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第一节 晶体的常识
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一、选择题
1．(2019·泰安高二检测)普通玻璃和水晶的根本区别是( )
A．外形不一样
B．普通玻璃的基本构成微粒无规律性地排列，水晶的基本构成微粒呈周期性有序排列
C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点
D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换
解析：选B 普通玻璃为非晶体，水晶为晶体，它们的根本区别在于内部微粒是否呈周期性有序排列，B项正确。
2．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
解析：选D 由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，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。
3．云母属于晶体，用烧热的钢条去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面时，熔化了的石蜡呈现椭圆形，这是因为( )
A．云母是热的不良导体，传热不均匀
B．石蜡是热的不良导体，传热不均匀
C．石蜡具有各向异性，不同的方向导热性不同
D．云母具有各向异性，不同的方向导热性不同
解析：选D 云母属于晶体，具有各向异性，在不同的方向导热性不同，导致熔化了的石蜡呈现椭圆形。
4．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．X射线通过玻璃态水时，能产生谱线
解析：选C 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。
5．晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．形成晶体硅的速率越大越好
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：选C 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大越好，A项错误；晶体有固定的熔、沸点，B项错误；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，C项正确；晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，D项错误。
6．下列关于晶体的说法正确的是( )
A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体
B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品
C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点
D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同
解析：选B 将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体，A项错误；一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别，B项正确；非晶体没有固定的熔点，C项错误；由于晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有一些差异，D项错误。
7．根据晶体中的晶胞结构，判断下列晶体的化学式中不正确的是( )
A．AB2 B．C2D C．EF D．XY3Z
解析：选A 确定晶体的化学式，其实就是确定晶胞中各粒子的个数比。在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的粒子有属于该晶胞，处于棱上的粒子有属于该晶胞，处于各顶角上的粒子只有属于该晶胞。据此可以算出上述晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z。
8.铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为( )
A．BaPbO3
B．BaPb2O3
C．BaPbO
D．BaPbO4
解析：选A 1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为6×＝3，故化学式为BaPbO3。
9.国家实验室一个研发小组发现首例带结晶水的晶体在5 K下呈现超导性，据报道，该晶体中含有最简式为CoO2 的层状结构，结构如右图(小球表示Co原子，大球表示O原子)。下列用粗线画出的CoO2层状结构的晶胞(晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元)示意图不符合化学式的是( )
解析：选D A项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×＝2，所以Co原子与O原子数之比为1∶2，正确；B项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1＋4×＝2，含有O原子数为4，所以Co原子与O原子数之比为1∶2，正确；C项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为4×＝1，含有O原子数为4×＝2，所以Co原子与O原子数之比为1∶2，正确；D项，CoO2层状结构的晶胞中含有Co原子数为1，含有O原子数为4×＝1，所以Co原子与O原子数之比为1∶1，错误。
10．纳米材料的表面微粒数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微粒数与总微粒数的比值为( )
A．7∶8 B．13∶14
C．25∶25(1∶1) D．26∶27
解析：选D 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＝9＋8＋9＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。
11．氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为( )
A．LaNi5 B．LaNi
C．La14Ni24 D．La7Ni12
解析：选A 根据题给物质的结构单元图知，该合金的基本结构单元中镧原子的数目为×＝3，而镍原子的数目为12×＋6＋6×＝15，所以镧与镍的原子个数比为3∶15＝1∶5。
12．北京大学和中国科学院的化学工作者合作，已成功研制出碱金属与C60形成的石墨夹层离子化合物。将石墨置于熔融的钾或气态的钾中，石墨吸收钾而形成名称为钾石墨的物质，其组成可以是C8K、C12K、C24K、C36K、C48K、C60K等。在钾石墨中，钾原子把价电子交给石墨层，但在遇到与金属钾易反应的其他物质时还会收回。下列分析正确的是( )
A．题干中所列举的6种钾石墨属于同素异形体
B．若某钾石墨的原子分布如图一所示，则它所表示的是C24K
C．若某钾石墨的原子分布如图二所示，则它所表示的是C12K
D．另有一种灰色的钾石墨C32K，其中K的分布也类似于图二中的六边形，则最近两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的4 倍
解析：选D 同素异形体是指同种元素形成的不同单质，题中所给的钾石墨属于离子化合物，不属于单质，A项错误；将图一中的6个K原子连起来形成一个六边形，该六边形中含24个碳原子，而每个K原子只有属于该六边形，即所含K原子个数为6×＝2，故它所表示的是C12K，B项错误；将图二中外围的6个K原子连起来也形成一个六边形，该六边形中也含24个碳原子，而所含K原子个数为6×＋1＝3，故它所表示的是C8K，C项错误；按图二算出最近的两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的2 倍，现在要变成C32K，则六边形的边长变成原来的两倍(面积就是原来的4倍，即容纳碳原子数为24×4＝96)，最近两个K原子之间的距离为石墨中C—C键键长的4 倍，D项正确。
二、非选择题
13．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。请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
14．根据下列四种晶体的晶胞示意图回答问题：
(1)根据图Ⅰ分析，铜晶胞平均含有的铜原子数是________。
(2)根据图Ⅱ分析，干冰晶胞平均含有的CO2分子数是________。
(3)根据图Ⅲ分析，碘晶体中碘分子的排列有________种不同的方向。
(4)根据图Ⅳ分析，晶体M的化学式是________。
解析：(1)铜晶胞平均含有的铜原子数为×8＋×6＝4。(2)干冰晶胞平均含有的CO2分子数为×8＋×6＝4。(3)根据碘晶胞中碘分子的排列方向可知，碘晶体中碘分子的排列有2种不同的方向。(4)晶体M的晶胞中，N(A)∶N(B)＝∶1＝1∶1，故M的化学式为AB或BA。
答案：(1)4 (2)4 (3)2 (4)AB(或BA)
15．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－形成的晶体的晶胞结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为__________。
(2)该晶体中Xn＋中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。
解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1，故其阳离子、阴离子个数比为3∶1。
(2)由晶体的化学式X3N知X所带电荷数为1。
(3)因为X＋中K、L、M三个电子层全充满，故电子数为2、8、18，所以X的原子序数是29。
(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个等距离的Xn＋在上、下、左、右、前、后包围。
答案：(1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6
16.如图是超导化合物——钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞)的结构。请回答：
(1)该化合物的化学式为________________。
(2)在该化合物晶体中，与某个钛原子距离最近且相等的其他钛原子共有________个。
(3)设该化合物的相对分子质量为M，密度为a g/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中钙原子与钛原子之间的最短距离为________。
解析：(1)这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为，所以它单独占有的钛原子个数为8×＝1；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为，所以，它单独占有的氧原子个数为12×＝3；它全部拥有体内的一个钙原子，所以这个晶胞单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：1、3、1，该化合物的化学式为CaTiO3。
(2)钛位于正方体的顶点上，则与一个钛原子距离最近的钛原子与它共棱。从立方晶胞进行堆积的图形可以看出，在横向、纵向、竖向上，与它共棱的原子都是2个，共6个。
(3)设这种立方晶胞的边长是b，那么，钙原子与钛原子之间的距离是体对角线的一半，即b。因为每个立方体的体积为b3，而NA个这样的立方体堆积到一起就是1 mol晶体，其质量为M g，其体积为＝ cm3。所以，NA·b3＝ cm3，b＝ cm，则题中所求距离为· cm。
答案：(1)CaTiO3 (2)6 (3)· cm
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