3.1 物质的聚集状态与晶体常识 课件- 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

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 物质的聚集状态 晶体的常识 第1课时 1 周期性的 微观结构 晶体常识 晶体类型 配合物与超分子 原子、分子或离子 晶体 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 过渡晶体 混合型晶体 晶体 非晶体 物质 （聚集状态） 固体 气体 液体 性质：熔点、密度、延展性、溶解性、热分解性、化学反应性、生物活性等 晶胞 二维 三维 ...... 物质组成 一、物质的聚集状态 (1)20世纪前，人们认为：分子是保持物质化学性质的最小粒子；物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。 3 物质组成 一、物质的聚集状态 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；离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 思考：物质都是由分子构成的吗？ 物质 分子 离子，如NaCl，离子液体等。 原子，如石墨、金刚石、二氧化硅，金属等 X射线衍射 等离子体 4 68页 概念： 存在： 性质： 应用： 一、物质的聚集状态 固态 物质 （聚集状态） 液态 气态 晶态 非晶态 塑晶态液晶态 液晶是先熔化失去平移对称性，进一步升高温度后产生转动。 塑晶是先进行转动，这时从统计的角度看依然保持平移对称性，再升温后熔化而失去平移对称性。 6 一、物质的聚集状态 塑晶是具有塑性的固态晶体。其特殊宏观性质与形态起源于，在一定温度条件下，晶体内分子间的排列仍保持周期性，具有晶体的基本特征，但基于其分子旋转势垒较低的特殊性，分子在平衡位置产生与旋转对应的取向无序的状态，从而使分子间较易产生滑动而导致晶体呈现一定塑性。 如樟脑在-23℃与179℃之间呈塑晶态。 液晶系统分子间的作用力非常微弱，它的结构易受周围的机械应力、电磁场、温度和化学环境等变化的影响，由于只需很小的电场控制，液晶可以透光或反射光，液晶适合作为显示材料。 液晶电视原理？ 液晶：介于液态和晶态之间的物质状态。 ①分类 ②性质 ③应用 阅读课本69页，归纳整理 7 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 非晶体 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 没有(不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对无序 8 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (1)自范性 在适宜条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质称之为自范性。 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。 9 墨晶 紫水晶 各种颜色的玛瑙 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 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 晶体 缓慢冷却 粉末或块状物 非晶态（玻璃态） 快速冷却 如何得到晶体？ 判断：外形规则的固体是晶体，粉末不是晶体 × 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可观察到规则的晶体外形。 11 途径 实验步骤 实验现象 熔融态物质凝固 用研钵把硫黄粉末研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后，观察实验现象。 气态物质冷却不 经液态直接凝固 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。把小烧杯放在石棉网上小火加热，观察实验现象。 溶质从溶液中析出 在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察实验现象。 课本71页【实验3-1】 硫加热融化，自然冷却结晶后，得到黄色晶体。 固体直接变成紫色蒸气，蒸气遇冷又重新凝聚成紫黑色的固体。 有白色细小晶体析出。 二、晶体与非晶体 获得晶体的途径： （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。 13 资料卡片 芯片的基质是单晶硅，它是由熔融态硅制备的，俗称“拉单晶”。用于制造激光器的KH2PO4大晶体是由水溶液结晶出来的。而可与天然钻石媲美的CVD宝石级钻石，则是由烷经（如CH4)在微波炉里以等离子体分解出的碳通过气相沉积（Chemical Vaper Depositon，简称CVD)得到的。 单晶硅的制备： 二、晶体与非晶体 从溶液中析出晶体的方法： （1）蒸发结晶： （2）蒸发浓缩、冷却结晶： （3）加入晶种或含晶体离子的某种浓溶液： （4）加入溶解度更小的溶剂。 适用于受热易分解、溶解度随温度变化大的溶质、结晶水合物。 快速冷却：析出的晶粒较小。 缓慢冷却：析出的晶粒较大。 适用于饱和溶液。 适用于饱和溶液。 课本93页 研究与实践：明矾晶体的制备 适用于受热不分解、溶解度随温度变化不大的溶质。 查大学课本 15 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (2)各向异性 晶体在不同的方向上具有不同的物理性质，包括晶体的强度、导电性 、导热性、光学性质等。 各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性。 非晶体不具有物理性质各向异性的特点 ，具有各向同性的特点。 思考：石墨晶体各个方向的导电性相同吗？ 16 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 水晶 玻璃 晶体：各项异性 非晶体：各项同性 二、晶体与非晶体 2.晶体的性质 (3) 固定的熔点 晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。 晶体和非晶体的鉴别方法： 1.在光学显微镜或电子显微镜可观察固体的外形 2.根据某些物理性质的各向异性 3.看是否具有固定的熔点 4.对固体进行X射线衍射实验 自范性 各向异性 固定熔点 晶体结构 查视频或者图 18 归纳总结：晶体与非晶体的比较 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 熔点 各向异性 举例 有 没有 固定 不固定 有 没有 NaCl、I2、水晶、Na晶体等 玻璃、橡胶等 辨析 (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。 三、认识晶胞 1.概念 描述晶体结构的基本单元。 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”是指相邻晶胞之间无任何间隙。 (2)“并置”是指所有晶胞都是平行（不旋转）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(包括取向)是完全相同的。 2.晶胞与晶体的关系 21 思考：判断下列六面体是否是晶胞？ 晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 三、认识晶胞 × × × √ NaCl CsCl CsCl晶胞 思考：以下结构分别来自NaCl和CsCl，请指出晶胞。 NaCl晶胞 晶胞是8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。 Na+ Cl- Cs+ Cl- 三、认识晶胞 3.根据晶胞结构确定化学式——晶胞中微粒数目的确定 均摊法:若某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子的1/n属于这个晶胞。 微粒位置 顶角 棱 内部 面 推算化学式 晶体结构 顶角贡献 棱上贡献 面上贡献 内部贡献 六方体 正三棱柱 1/6 水平1/4，竖直1/3 1/2 1 1/12 水平1/4；竖直1/6 1/2 1 三、认识晶胞 3.根据晶胞结构确定化学式——晶胞中微粒数目的确定 (1)钠___个；(2)锌___个；(3)碘___个；(4)金刚石___个。 2 2 8 8 思考与讨论（74页） 3.根据晶胞结构确定化学式——晶胞中微粒数目的确定 应用体验 1.德国和美国科学家制出了由20个碳原子构成的空心笼状分子C20，该笼状结构是由许多正五边形构成的(如图所示)。1个C20分子共有_____个正五边形，共有_____个共价键。 12 30 均摊法 2.C60为32面体，则1个C60分子有_____个正五边形，______个正六边形，_____个共价键。 12 20 90 三、认识晶胞 3.根据晶胞结构确定化学式 Na+： Cl-： Cs+： Cl-： NaCl CsCl Na+ Cl- Cs+ Cl- 应用体验 3.科学家发现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 A.TiC B.Ti6C7 C.Ti14C13 D.Ti13C14 √ 三、认识晶胞 4.晶体密度的计算 以计算NaCl密度为例 1.计算1个晶胞中NaCl个数。 2.计算1个晶胞的体积V。 3.计算NA个晶胞中NaCl质量。 4.根据密度公式计算NaCl密度。 计算晶胞棱长时，pm、nm与cm 之间的换算： 1 pm＝10－12 m＝10－10cm， 1 nm＝10－9 m＝10－7 cm。 应用体验 4. Cs＋核间距为a cm，氯化铯的相对分子质量为Mr，NA为阿伏加德罗常数的值，则氯化铯晶体的密度是 √ 应用体验 5.某氧化物超导材料钙钛矿晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为__________，已知正方体的边长为a pm，该晶体的密度为ρ g·cm－3， 则阿伏加德罗常数的值可表示为__________(用含a、ρ的式子表示)。 CaTiO3 探究（74页） 资料阅读： 准晶在急冷的Al-Mn合金中发现，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。 准晶是具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重复，其对称要素包含与晶体空间格子不相容的对称。衍射花样具有五次、八次、十次和十二次对称。 四、晶体结构的测定 X射线衍射原理：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。 34 通过晶体的X射线衍射获得衍射图后，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，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。 晶胞中各个原子位置（距离） 四、晶体结构的测定 原子间距离 化学键 （键长、键角） 分子的 空间结构 乙酸晶体中乙酸分子的排列有___种不同的取向。 乙酸晶胞中含有____个乙酸分子。 2 4 应用体验 6. 下列晶体中分子有几种取向？（77页，79页） 2种 4种 8个顶角CO2取向相同；3对面心的CO2取向不同。 I2 CO2 $$