第04講物質(zhì)的聚集狀態(tài)和晶體的常識

——?模塊導(dǎo)航?————?學(xué)習(xí)目標?——

模塊一思維導(dǎo)圖串知識1.知道在一定條件下，物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的微

模塊二基礎(chǔ)知識全梳理（吃透教材）粒種類、微粒間相互作用、微粒聚集程度的不同而有所

模塊三核心考點精準練不同。

模塊四小試牛刀過關(guān)測2.知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)，通過改變物

質(zhì)的聚集狀態(tài)可以獲得特殊的材料。

3.能說出晶體與非晶體的區(qū)別，能結(jié)合實例描述晶體中

微粒排列的周期性規(guī)律。

4.認識簡單的晶胞。

模塊一思維導(dǎo)圖串知識------------------------

模塊二基礎(chǔ)知識全梳理------------------------

屏【學(xué)習(xí)新知】

知識點一物質(zhì)的聚集狀態(tài)

1.物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化

2.不含分子的物質(zhì)

（1）常見晶體：例如，氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等不含分子。

（2）等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子（分子或原子）組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)。

（3）離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。

3.物質(zhì)的聚集狀態(tài)

物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，還有晶態(tài)、非晶態(tài)，以及介于晶態(tài)和非晶態(tài)之間的塑晶態(tài)、液

晶態(tài)等。

知識點二晶體和非晶體

1.晶體與非晶體的本質(zhì)差異

固體自范性微觀結(jié)構(gòu)

晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子在三維空間里呈周期性有序排列

非晶體沒有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子排列相對無序

2.晶體的特點

(1)自范性

①定義：晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。

②形成條件：晶體生長的速率適當。

③本質(zhì)原因：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)各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)許多物理性質(zhì)(如強度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等)的差異。

(3)熔點：有固定的熔點。

3.獲得晶體的途徑

(1)熔融態(tài)物質(zhì)凝固。

(2)氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。

(3)溶質(zhì)從溶液中析出。

【交流討論】

1.判斷固體物質(zhì)是晶體還是非晶體的方法是什么？

提示：方法一：測固體的熔點，有固定熔點的是晶體，沒有固定熔點的是非晶體。

方法二：對固體進行X射線衍射實瞼.

2.如圖是某同學(xué)找到的一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)這張圖判斷玻璃是不是晶體？為什么？

提示：不是晶體；晶體與非晶體的本質(zhì)差異在于構(gòu)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。觀察玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖可知，構(gòu)成玻璃的粒子的排列是無序的，所以玻璃是非晶體。

【歸納小結(jié)】關(guān)于晶體與非晶體的認識誤區(qū)

(1)同一物質(zhì)可以是晶體，也可以是非晶體，如晶體SiOz和非晶體SiCh。

(2)有著規(guī)則幾何外形或者美觀、對稱外形的固體，不一定是晶體。例如，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。

(3)具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體，如某些無定形體也有固定的組成。

(4)晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形，如食鹽。

知識點三晶胞及晶體結(jié)構(gòu)的測定

1.晶胞

銅晶體銅晶胞

(1)定義：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。

(2)結(jié)構(gòu)

常規(guī)的晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞無隙并置而成。

①無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。

②并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

③所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列（包括取向）是完全相同的。

④晶胞是8個頂角相同、三套各4根平行楂分別相同、三套各兩個平行面分別相同的最小平行六面體。

（3）晶胞中粒子數(shù)目的計算

平行六面體（立方體形）晶胞中粒子數(shù)目的計算。

①晶胞的頂角原子是8個晶胞共用。

②晶胞棱上的原子是4個晶胞共用。

③晶胞面上的原子是2個晶胞共用。

2.晶體結(jié)構(gòu)的測定

（1）測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀。當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的

電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或者明銳的衍射峰。

（2）由衍射圖形獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息，包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)

的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等，以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系。

【交流討論】

1.現(xiàn)有甲、乙（如圖所示）兩種晶體的晶胞（甲中A處于晶胞的中心）。

（1）甲晶體中A與B的個數(shù)比是。

（2）乙晶體中每個晶胞含有C離子、D離子分別是個、個。

解答：（1）甲晶體中，體心A的個數(shù)為1,頂角B的個數(shù)為84=1,所以MA）：N（B）=1：1。

（2）乙晶體中，C離子個數(shù)為12x：+1=4,D離子個數(shù)為8x1+6x1=4。

2.下圖分別是金屬鈉（Na）、金屬鋅（Zn）、碘（卜）、金剛石（C）晶胞的示意圖，它們分別平均含有

幾個原子？

提示：金屬鈉（Na）2個、金屬鋅（Zn）2個、碘（12）8（4X2）個、金剛石（C）8個。

【歸納小結(jié)】晶胞的理解

解析：晶體在不同方向上微粒的排列情況不同，即表現(xiàn)為各向異性，晶體的對稱性是微觀粒子按?定規(guī)律呈

周期性有序排列，二者沒有矛盾。

核心考點二：用“均攤法”進行晶胞計算

【例2】如圖所示為某晶體的-一個晶胞，該晶體由A、B、C三種基本粒子構(gòu)成，該晶體的化學(xué)式為()

A.AeB8cB.A2B4CC.

答案：C

解析：分析晶胞結(jié)構(gòu)可知，A位于晶胞面上，B位于晶胞的頂角，C位于晶胞內(nèi)部；由“均攤法”可知，一個

晶胞中含有A粒子個數(shù)為6x^=3,含有B粒子個數(shù)為8$=1,含有C粒子個數(shù)為I,故A、B、C粒子

的個數(shù)之比為3：I:1,則該晶體的化學(xué)式為A.FC。

【歸納小結(jié)】用“均攤法”進行晶胞計算

(1)均攤法含義：若某個粒子為〃個晶胞共有，則該粒子有:屬于該晶胞。

(2)平行六面體(立方體形)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算

頂角:同為8個晶胞共有，g粒子屬于該晶胞;

棱上:同為4個晶胞共有，:粒子屬于該晶胞;

面上:同為2個晶胞共有，；粒子屬于該晶胞;

內(nèi)部:整個粒子都屬于該晶胞。

⑶正六棱柱晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算

頂角：同為6個晶胞共有，石粒子屬于該晶胞;

水平棱上：同為4個晶胞共有，；粒子屬于該晶胞;

垂直棱上：同為3個晶胞共有，3粒子屬于該晶胞；

面上：同為2個晶胞共有，3粒子屬于該晶胞；

內(nèi)部：整個粒子都屬于該晶胞。

【變式訓(xùn)練1】已知某晶體晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為（）

答案：C

解析：該晶體的晶胞是正方體形晶胞。該晶胞擁有的X原子數(shù)為8x1=1：Y原子位于該晶胞內(nèi)，共有4

個，因此該晶胞中擁有的Y原子數(shù)為4：Z只有1個，位于晶胞的體心上，故該晶體的化學(xué)式為XY’Z。

【變式訓(xùn)練2］（1）元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該氯化物的化學(xué)式是________。

⑵利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷，如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，則每個晶胞中含有B

原子的個數(shù)為，該功能陶瓷的化學(xué)式為。

（3）某晶體結(jié)構(gòu)模型如圖所示.該晶體的化學(xué)式是,在晶體中1個Ti原子、1個C。原子周圍距

離最近的0原子數(shù)目分別為個、個。

（4）有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心

的原子是碳原子，它的化學(xué)式為（填字母）。

A.Tii4ci3B.TiCC.Til4C4D.Ti4c3

答案：(l)CuCl(2)2BN(3)CcTiO5612(4)A

解析：(1)晶胞中灰球代表的粒子數(shù)4個，白球代表的粒子數(shù)的6x昇8x5=4個，所以化學(xué)式為CuQ。

Z0

(2)每個氮化硼晶胞中含有白球表示的原子個數(shù)為8x5+l=2,灰球表示的原子個數(shù)為1+4x)=2,所以每個

o4

晶胞中含有N原子和B原子各2個；N的電負性大于B,所以該陶瓷的化學(xué)式為BN。

⑶晶胞中含有O：6x^=3個，含Co：8$=1個，含Ti：1個，故化學(xué)式為CoTiCh。Ti原子位于品胞的中

心，其周圍距離最近的O原子位76個面的中心，所以周圍距離最近的。原子數(shù)目為6個；C。原子位于晶

胞的頂點，O原子位于晶胞的面心，所以C。原子周圍距離最近的O原子數(shù)目為12個。

(4)由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團簇分子，故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個完整的分子，由14個Ti原子和13個

C原子構(gòu)成。選項A正確。

奇核心考點三：有關(guān)晶體的計算

【例3】已知元素A為O,元素B為Na,A與B能夠形成化合物F,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞棱長

參數(shù)?cm,F的化學(xué)式為,晶胞中A原子的配位數(shù)為,列式計算晶體F的密度為

g-cn/3(僅需列出表達式)。

（16十23x2）x4

答案：Na2O8

解析：A和B能夠形成化合物F為離子化合物，陰離子位于晶胞的頂角和面心，陽離子位于晶胞內(nèi)部，則

Na的個數(shù)為8,0的個數(shù)為8$+6*=4,N(Na)：N(O)=2：1,則形成的化合物為Na2。；由晶胞結(jié)構(gòu)

可知B(Na)原子配位數(shù)為4,結(jié)合化學(xué)式可知A(0)原子配位數(shù)為4x2=8；晶胞的質(zhì)量為土爛紀竹

NR

g，晶胞的體積為“%m3,則晶體F的密度為76藍312)x48?“、。

【變式訓(xùn)練1］已知在晶體中仍保持一定幾何形狀的最小單位稱為晶胞。干冰晶胞是一個面心立方體,

在該晶體中每個頂角各有1個二氧化碳分子，每個面心各有一個二氧化碳分子。實驗測得25℃時干冰晶體

的晶胞棱長為acm,其摩爾質(zhì)量為Wg?molI則該干冰晶體的密度為(單位：gem3)()

M八M_4M>4M

A?了B.西C.—D.醞

答案：D

解析：每個頂角上的二氧化碳分子被8個晶胞共用，每個面心上的二氧化碳分子被2個晶胞共用，所以該

〃x4

晶胞中二氧化碳分子個數(shù)=8x1-6x1=4,〃=e=凈一「3=技公g-cm-\故D正確。

【變式訓(xùn)練2】用X射線衍射法對Cu晶體進行測定得到以下結(jié)果：Cu的晶胞為面心立方結(jié)構(gòu)（如圖）,

已知該晶體的密度為9.00g?cn<3,Cu的原子半徑為cm（阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，要求列式計算）。

4x64

答案:

9.00XNA

解析：設(shè)晶胞的棱長為acm,則/cn/pg.cm3.NAmoL=4x64g.mo「la=y加板，面對角線為6a

cm,面對角線的（為Cu的原子半徑，，?邛x前番東cm。

3模塊四小試牛刀過關(guān)測-------------------------

【基礎(chǔ)練】

1.區(qū)分晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是（）。

A.測定熔、沸點B.觀察外形

C.對固體進行X射線衍射測定D.通過比較硬度確定

答案：C

2.關(guān)于晶體的自范性，下列敘述中，正確的是（）。

A.破損的晶體能夠在固態(tài)時自動變成規(guī)則的多面體

B.缺角的氯化鈉晶體在飽和NaCI溶液中慢慢變?yōu)橥昝赖牧⒎襟w塊

C.圓形容器中結(jié)出的冰是圓形的，體現(xiàn)了晶體的自范性

D.由玻璃制成規(guī)則的玻璃球體現(xiàn)了晶體的自范性

答案：B

解析：晶體的自范性是晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)，不受外力影響。晶體的自范性的呈現(xiàn)是在晶體

形成過程中完成的，破損的晶體在固態(tài)時小會發(fā)生形狀的變化，也就不會自動變成規(guī)則的多曲體。

3.下列敘述中，正確的是（）。

A.石英玻璃和水晶都是晶體

B.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于固體是否具有規(guī)則的幾何外形

C.具有各向異性的固體可能是晶體

D.粉末狀的固體肯定不是晶體

答案：C

解析：石英玻璃是非晶體，水晶是晶體，A錯誤：晶體與非晶體的根本區(qū)別在于晶體內(nèi)部粒子在三維空間里

呈周期性有序排列，而非晶體則不是，B錯誤；晶體具有各向異性，C正確；晶體與非晶體的區(qū)別是粒子的

排列方式不同，與晶體處于塊狀這是粉末狀無關(guān)，D錯誤。

4.下列有關(guān)晶胞的敘述中，正確的是（）。

A.晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重夏單元

B.晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞

C.所有晶體都是由平行六面體無隙組合而成

D.不同晶體中的晶胞的大小和形狀均相同

答案：A

解析：晶胞內(nèi)部的粒子屬于該晶胞，處于晶胞頂角、棱和面上的粒子則被其他晶胞所共用，B借誤；大多數(shù)

晶體是由平行六面體無隙并置而成的，有些晶體的晶胞是三棱柱、六棱柱等，C錯誤；不同晶體的晶胞大小

和形狀可能不同，D錯誤。

5.正誤判斷,正確的打錯誤的打

（1）固態(tài)物質(zhì)一定是晶體（）

（2）凡有規(guī)則外形的固體一定是晶體（）

（3）晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律周期性地排列（）

（5）晶胞是晶體中最小的平行六面體（）

（6）測定某一固體是否是晶體可用X射線衍射儀進行實驗（）

答案：（1）x（2）x（3）4（4）x（5）x（6）Y

6.現(xiàn)有四種晶體，其晶胞分別如圖所示，其中化學(xué)式正確的是（）

答案：C

7.已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結(jié)構(gòu)單元密置堆積而成卜.列關(guān)于該化合物的敘述錯誤的是（）

Bae—O

A.1mol該化合物中含有1molY

B.1mol該化合物中含有3molCu

C.1mol該化合物中含有2moiBa

答案：D

8.銅是生活中比較常見的一種金屬，而納米銅能在空氣中白燃，這是因為納米銅的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)

的比例較大。假設(shè)某納米顆粒的大小和形狀如圖所示，則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比是

（）

OYOX

A.7:11B.1:2C.7:8D.26:27

答案：A

解析：由該納米顆粒的結(jié)構(gòu)圖可知，表面粒子數(shù)為8（頂角）+6（面心）=14,而粒子總數(shù)為14+8=22,所

以表面粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比為14:22=7:11,A正確。

9.因生產(chǎn)金屬鐵的工藝和溫度等因素不同，產(chǎn)生的鐵單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、密度和性質(zhì)均不同，對鐵晶體用X

射線衍射進行測定，測得A、B兩種晶胞，其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下：

則A、B兩種晶胞中含有的鐵原子數(shù)分別是：

答案：2；4

10.在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域中，有一種億合物叫鈣鈦礦，其晶胞如圖所示。試回答:

（1）在該晶體中每個鈦離子周圍與它最近且相等距離的鈦離子有多少個？

（2）在該晶胞中氧、鈣、鈦的粒子個數(shù)比是多少？

答案：（1）6

解析：晶體中，每個鈦離子周圍與其最近且等距離的鈦離子處于晶胞的頂角，共有6個。

（2）3：I：1

【提升練】

1.鋁鋼銅氧化合物晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則該化合物的化學(xué)式可能是（）

A.YBa2Cu3O4B.YBa2Cu2O5

C.YBa2CusO5D.YBaCiuCh

答案：C

解析：位于頂角的銅原子（最上層平面和最下層平面）共8個，這個晶胞中只分攤到8x1=1（個）；位于棱上

（中間兩個平面）的也是8個，這個晶胞分攤到的是=2（個），所以每個晶胞單獨占有的銅原子數(shù)為3個：

氧原子共13個，位于晶胞面上（不含棱）的是7個，位于晶胞棱上的是6個，所以每個晶胞單獨含有的氧原

子數(shù)為78+6+=5（個）；所以該晶體每個晶胞中平均分攤至IJ（即單獨占有）的鈕原子、鋼原子、銅原子和

氧原子數(shù)分別為1、2、3、5,化學(xué)式為YBwCwOs。

2.食鹽晶體是由鈉離子（圖中的“?”）和氯離子（圖中的“?！保?gòu)成的，且均為等距離的交錯排列，已知食鹽的

密度是2.2g?cm-3,阿伏加德羅常數(shù)為6.02x1023moFL在食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心間的

距離最接近于（）

A.3.0x108cmB.3.5x108cm

C.4.0xl0-8cmD.5.0xl0-8cm

答案：C

解析：從NaCl晶體結(jié)構(gòu)模型中分割出一個小立方體，如圖所示a表示其棱長，d表示兩個

Na-中心間的距離。每個小立方體含Na＞：|x4=1,含C「|x4=1,即每個小立方體JJ含

a

.1x58.5g-moP1

8

2個NaQ,則有。322g?5-3=筋布鏟嬴戶，解得必2.8”[0Cm,又因為1=啦a,故食鹽晶體中兩

個距離最近的Na中心間的距離為x2.81xl（）'em言4.0xioxenu

3.硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)的最高紀錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)：鎂原子間

形成正六棱柱，旦棱柱的上、下底面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式

為（）

答案：B

解析：棱柱內(nèi)硼原子數(shù)為6,均屬于這個晶胞。鎂原子位于上、下.面心（2個）及12個頂點，共有鎂原子數(shù)為

2x1+12x1=3,則鎂、硼原子個數(shù)之比為1：2。

4.(DLizO具有反螢石結(jié)構(gòu)，晶胞如圖所示。已知晶胞參數(shù)為0.4665nm,阿伏加德羅常數(shù)的值為M，則

Li20的密度為g?cm-3(列出計算式)。

(2)FeS2晶體的晶胞如圖所示。晶胞棱長為anm、FeSz的摩爾質(zhì)量為"、阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，其晶

體密度的計算表達式為g-cm_3；晶胞中Fe2+位于S廠所形成的正八面體的

體心，該正八面體的校長為nm。

行士…8x7+4x164M,也

「案：⑴NA(0.4665x1()-7)3Q)即xl(k2a

解析：(1)1個氧化鋰晶胞含。的個數(shù)為+6x^=4,含Li的個數(shù)為8,1cm=10,nm,代入密度公式

計算可得30的密度為z