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第三章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态与晶体的常识
1. 了解晶体与非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。
2. 知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物质的聚集状态能获得特殊的材料。
3. 认识简单的晶胞，类推其他晶胞的分析方法。
4. 知道晶体X射线衍射实验是测定物质结构的基本方法和实验手段。
5. 学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。
重点：晶体与非晶体的区别；晶体的自范性、各向异性，结晶的方法、对晶胞的认识
难点：晶体与非晶体的区别、对晶胞的认识
一、物质聚集状态
1.物质聚集状态
除了三态，还有更多的物质聚集状态，如 、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态
和非晶态之间的塑晶态、 等。
2.等离子体
(1)概念：气态物质在 或者在 激发下，分子发生分解，产生 等。这种
由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈 的物质 称为等离子体。
(2)特点
等离子体具有良好的 和 。
(3)应用
运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；
利用等高子体可以进行化学合成；
核聚变也是在等离子态下发生的等。
3.液晶
(1)概念：物质加热到达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度时，浑浊态变透明清亮态，将熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶。
(2)特征：
液晶是介于 和 之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、性变形等，
又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等。
(3)应用
液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施加电场可使液晶的长轴取向
发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。再如，合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞
机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
二、晶体和非晶体
1.晶体和非晶体的概念
(1)晶体
概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈 排列而构成的具有
的固体。
分类：根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为 、 、 和金属晶
体。
(2)非晶体
概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈 排列而构成的 规则几何外形的
固体。
(3)晶体和非晶体的本质差异
自范性 微观结构
晶体
非晶体
[学生活动］
具有规则几何外形的固体一定是晶体吗？
2.晶体的特点
(1)自范性
概念：晶体能 多面体外形的性质。
晶体呈现自范性的条件之一： 。如熔融物质冷却凝固速率过快时，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则的外形的块状物。
晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的 。
(2)各向异性
同一晶体中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的许多物理性质，如
、 、导电性、光学性质等，常常随方向的不同而有所差异。
(3)熔点
晶体有 的熔点，而非晶体没有固定熔点。
(4)晶体能使X-射线产生的衍射
晶体物质能使X-射线产生 ，非晶体只有散射效应。这是测定晶体结构的重要实验方法。
【实验3-1】
实验操作 实验现象
用研钵把硫黄粉末研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈
上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后，观察实验现
象。
在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，
并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加
热，观察实验现象。
在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐
酸，观察实验现象。
3.晶体获取的途径
① 。
② 。
③ 。
【思考与讨论】
(1) 图3-7是某同学找到的一张玻璃结构的示意图,根据这张图判断玻璃
是不是晶体?为什么?
(2) 根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。
【总结】
固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点
晶体
非晶体
本质区别
三、晶胞
1.晶胞的概念
描述晶体结构的 叫做晶胞。晶胞是晶体中最小的 。
2、晶体和晶胞的关系：整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。
(1)“无隙”是相邻晶胞之间 。
(2)“并置”是所有晶胞都是 排列的，取向 。
(3)所有晶胞的 及其内部的原子 、 及几何排列是完全相同的。
(4)一般来说，晶胞都是 。
3、平行六面体晶胞中粒子个数的计算。
(1)晶胞的顶角原子是 个晶胞共用的，晶胞棱上的原子是 个晶胞共用的，晶胞面上的原
子是 个晶胞共用的。
(2)晶胞中微粒数目的确定。
“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被 n个晶
胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。
(3) 晶胞中微粒数目的确定
[例1]金属铜晶胞中原子个数的计算。铜晶胞
金属铜的一个晶胞中，位于晶胞 的铜原子有 个，位于 的铜原有
个，金属铜晶胞中所含的铜原子数为 。
[例2]氯化钠晶胞中所含的Na+、Cl-数。
3.晶胞中粒子数目的计算(以金属铜为例):
氯化钠晶胞如图所示，其中体积较小的为 离子(填“Na+”或“Cl-”
下同)，体 在 积较 铜 大 的 的 晶 为 胞 结 构 中 离,铜 子 原 ，则 子 晶 不 胞 全 中 属 含 于 该 晶 胞 ,个 按 N 均 a+ 摊 (提 原 示 则 :晶,金 胞 属 中心 铜 还 的 有 一 一 个 个Na+)和
晶胞的原子数=8× +6× =4。
个Cl-。
结合下图,钠、1锌、1碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为2、2、8、
[例3]8 试。计 算钠、锌、碘、8金刚2石晶胞中含有原子的数目
钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图
钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图
金属钠的一个晶胞的原子数=
金属锌的一个晶胞的原子数=
碘的一个晶胞的原子数=
金刚石的一个晶胞的原子数=
四．晶体结构的测定
1.X射线衍射原理
单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的 相互作用，会在记录仪上产生分立的
或明锐的衍射峰。
2.X射线衍射实验获得晶胞信息
晶体的X射线衍射实验图经过计算，可以获得包括晶胞 和大小、分子或原子在观空间有
序排列呈现的 、原子在晶胞里的 和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。
3.X射线衍射实验获得分子信息
通过晶体X射线衍射实验，可以测定晶胞中各个原子的 ，根据原子坐标，可以计算原
子间的 ，判断哪些原子之间存在化学键，确定 和键角，得出分子的 。
1. 下列关于晶体与非晶体的说法正确的是
A. 晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔、沸点
B. 晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期性有序排列
C. 固体食盐、水晶、塑料、胆矾、玻璃均属于晶体
D. 区分晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性
2. 下列有关晶胞的说法正确的是
A. 晶胞是晶体中最小的结构单元
B. 晶胞中所有的粒子都为几个晶胞共用
C. 晶胞均为长方体
D. 不同晶体的晶胞不一定相同
3. 元素X的某价态离子 中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它
与 形成的晶胞结构如图所示．下列说法中错误的是
A. 的核外电子数为18
B. 该晶体中阳离子与阴离子的个数比为
C.
D. 晶体中每个 周围有2个等距离且最近的
4. 射线金相学 中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如图所示。下列
有关说法正确的是
A. 图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同B. 图Ⅱ中物质的化学式为
C. 图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个
D. 设图Ⅰ中晶胞的边长为 ，则图Ⅰ中合金的密度为
5. 已知NaH的晶胞如图，晶胞边长为a。下列说法中错误的是
A. 钠离子的配位数是6
B. 该结构单元中氢离子数目为4
C. 氢离子之间的最短距离为
D. 基态钠离子的价电子排布式为
6. 几种晶体晶胞结构如图所示，其中干冰的晶胞为立方体， 分子取向分别与晶胞体对角线
方向平行。下列说法错误的是
A. 晶胞的平移性特征包括“化学上相同”和“几何上相同”，以上晶胞都是面心晶胞
B. 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐
标。铜晶胞中有4种原子坐标，有4个原子
C. 干冰晶胞中有4种不同取向的 分子，一个分子周围有12个紧邻的分子
D. 碘分子排列有2种不同取向，2种取向不同的碘分子以4配位数交替配位形成层状结构
