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第一节 晶体的常识 同步测试(人教版)


第一节

晶体的常识 同步测试 (人教版)

山东省安丘市实验中学:周月明 1、了解晶体的特性, 课标要求 2、了解晶胞及其计算。 【基础小题】 知识点一:晶体与非晶体 1.下列不属于晶体特点的是( A.一定有固定的几何外形 B.一定有各向异性 C.一定有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体 解析:晶体的特点是有规则的几何外形(由晶体的自范性决定) 、固定的熔点及各向异性,但不一定是无色 透明的固体,如紫黑色的碘晶体及蓝色的硫酸铜晶体。 答案:D 2(易错题). 下列有关晶体的特征及结构的叙述中不正确的是( A. 晶体一般都有各向异性 B. 晶体内部的微粒按照一定的规律做周期性重复排列 C. 有规则几何外形的固体不一定都是晶体 D. 冰和碘晶体中微粒间的作用力完全相同 解析:晶体的自范性决定了晶体具有各向异性,A 正确;晶体都有规则的几何外形,这个外部表象是晶体 内部微粒按照一定的规律作周期性重复排列的反映,B 正确;有些非晶体也可以加工成规则的几何外形, 如玻璃可以加工各种形状,但玻璃是非晶体,C 正确;冰中水分子间除了含有范德华力外还含有氢键,而 碘固体中碘分子之间只含有范德华力,D 错。 答案:D 3.下列操作得到的固体不是晶体的是( A.对 NaCl 饱和溶液降温所得到的固体 C.熔融的 KNO3 冷却后所得的固体 ) B.气态 H2O 冷却为液态,然后再冷却成的固态 D.将液态的玻璃冷却成所得到的固体 ) )

解析:得到晶体的措施有三个,熔融态物质在适当的冷凝速度下冷却、气态物质的凝华以及溶质从溶液中 析出,玻璃是非晶体,故 D 中的固体不是晶体。 答案:D 4.下图是天然水晶球里的玛瑙和水晶,两者的根本区别在于( )

-1-

A.外形不一样,构成两者的原子不同 B.构成玛瑙的基本粒子无规则性排列,构成水晶的基本粒子按一定的规律作周期性重复排列 C.水晶有固定的熔沸点,而玛瑙无固定熔沸点 D.水晶可用于能量转换,玛瑙可用于装饰品 解析:晶体和非晶体的本质区别在于内部粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列;注意,玛瑙和水 晶的成分均为SiO2。 答案:B 5.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.假宝石往往是玻璃仿造的,可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品 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 解析: A 选项,将饱和 CuSO4 溶液降温,可析出胆矾,胆矾属于晶体。B 选项,一般宝石的硬度较大,玻 璃制品的硬度较小,可以根据有无刻痕来鉴别。C 选项,非晶体没有固定的熔点。D 选项,由于晶体的各 向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有一些差异。 答案:B 6(易错题).下列物质中,常温下属于晶体的是_____,没有固定熔点和几何外形的固体是_______。 ①铝 ②氯化钾 ③氢氧化钠 ④二氧化碳 ⑤塑料 ⑥玻璃 ⑦铁矿石 ⑧硫酸 ⑨石蜡

解析:晶体是指有规则几何外形的固体,它肯定是纯净物,且具有固定的熔点。铝有固定的熔点;氢氧化 钠和氯化钾都是离子化合物,都有固定的熔点;二氧化碳形成的干冰是晶体,但在常温下为气体;塑料、 玻璃的熔点在一定的范围内浮动,都属于非晶体;铁矿石是混合物,熔点也不固定;硫酸有固定的熔点, 能形成晶体,但室温下是液体;石蜡是多种烃类的混合物,当然不是晶体。特别注意,常温下是“固体” 这一限制要求。 答案:①②③ ⑤⑥⑦⑨

知识点二:晶胞及其计算 7.下列有关晶胞的叙述正确的是( )

A.晶胞是晶体中最小的结构重复单元 B.不同的晶体中,晶胞的大小和形状都相同 C.晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞 D.晶胞的组成和晶体的组成不一定相同 解析:晶胞一般为平行六面体,不同的晶体划分出来的晶胞的形状可能相同(空间构型) ,但大小不相同, B 错;晶胞中的粒子有些属于该晶胞 (如在晶胞内部) , 有些粒子为几个晶胞共用 (如在顶点、 面、 棱上的) ,

-2-

C 错;晶胞能反映晶体的组成和结构,故晶胞的组成和晶体的组成一定相同,D 错。 答案:A 8. 话筒是声电转换的换能器,用于各种扩音设备给我们带了极大方便。在话筒中有一种材料的结构如图所 示,它的主要成分是钛酸钡,根据晶体的结构示意图可知它的化学式是( )

A.BaTi8O12

B.BaTi4O6

C.BaTi2O4

D.BaTiO3

解析:仔细观察钛酸钡晶体结构示意图可知:Ba 在立方体的中心,完全属于该晶胞;Ti 处于立方体的 8 个 顶点,O 处于立方体的 12 条棱的中点,故晶体中三种原子的个数比为 Ba:Ti:O=1:(8× 答案:D 9. 对于面心立方晶胞的描述错误的是( )

1 1 ):(12× 8 4

)=1:1:3。

A.面心立方晶胞是所在晶体内最小的平行六面体 B.面心立方晶胞的每个顶点上和每个面的中心上都各有一个原子 C.平均每个面心立方晶胞中有 14 个原子 D.平均每个面心立方晶胞中有 4 个原子 解析:A1 型密堆积晶体的晶胞也叫面心立方晶胞,在顶点和六个面的面心处都有一个原子,平均每个晶胞 中含有的原子数=8× 答案:C 10(易错题).早在2003年,科学家就发现了首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。据 报道,该晶体中含有最简式为CoO2的层状结构,其结构如右图(小球表示Co原子、大球 表示O原子) 。下列用粗线画出的CoO2层状结构晶胞示意图不符合的是( )

1 1 +6× =4 个。 8 2

解析:在此平面结构中,截取的每一个小正方形的顶点上的原子都被四个小正方形共用,在边上的原子都 为两个小正方形共用,A 中 Co︰O=1︰(4×

1 1 )=1︰2,在 B 中 Co︰O=(1+4× )︰4=1︰2,在 C 中 2 4
-3-

Co︰O=(4× 答案:D

1 1 1 )︰(4× )=1︰2,在 D 中 Co︰O=1︰(4× )=1︰1。 4 2 4

11. 根据所学知识填空: (1)在下列物质中,属于晶体的是________,属于非晶体的是________; A.玻璃 B.雪花 C.橡胶 D.铁块 E.单晶硅 F.沥青

(2)晶体中的微粒与晶胞的关系为: ①凡处于立方体顶点的微粒,同时为 ②凡处于立方体棱上的微粒,同时为 ③凡处于立方体面上的微粒,同时为 ④凡处于立方体体心的微粒,同时为 个晶胞共有; 个晶胞共有; 个晶胞共有; 个晶胞共有。

解析: (1)晶体具有固定的熔点,雪花就是冰,有固定的熔点;铁块和单晶硅都有固定的熔点;橡胶、玻 璃、沥青(烃的混合物)的熔点在一定的范围内浮动,都属于非晶体。 (2)分析晶体中的微粒与晶胞的关 系,关键是看该微粒为几个晶胞所围绕,就为几个晶胞所共有。 答案: (1)BDE ACF (2)8 4 2 1

12.现有甲、乙、丙(如图)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。据此可推 知:甲晶体中 x 与 y 的个数比是__________,乙用 a、b 表示的化学式是_______,丙晶胞中有_______个 c 离子、有____________个 d 离子。

解析:处于晶胞中心的 x 或 a 或 c 都为该晶胞单独占有,位于立方体顶点上的微粒为 8 个立方体共有,位

1 ) 8 1 1 1 1 =4︰3; a︰b=1︰ (8× ) =1︰1, 故化学式为 ab; 丙晶胞中 c 离子为 12× +1=4 个; d 离子为 8× +6× 4 2 8 8
于立方体棱边上的微粒为四个立方体共有, 位于立方体面上的微粒为两个立方体共有, 所以 x:y=l︰ (6× =4 个。 答案: 4︰3 【综合小题】 ab 4 4

-4-

13.某晶体的晶胞结构如图所示,这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( A.3︰9︰4 B.1︰4︰2 C.2︰9︰4 D.3︰8︰4



解析:由图可知该晶胞的上下两个底面都是正三角形,因此顶点处的粒子为 12 个晶胞共用,故 A的数目 =6×

1 1 = 12 2 1 4

;处于水平棱上的粒子为4个晶胞共用,处于垂直棱上的粒子为6个晶胞共用,故含有的B的数

目=6×

+3×

1 6

=2;C为该晶胞自己所拥有,故含C的个数为1。

答案:B 14.人们发现,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。该新型超导材料的一个晶胞如图所示(碳原子:●,镍原子:○,镁原子:●),则该晶体的化学

式是(

) B.MgC2Ni D.MgCNi3

A.Mg2CNi3 C.MgCNi2

1 解析:碳原子位于体心,且只有 1 个;Mg 原子位于顶角,其个数为 8× =1;Ni 原子位于面心,其个 8 1 数为 6× =3,故该晶体的化学式是 MgCNi3。选 D。 2 答案:D 15(易错题). 高温下,超氧化钾晶体呈立方体结构。晶体中氧的化合价部分为 0 价,部分为-2 价,右图为超氧化钾晶体的一个晶胞(晶体中最小的重复单元) 。则 下列说法正确的是( )
+ -

A.超氧化钾的化学式为 KO2,每晶胞含有 14 个 K 和 13 个 O2 B.晶体中每个 K 周围有 8 个 O2 ,每个 O2 周围有 8 个 K C.晶体中与每个 K 距离最近的 K 有 12 个 D.晶体中,所有原子之间都是离子键
+ + + - - +

解析:根据题目信息,超氧化钾晶体是面心立方晶胞,超氧化钾是离子化合物,阴阳离子分别是 K+和 O22-, 两者之间是离子键,而 O22- 中 O-O 键为非极性共价键;作为面心立方晶胞,每个晶胞中含有 K+的个数 =8×

1 1 1 +6× =4 个,而 O22-的个数=1+12× 2 8 4

=4 个,晶体中每个 K+的周围有 6 个 O22-,当然每个 O22-周围

-5-

也有 6 个 K+,晶体中与每个 K+最近的 K+有 12 个。 答案:C 16. 某离子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:

(1)在一个晶胞中有

个 X、

个 Y,所以该晶体的化学式为_________。

(2)晶体中距离最近的 2 个 X 与一个 Y 所形成的夹角∠XYX 角度为__________(填角的度数)。 解析: (1)Y 的个数为 1,X 的个数为 4×

1 1 = ,所以 X︰Y=1︰2,化学式是 XY2。 8 2

(2)X 与 Y 之间的连线构成了正四面体,类似甲烷(CH4)的结构,所求的∠XYX 等于甲烷中的键角,即 109.5° 。 答案: (1)

1 2

1

XY2

(2)109.5°
+ -

17.(2013 中山一中月考)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

成的晶体结构如图所示。 (1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为________。 (2)该晶体中 Xn 中 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。
- +

1 1 + - 解析:(1)Xn 位于晶胞的棱上,其数目为 12× =3 个;N3 位于晶胞的顶点,其数目为 8× =1 个,故该晶 4 8 体的阳离子与阴离子个数比为 3∶1;(2)由晶体的化学式 X3N 知,X 所带的电荷为 1;(3)因为 K、L、M 三 个电子层充满,故为 2、8、18,即 X+含 28 个电子,所以 X 的原子序数是 29;(4)N3 位于晶胞顶点,故其


被 6 个 Xn 在上、下、左、右、前、后包围。


答案:(1)3∶1 【自助加餐】

(2)1

(3)29

(4)6

18. 已知硼化镁在39 K时呈超导性,可成为人类对超导认识的里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中,镁原 子和硼原子是分层排布的,一层镁一层硼的相间排列,I图是该晶体微观空间中取出的部分原子沿Z轴方向 的投影,白球是镁原子投影,黑球是硼原子投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。根据图示确 定硼化镁的化学式为( ) -6-

A.MgB

B.MgB2

C.Mg2B

D.MgB6

解法一:由图 I 中的平面结构可以找出最小的重复单元(如图 II 所示) ,有两种结构,在三角形结构中, 每个镁原子为 6 个小三角形共用,故 Mg︰B=(3× 六边形共用,故 Mg︰B=1︰6×

1 )︰1=1︰2;在六边形结构中,每个 B 原子为三个小 6

1 = 1︰2,故化学式为 MgB2。 3

解法二,将此平面结构还原成立体结构(如图 III 所示) ,由此图可知,Mg 在顶点以及上下底面的中心,B 原子在六棱柱内,故 Mg︰B=(12× +2× 答案:B 19. 铁有 α、γ、δ 三种晶体结构,以下依次是 α、γ、δ 三种晶体在不同温度下转化的图示。有关说法不正确 ... 的是( )

1 6

1 )︰6==1︰2。 2

A.δ-Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个 B.γ-Fe 晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 12 个 C.若 α-Fe 和 γ-Fe 晶胞的边长分别为 a cm 和 bcm,则两种晶体密度比为 b3∶2a3 D.将铁加热到 1500oC 时,分别采取急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同 解析:因为 δ-Fe 晶体为体心立方结构,与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 8 个(距离为体对角线的 一半) ,A 正确;γ-Fe 晶体为面心立方,与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有 12 个(距离为面对角线 的一半) ,B 正确;因为在 α-Fe 晶胞中含有 2 个铁原子,而在 γ-Fe 晶胞中含有 4 个铁原子,故两者密度之 比为 b3∶2a3,C 对;由得到晶体的条件可知,在急速冷却和缓慢冷却时得到的晶体类型肯定不同,D 错。 答案:D 20. 硼普遍存在于蔬菜水果中,是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的 微量元素之一。晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二十面体(如图) ,其 中含有 20 个等边三角形和一定数目的顶角, 每个顶角上各有 1 个硼原子。 请观察 图形后回答:这个基本结构单元由________个硼原子组成,键角是________,共 含有________个 B—B 键。

-7-

1 1 解析:由图可知,每个顶角上的硼原子被 5 个正三角形共有,故每个三角形占 ,每个三角形共含有 × 3个 5 5 1 1 硼原子,每个结构单元含硼原子数为 20× × 3=12 个;B—B 键为:20× 3× =30 个。因为是正三角形,故键 5 2 角为 60° 。 答案:12 60° 30

21. 下图所示为热敏电阻 PTC 元件的主要成分的晶体结构,该结构是具有代表性的最小重复单位。该晶体 经 X 射线分析鉴定,重复单位为正方体,边长为 403.1pm,顶点位置为 B 原子所占,体心位置为 C 原子所 占,所有棱的中点位置为 A 所占

( 1 )根据原图可知,若将 B 置于晶胞的体心, C 置于晶胞的顶点,则 A 处于立方体的什么位 置? ,

(2)在该物质的晶体中,每个 B 周围与它最邻近且距离相等的 B 有几个?它们在空间呈什么形状分布? 解析: (1)由原图可以看出它的的化学式为 BCA3,当 B 位于晶胞的体心,C 位于晶胞的顶点时,要求化 学式不变,则 A 的位置有两种可能,即在面心或棱的中点。由原图可以看出,在每个 B 的周围和它等距离 且最近的 A 有 6 个(距离为棱长的一半) ;如果在棱的中点,则和它等距离且最近的 A 有 12 个(距离为面 对角线的一半) ,故只有 A 处于立方体的面心时才与原图相符。 (2)由原图可以看出,在每个 B 的周围和 它等距离且最近的 B 有 6 个,这六个 B 在空间构成了正八面体。 答案:(1)面心 备选题目 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。我国现已能够拉制出直径为 300 毫米、重量 达 81 公斤的大直径硅单晶,晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述中正确的是 ( ) (2) 6 正八面体

①形成晶体硅的速率越快越好, ②晶体硅有固定的熔、 沸点, ③可用 X?射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃, ④晶体硅的形成与晶体的自范性有关,而与各向异性无关。 A.①③ C.①②④ B.②③ D.①②③④

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,但并不是说结晶速率越快越好, 速度太快可能导致晶体质量下降,①错误;晶体有固定熔、沸点,②正确; X?射线衍射实验能够测出物 质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体,③正确;晶体的形成与晶体的自范 性和各向异性都有密切关系,④错误。 答案:B 2.根据晶体中的晶胞结构,判断下列晶体的化学式,其中不 正确的是( . )

-8-

解析:确定晶体的化学式,其实就是确定晶胞中各粒子的个数比。在立方晶胞中,只有处于晶胞内部的粒 子才完全属于该晶胞,处于面上的粒子有 1/2 属于该晶胞,处于棱上的粒子有 1/4 属于该晶胞,处于各顶点 上的粒子只有 1/8 属于该晶胞。据此可以算出上述晶体的化学式分别是 A 项为 AB、B 项为 C2D、C 项为 EF、D 项为 XY3Z。 答案:A

-9-


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