3.1.1 物质的聚集状态 晶体与非晶体 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修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 第1课时 物质的聚集状态 晶体与非晶体 学习目标 能够从宏观和微观两个层面认识和理解物质的聚集状态和晶体的结构特点。 能说出晶体和非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。 20世纪前，人们认为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化，分子在固态时只能振动，在气态时能自由移动，在液态时则介乎二者之间。 气态 液态 固态 新课导入 20 世纪初，通过X射线衍射实验等手段，发现许多常见的晶体中并无分子。 氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石、 金属 阴阳离子 金属阳离子和自由电子 原子 氯化钠 金刚石 石墨 二氧化硅 新课导入 任务一 物质的聚集状态 物质的聚集状态只有固态、液态、气态三种吗？ 物质的 聚集状态 气态 液态 固态 晶态 非晶态 液晶态 一类具有塑性的固态晶体，介乎晶态与非晶态之间 塑晶态 介于液态和晶态之间的物质状态 等离子体 离子液体 同时，等离子体和离子液体的存在也证明了气态和液态物质也不一定是由分子构成的。 任务一 物质的聚集状态 1.等离子体 ①概念：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特点：一种特殊的气体，具有良好的导电性和流动性。 ③应用：制造等离子体显示器；进行化学合成；发生核聚变等。 高温或外加电场 分解 气态物质 电子和阳离子等 日光灯和霓虹灯的灯管里 蜡烛的火焰里 雷电 极光 实质上是电离的气体，但也往往被视为固体、液体和气体以外的第四大物质状态 任务一 物质的聚集状态 等离子体 固体 液体 气体 能量 温度 能量 温度 能量 温度 分子 激化分子 离子 自由电子 分子碎片(高能量) 等离子体的形成过程 任务一 物质的聚集状态 2.离子液体 ①概念：离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。 2015年斯坦福大学研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池，内部用AlCl4-和有机阳离子构成电解质溶液 离子液体 ②应用：离子液体是低温或室温熔融盐，可作为绿色催化剂和溶剂，实际应用时可根据使用条件设计合成出具备特殊功能的离子液体新材料，因此被称为“未来的溶剂”。除此之外，离子液体还可应用于石油产品脱硫、核污染废料处理、润滑材料、太阳能工业、电池材料、人造肌肉等多个领域。 Al -3e- + 7AlCl4- = 4Al2Cl7- 室温离子液体熔点低的主要原因：室温离子液体是离子化合物，其阴阳离子之间的作用力为静电作用，其中离子液体的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 室温离子液体熔点低的主要原因：室温离子液体是离子化合物，其阴阳离子之间的作用力为静电作用，其中离子液体的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。 任务一 物质的聚集状态 3.液晶态 ①概念： 介于液态和晶态之间的物质状态 ②特点： 液体的某些性质： 晶体的某些性质： 流动性、黏度、形变性等 导热性、光学性质、各向异性等 ③分类： 热致液晶：从熔点到澄清点温度范围内的液晶相 溶致液晶：从溶液中获得的液晶，即胶束等 液晶物质都具有较大的分子，分子形状通常是棒状分子、碟状分子、平板状分子 塑晶态：一类具有塑性的固态晶体，介乎晶态与非晶态之间。 某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态， 这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。 任务一 物质的聚集状态 ⑤应用：手机、电脑和电视的液晶显示器。合成高强度液晶纤维广泛用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。 其分子有取向序，长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动 ④实用液晶的结构特点和特性： 实用液晶常温下十分稳定，其中热致液晶均为刚性棒状强极性（或极易极化的）分子。 物质的聚集状态只有固、液、气三种状态(　　) 气态和液态物质均是由分子构成的(　　) 等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性(　　) 液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶(　　) 液晶具有流动性，液晶和液态是物质的同一种聚集状态(　　) 1、判断下列问题的对与错 学习评价 2、水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的,玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同。下列有关玻璃态水的叙述正确的是(　　) A.水由液态变为玻璃态,体积缩小 B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀 C.玻璃态是水的一种特殊状态 D.玻璃态水是一种晶体 C 3、等离子电视和液晶电视都属于平板电视。下列关于等离子体和液晶的说法 不正确的是( ) A.等离子体由于具有能自由运动的带电粒子，故具有良好的导电性和流动性 B.等离子体通过电场时，所有粒子的运动方向都发生改变 C.液晶是物质的一种聚集状态 D.液晶既具有液体的流动性，又表现出类似晶体的各向异性 B 学习评价 任务二 晶体与非晶体 我们在学习和生活中见过各种各样的固态物质，在刚才的学习中也知道了固态实际上还可以分为晶态和非晶态，它们之间有什么区别呢？ 实验室中的固态药品 自然界中绝大多数矿物也都是固体 我们所接触的绝大多数常见的固体都是晶体，只有如玻璃、炭黑、石蜡、橡胶、沥青等物质属于非晶体，玻璃又被称为玻璃体，炭黑又被称为无定形体。 玻璃又称玻璃体 炭黑又称无定形体 如何区分晶体与非晶体？两者的本质区别？ 任务二 晶体与非晶体 1、概念： 非晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈相对无序排列而构成的不具有规则几何外形的固体。又称玻璃体。例如：石蜡、玻璃、塑料等 晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体。例如：干冰、冰、水晶（SiO2）、金刚石、金属、氯化钠等 (晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列） 晶体 二氧化硅 非晶体 二氧化硅 任务二 晶体与非晶体 2、分类： 晶体 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 Be3Al2[Si6O18] 祖母绿 干冰 钻石 混合型晶体 任务二 晶体与非晶体 3、晶体与非晶体的结构(本质)差异 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 没有(不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对无序 自范性 ①定义：晶体能自发呈现多面体外形的性质。 ②形成条件：晶体生长的速率适当，如果凝固速率过快，常得到粉末或没有规则几何外形的块状物，甚至形成的只是非晶态（玻璃态）。 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（晶体内部粒子排列的有序性）。 非晶体粒子的排列则相对无序，因而无自范性 任务二 晶体与非晶体 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当 特别提醒：晶体也不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 天然水晶球是熔融态SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的 水晶球外层的玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成——没有规则外形 水晶球内层的水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成——有规则外形 天然水晶球里的玛瑙和水晶 玛瑙 水晶 任务二 晶体与非晶体 晶体在不同方向上表现出不同的物理性质，包括晶体的强度、光学性质、导电性、导热性等物理性质。 4、晶体与非晶体的性质差异 ①晶体的各向异性 不同方向观察红宝石 宝石的颜色不同 石墨平行层方向上电导率高 垂直于层的方向上电导率低 玻璃片的蜡熔成圆形 云母片的蜡熔成椭圆形 云母片上的长轴方向与短轴方向传热速度不同热导率有各向异性。 在不同方向，晶体对光线的吸收与反射是不同的，折射率有各向异性。 在不同方向，石墨的导电能力不同，导电率有各向异性。 同一晶体在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的物理性质常常随方向的不同而有所差异，称为晶体的各向异性，包括晶体的强度、光学性质、导电性、导热性等物理性质。非晶体则不具有物理性质各向异性的特点,表现为“各向同性” 任务二 晶体与非晶体 4、晶体与非晶体的性质差异 ①晶体的各向异性 为什么晶体各向异性？ 晶体的各向异性是晶体内部的微粒在空间各个方向上排列规律不同的宏观表象。 A B C D 方解石（CaCO3晶体） 操作：沿垂直方向在方解石表面和玻璃表面刻划。 现象：发现刻痕的深浅不一样。 原因：说明不同方向上的强度不同，强度有各向异性。 同一晶体在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的物理性质常常随方向的不同而有所差异，称为晶体的各向异性，包括晶体的强度、光学性质、导电性、导热性等物理性质。非晶体则不具有物理性质各向异性的特点,表现为“各向同性” 任务二 晶体与非晶体 晶体：熔化时保持熔点温度不变， 但依旧在吸热. 非晶体：没有固定熔沸点， 熔化时温度一直升高。 加热晶体，温度达到熔点时开始熔化，在没有全部熔化之前，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高。 晶体的熔点较固定，而非晶体没有固定熔点. ②晶体有固定熔点 4、晶体与非晶体的性质差异 任务二 晶体与非晶体 ②晶体有固定熔点 4、晶体与非晶体的性质差异 为什么晶体有确定的熔点？ 晶体有确定的熔点晶体内部微粒在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。 任务二 晶体与非晶体 5、鉴别晶体与非晶体的方法 ②测定熔点是否固定 ①观察外观 ③根据晶体物理性质的各向异性 ④X－射线衍射法(最科学可靠的方法)，晶体能使X－射线发生衍射，非晶体只能散射. 晶体有固定熔点，非晶体没有固定熔点 晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性 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。 衍射 散射效应 【思考】根据晶体物理性质的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗? 图3-7玻璃的结构示意图 ①可观察宝石的形状，具有多面体的外形 ⑤最可靠的科学方法：用X射线衍射实验鉴别。 ②测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体 ③测试它的熔点，玻璃是非晶体没有固定的熔点 ④可用宝石的折光率鉴别 探究课堂 任务二 晶体与非晶体 实验现象： 硫黄粉 自然冷却 淡黄色的菱形硫黄晶体 熔融态硫 加热 【实验3-1】 (1) 硫加热融化，自然冷却结晶后，得到黄色晶体。 (2) 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。 (3) 有白色细小晶体析出。 任务二 晶体与非晶体 (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(结晶)。 从熔融态结晶出来的硫晶体 凝华得到的碘晶体 从饱和硫酸铜溶液中得到的硫酸铜晶体 固态 液态 气态 凝固 凝华 融化 升华 气化 液化 (放热) (放热) (放热) (吸热) (吸热) (吸热) 6、得到晶体的途径 任务二 晶体与非晶体 1. 同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，晶体与非晶体之间在一 定条件下可以相互转化。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。 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（炭黑）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.常见的晶体大多是具有光泽的块状或颗粒状固体， 那么，粉末状的依然是晶体！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下 可观察到规则的晶体外形。 7、晶体与非晶体的认识误区： 碳酸钙晶体粉末 电子显微镜下的碳酸钙晶体 晶体规则的几何外形是自发形成的。在人力作用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体,如玻璃、塑料等相关制品。 从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体 【思考】胆矾晶体呈现多面体外形，CuSO4粉末看不到多面体外形，呈粉末状，CuSO4粉末是晶体吗？ 蓝色的硫酸铜（CuSO4·5H2O） 仍是晶体，只因晶粒太小，肉眼看不到而已。 探究课堂 晶体 非晶体 微观结构特征 性质特征 自范性 各向异性 熔点 鉴别方法 间接方法 科学方法 举例 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 有 无 有 无 固定 不固定 熔点和各向异性 X射线衍射实验 NaCl、I2、SiO2、金属 橡胶、玻璃 晶体和非晶体的区别 课堂小结 (1)晶体一定都有规则的几何外形。 (2)熔融态物质快速冷却即可得到晶体。 (3)粉末状的固体也有可能是晶体。 (4)有规则几何外形的固体一定是晶体。 (5)同一物质可以是晶体，也可以是非晶体。 (6)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。 (7)晶体一定比非晶体的熔点高。 4、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) × × × × × √ 　　 √ 　　 学习评价 5. 要得到较大颗粒的明矾晶体，在结晶时可采取的操作是( ) A. 配制比室温高10～20 ℃的明矾饱和溶液，然后浸入悬挂的明 矾小晶核，室温下静置 B. 在沸水中配制明矾饱和溶液，然后急速冷却结晶 C. 室温下，在明矾饱和溶液中投入明矾小晶核，静置 D. 快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出 A 6．固体分为晶体和非晶体，下列关于晶体的叙述正确的是( ) A．块状固体一定是晶体，粉末状固体一定是非晶体 B．破损的晶体经过重结晶后能够变成规则的多面体，体现了晶体的自范性 C．晶体和非晶体的本质区别是晶体的衍射图谱有明锐的衍射峰 D．不能通过熔融态物质凝固的方式得到晶体 B 学习评价 7、下列叙述不正确的是（ ） A、食盐粉末为晶体 B、液体与晶体混合物叫液晶 C、运用等离子束切割金属 D、等离子体的外观为气态 B 8、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玻璃制品 C、石蜡是非晶体，但有固定的熔点 D、蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同 B 学习评价 任务二 晶体与非晶体 物质的七种状态 如何种晶体 Lavf57.58.101 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Lavf59.16.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $