3.1物质的聚集状态与晶体的常识-2023-2024学年高二化学同步教学讲义（人教版2019选择性必修2）

第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 知识解读·必须会 知识点一 物质的聚集状态 1.物质的三态变化 气态、液态和固态是物质最常见的三种状态，物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化，分子在固态只能振动，在气态能自由移动，在液态则介乎二者之间。 2.物质的其他聚集状态 (1)等离子体 定义 由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质聚集体 形成 气态物质在高温或者在外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子等 特点 ①等离子体中正、负电荷数大致相等，总体看来呈准电中性 ②等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流动性 （2）液晶 定义 在一定的温度范围内既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的物质 特点 ①液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性 ②实用液晶分子有取向序，分子的长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动。此外，还有平板状、盘状、叶状分子等液晶 （3）纳米材料 ①纳米 纳米是一种长度单位，1nm=10-9m。 ②纳米材料 三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。 ③纳米材料的组成及特点 纳米材料由纳米颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米材料内部具有晶状结构，界面为无序结构。 知识点二 晶体与非晶体 1.晶体和非晶体的概念 （1）晶体：内部粒子（原子、离子或分子）在空间按一定规律作周期重复排列构成的固体物质。 （2）非晶体：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的物质。 （3）常见的晶体和非晶体 晶体：食盐（离子化合物的固态一般为晶体）、冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石。 非晶体：玻璃及玻璃态物质、橡胶。 2.晶体的特征和性质 （1）自范性 ①定义：晶体能自发地呈现多面体的性质。 ②形成条件：晶体生长的速率适当。 ③本质原因：晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。 （2）各向异性：微观粒子的排列具有特定的方向性，晶体的某些物理性质在不同方向上的差异。 （3）晶体有固定的熔点。 3.获得晶体的三条途径 （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 ①利用溶解度的不同，可以通过重结晶进行物质的分离或提纯。 ②将不规则晶体投入其饱和溶液中，有规则晶体析出，且晶体质量不变。 知识点三 晶胞 1.晶胞的定义 描述晶体结构的基本单元叫作晶胞。虽胞是是体中最小的结构重复单元。 2.晶体和晶胞的关系 描述晶体在微观空间里原子的排列，无须画出千千万万个原子，只需在晶体微观空间里取出一个基本单元（晶胞）即可。可用蜂巢和蜂室的关系来比喻晶体和晶胞的关系。 3.晶胞的结构 （1）结构特点：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。“无隙”指相邻晶胞之间没有任何间隙。“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 （2）三种典型立方晶胞结构 4.用“均摊法”计算晶胞中的粒子数 （1）“均摊法”原理 均摊是指每个结构单元（晶胞）平均拥有的粒子数目。在晶体中。一个粒子（原子、分子或离子）同时为n个结构单元（晶胞）所共有，那么对一个结构单元（晶胞）来讲，该粒子只能算作。 （2）立方晶胞中粒子数的计算方法 ①立方晶胞中，粒子在晶胞的顶角、棱、面上以及晶胞内的图像如图所示。 A （顶角，8个晶胞共用）B（棱上，4个晶胞共用）C （面上，2个晶胞共用） D（晶胞内，只属于一个晶胞） ②立方晶胞中粒子数的计算方法： a.晶胞顶角上的原子为 8个晶胞共用的，该晶胞占有 ，如图 A ； b.晶胞棱上的原子为 4 个晶胞共用的，该晶胞占有，如图 B ； c.晶胞面上的原子为 2 个晶胞共用的，该晶胞占有，如图 C ； d.晶胞内部的原子为 1 个晶胞单独所有的，该晶胞占有1，如图 D 。 知识点四 晶体结构的测定 利用晶体X射线衍射可测定晶体结构。但衍射实验只能测得衍射强度（即结构振幅）而测不到相角，这样就不可能直接从强度得到晶体结构数据，而要利用其他方法。 （1)直接法 直接从实验得到X射线强度，利用一系列数学处理，推引出结构因子的相角，实现了直接和自动化测定晶体结构，成为当前测定中小分子结构的主流方法。 （2）试差法（模型法） 试差法（模型法）利用晶体的对称性和其他性质以及结构规则，对所研究的结构提出合理的模型，然后从理论上计算晶体的衍射强度，再把计算值与实验值进行比较，多次修正模型，使计算值与实验值尽可能符合。 （3）X射线衍射图谱的应用 经过计算可以从衍射图获得晶体结构的相关信息。 ①晶胞形状和大小 ②分子或原子在微观空间有序排列