3.1 物质的聚集状态与晶体的常识(教用Word)-【赢在微点·轻松课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版，单选）

　　▶导语:自然界中天然存在和人工合成的物质有上亿种,其中绝大多数以固体形式存在。固体分为晶体和非晶体两大类。晶体微观结构的基本单元称为晶胞。根据组成晶体的微粒及微粒间作用力的不同,可以将晶体简单地分为分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体,另外,还存在许多过渡晶体和混合型晶体。晶体的结构决定晶体的性质,如晶体的熔点、密度、硬度、延展性、溶解性、热分解性、化学反应性、生物活性等。 要点概括与学法引导 构建模型理解各类晶体的组成微粒和微粒之间的相互作用,理解各类晶体的性质与结构的关系,建立“结构决定性质”的思维模型。 通过实物模型理解晶体的空间结构并能进行相关计算,培养空间想象能力。 理解配位键的形成及配合物的结构,能利用配合物的性质推测配合物的组成。 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 新课程标准 核心素养 1.认识晶体和非晶体的本质差异,知道晶体的特征和性质。 2.了解获得晶体的途径。 3.知道晶胞的概念,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。 1.宏观辨识与微观探析: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与非晶体。 2.证据推理与模型认知: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(均摊法),能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。 课前预习新知 　 知|识|梳|理 知识点一 物质的聚集状态 1.物质的常见聚集状态:气态、液态、固态。 物质三态间的相互转化 2.物质的特殊聚集状态。 (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,等离子体具有良好的导电性和流动性。 (2)离子液体:是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 (3)晶态、非晶态以及介于二者之间的塑晶态、液晶态等。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.物质的聚集状态只有固、液、气三种状态。 (×) 2.气态和液态物质均是由分子构成的。 (×) 3.等离子体是一种特殊的气体,含有带电粒子,呈电中性。 (√) 4.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态。 (√) 知识点二 晶体与非晶体 1.晶体与非晶体的本质差异。 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 没有 原子排列相对无序 2.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。 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:许多物理性质,如强度、导热性、光学性质等,常常会表现出各向异性。 (3)晶体有固定的熔点。 (4)外形和内部质点排列的高度有序性。 4.晶体与非晶体的区分方法。 区分 方法 测熔点 晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点 可靠方法 对固体进行X射线衍射实验 微思考 如图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? 玻璃的结构示意图 提示:不是晶体。晶体与非晶体的根本区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察玻璃结构的示意图可知,构成玻璃的粒子的排列是无序的,所以玻璃是非晶体。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 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.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.有规则几何外形的固体一定是晶体。 (×) 知识点三 晶胞 1.概念。 晶胞是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、个数及几何排列是完全相同的。 3.晶胞中微粒数目的计算。 平行六面体(立方体形)晶胞中微粒数目的计算。 (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。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为4。 微思考 如图依次是钠、锌、碘、金刚石晶胞的示意图,它们分别平均含几个原子? 钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图 提示:2、2、8、8。 微判断(正确的画“√”,错误的画“×”) 1.晶胞都是平行六面体。 (×) 2.晶胞是晶体的最小重复单元。 (√) 3.不同晶体中晶胞的大小和形状都相同。 (×) 4.晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。 (×) 5.已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成。 (×) 6.铜晶体中平均每个晶胞中含有14个铜原子。 (×) 知识点四 晶体结构的测定 通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后,经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息,包括晶体形状和大小、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。 课堂互动探究 　 探究一 均摊法确定晶胞中微粒的个数 均摊法:若某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子的属于这个晶胞。 (1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算。 (2)六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算。 如图所示,六方晶胞中所含微粒数目为12×+3+2×=6。 六方晶胞 特别提醒　非长方体和六方晶胞中粒子数目计算时视具体情况而定,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。 【例1】　下列各项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。其中对应的化学式不正确的是　 (　　) 解析　A项中X、Y的位置、数目完全等同,化学式为XY,正确;B项中X、Y的个数比为1∶=1∶1,化学式为XY,错误;C项中X的数目为4×+1=,Y的数目为4×=,化学式为X3Y,正确;D项中X的数目为8×=1,Y的数目为6×=3,Z位于体心,数目为1,化学式为XY3Z,正确。 答案　B 【变式训练】 1.某晶体的晶胞为如图所示的正三棱柱,该晶体中X、Y、Z三种粒子数之比是 (　　) A.3∶9∶4 B.1∶4∶2 C.2∶9∶4 D.3∶8∶4 解析　该结构是一个正三棱柱,它分摊到的粒子为顶角粒子的,上下棱上粒子的,侧棱上粒子的及内部的所有粒子,X都在顶角,6个Y在上下棱上,3个Y在侧棱上,Z位于内部,所以,X、Y、Z三种粒子数之比为∶∶1=1∶4∶2。 答案　B 探究二 晶体密度的计算 【例2】　已知NaCl的摩尔质量为58.5 g·mol-1,NaCl晶体的密度为ρ g·cm-3,若图中Na+与最邻近Cl-的核间距为a cm,若NA表示阿伏加德罗常数的值,则NA可表示为 (　　) NaCl晶胞示意图　 　 A.　　　B. C.　　　D.117a3ρ 解析　NaCl晶胞中所包含的Cl-数目为12×+1=4,Na+数目为8×+6×=4,即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na+和4个Cl-共同占有的体积,由题图可知1个Na+与1个Cl-共同占有的体积V=×(2a cm)3=2a3 cm3,用NA表示阿伏加德罗常数的值,由等式NA·ρ·2a3=58.5,可得NA=,故选C。 答案　C 【变式训练】 2.过渡金属氮化物因其优异的催化性能(加氢处理、光和电化学催化等)受到了广泛关注。贵金属钼(Mo)的氮化物可作将N2还原为氨的反应的催化剂。贵金属钼的氮化物的立方晶胞如图所示。已知晶胞参数为a nm,则该晶体的化学式为　　　　,晶体的密度为　　　　　　(列出计算式)g·cm-3。 解析　由题图可知,一个晶胞中含有Mo的个数为8×+6×=4,含有N的个数为4×+1=2,Mo、N原子的数目之比为4∶2=2∶1,所以该晶体的化学式为Mo2N,一个晶胞相当于含有2个Mo2N,则一个晶胞质量为2× g= g,晶胞体积为(a×10-7)3 cm3,所以晶体的密度为 g·cm-3。 答案　Mo2N　 探究三 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)一般以坐标轴所在正方体的棱长为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。 3.原子分数坐标的意义。 通过原子分数坐标既能确定晶胞中原子的相对位置,又可以计算各原子间的距离,进而可以计算晶胞的体积及晶体的密度。 4.原子分数坐标确定的步骤。 (1)由已知坐标确定晶胞参数值和坐标原点。 (2)由原子在晶胞中的相对位置确定原子与坐标原点的距离。 (3)确定原子在晶胞中的坐标。 5.几种典型晶胞结构模型的原子坐标。 (1)简单立方体模型。 原子坐标:若1(0,0,0),2(0,1,0),则确定3(1,1,0),7(1,1,1)。 (2)体心晶胞结构模型。 原子坐标:若1(0,0,0),3(1,1,0),5(0,0,1),则6(0,1,1),7(1,1,1),9,,。 (3)面心立方晶胞结构模型。 原子坐标:若1(0,0,0),13,,0,121,,,则9 ,1,,11 ,,1 。 【例3】　已知金刚石的晶胞如图: 若A为原点坐标,晶胞边长为a,原子1的坐标为,,,则原子2、3、4的坐标分别为　　　　　、　　　　　　、　　　　　　。  解析　根据晶胞边长为a和原子1的坐标,可确定原子2、3、4分别位于相应体对角线的处 (离最近顶点),可推出2、3、4原子的坐标分别为2、3、4。 答案　　 【变式训练】 3.钛(Ti)被誉为“21世纪金属”,Ti的部分晶体结构如图Ⅰ所示,原子坐标可用图Ⅱ表示。设图Ⅱ原子坐标系中A点原子的坐标为(1,0,0),C点原子的坐标为(0,1,0),D点原子的坐标为(0,0,1),则B点原子的坐标为　　　　　　。  答案　 解析　由各原子坐标参数可知A处于x轴,C处于y轴,D处于z轴,B处于晶胞中三棱柱的中心位置,距离上、下底面距离相等,则B的参数z的值为;B在底面投影B'处于AC连线上且AB'长度为AC长度的,则B'到左侧面距离为C的,即为y参数=×1=;则B'到后平面距离为A的,即为x参数=×1=,故B的坐标参数为。 随堂达标自测 　 1.关于晶体的自范性,下列叙述正确的是 (　　) A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体 B.缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块 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 解析　晶体在固态时不能自发形成新的晶体,A项错误;溶质从溶液中析出,可形成有规则几何外形的晶体,B项正确;圆形容器中结出的冰是圆形的,不是自发形成的,C项错误;玻璃属于非晶体,不具有自范性,由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的,D项错误。 答案　B 2.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;又如石墨在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.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④ 解析　晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。 答案　D 3.某立方卤化物可用于制作光电材料,其晶胞结构如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.Ca2+的配位数为6 B.与F-距离最近的是K+ C.该物质的化学式为KCaF3 D.若F-换为Cl-,则晶胞棱长将改变 解析　Ca2+配位数为与其距离最近且等距离的F-的个数,Ca2+位于体心,F-位于面心,Ca2+配位数为6,A项正确;F-与K+的最近距离为棱长的,F-与Ca2+的最近距离为棱长的,与F-距离最近的是Ca2+,B项错误;K+位于顶点,个数为×8=1,F-位于面心,个数为×6=3,Ca2+位于体心,个数为1,该物质的化学式为KCaF3,C项正确;F-与Cl-半径不同,替换后晶胞棱长将改变,D项正确。 答案　B 4.有一种氮化硼晶体的结构与金刚石相似,其晶胞如图所示。 (1)在该晶胞中,含有硼原子　　　　个,氮原子　　　　个。  (2)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。已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0);则E为　　　　 。  (3)氮化硼晶胞的俯视投影图是　　　　(填字母)。  (4)已知氮化硼晶胞的密度为ρ g·cm-3,设NA为阿伏加德罗常数的值,则氮化硼晶胞的棱长为　　　　　　　cm(用代数式表示)。  解析　(1)硼原子位于晶胞内,氮原子位于顶点和面心,则在一个晶胞中,含有硼原子4个,氮原子个数为8×+6×=4。(2)已知三个原子分数坐标参数:A为(0,0,0)、B为(0,1,1)、C为(1,1,0),则由E原子的位置可知,E的原子分数坐标为。(3)由晶胞示意图可知,氮化硼晶胞的俯视投影图为b。(4)1个氮化硼晶胞内含有氮原子和硼原子均为4个,则晶胞的质量为 g,晶胞体积V=cm3,棱长为 cm。 答案　(1)4　4　 (2)　(3)b (4) 学科网（北京）股份有限公司 $$