高二化学物质结构与性质优质学案3：3.1认识晶体

第3章物质的聚集状态与物质性质第1节认识晶体学习目标1.了解晶体的重要特征。

2.通过等径圆球与非等径圆球的堆积模型认识晶体中微粒排列的周期性规律。

3.了解晶胞的概念，以及晶胞与晶体的关系，会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。

自主学习知识点一晶体的特性1.晶体的概念内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。

2．晶体的特性(1)晶体的自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。

(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。

(3)晶体的对称性：晶体具有规则的几何外形。

3．晶体的分类根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，可以将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。

思考交流1．晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？2．晶体的自范性、各向异性及对称性是由哪些因素引起的？知识点二晶体结构的堆积模型1.等径圆球的密堆积2.非等径圆球的密堆积知识点三晶体结构的最小重复单元——晶胞思考交流3．由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？探究学习探究一晶体的特征与分类【问题导思】①晶体有哪些特点？【提示】见1。

②晶体分几类？【提示】分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体1．晶体的特征2．分类【例1】下列叙述中，不正确的是()A．具有规则几何外形的固体一定是晶体B．晶体内部粒子按一定的规律周期性重复排列C．具有各向异性的固体一定是晶体D．依据构成微粒的作用力不同可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体变式训练1．下列性质不能用于鉴别晶体的是( ) A ．各向异性 B ．有无固定熔点 C ．无色透明固体D ．X －射线衍射探究二 晶体结构的堆积模型【问题导思】①等径圆球的密堆积有几种堆积方式？【提示】 A 1型和A 3型两种堆积方式。

②不同晶体中的粒子的排序方式相同吗？【提示】 见3、41．面心立方最密堆积(A 1型)将第一密置层记作A ，第二层记作B ，B 层的球心对准A 层中相邻三个球所围成的空隙的中心；第三层记作C ，C 层上的小球的球心正好落在A 层球所形成的另一类空隙的中心，以后各层分别重复A ，B ，C 等，这种排列方式三层为一周期，记作…ABCABC …，如图。

由于在这种排列中可以画出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。

2．六方最密堆积(A 3型)将密置层按…ABAB…方式做最密堆积，这时重复周期为两层，如图。

由于在这种排列方式中可画出密排六方晶胞，故称此排列为六方最密堆积。

由以上堆积可知，同一层上每个球与同层中周围6个球相接触，同时又与上下两层中各3个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，上述两种堆积方式的堆积密度(原子的空间利用率)最大。

3．离子晶体中的阴离子和没有氢键的分子晶体一般也采取密堆积。

4．原子晶体受共价键的方向性和饱和性的影响原子不再是密堆积。

【例2】关于晶体结构型式的说法正确的是( ) A ．所有的晶体的空间排列都服从紧密堆积原理 B ．晶体尽量采用紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 C ．金属晶体的结构型式可以归结为非等径圆球的密堆积D ．等径圆球的密堆积有A 1、A 3两种结构型式，其中Cu 属于A 3型密堆积 变式训练2．下列说法中错误的是( )A ．分子晶体中范德华力没有方向性和饱和性，所以分子晶体一般都采用密堆积，但要受到分子形状的影响B ．离子晶体一般都是非等径圆球的密堆积C ．由于共价键的方向性和饱和性，原子晶体堆积的紧密程度大大降低D ．金属晶体采用非等径圆球的密堆积 探究三 晶胞中粒子数目的计算——切割法 【问题导思】①晶胞中微粒数如何计算？【提示】 位于顶角的粒子，对晶胞的贡献为18，位于棱上的粒子，对晶胞的贡献为14，位于面上的粒子，对晶胞的贡献为12，位于体内的粒子，完全属于晶胞。

②六棱柱晶胞顶点上的一个微粒，被几个晶胞共有？ 【提示】 6个。

1．长方体晶胞中不同位置的粒子数的计算如某个粒子为n 个晶胞所共有，则该粒子有1n属于这个晶胞。

2．非长方体晶胞中粒子视具体情况而定如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占该粒子的1/3。

3．气态团簇分子不能用切割法如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，则分子式可表示为M14N13或N13M14。

【例3】ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。

立方ZnS晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为________g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为________pm(列式表示)。

变式训练3．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是()A．ZXY3B．ZX2Y6C．ZX4Y8D．ZX8Y12随堂训练1．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()A．AlON和石英的化学键类型相同B．AlON和石英晶体类型相同C．AlON和Al2O3的化学键类型不同D．AlON和Al2O3晶体类型相同2．某单质晶体一定不是()A．离子晶体B．分子晶体C．原子晶体D．金属晶体3．下列叙述，不正确的是()A．氯化钠的晶体结构为非等径圆球密堆积B．晶体尽量采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定C．因为共价键有饱和性和方向性，所以原子晶体不遵循紧密堆积原理D．金属铜和镁均以…ABAB…方式堆积4．如图所示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，其对应的化学式是XY4的是(图中：o－X，•－Y)()5．(2013·山东高考节选)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如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________。

——★参考答案★——思考交流1．[答案]晶体一定是固体，固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等。

2．[答案]晶体内部微粒在空间按照一定规律作周期性重复排列，使晶体具有规则几何外形和对称性；内部微粒在各个方向上的不同排列是晶体具有各向异性的本质原因。

3．[答案]不表示，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。

【例1】[解析]有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，所以A 选项错误；晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此B、C选项正确；晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体的依据是构成晶体的微粒及微粒间的相互作用力，因此D选项正确。

[答案]A【例2】[解析]离子晶体、分子晶体、金属晶体的空间排列服从紧密堆积原理，而原子晶体的构成粒子为原子，粒子间的相互作用为共价键，由于共价键有方向性和饱和性，所以原子晶体的空间排列不服从紧密堆积原理，A项不正确；金属晶体的结构型式为等径圆球的密堆积，C项不正确；Cu属于A1型密堆积，D项不正确。

[答案]B【例3】[解析]ZnS晶胞的体积为(540.0×10－10cm)3。

S2－位于晶胞的顶点和面心，Zn2＋位于晶胞的内部，一个ZnS晶胞中含有S2－：8×18＋6×12＝4个，含有4个Zn2＋，即一个ZnS晶胞含有4个S2－和4个Zn2＋，则晶胞的密度为4×(65＋32) g·mol－16.02×1023 mol－1(540.0×10－10 cm)3＝4.1 g·cm－3。

ZnS 晶胞中，面对角线上两个相邻S 2－的距离为540 2 pm ×12＝270 2 pm 。

每个Zn 2＋与周围4个S 2－形成正四面体结构，两个S 2－与Zn 2＋之间连线的夹角为109°28′，两个相邻S 2－与Zn 2＋形成等腰三角形(如图所示)，则ab 之间的距离为1352sin109°28′2pm 。

[答案] 4×(65＋32) g·mol －16.02×1023 mol －1(540×10－10 cm )3＝4.1 2701－cos 109°28′或1352sin109°28′2或1353变式训练1．[解析] 鉴别晶体最有效的方法：X －射线衍射，晶体的特性有自范性、各向异性、特定的对称性，有固定的熔、沸点。

[答案] C2．[解析] 由于离子键、分子间作用力、金属键都没有方向性和饱和性，所以离子晶体、分子晶体、金属晶体都尽可能的采用密堆积形式，而分子晶体的堆积方式要受分子本身形状的影响。

离子晶体遵循非等径圆球的密堆积，金属晶体遵循等径圆球的密堆积。

[答案] D3．[解析] 由晶胞的结构可知，X 是在正方体的8个顶点上，每一个晶胞只占有顶点的18，一个晶胞占有X 的个数为8×18＝1，Y 在正方体的12个棱上，每个晶胞只占有1个棱的14，一个晶胞占有Y 的个数为12×14＝3，Z 在正方体的体心，一个晶胞完全占有一个Z 。

因此X 、Y 、Z 的原子个数比为1∶3∶1，因此化学式为ZXY 3。

[答案]A 随堂训练1．[解析] 本题考查化学键、物质结构。

意在考查考生对晶体类型和化学键等概念的掌握。

AlON 与石英(SiO 2)均为原子晶体，所含化学键均为共价键，故A 、B 项正确；Al 2O 3是离子晶体，晶体中含离子键，不含共价键，故C 项正确、D 项错误。

[答案] D2．[解析] 离子晶体一定是化合物。

[答案] A3．[解析] 在NaCl 晶体中，半径较大的Cl －按A 1型方式进行最密堆积，Na ＋填在Cl－所形成的空隙中，因此NaCl 晶体结构为非等径圆球密堆积，A 选项正确。

密堆积原理适合于没有方向性的金属键、离子键和分子间作用力相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体，而不适合于具有方向性和饱和性的共价键所形成的原子晶体以及氢键所形成的分子晶体，采用密堆积的方式可以降低体系的能量，使晶体变得比较稳定，B 和C 两选项都正确。

金属铜采用“…ABCABC …”方式堆积，金属镁采用“…ABAB …”方式堆积，所以D 选项错误。

[答案] D4．[解析] 根据顶点，棱上、面上、体心和其他处于立方体内部的原子对晶胞的贡献分别为18，14，12，1，求出X 、Y 的数目之比，其化学式分别为XY 、X 3Y 、XY 4、XY 4。

[答案] CD5．[解析] 由晶胞结构示意图，根据均摊法，可得B 原子为8×18＋1＝2个，N 原子为4×14＋1＝2个，则该功能陶瓷的化学式为BN 。