2025年人教版高二化学寒假预习：物质的聚集状态和晶体的常识（教师版）

第04讲物质的聚集状态和晶体的常识

模块导航学习目标

模块一思维导图串知识1.知道在一定条件下，物质的聚集状态随构成物质的微

模块二基础知识全梳理（吃透教材）粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所

模块三核心考点精准练不同。

模块四小试牛刀过关测2.知道物质的聚集状态会影响物质的性质，通过改变物

质的聚集状态可以获得特殊的材料。

3.能说出晶体与非晶体的区别，能结合实例描述晶体中

微粒排列的周期性规律。

4.认识简单的晶胞。

模块一思维导图串知识

模块二基础知识全梳理

也伴J

知识点一物质的聚集状态

1.物质三态间的相互转化

2.不含分子的物质

(1)常见晶体：例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等不含分子。

(2)等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。

(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。

3.物质的聚集状态

物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态，以及介于晶态和非晶态之间的塑晶态、液

晶态等。

知识点二晶体和非晶体

1.晶体与非晶体的本质差异

固体自范性微观结构

晶体有(能自发呈现多面体外形)原子在三维空间里呈周期性有序排列

非晶体没有(不能自发呈现多面体外形)原子排列相对无序

2.晶体的特点

⑴自范性

①定义：晶体能自发地呈现多面体外形的性质。

②形成条件：晶体生长的速率适当。

③本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。

(2)各向异性：晶体在不同方向上表现许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)的差异。

(3)熔点：有固定的熔点。

3.获得晶体的途径

(1)熔融态物质凝固。

(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。

(3)溶质从溶液中析出。

从熔融态结晶出来的硫晶体凝华得到的碘晶体从饱和硫酸铜溶液中析出的

硫酸铜晶体

【交流讨论】

1.判断固体物质是晶体还是非晶体的方法是什么？

提示：方法一：测固体的熔点，有固定熔点的是晶体，没有固定熔点的是非晶体。

方法二：对固体进行X射线衍射实验。

2.如图是某同学找到的一张玻璃的结构示意图，根据这张图判断玻璃是不是晶体？为什么？

提示：不是晶体；晶体与非晶体的本质差异在于构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排

列。观察玻璃的结构示意图可知，构成玻璃的粒子的排列是无序的，所以玻璃是非晶体。

【归纳小结】关于晶体与非晶体的认识误区

(1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiC>2和非晶体SiO2。

(2)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。

(3)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。

(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如食盐。

知识点三晶胞及晶体结构的测定

1.晶胞

铜晶体铜晶胞

(1)定义：描述晶体结构的基本单元。

(2)结构

常规的晶胞都是平行六面体，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：相邻晶胞之间没有任何间隙。

②并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。

④晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。

(3)晶胞中粒子数目的计算

平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。

①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用。

②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用。

③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。

2.晶体结构的测定

(I)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的

电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。

(2)由衍射图形获得晶体结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现

的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。

【交流讨论】

1.现有甲、乙(如图所示)两种晶体的晶胞(甲中A处于晶胞的中心)。

(1)甲晶体中A与B的个数比是0

(2)乙晶体中每个晶胞含有C离子、D离子分别是个、个。

解答：(1)甲晶体中，体心A的个数为1,顶角B的个数为8xf=1,所以N(A)：N(B)=1：1。

(2)乙晶体中，C离子个数为12x1+1=4,D离子个数为8x1+6x1=4。

4oZ

2.下图分别是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(卜)、金刚石(C)晶胞的示意图，它们分别平均含有

几个原子?

提示：金属钠（Na）2个、金属锌（Zn）2个、碘（12）8（4X2）个、金刚石（C）8个。

【归纳小结】晶胞的理解

（1）晶胞是晶体结构的基本单元，但不一定是晶体中的最小重复单元。

（2）常规的晶胞都是平行六面体，但也有六棱柱晶胞。

（3）平行六面体晶胞的顶角（8个）粒子应相同，这样才能无隙并置形成晶体。如"二（。、・代表不同

微粒）就不能认为是晶胞。

3模块三核心考点精准练------------------------

O核心考点一：晶体和非晶体

【例1】晶体与非晶体的本质差异是（）

A.晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性

B.晶体具有自范性，而非晶体没有自范性

C.晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点

D.晶体能使X射线产生衍射，而非晶体则不能

答案：B

解析：易将晶体与非晶体的本质差异及性质差异混为一谈，晶体与非晶体的性质差异是二者本质差异的外在

表现。晶体具有自范性（本质），而晶体的性质是有固定的熔、沸点，能使X射线产生衍射等；分析此类问题

时，要分析晶体、非晶体的本馈与性质，采用辩证的观点分析问题；同时也要注意不能用固体是否有规则的

几何外形来判断其是否为晶体。

【归纳小结】晶体与非晶体的比较

类别

比较

晶体非晶体

微观结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序

自范性有无

性质

熔点固定不固定

特征

各向异性有无

鉴别间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性

方法科学方法对固体进行X射线衍射实验

举例NaCl、L、SiO2>Na晶体等玻璃、橡胶等

【变式训练】下列关于晶体性质的叙述中，不正确的是（）

A.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

B.晶体的各向异性和对称性没有矛盾

C.晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性但无序排列的必然结果

D.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

答案：C

解析：晶体在不同方向上微粒的排列情况不同，即表现为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈

周期性有序排列，二者没有矛盾。

奇核心考点二：用“均摊法”进行晶胞计算

【例2】如图所示为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子构成，该晶体的化学式为（）

A.A6B8CB.A2B4CC.A3BCD.A3B4C

答案：C

解析：分析晶胞结构可知，A位于晶胞面上，B位于晶胞的顶角，C位于晶胞内部；由“均摊法”可知，一个

晶胞中含有A粒子个数为6xJ=3,含有B粒子个数为8x9=1,含有C粒子个数为1,故A、B、C粒子

zo

的个数之比为3：1：1,则该晶体的化学式为A3BC。

【归纳小结】用“均摊法”进行晶胞计算

（1）均摊法含义：若某个粒子为〃个晶胞共有，则该粒子有1属于该晶胞。

（2）平行六面体（立方体形）晶胞中不同位置的粒子数的计算

顶角：同为8个晶胞共有，:粒子属于该晶胞;

棱上：同为4个晶胞共有，5粒子属于该晶胞;

面上：同为2个晶胞共有，3粒子属于该晶胞;

内部：整个粒子都属于该晶胞。

(3)正六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算

顶角：同为6个晶胞共有，卷粒子属于该晶胞；

水平棱上：同为4个晶胞共有，:粒子属于该晶胞；

垂直棱上：同为3个晶胞共有，/粒子属于该晶胞；

面上：同为2个晶胞共有，；粒子属于该晶胞；

内部：整个粒子都属于该晶胞。

【变式训练1】已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为()

ox

•Y

0Z

A.XYZB.X2Y4Zc.XY4ZD.X4Y2Z

答案：C

解析：该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X原子数为8X9=1；Y原子位于该晶胞内，共有4

O

个，因此该晶胞中拥有的Y原子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。

【变式训练2](1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是0

(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图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________。

(3)某晶体结构模型如图所示。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。原子数目分别为个、个。

(4)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心

的原子是碳原子，它的化学式为(填字母)。

答案：(l)CuCl(2)2BN⑶CoTiCh612(4)A

解析：(1)晶胞中灰球代表的粒子数4个，白球代表的粒子数的6XT+8X(=4个，所以化学式为CuCh

(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8x:+l=2,灰球表示的原子个数为l+4xj=2,所以每个

晶胞中含有N原子和B原子各2个；N的电负性大于B,所以该陶瓷的化学式为BN。

(3)晶胞中含有O：6x；=3个，含Co：8x(=1个，含Ti：1个，故化学式为CoTiCh。Ti原子位于晶胞的中

心，其周围距离最近的0原子位于6个面的中心，所以周围距离最近的。原子数目为6个；C。原子位于晶

胞的顶点，0原子位于晶胞的面心，所以C。原子周围距离最近的0原子数目为12个。

(4)由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个Ti原子和13个

C原子构成。选项A正确。

奇核心考点三：有关晶体的计算

【例3】已知元素A为0,元素B为Na,A与B能够形成化合物F,其晶胞结构如图所示，晶胞棱长

参数acm,F的化学式为________，晶胞中A原子的配位数为________,列式计算晶体F的密度为

________________g-cnT3(仅需列出表达式)。

解析：A和B能够形成化合物F为离子化合物，阴离子位于晶胞的顶角和面心，阳离子位于晶胞内部，则

Na的个数为8,0的个数为8x|+6x|=4,N(Na)：N(O)=2：1,则形成的化合物为Na2O；由晶胞结构

可知B(Na)原子配位数为4,结合化学式可知A(O)原子配位数为4x2=8；晶胞的质量为

g,晶胞的体积为a3cm3,则晶体F的密度为,乂"gcm^o

【变式训练11已知在晶体中仍保持一定几何形状的最小单位称为晶胞。干冰晶胞是一个面心立方体,

在该晶体中每个顶角各有1个二氧化碳分子，每个面心各有一个二氧化碳分子。实验测得25℃时干冰晶体

的晶胞棱长为acm,其摩尔质量为I则该干冰晶体的密度为(单位：g-cm-3)()

M八M-4M-4M

AA-7B.西C.-D.西

答案：D

解析：每个顶角上的二氧化碳分子被8个晶胞共用，每个面心上的二氧化碳分子被2个晶胞共用，所以该

”<4

晶胞中二氧化碳分子个数=8x/+6x1=4,2=&=~a~g-cmg-cm-3,故D正确。

【变式训练2】用X射线衍射法对Cu晶体进行测定得到以下结果：Cu的晶胞为面心立方结构(如图),

已知该晶体的密度为9.00gem-,Cu的原子半径为cm(阿伏加德罗常数的值为NA，要求列式计算)。

蛆3/4x64

答案:4*\9.00XNA

c__3/4X64r-

解析：设晶胞的棱长为acm,则/cm3."g.cm3WAmol1=4x64g-mola=、〃而，面对角线为也a

1、历3/4x64

cm,面对角线的春为Cu的原子半径，<=昔x蒜人加。

6模块四小试牛刀过关测--------------------------

【基础练】

1.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是()。

A.测定熔、沸点B.观察外形

C.对固体进行X射线衍射测定D.通过比较硬度确定

答案：C

2.关于晶体的自范性，下列叙述中，正确的是()o

A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体

B.缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块

C.圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性

D.由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性

答案：B

解析：晶体的自范性是晶体能自发地呈现多面体外形的性质，不受外力影响。晶体的自范性的呈现是在晶体

形成过程中完成的，破损的晶体在固态时不会发生形状的变化，也就不会自动变成规则的多面体。

3.下列叙述中，正确的是（）。

A.石英玻璃和水晶都是晶体

B.晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形

C.具有各向异性的固体可能是晶体

D.粉末状的固体肯定不是晶体

答案：C

解析：石英玻璃是非晶体，水晶是晶体，A错误；晶体与非晶体的根本区别在于晶体内部粒子在三维空间里

呈周期性有序排列，而非晶体则不是，B错误；晶体具有各向异性，C正确；晶体与非晶体的区别是粒子的

排列方式不同，与晶体处于块状还是粉末状无关，D错误。

4.下列有关晶胞的叙述中，正确的是（）。

A.晶胞是晶体结构中最小的重复单元

B.晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞

C.所有晶体都是由平行六面体无隙组合而成

D.不同晶体中的晶胞的大小和形状均相同

答案：A

解析：晶胞内部的粒子属于该晶胞，处于晶胞顶角、棱和面上的粒子则被其他晶胞所共用，B错误；大多数

晶体是由平行六面体无隙并置而成的，有些晶体的晶胞是三棱柱、六棱柱等，C错误；不同晶体的晶胞大小

和形状可能不同，D错误。

5.正误判断，正确的打“Y”，错误的打“x”。

（1）固态物质一定是晶体（）

（2）凡有规则外形的固体一定是晶体（）

（3）晶体内部的微粒按一定规律周期性地排列（）

（4）固体Si。？一定是晶体（）

（5）晶胞是晶体中最小的平行六面体（）

（6）测定某一固体是否是晶体可用X射线衍射仪进行实验（）

答案：（1）x（2）x（3）4（4）x（5）x（6）N

6.现有四种晶体，其晶胞分别如图所示，其中化学式正确的是（）

解析：A项，由均摊法可知，此晶胞中含有A的个数为1,含有B的个数为8x2=1,故该晶体的化学式

8

为AB,错误，B项，此晶胞中E和F的个数比为1：1,故该晶体的化学式为EF,错误；C项，此晶胞中

含有X的个数为1,含有Z的个数为8x^=1,含有Y的个数为6x4=3,所以该晶体的化学式为XY3Z,

82

正确；D项，此晶胞中含有M的个数为8*工+6><L=4,含有N的个数为12*工+1=4,所以该晶体的化

824

学式为MN,错误。

7.已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成下列关于该化合物的叙述错误的是（）

•—Ba»—0

A.1mol该化合物中含有1molY

B.1mol该化合物中含有3moicu

C.1mol该化合物中含有2molBa

D.该化合物的化学式是YBazCzOe

答案：D

解析：由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶角上，大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱

上，灰球代表的Cu原子位于长方体的内部，小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方

体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为8x^=1,Ba原子个数为8x^=2,Cu原子个数为3,O原子

84

个数为10x；+2=7,故该化合物的化学式为YBazCqO?。综上可知，D项错误。

8.铜是生活中比较常见的一种金属，而纳米铜能在空气中白燃，这是因为纳米铜的表面粒子数占总粒子数

的比例较大。假设某纳米颗粒的大小和形状如图所示，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比是

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

答案:A

解析：由该纳米颗粒的结构图可知，表面粒子数为8（顶角）+6（面心）=14,而粒子总数为14+8=22,所

以表面粒子数与总粒子数之比为14:22=7:11,A正确。

9.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X

射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如下：

则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是：、个。

答案：2；4

解析：A晶胞中Fe原子处于晶胞的8个顶角和体心，则晶胞中含有Fe原子个数=l+8x^=2；B晶胞中

8

Fe原子处8于晶胞的8个顶角和6个面心，则晶胞中含有Fe原子个数=8x’+6x'=4。

82

10.在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶胞如图所示。试回答：

（1）在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个？

（2）在该晶胞中氧、钙、钛的粒子个数比是多少？

答案：（1）6

解析：晶体中，每个钛离子周围与其最近且等距离的钛离子处于晶胞的顶角，共有6个。

（2）3：1：1

解析:氧处于12条棱中点,Ca处于晶胞的内部,Ti处于晶胞的8个顶角，则该晶胞中0的个数为12x^=3,

含有1个Ca,含有Ti的个数为8x^=1,故氧、钙、钛的粒子个数比为3：1：1。

8

【提升练】

1.铝领铜氧化合物晶胞结构如图所示，则该化合物的化学式可能是（）

OY（钮）

OCu（铜）

%Ba（领）

◎0（氧）

A.YBa2Cu3O4B.YBa2Cu2O5

C.YBa2Cu3O5D.YBaCuQi

答案：c

解析：位于顶角的铜原子（最上层平面和最下层平面）共8个，这个晶胞中只分摊到8X：=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8x1=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

子数为7x1+6x（=5（个）；所以该晶体每个晶胞中平均分摊至1］（即单独占有）的钮原子、筱原子、铜原子和

氧原子数分别为1、2、3、5,化学式为YBazCsOs。

2.食盐晶体是由钠离子（图中的“・"）和氯离子（图中的“。”）构成的，且均为等距离的交错排列。已知食盐的

密度是2.2g-cnT3,阿伏加德罗常数为6.02X1023mol-。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的

距离最接近于（）

•Na+

ocr

♦------6------•

NaCl晶体结构模型

A.3.0xl0"8cmB.3.5X10F5

C.4.0x10-8cmD.5.0x108cm

答案：C

解析：从NaCl晶体结构模型中分割出一个小立方体，如图所示a表示其棱长，d表示两个

Na*中心间的距离。每个小立方体含Na*：Qx4=j,含Cl「：五x4=^,即每个小立方体

oZoL

12&_

5个NaCl,贝I］有/22g-cmT=~~—,解得的2.8卜1。七皿，又因为］=近a,故食盐晶体中两

乙O.UZXiumoi

-88

个距离最近的Na卡中心间的距离为x2.81xl0cm~4.0xl0-cmo

3.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间

形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式

为（）

A.MgBB.MgB2C.Mg2BD.MgsB?

答案：B

解析：棱柱内硼原子数为6,均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心（2个）及12个顶点，共有镁原子数为

2x1+12x1=3,则镁、硼原子个数之比为1：2。

4.（1）/2。具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.4665nm,阿伏加德罗常数的值为NA，则

Li2O的密度为g-cm-3（列出计算式）。

oLi

OO