内容正文:
Chemistry 不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海
物质的聚集状态与晶体的常识 (
钠及其化合物
)
一、物质的聚集状态
1.物质三态间的相互转化
【特别提醒】
(1)构成物质三态的粒子不一定都是分子,还可以是原子或离子等,如水的三态都是由分子构成的,离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
(2)物质的聚集状态除了气态、液态和固态,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。
2.等离子体与液晶
(1)等离子体
概念
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。这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体称为等离子体。
特点
等离子体具有良好的导电性和流动性。
应用
运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器;利用等离子体可以进行化学合成;核聚变也是在等离子态下发生的。
(2)液晶
概念
在一定的温度范围内既具有液体的可流动性,又具有晶体的各向异性的物质称液晶
特点
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。
应用
手机、电脑和电视的液晶显示器,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。再如,合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
【课堂小练1】
1.(2024·山西省大同市高二期中)下列有关等离子体、液晶的叙述中不正确的是( )
A.等离子体是一种整体上呈电中性的气态物质
B.液晶材料显示图像和文字,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
C.等离子体、液晶不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
2.科学研究表明,宇宙中90%以上的物质以等离子体状态存在,其原因是大部分发光星球的内部温度和压力都很高。下列说法正确的是( )
A.只有在宇宙发光星球上才存在等离子体
B.等离子体能吸收电磁波
C.有些难于发生的化学反应,在等离子体化学反应过程中也不能发生
D.等离子体是一种自然现象,不能人工得到
二、晶体与非晶体
1.晶体的定义与分类
(1)定义:内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间按一定规律呈周期性重复排列构成的固体物质,绝大多数常见的固体都是晶体。如:高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等。
(2)晶体的分类:根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用,可分为离子晶体、共价晶体、分子晶体、金属晶体。
晶体类型
构成微粒
微粒间的相互作用
实例
离子晶体
阴、阳离子
离子键
NaCl
金属晶体
金属阳离子、
自由电子
金属键
铜
共价晶体
原子
共价键
金刚石
分子晶体
分子
分子间作用力
冰
2.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
无(不能自发呈现多面体外形)
原子排列相对无序
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。
4.晶体的特性
(1)自范性:晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
(2)各向异性:晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
(3)固定的熔点。
5.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
最可靠方法
对固体进行X射线衍射实验
【特别提醒】
(1)同一物质可以是晶体,也可以是非晶体,如水晶和石英玻璃。
(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(非晶体)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,如玛瑙。
(5)晶体的固体粉末同样是晶体,晶粒太小无法用肉眼观察。
【课堂小练2】
3.下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( )
A.粉末状的固体肯定不是晶体
B.晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞
C.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是X射线衍射实验
D.晶体和非晶体的本质区别在于固体是否具有规则的几何外形
4.下列过程不能得到晶体的是( )
A.对NaCl饱和溶液降温所得到的固体 B.气态水直接冷却成固态水
C.熔融的KNO3冷却后所得到的固体 D.液态的玻璃冷却后所得到的固体
5.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
【课时对点练习】
题组一 物质的聚集状态
1.下列关于物质的聚集状态的说法正确的是( )
A.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
B.气态和液态物质一定是由分子构成
C.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,但不具有各向异性
D.等离子体具有良好的导电性和流动性
2.有关液晶的叙述,不正确的是( )
A.液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性
B.液晶最重要的用途是制造液晶显示器
C.液晶不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
3.等离子体和液晶在工业、农业、军事、宇航、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列关于它们的说法错误的是( )
A.等离子体和液晶都是物质的一种聚集状态 B.液晶具有液体的流动性和晶体的各向异性
C.等离子体只含有离子 D.等离子体和液晶都可用于制造显示器
4.运用等离子体来切割金属或者进行外科手术,其利用了等离子体的特点是( )
A.微粒带有电荷 B.高能量 C.基本构成微粒多样化 D.准电中性
5.高温、紫外线、X射线和γ射线等都可以使气体转化为等离子体。下列叙述中不涉及等离子体的是( )
A.日光灯和霓虹灯的灯管中 B.蜡烛的火焰中 C.流星的尾部 D.南极的冰山中
题组二 晶体与非晶体的区别
6.下列关于晶体的说法正确的是( )
A.粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形,故为非晶体
B.晶体呈现自范性的过程是非自发的过程
C.玻璃和水晶皆为晶体,二者都有固定的熔点
D.当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形
7.普通玻璃和水晶的根本区别在于( )
A.外形不一样
B.普通玻璃的基本构成粒子无规则排列,水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性有序排列
C.水晶有固定的熔点,普通玻璃无固定的熔点
D.水晶可用于能量转换,普通玻璃不能用于能量转换
8.如图是a、b是两种不同物质的熔化曲线,下列说法正确的是( )
A.a没有固定的熔点 B.a是非晶体
C.b是晶体 D.b是非晶体
9.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是( )
A.晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔沸点
B.晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期有序性排列
C.固体食盐、水晶、胆矾、玻璃均属于晶体
D.区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性
题组三 晶体的性质
10.美国加州 Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们,在40 Gpa的高压容器中,用Nd:YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800 K,二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是
A.具有规则的几何外形 B.硬度与金刚石相近
C.熔化时破坏共价键 D.易升华,可用作制冷剂
11.在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,会发现不同方向石蜡熔化的快慢不同,这是晶体的( )
A.自范性 B.均一性 C.晶胞“无隙并置”性 D.各向异性
12.将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中,一段时间后(温度不变)发现缺角的晶体变完整了(外形变规则了)。这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是( )
A.减小、增大 B.增大、减小 C.不变、不变 D.不能确定
13.分析晶体与非晶体具有的性质:
(1)下图是冰块熔化过程中温度随时间的变化图像。分析图像可知,冰块熔化过程持续 min,此过程需 (填“吸热”或“放热”),温度 (填“升高”“不变”或“降低”)。所以,冰是 (填“晶体”或“非晶体”),区分晶体与非晶体的重要依据是 。
(2)甲为石墨晶体,甲说明晶体具有 ;乙说明晶体具有各向异性而非晶体具有 ;丙说明晶体的内部微粒排列规范 而非晶体内部微粒排列无序。
14.(2024·浙江省丽水市高二期末)固体有晶体和非晶体之分,绝大多数常见的固体是晶体,少数固体属于非晶体。回答下列问题:
(1)非晶体SiO2的微观结构投影示意图为 (选填“A”或“B”)。
(2)根据非晶体SiO2和晶体SiO2的本质差异,完成下表:
固体
自范性
微观结构
晶体SiO2
有
非晶体SiO2
原子排列相对无序
(3)根据晶体物理性质的各向异性特点,能鉴别仿造的假宝石。请写出1种方法鉴别玻璃仿造的假宝石 。
【参考答案】
【课堂小练1】
1.(2024·山西省大同市高二期中)下列有关等离子体、液晶的叙述中不正确的是( )
A.等离子体是一种整体上呈电中性的气态物质
B.液晶材料显示图像和文字,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
C.等离子体、液晶不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
【答案】C
【解析】A项,等离子体是由电子、阳离子和电中性的分子或原子组成的整体上呈电中性的气态物质,A项正确;B项,液晶材料的显示原理为施加电场时,液晶分子的长轴取向发生不同程度的改变,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态,B项正确;C项,由等离子体、液晶的定义可知等离子体、液晶是物质的一种聚集状态,C项错误;D项,液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器,D项正确;故选C。
2.科学研究表明,宇宙中90%以上的物质以等离子体状态存在,其原因是大部分发光星球的内部温度和压力都很高。下列说法正确的是( )
A.只有在宇宙发光星球上才存在等离子体
B.等离子体能吸收电磁波
C.有些难于发生的化学反应,在等离子体化学反应过程中也不能发生
D.等离子体是一种自然现象,不能人工得到
答案 B
解析 在我们周围,等离子体也常常存在,如日光灯和霓虹灯的灯管里,A项错误;等离子体因含带电微粒而能吸收电磁波,因能量很高而能使难发生的化学反应迅速发生,B项正确、C项错误;等离子体可以通过人工得到,D项错误。
【课堂小练2】
3.下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( )
A.粉末状的固体肯定不是晶体
B.晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞
C.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是X射线衍射实验
D.晶体和非晶体的本质区别在于固体是否具有规则的几何外形
【答案】C
【解析】A项,晶体是由内部粒子按一定规律作周期性有序排列的固体,具有固定的熔点和规则的几何外形,与固体是否为粉末状无关,A错误;B项,处于晶胞内部的粒子完全属于该晶胞,处于顶点、面心和棱边上的微粒与其它晶胞共用,B错误;C项,构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列,晶体的这一结构特征可以通过X−射线衍射图谱反映出来。因此,区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X−射线衍射实验,C正确;D项,晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列,D错误;故选C。
4.下列过程不能得到晶体的是( )
A.对NaCl饱和溶液降温所得到的固体 B.气态水直接冷却成固态水
C.熔融的KNO3冷却后所得到的固体 D.液态的玻璃冷却后所得到的固体
答案 D
解析 得到晶体的三条途径:①溶质从溶液中析出;②气态物质凝华;③熔融态物质凝固。A选项符合①,B选项符合②,C选项符合③。由于玻璃属于非晶体,熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。
5.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
答案 B
解析 晶体在固态时不能自发形成新的晶体,故A错误;溶质从溶液中析出,可形成有规则几何外形的晶体,故B正确;圆形容器中结出的冰是圆形的,不是自发形成的,故C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,故D错误。
【课时对点练习】
题组一 物质的聚集状态
1.下列关于物质的聚集状态的说法正确的是( )
A.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形
B.气态和液态物质一定是由分子构成
C.液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,但不具有各向异性
D.等离子体具有良好的导电性和流动性
【答案】D
【解析】A项,晶体与非晶体的根本区别在于粒子在微观空间是否呈周期性的有序排列,有规则的几何外形的物质不一定是晶体,比如:玻璃,故A错误;B项,常温下,金属汞为液态,由汞原子构成,故B错误;C项,液晶不像普通物质直接由固态晶体熔化成液体,而是经过一个既像晶体又似液体的中间状态,同时它还具有液体和晶体的某些性质。液晶的最大特点是:既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,故C错误;D项,等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质,具有良好的导电性和流动性,故D正确;故选D。
2.有关液晶的叙述,不正确的是( )
A.液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性
B.液晶最重要的用途是制造液晶显示器
C.液晶不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
【答案】C
【解析】从液晶的结构特征看,液晶具有晶体的某些性质,如各向异性。在电场作用下,液晶分子能够沿电场方向排列,这也是制造液晶显示器的依据。液晶是介于液态和固态之间的一种聚集状态,故只有C选项错误。
3.等离子体和液晶在工业、农业、军事、宇航、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列关于它们的说法错误的是( )
A.等离子体和液晶都是物质的一种聚集状态 B.液晶具有液体的流动性和晶体的各向异性
C.等离子体只含有离子 D.等离子体和液晶都可用于制造显示器
【答案】C
【解析】A项,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,液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,A正确;B项,在一定范围内存在液体流动性,也存在晶体各向异性的物质,称之为液晶,B正确;C项,等离子体中既有带电的阳离子和电子,也有电中性的分子或原子,C错误;D项,等离子体和液晶可以分别用于制造等离子体显示器、液晶显示器,D正确。故选C。
4.等离子体的用途十分广泛,运用等离子体来切割金属或者进行外科手术,其利用了等离子体的特点是( )
A.微粒带有电荷 B.高能量 C.基本构成微粒多样化 D.准电中性
【答案】B
【解析】运用等离子体来切割金属或者进行外科手术,是利用了等离子体具有高能量的特点。
5.高温、紫外线、X射线和γ射线等都可以使气体转化为等离子体。下列叙述中不涉及等离子体的是( )
A.日光灯和霓虹灯的灯管中 B.蜡烛的火焰中 C.流星的尾部 D.南极的冰山中
【答案】D
【解析】高温下存在等离子体,日光灯、霓虹灯、蜡烛、流星都能形成高温环境。
题组二 晶体与非晶体的区别
6.下列关于晶体的说法正确的是( )
A.粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形,故为非晶体
B.晶体呈现自范性的过程是非自发的过程
C.玻璃和水晶皆为晶体,二者都有固定的熔点
D.当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形
答案 D
解析 粉末状的硝酸钾固体,每一个细小的颗粒即为一个微晶体,仍属于晶体,故A错误;晶体呈现自范性的过程是自发地呈现多面体外形的过程,故B错误;玻璃无固定熔点,不属于晶体,水晶为晶体,有固定的熔点,故C错误;当晶体生长速率适当时,微观粒子排列整齐,体现自范性,才可得到规则的多面体外形,故D正确。
7.普通玻璃和水晶的根本区别在于( )
A.外形不一样
B.普通玻璃的基本构成粒子无规则排列,水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性有序排列
C.水晶有固定的熔点,普通玻璃无固定的熔点
D.水晶可用于能量转换,普通玻璃不能用于能量转换
【答案】B
【解析】普通玻璃为非晶体,水晶为晶体,它们的根本区别在于内部微粒是否按一定规律做周期性有序排列,即晶体具有自范性。两种物质在性质上的差异正是其内部结构不同的体现。
8.如图是a、b是两种不同物质的熔化曲线,下列说法正确的是( )
A.a没有固定的熔点 B.a是非晶体
C.b是晶体 D.b是非晶体
答案 D
解析 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。
9.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是( )
A.晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔沸点
B.晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期有序性排列
C.固体食盐、水晶、胆矾、玻璃均属于晶体
D.区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性
【答案】B
【解析】A项,晶体与非晶体的本质区别在于是否有自范性,微粒在微观空间是否呈现周期性的有序排列,故A错误;B项, 晶体有自范性是粒子在微观空间呈周期有序性排列的宏观表象,故B正确;C项,玻璃不是晶体,故C错误;D项,区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是X—射线衍射法,故D错误;故选B。
题组三 晶体的性质
10.美国加州 Livermore国家实验室物理学家Choong—Shik和他的同事们,在40 Gpa的高压容器中,用Nd:YbLiF4激光器将液态二氧化碳加热到1800 K,二氧化碳转化为与石英具有相似结构的晶体。估计该晶体不具有的结构或性质是
A.具有规则的几何外形 B.硬度与金刚石相近
C.熔化时破坏共价键 D.易升华,可用作制冷剂
【答案】D
【解析】A项,该晶体具有与石英相似的晶体结构,属于共价晶体,具有规则的几何外形,A项不选;B项,该晶体与金刚石都属于共价晶体,硬度与金刚石相近,B项不选;C项,该晶体属于共价晶体,熔化时破坏共价键,C项不选;D项,该晶体属于共价晶体,具有高熔点、高硬度,不易升华,不能用作制冷剂,D项选;故选D。
11.在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡,用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡,会发现不同方向石蜡熔化的快慢不同,这是晶体的( )
A.自范性 B.均一性 C.晶胞“无隙并置”性 D.各向异性
答案 D
12.将一块缺角的胆矾晶体悬置于饱和硫酸铜溶液中,一段时间后(温度不变)发现缺角的晶体变完整了(外形变规则了)。这段时间内晶体和溶液的质量变化分别是( )
A.减小、增大 B.增大、减小 C.不变、不变 D.不能确定
【答案】C
【解析】晶体中的粒子在微观空间里呈现周期性有序排列,晶体的自范性、各向异性,胆矾晶体具有自范性,硫酸铜晶体和硫酸铜溶液存在着溶解平衡,即硫酸铜晶体不断溶解,溶液中的硫酸铜不断析出,由于在自然条件下结晶形成的晶体形状都是规则的,所以向饱和硫酸铜溶液中放入一小块缺角的胆矾晶体时硫酸铜晶体的形状会变得规则,而质量不发生变化,所以这段时间内晶体和溶液的质量变化都是不变,故C正确;故选C。
13.分析晶体与非晶体具有的性质:
(1)下图是冰块熔化过程中温度随时间的变化图像。分析图像可知,冰块熔化过程持续 min,此过程需 (填“吸热”或“放热”),温度 (填“升高”“不变”或“降低”)。所以,冰是 (填“晶体”或“非晶体”),区分晶体与非晶体的重要依据是 。
(2)甲为石墨晶体,甲说明晶体具有 ;乙说明晶体具有各向异性而非晶体具有 ;丙说明晶体的内部微粒排列规范 而非晶体内部微粒排列无序。
【答案】(1)10 吸热 不变 晶体 晶体有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点
(2)各向异性 各向同性 有序
【解析】(1)由图知,冰块熔化过程持续了10min,此过程需吸收热量,温度保持不变,故冰是晶体,有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点,有无固定熔点是区分晶体与非晶体的重要依据;(2)甲为石墨晶体,垂直方向的导电性差而水平方向的导电性强,说明晶体具有各向异性;乙图中,水晶属于晶体而玻璃属于非晶体,石蜡熔化后,水晶片上出现椭圆形而玻璃片上出现圆形,说明晶体具有各向异性而非晶体具有各向同性;丙说明晶体的内部微粒排列规范有序而非晶体内部微粒排列无序。
14.(2024·浙江省丽水市高二期末)固体有晶体和非晶体之分,绝大多数常见的固体是晶体,少数固体属于非晶体。回答下列问题:
(1)非晶体SiO2的微观结构投影示意图为 (选填“A”或“B”)。
(2)根据非晶体SiO2和晶体SiO2的本质差异,完成下表:
固体
自范性
微观结构
晶体SiO2
有
非晶体SiO2
原子排列相对无序
(3)根据晶体物理性质的各向异性特点,能鉴别仿造的假宝石。请写出1种方法鉴别玻璃仿造的假宝石 。
【答案】(1)A
(2)原子在三维空间里呈周期性有序排列 无
(3)方法1:可观察宝石的形状,具有多面体的外形:测试它的硬度、可在玻璃上刻出痕迹,初步确定它是晶体:方法2:可利用宝石的折光率鉴别;方法3:c可进行X射线衍射实验鉴别。
【解析】(1)晶体的自范性是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现。相反,非晶体中粒子的排列则相对无效,无自范性,故A为非晶体SiO2的微观结构投影示意图。(2)晶体SiO2有自范性,微观结构中原子在三维空间里呈周期性有序排列;非晶体SiO2无自范性,微观结构中原子排序相对无序。(3)根据晶体各向异性的特点,可以采用如下方法区分:(1)观察是否具有多面体的外形,假宝石没有相等的晶面、晶棱的重复出现;可以测试它的硬度,真宝石硬度大,可刻画玻璃;(2)可以利用宝石的折光率鉴别,宝石的光折射率很高,看起来会有折射效果,而玻璃折射率低,没有折射效果;(3)采用X射线衍射,当X射线照射假宝石时,不能使X射线产生衍射,只有散射效应。
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