第3章 第1节 物质的聚集状态与晶体的常识-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

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 学习目标 素养解读 1.认识物质的聚集状态。 2．能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体和非晶体。 3．了解晶体结构的测定方法 能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质及现象，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，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 任务一　物质的聚集状态　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 冬天江、河、湖泊中的水会凝结形成冰，春暖花开时，冰又会融化为水，若将水加热煮沸，水又转化为水蒸气。在水的三态变化中起决定因素的是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：温度。 1．物质三态间的相互转化 2．物质的其他聚集状态 (1)等离子体：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。 (2)离子液体：熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 (3)晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 【开拓思维】 水在固态、液态和气态时，水分子间的距离及运动状态是否相同？ 提示：不同。水分子间的距离在固态时最小，气态时最大，且水分子在固态时只能振动，在气态时能自由移动，在液态时则介于二者之间。 【对点练】 1．下列关于聚集状态的叙述中，错误的是(　　) A．物质只有气、液、固三种聚集状态 B．气态是高度无序的体系存在状态 C．固态中的原子或者分子结合得较紧凑，相对运动较弱 D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性 答案：A 2．下列关于等离子体的叙述中，错误的是(　　 ) A．是物质的一种聚集状态 B．是一种混合物 C．具有导电性 D．基本构成微观粒子只有阴、阳离子 答案：D 任务二　晶体与非晶体 　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 下图是几种常见晶体的图片。请思考有规则几何外形的固体一定是晶体吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：有规则几何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。 1．晶体与非晶体的本质差异 固体 自范性 微观结构 晶体 有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 非晶体 无 原子排列相对无序 2.获得晶体的途径 实验内容 实验操作及现象 获得晶体的途径 获取硫晶体 硫黄粉末熔融态硫淡黄色的菱形硫晶体 熔融态物质凝固 获取碘晶体 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。加热时，小烧杯内产生大量紫色气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的紫色气体逐渐消失，表面皿底部出现紫黑色晶体颗粒 气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华) 获取氯化钠晶体 向氯化钠饱和溶液中滴入浓盐酸，在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒 溶质从溶液中析出 3.晶体的特点 (1)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。 (2)各向异性：晶体的许多物理性质常常会表现出各向异性。 (3)晶体有固定的熔点。 (4)晶体外形和内部质点排列具有高度有序性。 4．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。 【易错辨析】 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．熔融的硝酸钾冷却可得晶体，故液态玻璃冷却也能得到晶体(×) 4．粉末状的固体也有可能是晶体(√) 问题1：下图是a、b两种不同物质的熔化曲线，试分析a、b是晶体还是非晶体，并说明理由。 提示：晶体有固定的熔点，由a的熔化曲线分析可知，中间有一段温度不变但一直在吸收能量，该段所对应的温度就是晶体a的熔点；由b的熔化曲线可知，温度一直升高，所以物质b没有固定的熔点，为非晶体。 问题2：云母属于晶体，用烧热的钢条去接触涂有薄薄一层石蜡的云母片的反面时，熔化了的石蜡呈现椭圆形，分析产生该现象的原因是什么。 提示：云母属于晶体，具有各向异性，在不同的方向导热性不同，导致熔化了的石蜡呈现椭圆形。 【要点归纳】 1．认识晶体与非晶体 (1)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2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和美观、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。 2．晶体和非晶体的区别 项目 晶体 非晶体 微观结构 粒子在三维空间呈周期性重复排列 粒子排列杂乱无章 自范性 有 无 各向异性 有 无(各向同性) 熔点 固定 不固定 本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性重复排列 3.晶体呈现自范性的条件 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快时，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。 4．晶体的其他基本性质 (1)均一性：晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 (2)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上存在有规律的重复，就是对称性。 (3)稳定性：结晶状态是一个相对稳定的状态。 【典例分析】 【典例1】 关于晶体和非晶体的说法，正确的是(　　) A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 B．晶体在熔化过程中需要不断吸热，温度不断升高 C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 D．晶体和非晶体之间不可以相互转化 解析：选C。玻璃不属于晶体，不具有物理性质各向异性的特点，C正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D不正确。 【对点练】 3.下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是(　　) A．是否为具有规则几何外形的固体 B．是否具有各向异性 C．是否具有美观、对称的外形 D．内部微粒在空间是否呈周期性有序排列 答案：D 4．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的。晶体的各向异性主要表现在(　　) ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A．仅①③ B．仅②④ C．仅①②③ D．①②③④ 解析：选D。晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。 任务三　晶胞 【情境诱思】 下图是铜晶胞中所填入的原子及其切割示意图。 分析铜晶胞的切割示意图，从中能获取哪些有关晶胞原子组成的信息？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：晶胞的顶角原子是8个晶胞共用；晶胞面上的原子是2个晶胞共用。 1．晶胞的概念 晶胞是描述晶体结构的基本单元。 2． 晶胞的结构及其特点 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 特点 无隙 相邻晶胞之间没有任何间隙 并置 所有晶胞都是平行排列的，取向相同 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 【应用示例】 分析下列六面体是否是晶胞。 提示：A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4条平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。 3．晶胞中粒子数目的计算 (1)平行六面体晶胞中粒子数目的计算 原子在晶胞中的位置 共用该原子的晶胞的个数 顶角 8 棱上 4 面上 2 内部 1 (2)几种晶胞中原子数目的确定 晶胞结构 晶胞中所 含原子数 2 2 8 8 【易错辨析】 1．晶胞是晶体的最小的结构重复单元(√) 2．不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同(×) 3．晶胞中任何一个粒子都完全属于该晶胞(×) 4．一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比(√) 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两种晶胞的结构示意图如下： A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是2、4。 【要点归纳】 1．晶胞的特点 (1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。 (2)整个晶体是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成的。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。 2．晶胞中粒子数目的计算——均摊法 若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有属于这个晶胞。 (1)立方(长方)体晶胞中粒子数的计算 (2)非立方(长方)体晶胞中粒子数的计算 计算非平行六面体晶胞中粒子数目时视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，每个碳原子被三个六边形共用，每个碳原子对六边形的贡献为，又如正三棱柱和正六棱柱晶胞： 如下图所示，六方晶胞中所含微粒数目为12×＋3＋2×＝6。 (3)气态团簇分子不能用切割法 如上图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，其分子式可表示为M14N13。 【典例分析】 【典例2】 如图所示的甲、乙、丙三种晶胞： 试推断，甲晶胞构成的晶体的化学式(X为阳离子)：______________；乙晶胞中A、B、C三种微粒的个数比是__________；丙晶胞中每个D周围结合E的个数是____________。 解析：X位于立方体体心，该晶胞中含有1个X，Y位于顶角，该晶胞中Y原子的个数＝4×＝，则该晶胞中X、Y的个数之比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶胞构成的晶体的化学式为X2Y；乙晶胞中A原子的个数＝8×＝1，B原子的个数＝6×＝3，C原子的个数为1，所以乙晶胞中A、B、C三种微粒的个数比为1∶3∶1；丙晶胞中每个D周围结合E的个数是8。 答案：X2Y　1∶3∶1　8 【对点练】 5.下图所示的是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中—X、—Y、—Z。其对应的化学式不正确的是(　　) 解析：选B。图中X、Y均处于顶点，且个数比为1∶1，化学式为XY，A正确； Y有8个位于顶点，个数为8×＝1，X位于体心，个数为1，个数比为1∶1，化学式为XY，B错误。 6．如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶胞结构。 (1)在该晶体中每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子有________个。 (2)该晶胞中元素氧、钛、钙的粒子个数比是________。 答案：(1)6　(2)3∶1∶1 任务四　晶体结构的测定 　　　　　　　　　　　　　　　　 【情境诱思】 区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，当单一波长的X射线通过晶体和非晶体时，产生的图谱有何区别？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：晶体，产生分立的斑点或明锐的衍射峰；非晶体，不产生分立的斑点或明锐的衍射峰。 1．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明锐的衍射峰。 2．由衍射图形可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。 【对点练】 7．测定晶体结构最常用的方法是X射线衍射。下列有关说法错误的是(　　) A．X射线透过晶体时会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰 B．同一种物质的X射线衍射图谱相同 C．能够通过X射线衍射图谱计算晶胞形状和大小、原子在晶胞中的数目和位置 D．利用X射线分析物质微观结构是测定原子空间排布的重要途径 解析：选B。同一种物质的晶体状态和非晶体状态X射线衍射图谱不同。 8．不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是(　　) A．石墨和金刚石是同素异形体 B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列 C．石墨的熔点为3 625 ℃ D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的谱线 解析：选A。是否互为同素异形体与是否为晶体这两者之间并无联系，如无定形碳也是金刚石、石墨的同素异形体，却属于非晶体。 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列物质中属于晶体的是(　　) ①橡胶　②玻璃　③食盐　④水晶　⑤塑料　⑥胆矾 A．①④⑤ B．②③⑥ C．①③④ D．③④⑥ 答案：D 2．下列说法错误的是 (　　) A．同一物质有时可以是晶体，有时可以是非晶体 B．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是测定其有没有固定熔点 C．雪花是水蒸气凝华得到的晶体 D．溶质从溶液中析出可以得到晶体 解析：选B。区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是进行X射线衍射实验，B错误。 3．(2024·辽宁朝阳高二联考)在水晶的柱面上涂一层石蜡，用红热的针接触柱面中央，石蜡熔化后呈椭圆形；用玻璃代替水晶重复上述操作，熔化的石蜡则呈圆形。下列有关叙述错误的是(　　) A．玻璃在各个方向的导热性不同 B．玻璃是非晶体 C．水晶是晶体 D．晶体的导热性具有各向异性 解析：选A。玻璃是非晶体，非晶体不具有物理性质各向异性的特点，A项错误。 4．钒(V)的某种氧化物的晶胞结构如图所示。该晶体的化学式为(　　) A．VO3 B．VO2 C．V2O3 D．V2O4 解析：选B。由晶胞结构可知，V位于晶胞的顶角和体心，V的个数为1＋8×＝2；有4个O位于晶胞面上，2个O位于晶胞内部，则O的个数为4×＋2＝4，则该晶体的化学式为VO2，故选B。 5．(1)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________。 (2)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________。 A．Ti14C13 B．TiC C．Ti14C4 D．Ti4C3 解析：(1)每个氮化硼晶胞中白球表示的原子个数为8×＋1＝2，灰球表示的原子个数为1＋4×＝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。 (2)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。 答案：(1)2　BN　(2)A 学科网（北京）股份有限公司 $$