第3章 第1节 物质的聚集状态与晶体的常识-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修2五维课堂同步课件PPT（人教版2019）

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物质的聚集状态除了　气态　、　液态　、　固态　外，还有更多的聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 [知识点二]　晶体与非晶体　 1．晶体与非晶体的本质差异 类型 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.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　周期性有序　排列。 (2)各向异性：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)外形和内部质点排列的高度　有序性　。 3．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。 [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，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．晶胞中粒子数目的计算 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 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　8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4　。 (2)几种晶胞中原子数目的确定。 结合下图，钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为　2　、　2　、　8　、　8　。 [知识点四]　晶体结构的测定　 1．测定晶体结构最常用的仪器是　射线衍射仪　。在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．由衍射图形获得晶体结构的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。 [自我评价] 1．[判一判](对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)固态物质一定是晶体。(×) 提示：固态物质分为晶体和非晶体，有规则几何外形、有各向异性和固定熔点的固体才是晶体。 (2)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(×) 提示：非晶体也可能有规则几何外形，如玻璃，故有规则几何外形的固体不一定是晶体。 (3)晶胞是晶体的最小重复单元。(√) (4)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。(×) (5)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。(×) (6)雪花是水蒸气凝华得到的晶体。(√) 2．[想一想] (1)晶胞是否全是平行六面体？由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？ 提示：不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 (2)由晶胞构成的晶体，其化学式都是表示分子式吗？ 提示：否。有的晶体由阴、阳离子构成；有的晶体由原子构成；有的晶体由金属离子和自由电子构成。 　晶体和非晶体的对比 [情境素材] 如图是某固体的微观结构示意图 [思考探究] (1)区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么？试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。 提示：最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。根据结构图可知，Ⅰ中粒子呈周期性有序排列，为晶体；Ⅱ中粒子排列不规则为非晶体。 (2)将固体Ⅰ、Ⅱ分别加热至熔化，各有什么现象发生？该现象能说明晶体、非晶体的哪种性质？ 提示：加热晶体Ⅰ，温度达到熔点时晶体Ⅰ开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高，所以晶体有固定的熔点。加热非晶体Ⅱ时，温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ开始软化，流动性增强，最后变为液体。从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围，所以非晶体无固定的熔点。 [核心突破] 1．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 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、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 2.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度适当，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SiO2热液缓慢冷却形成的。 [典例示范] [典例1]　1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述中，错误的是(　　) A．液晶是物质的一种聚集状态 B．液晶具有流动性 C．液晶和液态是物质的同一种聚集状态 D．液晶具有各向异性 [思维建模]　 解答有关物质聚集状态的思维流程如下： [解析]　C　[液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A对、C错；液晶是液态晶体的简称，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，B对、D对。] [学以致用] 1．下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是(　　) A．具有规则几何外形的固体均为晶体 B．晶体具有自范性，非晶体没有自范性 C．晶体研碎后即变为非晶体 D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体 解析：B　[晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，因此，A、D项错误；晶体是由晶胞通过无隙并置形成的，构成晶体的粒子在三维空间呈现周期性的有序排列，因此，晶体研碎成小的颗粒仍然是晶体，所以C项错误；自范性是晶体和非晶体的本质区别，B项正确。] 2．下列关于晶体的说法正确的是(　　) A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体 B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和伪仿形制品 C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点 D．蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同 解析：B　[选项A，将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾，胆矾属于晶体；选项B，宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别；选项C，非晶体没有固定熔点；选项D，晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有些差异。] [误区警示]　关于晶体与非晶体的认识误区 (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，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。 　　均摊法突破晶胞的计算 [情境素材] 现有甲、乙、丙(如图所示)三种晶体的晶胞(甲中X处于晶胞的中心，乙中A处于晶胞的中心)。 (1)甲晶体中X与Y的个数比是多少？ 提示：甲晶体中，体心X为1，顶角Y为6×eq \f(1,8)，所以N(X)∶N(Y)＝1∶eq \f(6,8)＝4∶3。 (2)乙晶体中A与B的个数比是多少？ 提示：乙晶体中，体心A为1，顶角B为8×eq \f(1,8)＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1。 (3)丙晶体中每个晶胞包含有C离子、D离子各为多少？ 提示：丙晶体中，C离子个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，D离子个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4。 (4)若晶胞是六棱柱，那么顶点上的一个粒子被几个六棱柱共用？ 提示：被6个六棱柱共用。 [核心突破] 1．均摊法确定晶胞中粒子的个数 均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的eq \f(1,n)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： eq \x(位于顶角)―→eq \x(有1/6属于该晶胞) eq \x(位于棱上)―→eq \x(有1/3属于该晶胞) eq \x(位于面上)―→eq \x(有1/2属于该晶胞) eq \x(位于内部)―→eq \x(完全属于该晶胞) 如图所示，六方晶胞中所含粒子数目为12×eq \f(1,6)＋3＋2×eq \f(1,2)＝6。 微点拨：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eq \f(1,3)。 2．晶体密度的计算 ρ＝eq \f(n0M,a3NA)(n0：晶胞包含的物质组成个数，M：该物质组成的摩尔质量，a：晶胞边长，NA：阿伏加德罗常数) 例如：如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，CsCl的摩尔质量用M g·mol－1表示，则CsCl晶体的密度为ρ＝eq \f(M,a3NA) g·cm－3。 [典例示范] [典例2]　Fe、Co、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题： (1)Fe、Co、Ni在周期表中的位置为　________　，基态Fe原子的电子排布式为　________　。 (2)CoO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA，则CoO晶体的密度为　________　g·cm－3。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同，其熔点由高到低的顺序为　________　。 [解析]　(1)Fe、Co、Ni的价层电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2，价层电子数分别为8、9、10，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基态Fe原子核外有26个电子，电子排布式为[Ar]3d64s2。(2)该晶胞中Co2＋个数为12×eq \f(1,4)＋1＝4，O2－个数为8×eq \f(1,8)＋6×eq \f(1,2)＝4，晶胞质量为eq \f(59＋16×4,NA) g＝eq \f(300,NA) g，晶胞体积为(a×10－7 cm)3，故晶体的密度为eq \f(300,NA) g÷(a×10－7 cm)3＝eq \f(3×1023,NA·a3) g·cm－3。三种元素二价氧化物均为离子晶体，由于离子半径：Fe2＋＞Co2＋＞Ni2＋，则晶格能：NiO＞CoO＞FeO，故熔点：NiO＞CoO＞FeO。 答案：(1)第四周期第Ⅷ族 1s22s22p63s23p63d64s2(或[Ar]3d64s2) (2)eq \f(3×1023,NA·a3)　NiO＞CoO＞FeO 解答晶体结构计算，关键是对晶体进行晶胞组成和空间关系两种分析。计算方法为：以一个晶胞为研究对象，根据m＝ρ·V，其一般的计算规律和公式可表示为eq \f(M,NA)×n＝ρ×a3，其中M为晶体的摩尔质量，n为晶胞所占有的粒子数，NA为阿伏加德罗常数的值，ρ为晶体密度，a为晶胞参数。 [学以致用] 3．某晶体的部分结构为正三棱柱(如图所示)，这种晶体中A、B、C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：B　[由图可知该晶体部分结构的上下两面为正三角形，因此处于顶点的粒子为12个该结构共用，故该结构中A的数目为6×eq \f(1,12)＝eq \f(1,2)；处于水平棱上的粒子为4个该结构共用，处于垂直棱上的粒子为6个该结构共用，故该结构单元中包含B粒子的数目为6×eq \f(1,4)＋3×eq \f(1,6)＝2；该结构中包含C粒子的数目为1，由此可见A、B、C三种粒子的数目之比为eq \f(1,2)∶2∶1＝1∶4∶2。] 4．测知氯化钠晶体中相邻的Na＋与Cl－的距离为a cm，该晶体密度为d g·cm－3，则阿伏加德罗常数的值可表示为(　　) A.eq \f(0.585,4a3d)　　　　　　B.eq \f(58.5,8a3d) C.eq \f(58.5,2a3d) D.eq \f(117,a3d) 解析：C　[一个NaCl的晶胞中所包含的Na＋与Cl－数目并不是1个而是4个，即1个NaCl晶胞的体积实际上是4个Na＋和4个Cl－共同所占的体积。由NaCl晶胞示意图可知1个Na＋与1个Cl－共同占有的体积为V＝eq \f(1,4)×(2a cm)3＝2a3cm3，由等式NA·d·V＝58.5可得NA＝eq \f(58.5,2a3d)。] 5．MgBr2晶体结构如图所示。B原子独立为一层，具有类似于石墨的结构，每个B原子周围都有___________________个与之等距离且最近的B原子；六棱柱底边边长为a cm高为c cm，阿伏加德罗常数的值为NA，该晶体的密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：该晶体中每六个B形成正六边形，因此每个B周围有3个与之等距离且最近的B原子。该晶胞中Mg的个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＝3，B的个数为6，该晶胞的体积为3个平行六面体的体积，每个平行六面体的体积为a cm×eq \f(\r(3),2)a cm×c cm＝eq \f(\r(3),2)a2c cm3，故该晶胞的密度为eq \f(24＋11×2×3,NA) g÷eq \f(3\r(3),2)a2c cm3＝eq \f(46×2,NA×\r(3)×a2c) g·cm－3。 答案：3　eq \f(46×2,NA×\r(3)×a2c) 1．下列途径不能得到晶体的是(　　) A．熔融态物质快速冷却 B．熔融态物质凝固 C．气态物质凝华 D．溶质从溶液中析出 解析：A　[得到晶体的三个途径：(1)溶质从溶液中析出；(2)气态物质凝华；(3)熔融态物质凝固。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体。] 2．利用晶体结构，可以用来解释(　　) A．晶体有规则的几何外形，非晶体没有规则的几何外形 B．晶体有一定的熔点，非晶体没有一定的熔点 C．晶体的导电性能比非晶体好 D．晶体的各向异性 解析：D　[晶体的某些物理性质的各向异性反映了晶体内部质点排列的有序性。] 3．下列有关晶胞的叙述，正确的是(　　) A．晶胞的结构是晶体的结构 B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同 C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞 D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 解析：D　[由晶胞的定义可知A选项错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不专属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”，即可推知晶体的组成，D选项正确。] 4.某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为(　　) A．1∶8　B．1∶4　　C．1∶2　　D．1∶1 解析：D　[由图可知，阳离子位于晶胞的中心，属于该晶胞的数目为1；阴离子位于晶胞的8个顶点上，属于该晶胞的数目为8×eq \f(1,8)＝1。因此，阴离子与阳离子的个数比为1∶1。] 5．(1)Li2O具有反萤石结构，晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，则Li2O的密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：根据晶胞结构可知锂全部在晶胞中，共计是8个，根据化学式可知氧原子个数是4个，则Li2O的密度是ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(8×7＋4×16,NA0.466 5×10－73) g·cm－3。 答案：eq \f(8×7＋4×16,NA0.466 5×10－73) (2)Fe的一种晶体如图所示，假设铁原子的半径是r cm，该晶体的密度是ρ g·cm－3，则铁的相对原子质量为　________　(设阿伏加德罗常数的值为NA)。 解析：设晶胞的棱长为a cm，铁原子半径为r cm，则该晶胞的体对角线4r＝eq \r(3)a，a＝eq \f(4,\r(3))r。该晶胞中Fe个数为8×eq \f(1,8)＋1＝2，则eq \f(M,NA) g×2＝ρ g·cm－3×eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,\r(3))r cm))3，解得M＝eq \f(32\r(3)ρNAr3,9)。 答案：eq \f(32\r(3)·ρ·NAr3,9) (3)氮化铁磁粉是近几年发展起来的一种新型磁记录材料，具有记录密度高、信噪比大、稳定性及耐腐蚀性好等特点。利用氨气在400℃以上分解，将分解的氮原子渗透到铁粉中制备氮化铁。某种磁性氮化铁的结构如图所示，N随机排列在Fe构成的正四面体空隙中。 ①该化合物的化学式为　________　。 ②六棱柱底边长为a cm，高为b cm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该磁性氮化铁的晶体密度为　________　g·cm－3(列出计算式)。 解析：①Fe的个数为12×eq \f(1,6)＋2×eq \f(1,2)＋3＝6，N的个数为2，故化学式为Fe3N。②晶胞的质量为eq \f(56×6＋14×2,NA)g，晶胞体积为 eq \f(1,2)a cm×eq \f(\r(3),2)a cm×6×b cm＝eq \f(3\r(3),2)a2 b cm3，故晶体密度为eq \f(56×6＋14×2,NA) g÷eq \f(3\r(3),2)a2 b cm3＝eq \f(728,NA·3\r(3)·a2 b) g·cm－3。 答案：①Fe3N　②eq \f(728,NA·3\r(3)·a2b) [课堂小结] $$