2022届高中化学新教材同步选择性必修第二册 第3章 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识.docx

1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第一节第一节物质的聚集状态与晶体的常识物质的聚集状态与晶体的常识 核心素养发展目标1.认识物质的聚集状态。2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的 特点判断晶体和非晶体。3.能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的 思维模型，利用思维模型，根据晶胞结构确定微粒个数和化学式。4.了解晶体结构的测定方法。 一、物质的聚集状态一、物质的聚集状态 120 世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相 互转化只是分子间距离发生了变化。 220 世纪初，通过 X 射线衍射等实验手段，发现许多常

2、见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二 氧化硅、金刚石以及各种金属等。 3气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子) 组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 4其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。 (1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态() (2)气态和液态物质均是由分子构成的() (3)等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性() (4)液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶() 答案(1)(2)(3)(4) 二、晶体与非晶体二、晶体与非晶体 1晶体与非晶体的本质差异 固

3、体 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 非无原子排列相对无序 2022 高中化学新教材同步讲义资料 晶体 2.获得晶体的途径 (1)实验探究 实验内容实验操作及现象 获取硫黄晶 体 硫黄粉 加热 熔融态硫 自然冷却 淡黄色的菱形硫黄晶体 获取碘晶体 加热时，烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热， 烧杯内的紫色气体渐渐消褪，最后消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗 粒 获取氯化钠 晶体 在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒 (2)获得晶体的三条途径 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。 3晶体的特性 (1)自范性

4、：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 (2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。 (3)固定的熔点。 4晶体与非晶体的测定方法 测定 方法 测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 可靠方法对固体进行 X 射线衍射实验 (1)晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (2)熔融态物质快速冷却即得到晶体() (3)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() (4)粉末状的固体也有可能是晶体() (5)晶体一定比非晶体的熔点高() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1在室温下，将一块不规则的 CuSO45H2O

5、 固体放入饱和 CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什 么变化？ 提示CuSO45H2O 固体会变成规则的立方体。 2将冰和玻璃加热各有什么现象。 提示加热冰时，0 达到冰的熔点，冰开始熔化，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。加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后 变为液体。玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围。 3.(2019淄博高二检测)下列物质中属于晶体的是() 橡胶玻璃食盐水晶塑料胆矾 AB CD 答案D 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 序排列而构成的具

6、有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒 子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。 4晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3SiO2)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( ) 硬度导热性导电性光学性质 AB CD 答案D 解析晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。 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，如水晶和石英玻璃。 (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(非晶体)可以塑造 出规则的几

7、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。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 三、晶胞三、晶胞 1概念 描述晶体结构的基本单元。 2晶胞与晶体的关系 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”是指相邻晶胞之间无任何间隙。 (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晶胞中粒子数目的计算 (1)铜晶胞 位于顶角上的铜原子为 8 个晶胞共有。 位于面

8、心上的铜原子为 2 个晶胞共有。 因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是 81 86 1 24。 (2)NaCl 晶胞 Cl 位于顶点和面心，共有 4 个。 Na 位于棱上和体心，共有 4 个。 1.晶胞是最小的平行六面体，它有 8 个顶角，三套各 4 根平行棱，三套各两个平行面。 2均摊法确定晶胞中粒子的个数 若晶胞中某个粒子为 n 个晶胞所共用，则该粒子有1 n属于这个晶胞。 长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (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)晶胞中任何一个粒子都属于该

9、晶胞() (4)一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比() 答案(1)(2)(3)(4) 1下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含 几个原子？ (1)钠_个；(2)锌_个；(3)碘_个；(4)金刚石_个。 答案(1)2(2)2(3)8(4)8 2(2019南通高二调研)下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中： X，Y，Z。其中对应的化学式不正确的是() 答案B 解析A 项中 X、Y 的位置、数目完全等同，化学式为 XY，正确；B 项中 X、Y 的个数比为 1(81 8) 11，化学式

10、为 XY，错误；C 项中 X 的数目：41 81 3 2，Y 的数目：4 1 8 1 2，化学式为 X 3Y，正确； D 项中 X 的数目：81 81，Y 的数目：6 1 23，Z 位于体心，数目为 1，化学式为 XY 3Z，正确。 3科学家发现一种由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，则它的化学式是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 ATiCBTi6C7 CTi14C13DTi13C14 答案C 解析如果利用“均摊法”来计算，就会得出：钛原子数为 81 86 1 24；碳原子数为 12 1 41 4，从而错选 A。若该

11、图是一个晶胞，则这种计算正确，但它是一个气态团簇分子，其化学式就是其分子 式，应直接数出原子数。 团簇分子或纳米颗粒中，所含微粒为其本身所有，不与其他分子或颗粒共用。 四、晶体结构的测定四、晶体结构的测定 1常用仪器：X 射线衍射仪。 2测定过程：当单一波长的 X 射线通过晶体时，X 射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产 生分立的斑点或者明锐的衍射峰。 3作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。 1通过 X 射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？ 提示从衍射图形获得晶体结构的信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现 的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等

12、。 2因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶 体用 X 射线衍射进行测定，测得 A、B 两种晶胞，其晶胞结构示意图如下： 则 A、B 两种晶胞中含有的铁原子数分别是：_、_。 答案24 3 原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。 下图为 Ge 单晶的晶胞， 其中原子坐标参数 A 为(0， 0，0)；B 为(1 2，0， 1 2)；C 为( 1 2， 1 2，0)。则 D 原子的坐标参数为_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案(1 4， 1 4， 1 4) 1下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是() A是否为具有规则几何外形

13、的固体 B是否具有各向异性 C是否具有美观、对称的外形 D内部微粒在空间是否呈周期性有序排列 答案D 解析具有规则几何外形的固体不一定都是晶体，如玻璃，故 A 错误；具有各向异性的固体一定是晶 体，但是否具有各向异性不是晶体和非晶体的本质区别，故 B 错误；美观对称的固体不一定都是晶体，如 玻璃，故 C 错误；晶体与非晶体的本质区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律呈周期性有序排列，故 D 正确。 2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 () A水

14、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 DX 射线通过玻璃态水时，能产生谱线 答案C 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，X 射线通过玻璃态水时不能产 生谱线，因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。 3下列过程中不能得到晶体的是() A对 NaCl 饱和溶液降温所得到的固体 B气态水直接冷却成固态水 C熔融的 KNO3冷却后所得到的固体 D液态的玻璃冷却后所得到的固体 答案D 解析得到晶体的三条途径：溶质从溶液中析出；气态物质凝华；熔融态物质凝固。A 选项符 2022 高中化学新教材同步讲义资料 合，B 选项

15、符合，C 选项符合。由于玻璃属于非晶体，熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。 4下列有关晶胞的叙述中正确的是() 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完全属于该晶胞 D已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 答案D 解析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，不完全属于某个晶胞，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。 5纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，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

16、和形状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粒子数与总 粒子数之比为() A78B1314 C11D2627 答案D 解析由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数861226，总粒子 数表面粒子数中心粒子数26127。 6如图所示的甲、乙、丙三种晶体： 试推断，甲晶体的化学式(X 为阳离子)：_； 乙晶体中 A、B、C 三种微粒的个数比是_；丙晶体中每个 D 周围结合 E 的个数是_。 答案X2Y1318 解析X 位于立方体体心，该晶胞中含有 1 个 X，Y 位于顶角，该晶胞中 Y 原子的个数41 8 1 2， 则该晶胞中 X、Y 的个数之比是

17、21，又 X 为阳离子，所以甲晶体的化学式为 X2Y；乙晶胞中 A 原子的 个数81 81，B 原子的个数6 1 23，C 原子的个数为 1，所以乙晶体中 A、B、C 三种微粒的个数比 为 131；丙晶体中每个 D 周围结合 E 的个数是 8。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 题组一晶体和非晶体 1下列可用于判断某物质为晶体的方法是() A质谱法B红外光谱法 C核磁共振法DX 射线衍射法 答案D 解析质谱法用于测定有机物的相对分子质量，不能判断某物质为晶体，故 A 错误；红外光谱仪能测 定出有机物的官能团和化学键，不能判断某物质为晶体，故 B 错误；核磁共振氢谱用于测定有机物分子中 氢原

18、子的种类和数目，不能判断某物质为晶体，故 C 错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子 在微观空间是否呈周期性有序排列，X 射线衍射可以看到微观结构，可以鉴别晶体与非晶体，故 D 正确。 2下列物质属于非晶体的是() 松香；冰；石英；沥青；铜；纯碱 AB CD 答案B 解析松香在温度升高后会变软，沥青铺成的路面在高温的夏天会变软，因此二者均无固定的熔点， 所以它们属于非晶体。 3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规则的多面体几何外形 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

19、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 答案B 解析晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定 规律呈周期性重复排列， 两者没有矛盾， 故 B 错误； 构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列， 则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，故 C 正确；由于晶体在不同方向上 物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故 D 正确。 4关于晶体和非晶体的说法，正确的是() A晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 B晶体在熔化过程中需要不断的吸热，温度不断地升高 C普

20、通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 D晶体和非晶体之间不可以相互转化 答案C 2022 高中化学新教材同步讲义资料 解析晶体在三维空间里呈周期性有序排列，其许多物理性质常常会表现出各向异性，A 不正确；晶 体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，B 不正确；玻璃不属于晶体，不具有物理性质各向 异性的特点，C 正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D 不正确。 5.如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为 R， 则这块样品一定是() A金属B半导体 C非晶体D晶体 答案D 解析由于 AB2CD，而 AB、CD 间的

21、电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同， 具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。 题组二晶胞的理解及应用 6有关晶胞的叙述正确的是() 晶胞是晶体结构中的基本结构单元根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状的几何体习惯采 用的晶胞是平行六面体晶胞都是正八面体 ABCD 答案A 7已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误 的是() A1 mol 该化合物中含有 1 mol Y B1 mol 该化合物中含有 3 mol Cu C1 mol 该化合物中含有 2 mol Ba D该化合物的化学式是 YB

22、a2Cu3O6 答案D 解析由图可知，白球代表的 Y 原子位于长方体的八个顶点上，大黑球代表的 Ba 原子位于长方体的 四条棱上，灰球代表的 Cu 原子位于长方体的内部，小黑球代表的 O 原子有的位于长方体的内部、有的位 于长方体的面上， 运用均摊法可计算出 Y 原子个数为 81 81， Ba 原子个数为 8 1 42， Cu 原子个数为 3， O 原子个数为 101 227，故该化合物的化学式为 YBa 2Cu3O7。综上可知，D 项错误。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 8.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而 引起广泛关注。该新型超

23、导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为() AMg2CNi3BMgCNi3 CMgCNi2DMgC2Ni 答案B 解析利用均摊法确定晶胞的化学式，位于顶角上的一个原子被 8 个晶胞占有，位于面心上的原子被 2 个晶胞占有，位于体心上的一个原子被一个晶胞占有，据此计算晶胞的化学式。根据晶胞结构可知，碳 原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子，镁原子位于顶角处，因此镁原子个数为 81 8 1，所以该晶胞含有 1 个镁原子，镍原子位于面心处，因此镍原子个数61 23，所以该晶胞中含有 3 个 镍原子，故该晶体的化学式为 MgCNi3，答案选 B。 9钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，

24、在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶胞结构 示意图如图所示，它的化学式是() ABaTi8O12BBaTi4O5 CBaTi2O4DBaTiO3 答案D 解析观察钛酸钡晶胞结构示意图可知，Ba 在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti 处于立方体的 8 个顶点，每个 Ti 原子有1 8属于该晶胞；O 处于立方体的 12 条棱的中点，每个 O 原子有 1 4属于该晶胞。即晶 体中 N(Ba)N(Ti)N(O)1(81 8)(12 1 4)113。 10有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() ATi14C1

25、3BTiC 2022 高中化学新教材同步讲义资料 CTi4C4DTi4C3 答案A 解析由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由 14 个钛原 子和 13 个碳原子构成。 11请仔细观察下列几种物质的结构示意图，判断下列说法正确的是() A.硼镁超导物质的晶体结构单元如图所示，则这种超导材料的化学式为 Mg3B2 B.锂的某种氧化物的晶胞如图所示，则该氧化物的化学式为 Li2O C.某晶体的一部分如图所示， 则这种晶体中 A、 B、 C 三种粒子数目之比是 394 D.Mn 和 Bi 形成的某种晶体的结构示意图如图所示(白球均在六棱柱内)，则该晶体 物质的化学式

26、为 Mn2Bi 答案B 解析该晶胞中Mg原子个数为121 62 1 23， B原子个数为6， Mg、 B原子个数之比为3612， 所以其化学式为 MgB2，故 A 错误；该晶胞中 Li 原子个数为 8，O 原子个数为 81 86 1 24，则 Li、O 原子个数之比为 8421，所以其化学式为 Li2O，故 B 正确；该晶胞中 B 粒子个数为 61 43 1 62， A 粒子个数为 6 1 12 1 2，C 粒子个数为 1，则 A、B、C 粒子个数之比为 1 221142，故 C 错误； Mn 原子个数为 121 62 1 216 1 36，Bi 原子个数为 6，所以 Mn、Bi 原子个数之比

27、为 6611， 所以其化学式为 MnBi，故 D 错误。 12(1)在下列物质中，_(填序号，下同)是晶体，_是非晶体。 塑料明矾松香玻璃CuSO45H2O冰糖石蜡单晶硅铝块橡胶 (2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有_，而非晶体_；另外非晶体具有(物理性 2022 高中化学新教材同步讲义资料 质)_的特点，而晶体具有(物理性质)_的特点。 (3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是_(填序号)。 从外形上来判断 从各向异性或各向同性上来判断 从导电性能来判断 从有无固定熔点来判断 (4)晶体中的微粒与晶胞的关系 凡处于立方体顶角的微粒，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体棱上的微粒

28、，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体面上的微粒，同时为_个晶胞共有； 凡处于立方体体心的微粒，同时为_个晶胞共有。 答案(1)(2)规则的几何外形没有规则的几何外形各向同性各向 异性(3)(4)8421 解析明矾是 KAl(SO4)212H2O，它和 CuSO45H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻 璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。 13某离子晶体的晶胞结构如图所示，X 位于立方体的顶角，Y 位于立方体的中心。 (1)晶体中每个 Y 同时吸引着_个 X，每个 X 同时吸引着_个 Y，该晶体的化学式为 _。 (2)晶体中在每个 X 周围与它最接

29、近且距离相等的 X 共有_个。 (3)晶体中距离最近的两个 X 与一个 Y 形成的夹角XYX 为_(填角的度数)。 答案(1)48Y2X(或 XY2)(2)12(3)10928 解析晶胞中的粒子分为 4 种：体心上的粒子完全属于该晶胞；面心上的粒子1 2属于该晶胞； 棱上的粒子1 4属于该晶胞；顶角上的粒子 1 8属于该晶胞。本题粒子 Y 位于体心，粒子 X 位于顶角，所以 该晶体的化学式为 Y2X 或 XY2。观察下图，4 个 X 和 1 个 Y 构成了一个正四面体，故XYX10928。 14元素 X 的某价态离子 Xn 中所有电子正好充满 K、L、M 三个能层，它与 N3形成的晶体结构如

30、图所示。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为_。 (2)该晶体中离子 Xn 的 n_。 (3)X 元素的原子序数是_。 (4)晶体中每个 N3 被_个等距离的 Xn包围。 答案(1)31(2)1(3)29(4)6 解析(1)Xn 位于晶胞的棱上，其数目为 121 43；N 3位于晶胞的顶角，其数目为 81 81，故二者 个数之比为 31。(2)由晶体的化学式 X3N 知，X 所带电荷数为 1。(3)因为 K、L、M 三个能层充满，故 Xn 有 2、8、18 结构，所以 X 的原子序数是 29。(4)N3位于晶胞顶角，故其被 6 个 Xn从上、下、左、右、 前、后包围。