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第1节　认识晶体
课程标准
1．了解晶体的重要特征，能说出晶体与非晶体的区别。
2．了解晶胞的概念及其与晶体的关系。
3．学会运用“切割法”确定晶胞中的粒子数目和晶体的化学式。
学法指导
1.运用“结构决定性质、性质反映结构”的化学观，理解晶体结构和性质之间的关系，进而能够区分晶体和非晶体。
2．运用“宏微结合”的化学观并结合模型，分析理解晶体的微观结构特点及微观结构与宏观晶体外形之间的关系。
3．理解宏观的晶体与微观的晶胞之间的关系(无隙并置)，通过建立微观的晶胞模型，学会分析并计算晶胞所含微粒数。
必备知识·自主学习——新知全解一遍过
知识点一晶体的特性
1.晶体与非晶体的概念
固体类型 内部微粒 排列方式
晶体 原子、离子或分子 微粒在空间按一定规律做____________构成的固体物质
非晶体 微粒无周期性排列的固体物质
2.晶体的特性
晶体的特性 具体表现 举例或应用
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 水晶完好时呈六棱柱状
对称性 由于晶体内部的微粒在空间按照一定规律做周期性重复排列，使晶体在生长过程中依据内部微粒的________排列形成________的多面体几何外形，从而具有特定的对称性 规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有对称轴也有________
________ 在不同的方向上表现出不同的物理性质(如导电性、导热性、强度、光学性质等) 石墨在与层______的方向上的电导率数值约为在与层________的方向上的电导率数值的1万倍
具有固定的__________ 加热晶体，温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高 氯化钠、冰等都具有固定的熔、沸点
能使X射线产生衍射 当入射光的波长与光栅缝隙大小相当时，能产生光的衍射现象。X射线的波长与晶体中原子之间的距离大小相近，所以晶体是理想的光栅，它能使________ 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行________实验
3.晶体的分类
(1)依据：根据晶体内部微粒种类和微粒间的________不同。
(2)类型
晶体类型 构成微粒种类 微粒间的相互作用 实例
离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl
金属晶体 金属原子 金属键 Cu
共价晶体 原子 共价键 金刚石
分子晶体 分子 分子间作用力 冰
4.晶体与非晶体的用途
(1)晶体
①把机械能变成电能。
②制作红外夜视仪。
③做电子元件。
(2)非晶体
①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高。
②非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大，可以有效吸收阳光。
微点拨
(1)有规则几何外形或美观、对称外形的固体，不一定是晶体。如玻璃制品既可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外形。
(2)具有固定组成的物质不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。
(3)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
(4)晶体和非晶体的本质区别在于晶体中的微粒在空间呈现周期性有序排列。
学思用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)有规则几何外形的固体就是晶体。(　　)
(2)熔融态的晶体冷却凝固，得到的固体不一定呈规则的几何外形。(　　)
(3)同一物质可能是晶体，也可能是无定形体。(　　)
(4)溶质从溶液中析出可以得到晶体。(　　)
(5)晶体具有自范性，非晶体没有自范性。(　　)
2．下列物质具有自范性、各向异性的是(　　)
A．钢化玻璃 B．塑料
C．水晶 D．陶瓷
知识点二晶体结构的基本重复单元——晶胞
1.晶胞的定义
(1)定义：晶体中的微粒呈现________________排列，晶体结构中基本的________称为晶胞，晶胞的形状为________。
(2)金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞
金属 金属铜及其晶胞 金属镁及其晶胞
图示
结构 特点 8个顶点各有1个粒子，6个面的面心各有1个粒子 8个顶点各有1个粒子，体心有1个粒子
2.晶胞与晶体的关系
将一个个晶胞及其中包含的微粒____________并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中包含的微粒的________、________和________，就可以了解整个晶体的结构。
3．晶胞中微粒数求法——切割法
某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的________属于该晶胞。
微点拨
在由分子构成的晶体中，尽管其构成微粒(分子)通常比金属(原子)要复杂，但同样可看作其构成微粒(分子)在空间的周期性重复排列。
学思用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)晶胞都是正八面体。(　　)
(2)晶胞就是晶体中的最小立方体。(　　)
(3)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。(　　)
(4)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。(　　)
(5)晶胞是晶体结构中的基本结构单元。(　　)
(6)位于晶胞顶点上的粒子一定被8个晶胞共有。(　　)
2.某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为(　　)
A．1∶8 B．1∶4
C．1∶2 D．1∶1
关键能力·课堂探究——学科素养全通关
提升点一晶体与非晶体的区别
1.晶体与非晶体的区别
晶体 非晶体
外观 具有规则的几何外形 不具有规则的几何外形
微观结构 微粒在三维空间周期性有序排列 微粒排列相对无序
自范性 有 没有
各向异性 各向异性 各向同性
熔点 固定 不固定
能否发生X射线衍射 能 不能
本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列
2.晶体与非晶体鉴别方法
(1)间接方法：看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性。晶体有固定的熔点，融化过程中温度不变，某些物理性质也会呈现各向异性。
(2)科学方法：对固体进行X射线衍射实验。X射线通过晶体时能产生衍射现象，而非晶体不能产生此现象。
互动探究
问题1　晶体的各向异性及对称性是由哪些因素引起的？
问题2　同种元素组成的物质可能既属于晶体也属于无定形体吗？举例说明。
典例示范
[典例1]　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．可用X射线衍射实验鉴别晶体硅和玻璃
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
素养训练
[训练1]　云母属于晶体，是单斜晶系一族层状结构的硅酸盐矿物的总称。用烧热了的针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
提升点二晶胞中微粒数目的计算——切割法
1.平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算
某个微粒为n个晶胞所共有，则该微粒有属于这个晶胞。
2．非平行六面体形结构单元
若结构单元不是平行六面体形，则微粒对结构单元的贡献视情况而定，与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况。
以如图的三棱柱形结构单元为例，要12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住，所以顶点为12个结构单元共用，相应的其侧棱被6个结构单元共用，上下边为4个结构单元所有，中间为一个结构单元独有：
A：4×＝
B：3×＋6×＝2
C：1×1＝1
因此，A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶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。
4．切割法在计算其他结构中微粒数的应用
在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的。则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如图所示。
互动探究
问题1　晶胞是否全是平行六面体？
问题2　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？
问题3　科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为多少？
典例示范
[典例2]　
(1)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。
(2)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________________。
(3)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。
【思维建模】
素养训练
[训练2]　硅、锗(Ge)及其化合物广泛应用于光电材料领域。下图是Mg、Ge、O三种元素形成的某化合物的晶胞示意图。
(1)已知化合物中Ge和O的原子个数比为1∶4，图中Z表示____________原子(填元素符号)，该化合物的化学式为______________________________________；
(2)已知该晶胞的晶胞参数分别为a nm、b nm、c nm，α＝β＝γ＝90°，则该晶体的密度ρ＝____________ g·cm－3(设阿伏加德罗常数的值为NA，用含a、b、c、NA的代数式表示)。
课 堂 总 结
[知识导图]
[误区警示]
1．晶体是由无数个晶胞堆积得到的。知道晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置，就可以认识整个晶体的结构。
2．晶胞中微粒个数的计算，其关键是正确分析晶胞中任意位置上的一个微粒被几个晶胞所共用。不同形状的晶胞，情况不同。
随堂检测·强化落实——基础知能练到位
1．下列叙述正确的是(　　)
A．具有规则几何外形的固体一定是晶体
B．具有特定对称性的固体一定是晶体
C．具有各向异性的固体一定是晶体
D．依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体
2．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，重量达81千克的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述正确的是(　　)
A．晶体硅没有固定的熔、沸点
B．形成晶体硅的速率越快越好
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，形成的晶体无各向异性
3．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
4．(双选)现有四种晶体，其构成粒子(均为单原子核粒子)的排列方式与化学式对应的是(　　)
5．如图是冰块融化过程中温度随时间的变化图像。
(1)分析图像可知，冰块融化过程持续________min，此过程需________(填“吸热”或“放热”)，温度________(填“升高”“不变”或“降低”)。
(2)由以上分析可知，冰是________(填“晶体”或“非晶体”)。区分晶体与非晶体的重要依据
________________________________________________________________________。
第1节　认识晶体
必 备 知 识·自 主 学 习
[知识点一]
1．周期性重复排列　
2．规则　规则　对称面　各向异性　平行　垂直　熔、沸点　X射线产生衍射　X射线衍射　
3．(1)相互作用　
[学思用]
1．答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√
2．解析：晶体具有自范性和各向异性，钢化玻璃、塑料、陶瓷均不属于晶体。
答案：C
[知识点二]
1．(1)可重复的周期性　重复单元　平行六面体
2．上、下、前、后、左、右　种类　数目　空间位置
3．
[学思用]
1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
2．解析：阴离子位于晶胞的8个顶点上，个数为8×＝1，阳离子位于晶胞的中心，个数为1。所以阴、阳离子个数比为1∶1。
答案：D
关 键 能 力·课 堂 探 究
提升点一
[互动探究]
提示1：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。
提示2：可能。硅、碳的单质既有晶体又有无定形体两种状态。
[典例1]　解析：将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾，胆矾属于晶体，A项错误。
答案：B
[训练1]　解析：晶体的外形和内部质点排列高度有序，物理性质表现出各向异性，云母片属于晶体，具有各向异性，不同方向导热性能不同，而石蜡属于非晶体，不具有各向异性。
答案：D
提升点二
[互动探究]
提示1：不一定，如有的晶胞呈六棱柱形，有的呈八面体形。
提示2：由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的真实数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。
提示3：3∶1。根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×＝6，C60的个数为1＋8×＝2，所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2＝3∶1。
[典例2]　解析：(1)晶胞中含氧原子数为×8＋×6＋4＝8，则该晶胞中铜原子数目是氧原子的2倍。
(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的B原子个数为8×＋1＝2，灰球表示的N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，所以该陶瓷的化学式为BN。
(3)晶胞中含有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个；Co原子位于晶胞的顶点，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个。
答案：(1)16　(2)2　BN　(3)CoTiO3　6　12
[训练2]　解析：(1)由晶胞结构可知，晶胞中位于顶点、面心、棱上和体内的X原子为8×＋6×＋4×＋3＝8，位于体内的Y原子和Z原子分别为4和16，由Ge和O原子的个数比为1∶4可知，X为Mg原子、Y为Ge原子、Z为O原子，则晶胞的化学式为Mg2GeO4；(2)由晶胞的质量公式可得：＝abc×10－21×ρ，解得ρ＝×1021 g·cm-3。
答案：(1)O　Mg2GeO4　(2)×1021
随 堂 检 测·强 化 落 实
1．解析：晶体具有规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部粒子规律性排列的外部反映，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，故A、B错误；具有各向异性的固体一定是晶体，C项正确；晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体的依据是构成晶体微粒的种类和微粒间相互作用的不同，D项错误。
答案：C
2．解析：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故A错误；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快越好，速率太快可能导致晶体质量下降，故B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有序排列，X射线衍射可以反映微观结构，所以区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，故C正确；晶体硅的形成与晶体的自范性有关，形成的晶体有各向异性，故D错误。
答案：C
3．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，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。
答案：D
4．解析：8个B粒子位于顶点，1个A粒子位于体心，晶胞中B粒子的个数为8×＝1，A粒子的个数为1，所以该晶体的化学式为AB或BA，A项错误；4个E粒子、4个F粒子均位于顶点，晶胞中E粒子和F粒子的数目相同，所以该晶体的化学式为FE或EF，B项正确；晶胞中X粒子的个数为1，Y粒子的个数为6×＝3，Z粒子的个数为8×＝1，所以该晶体的化学式为XY3Z，C项正确；A粒子位于8个顶点和6个面心，晶胞中A粒子的个数为8×＋6×＝4，B粒子位于12条棱上和体心，晶胞中B粒子的个数为12×＋1＝4，所以该晶体的化学式为AB或BA，D项错误。
答案：BC
5．解析：(1)由图像可知：冰在加热后5 min到15 min这段时间虽然不断地吸热，温度却保持不变，这是冰的融化过程，持续了10 min。(2)由此可见冰有固定的熔点，冰是晶体。晶体和非晶体的最大区别在于：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。
答案：(1)10　吸热　不变　(2)晶体　晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点

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