考点11-物质的聚集状态与晶体的常识(解析版).doc

考点11　物质的聚集状态与晶体的常识
【核心考点梳理】
考点一、物质的聚集状态
1．20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。
2．20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常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。
考点二、晶体与非晶体
1．晶体与非晶体的本质差异
固体
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
非晶体
无
原子排列相对无序

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
硫黄粉熔融态硫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
①熔融态物质凝固。
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
③溶质从溶液中析出
3．晶体的特性
(1)自范性：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
考点三、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

①位于顶角上的铜原子为 8个晶胞共有。
②位于面心上的铜原子为 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8×＋6×＝4。
(2)NaCl晶胞

①Cl－位于顶点和面心，共有4个。
②Na＋位于棱上和体心，共有4个。
【核心归纳】
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

考点四、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。
【必备知识基础练】
1．（2022·四川绵阳·高二期末）X-射线衍射实验是鉴别晶体与非晶体最可靠的方法，下列属于晶体的是
A．玛瑙 B．陶瓷 C．水晶 D．玻璃
【答案】C
【解析】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，水晶为晶体，玛瑙、陶瓷、玻璃都不是晶体，故选C。
2．(2021·宝鸡高二检测)下列关于聚集状态的叙述中，错误的是(　　)
A．物质只有气、液、固三种聚集状态
B．气态是高度无序的体系存在状态
C．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱
D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性
【答案】A
【解析】物质的聚集状态，除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等聚集状态，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B正确；据物质固态时微粒间距离较小可判断，固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分子间作用力也较强，表现出明显的流动性，D正确。
3．（2021·广东·东莞市光明中学高二阶段练习）用示意图或图示的方法能够直观形象地将化学知识传播给学生，下列示意图或图示正确的是

A．砷原子结构示意图
B．非晶体的微观结构示意图
C．HF分子间的氢键
D．在通常状况下氢原子电子示意图
【答案】C
【解析】A．根据原子核外电子排布规律，砷的原子核外各层电子分别为：2,8,18,5，故A错误；
B．具有有序排列，是晶体的微观结构示意图，故B错误；C．氢键比化学键弱，用…表示，F的电负性大，可以形成氢键，所以是HF分子间的氢键，故C正确；
D．电子云图反应电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，氢原子有1个电子，所以是氢原子电子云示意图，故D错误。综上所述，答案为C。
4．(2021·绵阳高二检测)下列有关晶体常识的叙述错误的是(　　)
A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体
B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线
C．晶体都具有自范性。自范性是晶体的本质属性
D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形
【答案】D
【解析】水晶的化学成分是二氧化硅，属于晶体，而玻璃是混合物，属于非晶体，A正确；当单一波长的X射线通过晶体时，可发生衍射，可以看到明显的分立的斑点或者谱线，B正确；在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质，即晶体的自范性，C正确；晶体具有规则的几何外形，但非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。
5.下图为一块密度、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，非晶体则不具有各向异性，故该样品为晶体。
6.对于某晶胞(如图所示)的下列描述错误的是(　　)

A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C.平均每个晶胞中有14个原子
D.平均每个晶胞中有4个原子
【答案】C
【解析】在该晶胞顶点和六个面的面心处都有一个原子,平均每个晶胞中含有的原子数=8×+6×=4,C错误。
7.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+中的n=　　　　。 
(3)X元素的原子序数是　　　　　。 
【答案】(1)3∶1　(2)1　(3)29
【解析】(1)Xn+位于晶胞的棱上,一个晶胞中Xn+的数目为12×=3,N3-位于晶胞的顶角,一个晶胞中N3-数目为8×=1,故Xn+和N3-的个数比为3∶1;(2)由(1)可得晶体的化学式为X3N,则Xn+为X+,故n=1;(3)因为X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,故K、L、M三个电子层上的电子数分别为2、8、18,所以X的原子序数是29。
【关键能力提升练】
8．（2021·山东济宁·高二期中）现代仪器分析技术能够帮助人们对物质的微观结构做出科学的判断，下列说法正确的是
A．X﹣射线衍射技术可以区分晶体和非晶体
B．红外光谱可以判断有机物的相对分子质量
C．CH3CH2OH的核磁共振氢谱吸收峰有2种
D．质谱仪可以直接测定有机物分子的结构
【答案】A
【解析】A．晶体对X-射线发生衍射，非晶体不会对X-射线发生衍射，所以能用X-射线衍射技术可以区分晶体和非晶体，故A正确；B．红外光谱可以判断有机物中的官能团，不能用红外光谱可以判断有机物的相对分子质量，故B错误；C．CH3CH2OH中含有三种环境的氢原子，所以其核磁共振氢谱吸收峰有3种，故C错误；D．质谱仪可以测定物质分子或分子碎片的质量，所以能用质谱仪判断有机物的相对分子质量，但是不能测定有机物分子的结构，故D错误；故选A。
9．（2021·四川省资阳中学高二期中）生活中的化学无处不在，下列关于生活中的化学描述错误的是
A．可以用光谱分析的方法来确定太阳的组成元素是否含氦
B．壁虎在天花板上爬行自如是因为壁虎的脚与墙体之间有范德华力
C．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验
D．"挑尽寒灯梦不成"所看到的灯光和原子核外电子跃迁无关
【答案】D
【解析】A．不同的元素具有不同的光谱，可以用光谱分析的方法来确定太阳的组成元素是否含氦，A正确；
B．壁虎与墙之间的力是范德华力，这种力的产生是由于壁虎脚上的刚毛及其精细分支与墙体分子的距离足够近，虽然每根刚毛所受的力比较很小，但是由于刚毛数量众多，使之可以累积可观的吸引力， B正确；
C．X射线衍射实验可以分析固体物质的微观结构，区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，C正确；D．"挑尽寒灯梦不成"所看到的灯光是原子核外电子跃迁以光的形式释放出能量，D错误；
故选D。
10.某晶体的晶胞如下图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是(　　)

A.3∶9∶4 B.1∶4∶2
C.2∶9∶4 D.3∶8∶4
【答案】B
【解析】由图示可知该晶体晶胞的上下两面为正三角形,因此处于顶点的粒子为12个晶胞共用,故晶胞中A粒子的数目为6×;处于水平棱上的粒子为4个晶胞共用,处于垂直棱上的粒子为6个晶胞共用,故晶胞中B粒子的数目为6×+3×=2;C粒子完全属于晶胞。由此可见,A、B、C三种粒子的数目之比为∶2∶1=1∶4∶2。
11.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(　　)

A　　　　　B　　　　C　　　　D
【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∶(8×)＝1∶1，化学式为XY，错误；C项中X的数目：4×＋1＝，Y的数目：4×＝，化学式为X3Y，正确；D项中X的数目：8×＝1，Y的数目：6×＝3，Z位于体心，数目为1，化学式为XY3Z，正确。
12.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它具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粒子数与总粒子数的比值为(　　)

NaCl晶体的晶胞

A.7∶8 B.13∶14
C.1∶1 D.26∶27
【答案】D
【解析】表面粒子数=8+6+12=26,总粒子数=表面粒子数+中心粒子数=26+1=27,D项正确。
13.(1)在下列物质中,　　　　　　　是晶体(填序号,下同),　　　　　　　是非晶体。 
①塑料　②明矾　③松香　④玻璃
⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蜡　⑧单晶硅　⑨铝块　⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体一般都具有　　　　　　　　　　　　,而非晶体　　　　　　　　　　　　　　;另外非晶体具有物理性质　　　　　　　的特点,而晶体具有物理性质　　　　　　　的特点。 
【答案】(1)②⑤⑥⑧⑨　①③④⑦⑩
(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
【解析】明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、CuSO4·5H2O、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。晶体的重要特征是某些物理性质具有各向异性和有固定的熔点等。
14.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如右图所示,该氯化物的化学式是　　　　。 

(2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点则该晶胞中有　　　　个铜原子。 
(3)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,下图为其晶胞结构示意图,则每个晶胞中含有B原子的个数为　　　　,该功能陶瓷的化学式为　　　　。 

(4)某晶体结构模型如下图所示。该晶体的化学式是　　　　,在晶体中1个Ti原子或1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为　　　　个、　　　　个。 

(5)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,其结构如下图所示,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.Ti14C13 B.TiC
C.Ti14C4 D.Ti4C3
【答案】(1)CuCl　(2)16　(3)2　BN　(4)CoTiO3
6　12　(5)A
【解析】(1)晶胞中灰球代表的粒子有4个,白球代表的粒子有6×+8×=4个,所以该氯化物的化学式为CuCl。
(2)晶胞中含氧原子数为×8+×6+4=8,根据化学式Cu2O可知,该晶胞中铜原子数目是氧原子的2倍,即16个。
(3)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×+1=2,灰球表示的原子个数为1+4×=2,所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个;N的电负性大于B,所以该功能陶瓷的化学式为BN。
(4)晶胞中含O:6×=3个,含Co:8×=1个,含Ti:1个,故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心,其周围距离最近的O原子位于6个面的中心,所以周围距离最近的O原子数目为6;Co原子位于晶胞的顶角,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12。
(5)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Ti原子和13个C原子构成。选项A正确。
【学科素养拔高练】
15.(2020新高考山东卷)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示,晶胞棱边夹角均为90°,晶胞中部分原子的分数坐标如表所示。
原子
坐标
x
y
z
Cd
0
0
0
Sn
0
0
0.5
As
0.25
0.25
0.125

一个晶胞中有　　　　个Sn原子,找出距离Cd(0,0,0)最近的Sn原子:　　　　　　　(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn原子键合的As原子有　　　个。 
【答案】4　(0.5,0,0.25)、(0.5,0.5,0)　4
【解析】由四方晶系CdSnAs2晶胞及原子的分数坐标可知,有4个Sn原子位于棱上,6个Sn原子位于面上,则属于一个晶胞的Sn原子的个数为4×+6×=4。与Cd(0,0,0)最近的Sn原子为如图所示的a、b两个Sn原子,a位置的Sn原子的分数坐标为(0.5,0,0.25),b位置的Sn原子的分数坐标为(0.5,0.5,0)。CdSnAs2晶体中Sn除与该晶胞中的2个As键合外,还与相邻晶胞中的2个As键合,故晶体中单个Sn与4个As键合。