3.1.1物质的聚集状态 晶体与非晶体 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第1课时 物质的聚集状态 晶体与非晶体 第三章 晶体结构与性质 1 学习目标 1.认识物质的聚集状态，能说出包含“固、液、气”在内的更多的物质聚集状态，能从原子、分子、聚集状态等不同角度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系。 2.能从微观角度理解晶体的结构特征，能结合晶体的特点判断晶体和非晶体。了解获得晶体的一般途径。 3.通过晶体和非晶体在三维空间中的微观排列方式，认识晶体和非晶体的本质区别和性质差异，从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。 新课引入 自然界中，水是一种常见的物质，其状态为固态(冰)、液态(水)和气态(水蒸气)，那么，这三种状态之间是如何转化的呢？ 一、物质的聚集状态 1.物质三态间的相互转化 固态 液态 气态 气化 (吸热) 液化 (放热) 凝固 (放热) 融化 (吸热) 升华 (吸热) 凝华 (放热) 20世纪前，人们以为_____是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是________距离发生了变化。 分子 分子间 一、物质的聚集状态 1.物质三态间的相互转化 20世纪初，通过_____________等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。 X射线衍射 氯化钠 金刚石 石墨 二氧化硅 一、物质的聚集状态 2.等离子体 气态和液态物质________都是由分子构成。 (1)概念：等离子体由_____、_______和___________(分子或原子)组成的整体上呈电中性的气态物质。 电子 阳离子 电中性粒子 不一定 等离子体 固体 液体 气体 能量 温度 能量 温度 能量 温度 分子 激化分子 离子 自由电子 分子碎片(高能量) 等离子体形成过程 一、物质的聚集状态 2.等离子体 (2)特点： (3)应用： 制造等离子体显示器；进行化学合成； 发生核聚变等等。 具有良好的导电性和流动性。 3.离子液体 仅由离子组成的液态物质。 (熔点不高) 一、物质的聚集状态 4. 液晶 (1)概念：介于_____和_____之间的物质状态。 液态 晶态 液晶的温度范围 固体 液晶 液体 T1(熔点) T2(澄清点) 温度逐渐升高 1889年，德国人莱曼将熔点至澄清点温度范围内的物质状态命名为液晶，后称热致液晶。相对于热致液晶，从溶液中获得的液晶称为溶致液晶，即胶束等。 一、物质的聚集状态 4. 液晶 (2)特点：既具有液体________、________、________等， 又具有晶体的某些物理性质，如__________、__________等。表现出类似晶体的__________。 流动性 黏度 形变性 导热性 光学性质 各向异性 (3)应用：手机、电脑和电视的液晶_________，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；合成高强度液晶______已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。 显示器 纤维 课堂检测 1.正误判断 (1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态 (2)等离子体是一种特殊的液态物质，含有带电粒子，呈电中性 (3)液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶 (4)三星堆考古中用X射线分析青铜器的微观晶体结构 (5)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质 (6)有些难于发生的化学反应，在等离子体化学反应过程中可以发生 (7)等离子体可以人工得到，能吸收电磁波 2.运用等离子体来切割金属或者进行外科手术利用了等离子体__________的特点。 √ × × √ √ √ √ 高能量 二、晶体与非晶体 二、晶体与非晶体 1.晶体与非晶体的本质差异 晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图 晶体内部微粒在空间按一定规律周期性重复排列 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (1)自范性 ①定义：晶体能________呈现________外形的性质。  ②本质原因：晶体中粒子在微观空间里呈现________的_______排列的宏观表象。  自发地 多面体 周期性 有序 硫酸铜结晶 醋酸钠结晶 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (1)自范性 碳酸钙晶体粉末 许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形，但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到规则的晶体外形。 电子显微镜下的碳酸钙晶体 ③呈现自范性的条件之一：________________________。 晶体生长的速率适当 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (1)自范性 熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至形成的只是非晶态(玻璃态)。 天然水晶球的玛瑙和水晶 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (2)各向异性 晶体的物理性质在不同的方向上表现出不同的强度、_________、______性质等，称之为晶体的各向异性。 导热性 光学 玻璃片 非晶体 云母片 晶体 将蜂蜡薄薄地涂在玻璃片、云母片上，用一根烧热的缝衣针接触蜂蜡，蜂蜡熔化的区域的形状如图： 非晶体无各向异性，在各个方向上都是相同的所以是各向同性。 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (2)各向异性 不同方向观察红宝石颜色不同 在不同方向，晶体对光线的吸收与反射是不同的，折射率有各向异性。 石墨平行层方向上电导率高； 垂直于层的方向上电导率低。 在不同方向，石墨的导电能力不同，导电率有各向异性。 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (3)有固定的熔点凝固点 晶体 非晶体 温度 时间 温度 时间 温度 时间 温度 时间 晶体 非晶体 物质熔化时的温度变化曲线 物质凝固时的温度变化曲线 晶体具有固定的熔点凝固点，而非晶体则无 二、晶体与非晶体 3.获得晶体的三条途径 (1)熔融态物质凝固 二、晶体与非晶体 3.获得晶体的三条途径 (2)凝华(气态物质冷却不经液态直接凝固) 二、晶体与非晶体 3.获得晶体的三条途径 (3)结晶(溶质从溶液中析出) 二、晶体与非晶体 4.晶体与非晶体的区分方法 晶体的熔点较固定，非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。 (1)测熔点 (2) X射线衍射 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。 课堂检测 1.正误判断 (1)晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性 (2)熔融态物质快速冷却即得到晶体 (3)晶体不一定都有规则的几何外形，粉末状的固体也有可能是晶体 (4)晶体一定比非晶体的熔点高 (5)水晶在不同方向上硬度不一定相同 (6)有规则几何外形的固体不一定都是晶体 (7)玻璃熔化时吸热，温度不会变化 (8)缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块 (9)由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性 √ × × × √ √ × × √   晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别 方法 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 科学方法 　对固体进行X射线衍射实验 举例 　NaCl、I2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 归纳总结 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第2课时 晶胞与晶体结构的测定 第三章 晶体结构与性质 25 学习目标 1.能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象，形成分析晶胞结构的思维模型，利用思维模型、根据晶胞结构确定微粒个数和化学式。 2.了解晶体结构的测定方法。 新课引入 晶体是内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体 物质 食盐 干冰 金刚石 石英 样品 结构 自然界中，有很多不同的晶体，如何描述晶体中的微粒在空间的排列规律呢？ 一、晶胞 描述晶体结构的___________。晶胞是晶体中最小的______________ 。 1.概念 基本单元 结构重复单元 铜晶体结构 铜晶胞 铜晶胞 一、晶胞 2.晶胞与晶体的关系 常规的晶胞都是__________体。 平行六面 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”是指相邻晶胞之间______________。 (2)“并置”是指所有晶胞都是______排列的， 取向______。 (3)所有晶胞的______及其内部的原子______、______及几何排列(包括取向)是完全相同的。 没有任何间隙 平行 相同 形状 种类 个数 一、晶胞 2.晶胞与晶体的关系 共用棱、面和顶点 通过上下、左、右、前、后的平移能 与下一个晶胞完全重叠 一、晶胞 3.晶胞的特点 晶胞是____个顶角相同、_____套各4根平行棱分别相同、_____套各两个平行面分别相同的最小____________。  8 三 三 平行六面体 【思考】判断下列4个图中结构，属于晶胞的是_____ A 一、晶胞 4.晶胞中粒子数目的计算(均摊法) 晶胞的一个原子A如果被x个晶胞所共有，那么属于该晶胞的就是_____。  1/x (1)立方晶胞(以NaCl晶胞为例) ①立方体顶角的粒子，被_____个 晶胞共有，属于该晶胞的为_____。  ②立方体棱上的粒子，被_____个 晶胞共有，属于该晶胞的为_____ 。  ③立方体面上的粒子，被_____个 晶胞共有，属于该晶胞的为_____ 。 ④立方体内部的粒子， _____属于该晶胞。  8 1/8 4 2 1/4 1/2 完全 ①Cl−位于_____和_____，共___个。 ②Na+位于_____和_____，共___个。 顶角 面心 4 棱上 体心 4 一、晶胞 4.晶胞中粒子数目的计算(均摊法) 如图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图。 平均含有的原子数为钠___个；锌___个；碘___个；金刚石___个。  2 2 8 8 一、晶胞 4.晶胞中粒子数目的计算(均摊法) (2)其他晶体结构中粒子数目的计算 示意图 位置 顶角 面上 侧棱 底棱 内部 共用该微粒的晶胞数 每个晶胞分摊的微粒数 共用该微粒的晶胞数 每个晶胞分摊的微粒数 6 2 3 4 1 12 2 6 4 1 1/6 1/2 1/3 1/4 1 1/12 1/2 1/6 1/4 1 1.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物的晶胞如图，其化学式是_______。 2. 某储氢合金容量的晶体部分结构如图所示。其化学式为_______。 3.一种高温超导材料晶胞结构如图所示。该晶体最简化学式为__________。 ZXY3 LaNi5 课堂检测 KCaB6C6 4. 钙钛矿晶胞结构中每个钛离子周围与它最接近且等距的钛离子有___个。  该晶胞中元素氧、钛、钙的粒子个数比是_________。  5.石墨晶体的层内为平面正六边形结构(如下图) ，平均每个正六边形占有C原子数为____个、占有的碳碳键数为____个。 6. 一种由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，则它的化学式是________。 Ti14C13 6 3∶1∶1 课堂检测 2 3 课堂检测 7.晶体结构的缺陷美与对称美同样受关注。某富锂超离子导体的晶胞是立方体(图1)，进行镁离子取代及卤素共掺杂后，可获得高性能固体电解质材料(图2)，图1中距离O2−最近的Li+为_____个。图2表示的化学式为_______________，Mg2+取代产生的空位有利于Li+传导。 6 LiMgOClxBr1−x 提示：Mg的个数小于2，正负化合价的代数和为0 课堂检测 8.(1) 硼化镁晶体中，Mg和B是分层排布的，下图是其微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为________。 (2) 如图是一种链状结构的多硼酸根，则该多硼酸根离子符号为________。 (3)天然硅酸盐阴离子的基本结构单元是四面体，如图(a)，通过共用顶角氧离子可形成链状、网状等结构，图(b)为一种无限长双链的多硅酸根，其中Si与O的原子数之比为_____，化学式为__________(用n代表聚合度)。 MgB2 2:5.5 一、晶胞 5.常见晶胞配位数、密度和空间利用率的计算 (1)简单立方晶胞 已知金属钋(M g·mol−1)是简单立方堆积，钋原子半径为r pm，计算：钋晶胞棱长a(pm) ；钋的密度ρ(g·cm−3)。 ①棱长a = 2r ②密度ρ = g·cm−3 ③空间利用率 = ×100% 空间利用率＝×100% ④配位数 = 6 一、晶胞 5.常见晶胞配位数、密度和空间利用率的计算 (2)体心立方晶胞 a 已知金属钾(M g·mol−1)是体心立方堆积，钾原子半径为r pm，计算：钾晶胞棱长a(pm) ；钾的密度ρ(g·cm−3)。 ①立方体对角线a = 4r ②密度ρ = g·cm−3 空间利用率＝×100% ③空间利用率 = ×100% ④配位数 = 8 一、晶胞 5.常见晶胞配位数、密度和空间利用率的计算 (3)面心立方晶胞 已知金属铜(M g·mol−1)是面心立方堆积，铜原子半径为r pm，计算：铜晶胞棱长a(pm) ；铜的密度ρ(g·cm−3)。 ①立方体面角线a = 4r ②密度ρ = g·cm−3 空间利用率＝×100% ③空间利用率 = ×100% ④配位数 = 12 课堂检测 1.如图是Fe单质的晶胞模型。已知晶体密度为d g·cm−3 ， 铁原子的半径为_______________ nm(用含有d、NA的代数式表示)。 2.已知：立方氮化硼的密度为d g·cm−3，B原子半径为x pm，N原子半径为y pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞中原子的空间利用率为 _________________________列出化简后的计算式)。 ×100% × ×107 空间利用率＝×100% 一、晶胞 6.原子分数坐标参数 (1).概念 原子分数坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。 (2).原子分数坐标的确定方法 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②在坐标轴中一般以正方体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 一、晶胞 6.原子分数坐标参数 例1.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，称作原子分数坐标。如图中原子1的坐标为，则原子2和3的坐标分别 为____________ 、 ____________ 。  例2.图中原子1的坐标为(，0)，则 原子2和3的坐标分别为___________、__________。 一、晶胞 7.典型晶胞的投影 晶胞 类型 三维图 二维图 正视图 沿体对角线切开的剖面图 沿体对角线的投影 简单立方堆积 体心立方堆积 面心立方堆积 一、晶胞 7.典型晶胞的投影 晶胞 类型 三维图 二维图 正视图 沿体对角线切开的剖面图 沿体对角线的投影 CaF2晶胞 金刚石晶胞 NaCl晶胞 例1.分别用○、●表示和K＋，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是、K＋在晶胞xz面、yz面上的位置： 晶胞在x轴方向的投影图为________(填标号)。 一、晶胞 7.典型晶胞的投影 B 例2.钾、铁、硒构成的超导材料晶胞在 xz、yz和xy平面投影分别如图所示： ①最简化学式为________。 ②该晶胞参数a＝b＝0.4 nm、c＝1.4 nm。 阿伏加德罗常数为NA，则该晶体的密度 为___________________________ g·cm−3 (列出计算式)。 一、晶胞 7.典型晶胞的投影 KFe2Se2 二、晶体结构的测定 自然形成的晶体多种多样，千姿百态，鬼斧神工： 【思考】如何测定这些晶体的结构呢？ 二、晶体结构的测定 1.常用仪器：_______________。 2.测定过程：当单一波长的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____________或者______________。 3.作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息，包括晶胞______和______、 ______或______在微观空间___________呈现的对称类型、原子在晶胞里的______和______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。 X射线衍射仪 电子 分立的斑点 明锐的衍射峰 形状 大小 分子 原子 有序排列 数目 位置 二、晶体结构的测定 例：通过晶体X射线衍射实验，对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，晶胞中含有4个乙酸分子。并且，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间的距离，判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，从而，得出分子的空间结构。 乙酸 晶体 乙酸分子的空间结构 乙酸 晶胞 1.嫦娥五号带回的首批月球土壤主要用于科学研究，下列说法错误的是( ) A.利用原子光谱可以确定月壤的元素组成 B.月壤所含的铁、金、银、铅、锌、铜、锑、铼等元素均属于过渡元素 C.月壤所含辉钼矿晶体具有对称性、各向异性等特征 D.构成月壤中玻璃颗粒的原子、离子、分子等呈无序排列 E.晶体的X射线衍射实验可以判断辉钼矿晶体存在的化学键，键长和键角 F.月球上的等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性 课堂检测 B Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) $$