-晶体的常识

第一节晶体的常识1.认识晶体和非晶体的本质差异，知道晶体的特征和性质。2.了解获得晶体的途径。3．知道晶胞的概念，学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。晶体与非晶体[学生用书P35]1．晶体与非晶体的本质差异有无自范性微观结构晶体有原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无原子排列相对无序2.获得晶体的途径3．晶体的特点(1)自范性①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。②形成条件之一：晶体生长速率适当。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。(2)各向异性：许多物理性质(强度、导热性、光学性质等)常常会表现出各向异性。(3)有序性：外形和内部质点排列的高度有序。(4)熔点：有固定的熔点。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)晶体有自范性但其微粒排列无序。()(2)晶体具有各向同性，非晶体具有各向异性。()(3)晶体有固定的熔点。()(4)熔融态物质快速冷却即可得到晶体。()(5)熔融的硝酸钾冷却可得晶体，故液态玻璃冷却也能得到晶体。()(6)粉末状的固体也有可能是晶体。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√2．下列物质中属于晶体的是________。A．橡胶B．玻璃C．食盐D．水晶E．塑料F．胆矾解析：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构成的具有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、大部分矿石等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶等都是非晶体。答案：CDF1．晶体与非晶体的区别外观微观结构自范性各向异性熔点晶体具有规则的几何外形原子在三维空间呈周期性有序排列有各向异性固定非晶体不具有规则的几何外形原子排列相对无序没有各向同性不固定本质区别原子在三维空间是否呈现周期性有序排列2.判断晶体与非晶体的方法(1)依据是否具有自范性晶体具有自范性，能自发地呈现多面体的外形，而非晶体不具有自范性。(2)依据是否具有各向异性晶体具有各向异性，在不同方向上质点排列一般是不一样的，而非晶体不具有各向异性。(3)依据是否具有固定的熔、沸点晶体具有固定的熔、沸点，给晶体加热时，当温度升高到某温度时便立即熔化或汽化，在熔化过程中，温度始终保持不变，而非晶体没有固定的熔、沸点。(4)依据能否发生X­射线衍射(最科学的区分方法)当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X­射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X­射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法。非晶体物质没有周期性结构，不能使X­射线产生衍射，只有散射效应。非晶硅光电薄膜的发电成本仅为多晶硅的三分之一，将成为今后太阳能电池的市场主流。就晶体硅与非晶体硅探究如下问题。(1)如图a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅。a：____________；b：____________。(2)有关晶体常识的相关说法中正确的是________。A．玻璃是非晶体B．固体粉末都是非晶体C．晶体内部质点具有有序性，有固定的熔、沸点和各向异性D．区别晶体和非晶体最有效的方法是进行X­射线衍射实验(3)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．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块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[解析](1)从粒子在微观空间里是否具有有序性和自范性角度观察。(2)A项，玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体；B项，许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形，但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形，所以固体粉末也可能是晶体。(3)晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发呈现规则的几何外形的性质，这一适宜条件一般指的是晶体能够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选项中玻璃属于非晶体；B选项中的氯化钠属于晶体，从饱和溶液中析出是形成晶体的途径之一，其发生的原因是晶体的自范性。[答案](1)非晶硅晶体硅(2)ACD(3)B晶体的性质1．下列不属于晶体的特点的是()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：选D。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，如紫黑色的碘晶体、蓝色的硫酸铜晶体。2．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1/104。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．①③B．②④C．①②③D．①②③④解析：选D。晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。晶体、非晶体的判断3．下列不能区分晶体与非晶体的是()A．各向异性B．X­射线衍射C．导电性D．有无固定熔点解析：选C。根据晶体的特点和性质可知，晶体具有规则的几何外形，具有各向异性；用X­射线衍射时能看到分立的斑点或谱线；晶体中除金属晶体外，一般不容易导电。4．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的几何外形的晶体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：选B。观察结构图可知，Ⅰ中微粒呈周期性有序排布，Ⅱ中微粒排列不规则，故Ⅰ为晶体，Ⅱ为非晶体。晶体有各向异性，具有固定的熔、沸点，非晶体没有固定的熔、沸点，用X­射线衍射实验检验晶体和非晶体，图谱明显不同，故应选B。晶胞[学生用书P36]1．概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。2．晶体和晶胞的关系一般来说，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”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的，取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。3.晶胞中粒子个数的计算(以铜晶胞为例)晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。金属铜的一个晶胞(如图所示)所含的原子数有8×18＋6×12＝4个。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元。()(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。()(3)晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞。()(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。()(5)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×2．如图是选取的氯化钠晶体结构的某一部分，其中________图是氯化钠晶体的一个晶胞。解析：已知在氯化钠晶体结构中Na＋和Cl－在三个互相垂直的方向上都是等距离交错排列的，因此将B结构在NaCl晶体中平移一个该单位后不能与氯化钠晶体的结构重合，故B不是氯化钠晶体的一个晶胞。而将A结构在氯化钠晶体中平移一个该单位后，能与原来氯化钠晶体的结构完全重合，故A应为氯化钠晶体的一个晶胞。答案：A1．晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定(1)晶体化学式含义一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。(2)均摊法确定晶胞中粒子的个数如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有1n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对晶胞的贡献。②六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。③晶胞中粒子数目的计算要先根据具体情况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有，然后运用均摊法具体计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角碳原子被三个六边形共有，每个六边形占有该原子的13，则每个六元环占有的碳原子数为6×13＝2，如图所示。2．晶胞密度的有关计算(1)假设某晶体的晶胞如下：以M表示该晶体的摩尔质量，NA表示阿伏加德罗常数，N表示一个晶胞中所含的微粒数，a表示晶胞的棱长，ρ表示晶体的密度，计算如下：该晶胞的质量用密度表示：m＝ρ·a3，用摩尔质量表示：m＝NNAM，则有ρ·a3＝NNAM，ρ＝NNAa3M。(2)常用关系及计算方法①立方晶胞的面对角线与边长a的关系：面对角线等于2a；晶胞的体对角线与边长的关系：体对角线等于3a。②晶体的密度是晶体的质量与晶体体积的比值，可把晶胞扩大阿伏加德罗常数(NA)倍，再进行计算。如图为甲、乙、丙三种晶体的晶胞。试完成下列问题：(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)是__________________________________。(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是____________________。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。[解析](1)甲晶体中X位于立方体的体心，每个晶胞实际占有1个，Y位于立方体的顶角，实际占有：4×18＝12个，X∶Y(个数比)＝1∶12＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。(2)乙晶体中A在立方体的顶角，A占有：8×18＝1个，B位于面心，B占有：6×12＝3个，C位于立方体的体心，C占有1个，由此推出A∶B∶C(个数比)＝1∶3∶1。(3)丙晶体中E位于立方体的体心，但从大的晶体范围看每个D属于8个晶胞，故D周围E的个数与E周围D的个数相同，每个E周围有8个D，所以每个D周围有8个E。[答案](1)X2Y(2)1∶3∶1(3)8(1)上述例题中乙晶胞中A原子为什么不是8个，B原子为什么不是6个？(2)某气态团簇分子的结构如图所示：则该物质中M原子与N原子个数比为__________。解析：(2)气态团簇分子并不是晶胞，图示中M、N两种原子完全属于该分子而不与其他分子共用，故图中分子中含M原子8＋6＝14个，N原子12＋1＝13，故M原子和N原子的个数比为14∶13。答案：(1)我们在观察晶胞时，千万不能忘记，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的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。因而，晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的，晶胞面上的原子是2个晶胞共用的，所以乙晶胞中A原子不是8个，而是8×18＝1个，B原子不是6个，而是6×12＝3个。(2)14∶13晶胞概念及微粒个数的计算1．下列关于晶体的说法中不正确的是()A．所有的晶胞都是平行六面体B．晶胞是晶体结构的基本单元C．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X­射线衍射实验D．晶胞的密度与晶体密度相同解析：选A。通常人们习惯采用的晶胞都是平行六面体，但并非所有的晶胞都是平行六面体，A项错误。由晶体的特征和晶胞的概念可知B、C项正确。整块晶体可看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所以晶胞与晶体的密度是相等的，D项正确。2.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物的晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是()A．ZXY3B．ZX2Y6C．ZX4Y8D．ZX8Y12解析：选A。由晶胞可知X占据8个顶角，属于该晶胞的X个数为8×18＝1；Y占据12条棱的中点，属于该晶胞的Y个数为12×14＝3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞的Z个数为1。故化学式为ZXY3。3．某晶体的晶胞结构如图所示。X(·)位于立方体顶角，Y(○)位于立方体体心。试分析：(1)晶体中每一个Y同时吸引着________个X，每个X同时吸引着________个Y，该晶体的化学式是_______________________________。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有________个。(3)晶体中距离最近的2个X分别与1个Y形成的两条线的夹角为________。解析：(1)同时吸引的微粒个数即指在某微粒周围距离最近