2018-2019學年高中化學 第3章 物質的聚集狀態(tài)與物質性質 第1節(jié) 第1課時 晶體的特性和晶體結構的堆積模型學案 魯科版選修3.docx

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第1課時　晶體的特性和晶體結構的堆積模型 [學習目標定位]　1.熟知晶體的概念、晶體的類型和晶體的分類依據(jù)。2.知道晶體結構的堆積模型。 一　晶體的特征 1．觀察下列物質的結構模型，回答問題。 　　 (1)晶體內(nèi)部、非晶體的內(nèi)部微粒排列各有什么特點？ 答案　組成晶體的微粒在空間按一定規(guī)律呈周期性排列，而組成非晶體的微粒在空間雜亂無章地排列。 (2)由上述分析可知： ①晶體：內(nèi)部粒子(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律呈周期性重復排列構成的固體物質。如金剛石、食鹽、干冰等。 ②非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質。如橡膠、玻璃、松香等。 2．閱讀教材，回答下列問題： (1)晶體的自范性是晶體在適當條件下可以自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形的性質。 (2)晶體的各向異性是指在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質，如強度、導熱性、光學性質等。 (3)晶體具有特定的對稱性，如規(guī)則的食鹽晶體具有立方體外形，它既有軸對稱性，也有面對稱性。 (4)晶體具有固定的熔、沸點。 3．晶體的主要類型 (1)根據(jù)晶體內(nèi)部微粒種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。 (2)將下列各晶體的類型填入表中： 晶體 氯化鈉 金剛石 金屬銅 干冰 類型 離子晶體 原子晶體 金屬晶體 分子晶體 [歸納總結] 1．晶體具有的三個基本特征是自范性、各向異性和特定的對稱性。 2．晶體與非晶體的區(qū)別方法 間接方法 看是否有固定的熔點 科學方法 對固體進行X射線衍射實驗 3.判斷晶體類型的方法是先看晶體結構微粒，再看微粒間的相互作用。 [活學活用] 1．晶體與非晶體的本質差別是(　　) A．有無各向異性 B．有無一定的幾何外形 C．有無固定熔點 D．構成固體的粒子在三維空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列 答案　D 解析　晶體具有各向異性和固定的熔點，這是由于構成晶體的粒子在三維空間里呈周期性的有序排列的結果。本質上，晶體的自范性(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。 2．在單質的晶體中一定不存在的微粒是(　　) A．原子 B．分子 C．陰離子 D．陽離子 答案　C 解析　A項，例如金剛石由碳原子組成；B項，例如I2由I2分子組成；D項，例如金屬Cu由Cu2＋和自由電子組成；C項中陰離子只能存在于離子化合物中。 二　晶體結構的堆積模型 1．X射線衍射實驗測定的結果表明，組成晶體的原子、離子或分子在沒有其他因素(如氫鍵)影響時，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。請根據(jù)晶體結構微粒間作用力的特征解釋其原因是什么？ 答案　在金屬晶體、離子晶體和分子晶體的結構中，金屬鍵、離子鍵和分子間作用力均沒有方向性，因此都趨向于使原子、離子或分子吸引盡可能多的其他原子、離子或分子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，這樣晶體變得比較穩(wěn)定。 2．等徑圓球的密堆積(金屬晶體) (1)金屬晶體中的原子可看成直徑相等的球體。把它們放置在平面上(即二維空間里)，可有兩種方式——非密置層和密置層(如下圖所示)。 觀察上圖回答下列問題： ①等徑圓球在一列上緊密堆積的方式是所有圓球都在同一條直線上排列。 ②平面放置的兩種方式中，平面利用率高的是密置層。 ③在密堆積中，一個原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目稱為配位數(shù)。分析上圖非密置層的配位數(shù)是4，密置層的配位數(shù)是6。 (2)等徑圓球在三維空間的密堆積方式實際上是密置單層與單層之間的堆積排列方式。 取A、B兩個等徑圓球密置層，將B層放在A層上面。要做最密堆積使空隙最小也只有一種堆積方式，就是將兩個密置層平行地錯開一點，使B層的球的投影位置正落在A層中三個球所圍成的空隙的中心上，并使兩層緊密接觸，稱為密置雙層(見右圖)。 (3)在密置雙層的基礎上再堆積第三層時，有兩種堆積方式，如下圖所示。 觀察分析上圖，并結合教材內(nèi)容回答下列問題： ①圖1所示密置層排列方式為“…ABAB…”，這種堆積方式稱為A3型最密堆積，其堆積特點是B的上層與B的下層兩層中的球的球心相對應。 ②圖2所示密置層排列方式為“…ABCABC…”，這種堆積方式稱為A1型最密堆積，其堆積特點是A、B、C三層球的球心位置均不同。 3．非等徑圓球的密堆積(離子晶體) (1)由于陰、陽離子的半徑不同，因此離子晶體為不等徑圓球的密堆積，可以將這種堆積方式看成是大球先按一定的方式做等徑圓球的密堆積，小球再填充在大球所形成的空隙中。 (2)在一些離子晶體中，陰離子半徑較大，應先將陰離子看成是等徑圓球進行密堆積，而陽離子有序地填在陰離子所形成的空隙中。例如，NaCl晶體中的Cl－按A1型方式進行最密堆積，Na＋填在Cl－形成的空隙中；ZnS晶體中S2－按A1型方式進行最密堆積，Zn2＋填入S2－所形成的空隙中。 [歸納總結] 1．分析理解晶體結構的堆積模型時，要注意晶體、微粒排列是周期性變化的；每一個球盡可能多的與其他球相接觸。 2．在分子晶體中，分子的堆積與分子的形狀有關，分子不是等徑圓球，而是有一定的結構和形狀。如干冰中，CO2分子呈直線形，CO2晶體是A1型最密堆積方式。 3．若分子間靠氫鍵形成晶體，則不采取密堆積結構，因為氫鍵有方向性，一個分子周圍其他分子的數(shù)目和堆積方向是一定的。如苯甲酸晶體、冰等。 4．原子晶體中微粒間以共價鍵相結合，由于共價鍵具有飽和性和方向性，就決定了一個原子周圍的其他原子的數(shù)目不僅是很有限的，而且堆積方向也是一定的，所以原子晶體中微粒堆積不服從緊密堆積原理。如氮化硼晶體。 [活學活用] 3．如圖為金屬鎘的堆積方式，下列說法正確的是(　　) A．此堆積方式屬于非最密堆積 B．此晶胞類型為面心立方堆積 C．配位數(shù)(一個金屬離子周圍緊鄰的金屬離子的數(shù)目)為8 D．鎘的堆積方式與銅的堆積方式不同 答案　D 解析　據(jù)圖可看出，鎘的堆積方式為“…ABAB…”形式，為A3型最密堆積，即六方最密堆積，而銅的堆積方式為面心立方最密堆積，故A、B兩項錯誤，D項正確；六方最密堆積的配位數(shù)為12，中間一層有6個，上下兩層各有3個，C項錯誤。 4．右圖是金屬晶體的A1型最密堆積形成的面心立方晶胞示意圖，在密堆積中處于同一密置層上的原子組合是(　　) A．④⑤⑥⑩?? B．②③④⑤⑥⑦ C．①④⑤⑥⑧ D．①②??⑧⑤ 答案　B 解析　A1型最密堆積形成的面心立方晶胞的對角線是垂直于密置層面的直線，所以要找處于同一密置層上的原子，必須找出垂直于晶胞對角線的面。 當堂檢測 1．下列晶體的結構不遵循“緊密堆積”原理的是(　　) A．金屬銅 B．氯化鈉 C．金剛石 D．干冰 答案　C 解析　金剛石屬于原子晶體，碳原子以共價鍵相結合，由于共價鍵有飽和性和方向性，決定了一個原子周圍的其他原子的數(shù)目不僅是有限的，而且堆積方向也是一定的。所以原子晶體不遵循緊密堆積原理。 2．等徑圓球形成的A1型最密堆積和A3型最密堆積中，每個球的配位數(shù)分別是(　　) A．3,3 B．12,12 C．3,6 D．6,6 答案　B 解析　在晶體結構中，原子或離子總是按一定方式與周圍的原子或離子相結合，此時，一個質點與周圍直接接觸的質點數(shù)稱為配位數(shù)。在金屬晶體中，由于金屬原子通常做最緊密堆積，決定了金屬原子具有較高或最高的配位數(shù)。配位數(shù)為12，是晶體結構中最大的配位數(shù)，所以等徑圓球形成的A1型最密堆積和A3型最密堆積中，每個球的配位數(shù)都是12，其中同一層上是6個，上下相鄰兩層各有3個。 3．下列敘述，不正確的是(　　) A．氯化鈉的晶體結構為非等徑圓球的密堆積 B．晶體盡量采取最密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定 C．因為共價鍵有飽和性和方向性，所以原子晶體不遵循最密堆積原理 D．金屬銅和鎂均為A3型最密堆積 答案　D 解析　在NaCl晶體中，半徑較大的Cl－按A1型方式進行最密堆積，Na＋填在Cl－所形成的空隙中，因此NaCl晶體結構為非等徑圓球密堆積，A項正確；密堆積原理適合于沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體，而不適合于具有方向性和飽和性的共價鍵所形成的原子晶體以及氫鍵所形成的分子晶體，采用密堆積的方式可以降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定，B和C兩項都正確；金屬銅為A1型最密堆積，金屬鎂為A3型最密堆積，所以D項錯誤。 4．下列物質都是固體，其中不是晶體的是(　　) ①橡膠?、谑、鬯、芨杀、荼姿帷、奘灐、卟Ａ? A．①⑥⑦ B．①②⑦ C．②④⑤⑦ D．①③⑥⑦ 答案　A 解析　固體分為晶體和非晶體。晶體是內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復排列構成的固體物質，如石墨、水、干冰、冰醋酸等都是晶體；非晶體是內(nèi)部微粒的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質，如橡膠、石蠟、玻璃等都是非晶體。 5．水的狀態(tài)除了氣態(tài)、液態(tài)和固體外，還有玻璃態(tài)，它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結構，且密度與普通液態(tài)水相同，有關玻璃態(tài)水的敘述中正確的是(　　) A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小 B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹 C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài) D．玻璃態(tài)水是分子晶體 答案　C 解析　玻璃態(tài)水無固定形狀，不存在晶體結構，故玻璃態(tài)水不是晶體，因密度不變， 因此水轉變?yōu)椴ＡB(tài)時體積不變，當然水的化學性質也不變。故C項正確。 40分鐘課時作業(yè) [基礎過關] 一、晶體、非晶體的比較與區(qū)別 1．普通玻璃和水晶的根本區(qū)別在于(　　) A．外形不一樣 B．普通玻璃的基本構成粒子無規(guī)則地排列，水晶的基本構成粒子按一定規(guī)律做周期性重復排列 C．水晶有固定的熔點，普通玻璃無固定的熔點 D．水晶可用于能量轉換，普通玻璃不能用于能量轉換 答案　B 解析　晶體和非晶體的本質區(qū)別就是粒子(原子、離子或分子)在微觀空間里是否呈現(xiàn)周期性的有序排列。 2．下列說法錯誤的是(　　) A．同一物質有時可以是晶體，有時可以是非晶體 B．區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學方法是確定有沒有固定熔點 C．雪花是水蒸氣凝華得到的晶體 D．溶質從溶液中析出可以得到晶體 答案　B 解析　本題考查晶體獲得的途徑及區(qū)別晶體和非晶體的方法。A項正確，如晶態(tài)SiO2和非晶態(tài)SiO2；B項錯誤，最可靠的科學方法是對固體進行X射線衍射實驗；C、D項正確。 3．下列哪些性質不能區(qū)別晶體與玻璃體(　　) ①各向異性②X射線衍射 ③導電性④有規(guī)則的幾何外形 A．①② B．②④ C．③④ D．①③ 答案　C 解析　根據(jù)晶體的特點和性質可知，晶體具有規(guī)則的幾何外形，但具有規(guī)則的幾何外形的物質不一定都是晶體；晶體的物理性質具有各向異性；對晶體進行X射線衍射時能看到譜線；而晶體除金屬晶體外，一般不容易導電，故選C項。 二、晶體類型及其判斷 4．下列敘述正確的是(　　) A．固態(tài)物質一定是晶體 B．冰和固體碘晶體中微粒間相互作用力完全相同 C．晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律做周期性的重復排列 D．凡有規(guī)則外形的固體一定是晶體 答案　C 解析　固態(tài)物質分為晶體和非晶體，二者的根本區(qū)別是構成物質的內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間是否按一定規(guī)律做周期性重復排列。B項冰中除范德華力外還含有氫鍵，而碘中只有范德華力。所以A、B、D都錯誤，只有C正確。 5．將晶體劃分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體的標準是(　　) A．基本構成的微粒種類 B．晶體中最小重復結構單元的種類 C．微觀粒子的密堆積種類 D．晶體內(nèi)部微粒的種類及微粒間相互作用的種類 答案　D 解析　根據(jù)晶體內(nèi)部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。 6．某固態(tài)物質在固態(tài)和熔融態(tài)時均能導電，熔點較高，該固態(tài)物質可能是(　　) A．離子晶體 B．原子晶體 C．分子晶體 D．金屬晶體 答案　D 解析　A項，離子晶體固態(tài)不導電；B項，原子晶體一般不導電；C項，分子晶體不導電且熔點低；D項，固態(tài)金屬和熔融態(tài)金屬均導電，且熔點可能較高，故只有D項最符合題意。 三、晶體結構的堆積模型 7．金屬晶體、離子晶體和分子晶體采取密堆積方式的原因是(　　) A．構成晶體的微粒均可視為圓球 B．金屬鍵、離子鍵、分子間作用力均無飽和性和方向性 C．三種晶體的構成微粒相同 D．三種晶體的構成微粒多少及相互作用力相同 答案　B 8．關于NaCl晶體的密堆積方式的說法中正確的是(　　) A．看成是Na＋按A1型方式進行最密堆積，Cl－填在Na＋形成的空隙中 B．看成是Cl－按A1型方式進行最密堆積，Na＋填在Cl－形成的空隙中 C．看成是Cl－按A3型方式進行最密堆積，Na＋填在Cl－形成的空隙中 D．由于離子鍵有方向性和飽和性，NaCl晶體中的陰、陽離子不服從緊密堆積原理 答案　B 9．關于右圖敘述不正確的是(　　) A．該種堆積方式為A3型最密堆積 B．該種堆積方式稱為A1型最密堆積 C．該種堆積方式可用符號“…ABCABC…”表示 D．金屬Cu就屬于此種最密堆積型式 答案　A 解析　由圖示可知，該堆積的第一層與第四層重合，所以此種堆積方式屬于A1型最密堆積，可以用“…ABCABC…”表示。 10．下列晶體均按A1型方式進行最密堆積的是(　　) A．干冰、NaCl、金屬銅 B．ZnS、Mg、氮化硼 C．水晶、金剛石、晶體硅 D．ZnS、NaCl、Mg 答案　A 解析　干冰、NaCl、Cu、ZnS均為A1型最密堆積，Mg為A3型最密堆積，水晶、金剛石、氮化硼、晶體硅為原子晶體，不服從緊密堆積原理，故只有A項正確。 [能力提升] 11．從我們熟悉的食鹽、金屬、冰到比較貴重的鉆石、水晶等都是晶體，而同樣透明的玻璃卻是非晶體。下列關于晶體和非晶體的本質區(qū)別的敘述中，正確的是(　　) A．是否具有規(guī)則幾何外形的固體 B．是否具有固定組成的物質 C．是否具有美觀對稱的外形 D．內(nèi)部基本構成微粒是否按一定規(guī)律做周期性重復排列 答案　D 解析　本題考查對晶體、非晶體本質區(qū)別的把握。通過對晶體和非晶體的對比、鑒別，深化對晶體定義的理解。有規(guī)則幾何外形或美觀對稱外形的固體不一定都是晶體，如玻璃制品可以塑造出規(guī)則的幾何外形，也可以具有美觀對稱的外觀；具有固定組成的物質也不一定是晶體，如某些無定形體也是固定的組成。晶體和非晶體的本質區(qū)別在于其微觀結構不同。 12．下列關于晶體的性質敘述中，不正確的是(　　) A．晶體的自范性指的是在適宜條件下晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉規(guī)則的多面體幾何外形 B．晶體的各向異性和對稱性是矛盾的 C．晶體的對稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復排列的必然結果 D．晶體的各向異性直接取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性 答案　B 解析　晶體的各向異性是取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性，而對稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復排列的必然結果，二者不相矛盾。 13．關于晶體結構堆積模型的說法正確的是(　　) A．所有的晶體的空間排列都服從緊密堆積原理 B．晶體盡量采用緊密堆積方式，以使其變得比較穩(wěn)定 C．金屬晶體的結構為非等徑圓球的密堆積 D．等徑圓球的密堆積有A1、A3兩種堆積方式，其中Cu屬于A3型最密堆積 答案　B 解析　離子晶體、分子晶體、金屬晶體的空間排列服從緊密堆積原理，而原子晶體的構成粒子為原子，粒子間的相互作用為共價鍵，由于共價鍵有方向性和飽和性，所以原子晶體的空間排列不服從緊密堆積原理，A項不正確；金屬晶體為等徑圓球的密堆積，C項不正確；Cu屬于A1型密堆積，D項不正確。 14．下列說法中，錯誤的是(　　) A．分子晶體中范德華力沒有方向性和飽和性，所以分子晶體一般都采取密堆積，但要受到分子形狀的影響 B．離子晶體一般都是非等徑圓球的密堆積 C．由于共價鍵的方向性和飽和性，原子晶體堆積的緊密程度大大降低 D．配位數(shù)就是配位鍵的數(shù)目 答案　D 解析　配位數(shù)是指在密堆積中，一個原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目。 15．根據(jù)下圖，回答問題 (1)將等徑圓球在二維空間里進行排列，可形成密置層和非密置層。在圖1所示的半徑相等圓球的排列中，A屬于________層，配位數(shù)是________；B屬于________層，配位數(shù)是________。 (2)將非密置層一層一層地在三維空間里堆積，得到圖2所示的一種金屬晶體的晶胞，它被稱為簡單立方堆積。在這種晶體中，金屬原子的配位數(shù)是________。 答案　(1)非密置　4　密置　6　(2)6 [拓展探究] 16．有下列九種晶體：A.水晶　B．冰醋酸　C．氧化鎂 D．白磷　E．晶體氬　F．氯化銨　G．過氧化鉀　H．金剛石　I．鎂 (1)屬于原子晶體的化合物是________(填序號，下同)，直接由原子構成的晶體是________，直接由原子構成的分子晶體是________。 (2)由極性分子構成的晶體是________，含有共價鍵的離子晶體是________，屬于分子晶體的單質是____________________________________________________________。 (3)受熱熔化后化學鍵不發(fā)生變化的是__________，需克服共價鍵的是________，需克服金屬鍵的是___________________________________________________________。 答案　(1)A　AEH　E　(2)B　FG　DE (3)BD　AH　I