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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
1.熟知晶体的概念、晶体的类型和晶体的分类依据。
2.知道非晶体的概念及结构与性质的关系。
3.了解晶胞的概念以及晶胞与晶体的关系。
4.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。
学习目标
一、晶体的特性
知能通关
1.晶体和非晶体
(1)晶体:把内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做　　　　重复排列构成的固体物质称为晶体。
(2)非晶体:把内部微粒无　　　　重复排列的固体物质称为非晶体。
周期性
周期性
2.晶体的特性
(1)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____________外形。
(2)对称性:晶体的外形往往还表现出一定的　　　　　,如规则的食盐晶体具有_________外形,它既有　　　　　　也有　　　　　。
(3)各向异性:晶体在不同的方向上表现出　　　　　物理性质,这称作晶体的　　　　　　　　。
(4)晶体具有固定的熔、沸点。
多面体
对称性
立方体
对称轴
对称面
不同的
各向异性
下列说法正确的是　　　　。
①晶体有自范性，但其微粒排列无序
②晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性
③晶体有固定的熔点
④粉末状固体也可能是晶体
⑤将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体
⑥可用X射线衍射实验鉴别晶体硅和玻璃
⑦蓝宝石在不同方向上的硬度相同
小题对点过
③④⑥
3.常见的四种晶体类型
(1)晶体分类
根据晶体内部微粒的　　　　　　和微粒间　　　　　　的不同,将晶体分为　　　　　　　、 　　　　　　、______________和　　　　　　。
种类
相互作用
离子晶体
金属晶体
共价晶体
分子晶体
(2)四类晶体的比较
离子晶体 金属晶体 共价晶体 分子晶体
构成
微粒 阴、阳
离子 金属阳离子、
“自由电子” 原子 分子
微粒间作用力 离子键 金属键 共价键 分子间作用力(一定存在范德华力,可能存在氢键)
举例 NaCl、BaSO4等离子化合物 Al、Fe、Cu等金属单质和合金 SiO2晶体、金刚石、晶体硅等 冰、干冰、I2、萘等
下表列出了有关晶体的知识,其中正确的是　　　　　　。
①③④
小题对点过
选项 ① ② ③ ④
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
1.下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是(　　)
A.具有规则几何外形的固体均为晶体
B.晶体具有自范性,非晶体没有自范性
C.晶体研碎后即变为非晶体
D.将玻璃加工成规则的固体即变成晶体
B
解析　晶体的几何外形比较规则属于晶体的一般特性,但并不是所有具有规则几何外形的固体都是晶体,故A项错误。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的自范性质,晶体的微观结构是物质微粒按照一定的规律在空间排列成整齐的行列,而非晶体内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态,晶体具有自范性,非晶体没有自范性,故B项正确。晶体碾碎后还是晶体,故C项错误。将玻璃加工成规则的固体不会改变其各向同性的特征,所以不会变成晶体,故D项错误。
2.下列不能支持石墨是晶体这一事实的是(　　)
A.石墨和金刚石互为同素异形体
B.石墨中的碳原子呈周期性有序排列
C.石墨的熔点为3 850 ℃
D.在石墨的X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰
解析　原子在三维空间里呈周期性有序排列(B项)、有自范性、有固定的熔点(C项)、物理性质上体现各向异性、X射线衍射图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰(D项)等特征,都是晶体在各个方面有别于非晶体的体现。互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系,如无定形碳也与金刚石、石墨互为同素异形体,却属于非晶体。
A
3.下列关于晶体的性质叙述中,不正确的是(　　)
①晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形
②晶体的各向异性和对称性是矛盾的
③晶体的对称性是微观粒子无序排列的必然结果
④晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
解析　晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性,而对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果,②、③两项的说法错误。
B
认识晶体与非晶体的误区
(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)晶体不一定都有规则的几何外形,如玛瑙。
(3)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，但玻璃不属于晶体。
(4)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。
二、晶体结构的基本重复单元
——晶胞
知能通关
1.概念
晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。
2.形状
晶胞的形状为　　　　　　,将一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右并置,就构成了整个晶体结构。
平行六面体
3.特点
(1)晶体是由一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右“无隙并置”而成。
形状
(2)一种晶体所有晶胞的大小和　　　　及晶胞中包含的微粒的　　　　、________和　　 　　是完全相同的。
种类
数目
空间位置
下列关于晶胞的说法正确的是　　　　。
①所有的晶胞都是平行六面体
②晶胞是晶体结构中基本的重复单元
③晶胞中各原子的个数比与晶体中的相等
④晶胞的密度与晶体的密度相同
②③④
小题对点过
4.微粒数目计算
通常用“切割法”来计算一个晶胞中实际包含的　　　　。对铜的晶胞而言,每个顶点上的微粒应为　　　　个晶胞共有,每个面心上的微粒应为　　　　个晶胞共有,铜晶胞中含有的铜原子数为　　　　个。
微粒数
8
2
4
1.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成,下列各图中是晶胞的为(　　)
A
2.我国具有丰富的铜矿资源,某铜矿石的晶胞结构如图所示,其化学式为(　　)
A
3.某晶体的一部分如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是(　　)
B
(2)正三棱柱形晶体结构中不同位置的粒子数的计算
(3)六棱柱形晶体结构中不同位置的粒子数的计算
注意:计算晶胞中的粒子数目,一定要有“共用”的概念和“均摊”的思想,切不可简单地数出晶胞中的粒子数目，即认为晶胞中实际含有这么多个粒子。
课堂 达标训练
1.晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。下列关于晶体的叙述中正确的是(　　)
A.晶体一定有规则的几何外形
B.圆形容器中结出的冰是圆形,体现了晶体的自范性
C.由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性
D.晶胞是晶体结构中的基本结构单元
D
解析　晶体不一定有规则的几何外形,如玛瑙,A错误;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,B错误;玻璃是非晶体,不能体现晶体的自范性,C错误;晶胞是晶体微观空间里的一个基本单元,在它的上、下、左、右、前、后无隙并置地排列着无数晶胞,而且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,可见晶胞是晶体结构中的基本结构单元,D正确。
2.普通玻璃和水晶的根本区别在于(　　)
A.外形不一样
B.普通玻璃的基本构成粒子无规则地排列,水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性重复排列
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　晶体和非晶体的本质区别就是粒子(原子、离子或分子)在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。
B
3.钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体结构示意图如图所示,它的化学式是(　　)
D
4.现有四种晶体,其晶胞结构如图所示,其中化学式一定不属于AB(或BA)型的是(　　)
C
5.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示,该氯化物的化学式是　　　　　　　　。
CuCl
(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,如图2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)某晶体结构模型如图3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。
(5)Mg与某元素形成的化合物的晶胞如图4所示,晶胞中阴离子与阳离子的个数比是　　　　。
16
2
BN
CoTiO3
6
12
2∶1
课时精练15
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.(2025·湖南省名校联盟高三质检)金属玻璃又称非晶态合金,其强度高于钢,硬度超过高硬工具钢,且具有一定的韧性和刚性,所以人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”。下列关于金属玻璃的说法正确的是(　　)
A.金属玻璃能自发呈现多面体外形
B.金属玻璃具有固定的熔点
C.普通玻璃与金属玻璃都属于非晶体,二者性质很相似
D.金属玻璃可用于汽车、机械、航天等领域
D
解析　金属玻璃呈非晶态,因此不能自发呈现多面体外形,没有固定的熔点,A、B项错误;普通玻璃与金属玻璃都属于非晶体,但二者性质相差较大,C项错误;由题给信息可知,金属玻璃可用于汽车、机械、航天等领域,D项正确。
2.如图分别为物质Ⅰ和物质Ⅱ的微观结构示意图,下列说法错误的是(　　)
A.物质Ⅰ具有能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.Ⅰ可用X射线衍射测定其结构
C
解析　由两种物质的微观结构可知,Ⅰ中微粒呈周期性有序排列,Ⅱ中微粒排列相对无序,故Ⅰ为晶体,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;Ⅰ是晶体,可用X射线衍射测定其结构,D正确。
3.下列有关晶胞的说法正确的是(　　)
C
解析　A项,晶胞中的粒子数不一定为晶体的化学式,如金属铜的晶胞中,铜原子个数为4;B项,平行六面体侧棱上的粒子为4个晶胞共用;C项,如题图所示,顶点为6个晶胞共用;D项,离子晶体的晶胞内至少含有阴、阳离子两种粒子。
4.某晶体的晶体结构中最小重复单元如图所示:A为阴离子,在正方体内,B为阳离子,分别在顶点和面心。则该晶体的化学式为(　　)
B
5.如图所示,在较高温度时,钾、氧两种元素形成的一种晶体结构与NaCl晶体结构相似,则该化合物的化学式为(　　)
D
6.镍的某种氧化物常用作催化剂,其晶胞结构如图所示。
从该晶胞中能分割出来的结构图是(　　)
D
7.石墨晶体是层状结构,在每一层内,每个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析,石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(　　)
A
8.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,a、b、c分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞a、b、c内金属原子个数比为(　　)
A
9.研究发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性,鉴于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示,则该晶体的化学式为(　　)
D
10.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物,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
11.如图是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元,镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有1个镁原子;6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为(　　)
B
12.钇钡铜氧化合物晶胞的结构如右图所示,则该化合物的化学式可能是(　　)
A.YBa2Cu3O4 B.YBa2Cu2O5
C.YBa2Cu3O5 D.YBaCu4O4
解析　位于顶点的铜原子(最上层平面和最下层平面)
共8个,这个晶胞中只分摊到8×1/8=1(个);位于棱上(中
间两个平面)的也是8个,这个晶胞分摊到的是8×1/4=2
(个),所以,每个晶胞单独占有的铜原子数为3个。氧原
子共13个,位于晶胞面上(不含棱)的是7个,位于晶胞棱
上的是6个,所以,每个晶胞单独含有的氧原子数共为
7×1/2+6×1/4=5(个)。所以该晶体每个晶胞中平均分摊到(即单独占有)的钇原子、钡原子、铜原子和氧原子个数分别为1、2、3、5,化学式为YBa2Cu3O5。
C
13. (1)在下列物质中　　 　　　是晶体,　　　 　　是非晶体。
①塑料　②明矾　③松香　④玻璃 ⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦糖果
⑧单晶硅　⑨铝块　⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体都具有　　 　　,而非晶体　　　 　;另外非晶体的多种物理性质,在各个方向都是　　　　的,而晶体的多种物理性质在各个方向都是　　　　的。
(3)判断物质是晶体还是非晶体,比较正确的方法是　　　　。
①从外形上来判断 ②从各向异性或各向同性上来判断
③从导电性能来判断 ④从有无固定熔点来判断
②⑤⑥⑧⑨
①③④⑦⑩
规则的几何外形
没有规则的几何外形
相同
不同
②④
解析　明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、糖果、橡胶都是非晶体。晶体最大的特征就是各向异性和有固定的熔点。
14.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之比为　　　　。
(2)该晶体中Xn+的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。
3∶1
1
29
6
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
15.已知CsCl晶体的密度为ρ g·cm-3,NA为阿伏加德罗常数的值,相邻的两个Cs+的核间距为a cm,如图所示,则CsCl的相对分子质量可以表示为(　　)
A
16.已知NixMg1-xO晶体属六面体晶胞,晶胞边长为a。将Li+掺杂到该晶胞中,可得到一种高性能的p型太阳能电池材料,该晶体的结构单元如图所示。
BC
17.回答下列问题:
(1)铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构是Pb4+处于立方晶胞顶点,Ba2+处于晶胞中心,O2-处于晶胞棱边中心,该化合物化学式为　　 　　,每个Ba2+与　　　　个O2-配位。
(2)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料,其晶胞结构示意图如图Ⅰ所示。该合金的化学式为　　　　。
PbBaO3(或BaPbO3)
12
LaNi5
(3)葡萄糖与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成砖红色Cu2O沉淀。在1个Cu2O晶胞中(结构如图Ⅱ所示),所包含的Cu原子数目为　　　　;每个氧原子与________个铜原子配位。
4
4
(4)硒化铷晶体晶胞结构如图Ⅲ所示。每个晶胞中包含　　　　个Rb2Se单元,其中Se2-周围与它距离最近且相等的Rb+的数目为　　　　。
(5)如图Ⅳ是铜的某种氧化物的晶胞结构示意图,可确定该晶胞中阴离子的个数为　　　　　　,已知该晶胞的边长为a cm,阿伏加德罗常数的值为NA,该晶体的
密度为　 　　　　　。
4
8
4

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