态的一种非晶体结构,因此不能自发呈现多面体外形,A错误;非晶体没有固定的熔点,B错误;鉴别晶体与非晶体最可靠的科学方法是进行X射线衍射实验,C正确;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的,与二氧化硅无关,D错误。

10.D　由晶胞的定义可知A错误;相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同,不同晶体的晶胞大小和形状不一定相同,B错误;晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有,不完全属于某个晶胞,C错误;知道晶胞的组成,利用“均摊法”即可推知晶体的组成,D正确。

11.B　晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成,而是晶胞平行排列而成的,且相邻晶胞之间没有任何间隙。

归纳总结　对晶胞的理解:

“无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间隙,一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱、共面。

“并置”指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移,不需转动。

“完全等同”指同一晶体中所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全相同。

能力提升练

1.A　根据均摊法可知,晶胞中含有Z原子的数目为1,含有X原子的数目为8×=1,含有Y原子的数目为12×=3,所以X、Y、Z的原子个数之比是1∶3∶1。

2.D　因为A位于晶胞的体内,共8个,B位于晶胞的顶点和面心,晶胞中B的个数为8×+6×=4,则B与A的个数之比为4∶8=1∶2,故其化学式为BA2。

3.B　由于镁原子位于顶点处,另外棱柱的上下底面还各有1个镁原子,则晶胞中含有的镁原子个数是2×+12×=3。6个硼原子位于棱柱内,即Mg与B的原子个数之比是1∶2,因此该化合物的化学式可表示为MgB2。

4.B　晶胞中A位于顶点,含有A的个数为8×=1,B位于晶胞的体心,B的个数为1,则化学式为AB,A不符合题意;晶胞中A位于顶点,含有A的个数为8×=1,B位于晶胞的棱上,含有B的个数为12×=3,则化学式为AB3,不属于AB型,B符合题意;A、B均位于晶胞的顶点,各有4×=个,化学式为AB,C不符合题意;A位于晶胞的顶点和面心,共有8×+6×=4个,B位于晶胞的棱上和体心,共有12×+1=4个,化学式为AB,D不符合题意。

5.A　由题中的晶胞结构知,有8个K+位于晶胞顶角,6个K+位于晶胞面心,则晶胞实际含有K+的个数为8×+6×=4,有12个位于棱上,1个处于体心,则晶胞中实际含有的个数为12×+1=4;超氧化钾的化学式为KO2;晶体中与每个K+距离最近的K+有12个;设晶体中0价氧原子和-2价氧原子的个数分别为x、y,则有x+y=8,x×0+y×(-2)=-4,得x∶y=3∶1。

6.B　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。

归纳总结　判断晶胞中粒子个数的步骤:

7.D　K位于晶胞的顶点,O位于晶胞的面心,I位于晶胞的体内,故每个晶胞中含有1个K、3个O、1个I,A错误;I中I的价层电子对数为3+=4,I采取sp3杂化,则I的空间构型为三角锥形,B错误;O位于面心,K位于顶点,与K紧邻的O的个数为12个,C错误;在KIO3晶胞结构的另一种表示中,I处于各顶角位置,个数为8×=1,O位于棱心位置,每个棱为4个晶胞共有,O个数为12×=3,K的个数为1,应位于体心位置,D正确。

8.答案　(1)MgNi3C　(2)棱心

解析　(1)根据均摊法,C原子位于晶胞内部,个数为1,Mg原子位于顶点,个数为8×=1,Ni原子位于面心,个数为6×=3,所以化学式为MgNi3C。

(2)若取碳原子为晶胞顶点,据题图可知镍原子位于两个C原子之间,即棱心上。