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第3章　不同聚集状态的物质与性质
第1节　认识晶体
[目标导航]1.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与非 晶体。2. 了解晶胞的概念，形成分析晶胞结构的思维模型（切割法），能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。
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研习任务一　晶体的特性
教材　认知
一、晶体的特性
1. 晶体与非晶体的概念
周期性重复排
列　
周期性重复　
2. 晶体的特性
续表
对称性
熔、沸点
提示：晶体的自范性和对称性的原因是晶体内部微粒按照一定规律做周期性重复排 列；晶体的各向异性的原因是晶体内部微粒在各个方向上的不同排列。
X射线衍射　
相互作用　
离子晶体
金属晶体
共价晶体
分子晶体
[思考2]　请结合晶体类型填写下表：
物质 KCl Fe 晶体硅 冰
所属晶体类型
提示：离子晶体　金属晶体　共价晶体　分子晶体
三、晶体与非晶体的区别及用途
有序排列　
[思考3]　我们吃的食盐是粉末状的没有固定形状的颗粒，根据你的观察和具体的生 活实际，探究以下两个问题：
（1）食盐粉末没有固定的形状，食盐固体是不是晶体呢？
提示：食盐粉末虽然没有固定的形状，但是食盐内部的微粒按照一定的规则排列，故食盐是晶体。
（2）通过这个实例，能不能通过外观确定晶体和非晶体？
提示：不能仅仅通过外观判断晶体和非晶体，非晶体经过加工后也可能具有规 则的几何外形。
×
×
√
√
探究　活动
如图是某固体的微观结构示意图：
1. 区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么？试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ 的类型。
提示：最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。根据结构示意图可知，Ⅰ中粒 子呈周期性有序排列，为晶体；Ⅱ 中粒子排列不规则，为非晶体。
2. 将固体Ⅰ、Ⅱ分别加热至熔化，各有什么现象发生？该现象能说明晶体、非晶体的 哪种性质？
提示：加热晶体Ⅰ，温度达到熔点时晶体Ⅰ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，所以晶体有固定的熔点。加热非晶 体Ⅱ时，温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ开始软化，流动性增强，最后变为液体。从 软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围，所以非晶体无固定的熔点。
重点　讲解
1. 晶体与非晶体的比较
晶体 非晶体
微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序
性质
特征 自范性 有 无
熔点 固定 不固定
各向异性 有 无
鉴别
方法 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
科学方法 对固体进行X射线衍射实验
举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等
2. 晶体的特性
（1）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
（2）各向异性：晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质。
（3）对称性：晶体具有规则的几何外形。
（4）固定的熔、沸点：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。
（5）能使X射线产生衍射：利用这种性质，人们建立了测定晶体的重要实验方法。
3. 晶体与非晶体的易混易错点
（1）同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。
（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 品可以塑造出规则的几何外形，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。
（4）晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
（5）晶体具有自范性的本质原因是：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有 序排列。
（6）晶体与非晶体的本质区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的 有序排列，有无固定熔点只是其结构的外在性质表现。
研习　经典
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
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、规则的多面体外形，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。
D
A. 物质Ⅰ具有能够自发地呈现多面体外形的性质
B. 物质Ⅰ形成的固体有固定的熔、沸点
C. 物质Ⅱ形成的固体物理性质有各向异性
D. 二者的X射线衍射图谱不相同
C
解析：由两种物质的微观结构可知，物质Ⅰ中微粒呈周期性有序排列，物质Ⅱ中微粒排 列相对无序，故物质Ⅰ为晶体，物质Ⅱ为非晶体。晶体具有自范性，因此能自发地呈现 多面体外形，A正确；晶体有固定的熔、沸点，B正确；非晶体的物理性质具有各向 同性，C错误；X射线衍射图谱有明锐的谱线，图谱明显不同，可以检验晶体和非晶 体，D正确。
A. 液态水急速冷却到－108 ℃
B. 凝华获得的碘
C. 从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜
D. 从熔融态以适当速率凝固获得的硫
解析：获得晶体的一般途径有三种：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。B、C、D得到的都是晶体，液态水急速冷却到－ 108 ℃得到的是玻璃态物质，不属于晶体，故选A。
A
A. 破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B. 缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块
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：晶体在固态时不能自发形成新的晶体，故A错误；溶质从溶液中析出，可形成 有规则几何外形的晶体，故B正确；圆形容器中结出的冰是圆形的，不是自发形成 的，故C错误；玻璃属于非晶体，不具有自范性，由玻璃制成规则的玻璃球不是自发 进行的，故D错误。
B
①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质
A. 只有①③ B. 只有②④
C. 只有①②③ D. ①②③④
解析：晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。
D
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研习任务二　晶胞
教材　认知
一、晶体结构的基本重复单元——晶胞
1. 晶胞的定义
可重复的周期性　
重复
单元　
平行六面体　
（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，晶胞内部有 1个粒子
对称　
简洁　
上、下、前、后、左、右　
种类　
数目　
空间位置　
独占　

[思考]　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？如何计算的？
×
√
×
探究　活动
1. 如图为铜晶体及其一个晶胞：
铜晶体　　
铜晶胞
图中铜晶胞里有14个铜原子，为什么说铜晶胞里只有4个铜原子？
2. 现有甲、乙、丙（如图所示）三种晶体的晶胞（甲中X处于晶胞的中心，乙中A处 于晶胞的中心）。
甲　
乙　
丙
（2）乙晶体中A与B的个数之比是多少？
（3）丙晶体中每个晶胞含有C粒子、D粒子各为多少？
（1）甲晶体中X与Y的个数之比是多少？
重点　讲解
1. 对晶胞的理解
（1）“无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间隙，一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶 点、共棱、共面。
（2）“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需 平移，不需转动。
（3）“完全等同”指同一晶体中所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排 列完全相同。
（2）六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
（3）三棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算
3. 晶胞密度的相关计算
（1）计算晶体中微粒间距离的方法
（2）晶体密度的计算方法
研习　经典
A. X的化学式为Mg3B2
B. Y的化学式为Li2O
C. Z中A、B、C的个数之比是3∶9∶4
D. W的化学式为Mn2Bi
B
B. 氮化钼的化学式为MoN2
C. 每个钼原子周围与其距离最近的钼原子有12个
C
3. 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。
2　
2　
8　
8　
4. 某晶体晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心，试分析：
4　
8　
XY2（或Y2X）　
6　
A. 各向异性
B. X射线衍射
C. 导电性
D. 原子在三维空间里呈周期性有序排列
解析：根据晶体的特点和性质可知，晶体具有规则的几何外形、物理性质具有各向异 性、X射线衍射时能看到谱线，晶体除金属晶体外，一般不容易导电，故选C。
　
C
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A. X射线衍射实验 B. 测定熔点
C. 测定密度 D. 观察外形
A
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A. a没有固定的熔点 B. a是非晶体
C. b是晶体 D. b是非晶体
解析：晶体有固定的熔点，由物质a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但一 直在吸收能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由物质b的熔化曲线可知，温度 一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。
　
D
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选项 A B C D
晶体 硫化钾 干冰 金刚石 碘
构成晶体的微粒 阴、阳离子 分子 原子 分子
晶体微粒间
存在的作用力 离子键 共价键 共价键 范德华力
解析：干冰为分子晶体，构成微粒为分子，微粒间作用力为范德华力。
　
B
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A. 由晶胞中的粒子数可直接确定该晶体的化学式
B. 若晶胞为平行六面体，则侧棱上的粒子为2个晶胞共用
C. 若晶胞为六棱柱，顶点上的粒子为6个晶胞共用
D. 晶胞中不可能存在多个粒子
解析：晶胞中的粒子不一定完全属于该晶胞，故不能直接由晶胞中所含粒子数确定该 晶体的化学式，A项错误；平行六面体侧棱上的粒子为4个晶胞共用，B项错误；1个 晶胞中一般都有多个粒子，D项错误。
　
C
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解析：由题意知，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成，是指相邻晶胞之间没有任何 间隙，所有晶胞平行排列，取向相同。由此可知，平移后，重合位置的原子相同。不 管是左右或上下平移时，大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合，但不是同一种 原子，因此该结构不能作为晶胞，A错误；不管是上下平移还是左右平移，各原子都 可以与相同的原子重叠，可平移无隙并置得到晶体，因此该结构可以作为晶胞，B正 确；上下平移时，位于面心的两个不同的原子位置会重合，因此该结构不能作为晶 胞，C错误；该结构平移时会存在空隙，因此不能作为晶胞，D错误。
　
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A. 形成晶体硅的速率越快越好
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. 晶体硅有自范性和各向同性
C
解析：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。结晶速度太 大，可能导致晶体质量下降，A错误；晶体有固定的熔点，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射线衍射可以看到微观结 构，所以可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃，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，D错误。
　
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A. 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪
B. 石英玻璃和水晶的衍射图谱相同
C. 通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙 酸分子的空间结构
D. 晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角
A
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解析：测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪，A项正确；石英玻璃是非晶态二 氧化硅，水晶是晶态二氧化硅，则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射 峰，而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰，二者的衍射图谱 不同，B项错误；通过晶体的X射线衍射实验，可以判断出晶体中哪些原子间存在化 学键，确定键长和键角，从而得出物质的空间结构，C、D错误。
　
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C. 晶体中与每个K＋距离最近且相等的K＋有8个
D. 晶体中0价氧与－2价氧的个数之比为3∶1
D
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A. 硼原子的价电子排布为2s22p1
B. 硼化镁晶体的晶胞结构可用图2表示
C. 该晶体的化学式为MgB6
C
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11. 如图为甲、乙、丙三种晶体的结构：
A. 甲晶体化学式（X为阳离子）为XY
B. 乙晶体中A、B、C三种微粒的个数之比是1∶2∶1
C. 丙晶体中每个D周围结合E的个数是4
D. 乙晶体中每个A周围结合B的个数为12
D
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A. 基态Al原子的电子排布式为3s23p1
B. 晶体中与Al距离最近且相等的Al有12个
C. 晶体中Li、Al、Si三种微粒的数目之比为1∶1∶1
A
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A. 离A微粒距离最近且相等的B微粒的个数为8个
C. 相邻两个C微粒最近距离为a nm
C
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14. 碳化钨是耐高温耐磨材料。如图为碳化钨晶体的部分结构，碳原子嵌入金属的晶 格间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙化合物。
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6　
解析：每个钨原子周围距离钨原子最近且等距离的碳原子有6个。
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CuCl　
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BN　
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CoTiO3　
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A. Ti14C13 B. TiC C. Ti14C4 D. Ti4C3
解析：由题意知，该物质是气态团簇分子，故题图中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。
A　
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16. 钛酸钙是典型的钙钛矿型化合物，该类化合物具有特殊的理化性质，比如吸光 性、电催化性等，其晶体结构如图所示。
3d24s2
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解析：每个面心的O2－与Ti4＋的距离相近且相等，故晶胞中与每个Ti4＋距离最近 且相等的O2－有6个。
6　
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CaTiO3　
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