3.1.1物质的聚集状态、晶体与非晶体 课件-2025-2026学年高二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和晶体的常识 本节重点 晶体和非晶体的本质差异 第1课时 物质的聚集状态 晶体和非晶体 日常生活中所接触到的物质有哪些状态呢？ 钻石 固态： 流水 液态： 氧气 气态： 极光 雷电 那么雷电和极光里的物质又是什么状态的呢？ 现代科技发现物质的聚集状态除了等离子体还有更多。 【思考･讨论】 通常物质有三种存在状态,即固态、液态和气态。 现代科技发现物质的聚集状态除了三态外还有更多的物质聚集状态，如等电子体、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。 极光 雷电 物质的七种形态：气态、液态、固态、等离子态、超固态、辐射场态、反物质 一、物质的聚集状态 物质的聚集状态 气态 固态 液态 超固态 塑晶态 液晶态 反物质 晶态 非晶态 辐射场态 等离子态 (1)常温下大部分的气态和液态物质如CO2、H2O等是由分子组成的。 特例：①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。 ②离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液态物质。熔融盐也存在离子。 (2)固态物质： 氯化钠、氟化钙是由阳离子和阴离子组成的; 金刚石、二氧化硅等是由原子构成； 单质硫、白磷等则是由分子构成。 一、物质的聚集状态 (1)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。 是一种特殊的气体。 1. 等离子体 (2)等离子体存在于我们周围 日光灯和霓虹灯的灯管里 蜡烛的火焰里 极光和雷电里 一、物质的聚集状态 课本P68 科学•技术•社会 等离子体显示器 化学合成 核聚变 (4)特性：含有带电粒子且能自由运动，具有良好的导电性和流动性 (3)等离子体形成过程 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) (5)等离子体的用途 一、物质的聚集状态 如：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) 气态和液态物质不一定都是由分子构成。 2.离子液体 一、物质的聚集状态 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 3. 液晶 (1)概念：介于液态和晶态之间的物质状态 (2)特点：既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的的某些物理性质如导热性、光学性质等。表现出类似晶体的各向异性。 (3)分类：热致液晶（从熔点至澄清点温度范围内的物质状态）如图 1889年，德国人莱曼将熔点至澄清点温度范围内的物质状态命名为液晶，后称热致液晶。 相对于热致液晶，从溶液中获得的液晶称为溶致液晶，即胶束等。 液晶态 一、物质的聚集状态 课本P68 科学•技术•社会 (5)应用 ①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。 ②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。 (4)结构：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（或易于极化的）分子。还有平板状、盘状、叶状分子等液晶。 其分子有取向序，长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动 2.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。 一、物质的聚集状态 物质的 聚集状态 气态 液态 固态 晶态 非晶态 液晶态 1889年，德国人莱曼将熔点至澄清点温度范围内的物质状态命名为液晶，后称热致液晶。 相对于热致液晶，从溶液中获得的液晶称为溶致液晶，即胶束等。 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 4.塑晶态 一、物质的聚集状态 2、电视机经历了从黑白到彩色,从手动到遥控，从平板到液晶的发展历程。下列关于液晶的叙述错误的是(　　) 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 C 大本78页 课堂检测 3、下列叙述正确的是(　　) A、所有金属在常温下都是固体 B、液体与晶体的混合物叫液晶 C、等离子体内全部是带正电荷的粒子 D、等离子体外观为气态 D 大本78页 课堂检测 物质的组成——分子、原子、离子、电子等 氯化钠 Na+和Cl-离子 金刚石 碳原子构成 等离子体 电子、阳离子和电中性粒子 硫单质 S8分子 20世纪前，人们认为物质是由分子构成。20世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。 【思考･讨论】 晶体 二氧化硅 非晶体 二氧化硅 1.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。 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，粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。 2. 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。 二、晶体与非晶体 (1)自范性：即晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 形成条件：晶体生长的速率适当。 二、晶体与非晶体 3. 晶体的特性 固体 自范性 微观结构 晶体 有(能自发呈现多面体外形) 粒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) 粒子排列相对无序 晶体与非晶体的本质差异 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的宏观表象。 碳酸钙 蜡状的白磷（P4） 黄色的硫黄(S8) 紫黑色的碘（I2） 从饱和硫酸铜溶液中析出的CuSO4.5H2O 高锰酸钾 绝大多数常见的固体是晶体 二、晶体与非晶体 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。这充分证明固体粉末仍是晶体，只因晶粒太小，肉眼看不到而已。 只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体 松香 橡胶 玻璃 又称玻璃体 炭黑 又称无定形体 石蜡 二、晶体与非晶体 图3-6 晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图 课本P72 二、晶体与非晶体 如何判断固体物质是晶体还是非晶体？晶体与非晶体有什么本质差异呢？ 本质：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。 (1)图 3-7 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？ 玻璃中的粒子无周期性地排列，是无序的。所以，玻璃不是晶体。 【思考与讨论】课本P73 天然水晶球是岩浆中的熔融态SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的 水晶球，其外层是非晶态的玛瑙，内部是呈现晶体外形的水晶。原因是什么？ 玛瑙 水晶 课本P70 熔融态SiO2 缓慢凝固→得到晶体 →有规则外形呈现晶体外形 凝固过快→粉末、块状物或非晶态(玻璃态) →没有规则外形无晶体外形 天然水晶球里的玛瑙和水晶 玛瑙 水晶 二、晶体与非晶体 (2)各向异性：晶体的物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性 (如强度、导热性、光学性质等)。 非晶体在各个方向上都是相同的所以是各向同性。 3. 晶体的特性 二、晶体与非晶体 石墨平行层方向上电导率高; 垂直于层的方向上电导率低。 各方向不均匀导热 各方向均匀导热 水 晶 玻 璃 二、晶体与非晶体 3. 晶体的特性 (2)各向异性： 在水晶和玻璃表面涂一层蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，观察蜡熔化的形状。实验现象说明了什么呢？ 说明水晶在不同方向的传热能力不同，呈现各向异性。而非晶体玻璃则呈现各向同性。 内部质点的有序排列决定晶体的各向异性 微观本质 微观现象 晶体温度达到熔点时开始熔化,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。 晶体具有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。 非晶体温度升高到某一程度后开始软化,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。 (4)能使X射线产生衍射 利用这种性质，人们建立了测定晶体结构最科学的方法——对固体进行X衍射实验 二、晶体与非晶体 3. 晶体的特性 (3)固定的熔、沸点 4.区别晶体于非晶体的方法 ①测熔点②是对固体进行X射线衍射实验。 二、晶体与非晶体 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。 非晶体和晶体SiO2粉末衍射图谱的对比 晶体物质能使X-射线产生衍射， 非晶体只有散射效应。 一些不法商人用玻璃制造假宝石来牟取暴利，如何鉴别真假宝石？ 【思考与讨论】课本P73 ①观察宝石的形状，具有多面体的外形；②测试它的硬度，在玻璃上刻画；③利用宝石的折光率鉴别；④可进行X射线衍射实验鉴别。 提示:宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性，玻璃仿造的假宝石是非晶体没有固定的熔点和各向异性。 晶体的制备 (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。 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) 从饱和CuSO4溶液中析出的CuSO4·5H2O晶体 凝华得到的碘晶体 从熔融态结晶出来的硫晶体 三、晶体的制备 晶体的分类 （1）分类依据：根据晶体的构成粒子和粒子间的相互作用力的不同，将晶体分为如下5种：分子晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体、混合晶体。 （2）常见类别(后面章节将讲解) 纯净物 单质 化合物 金属单质 ⇒ 金属晶体 非金属单质 ⇒分子晶体 共价化合物 ⇒ 分子晶体 离子化合物 ⇒离子晶体 共价晶体、混合型晶体 三、晶体的分类 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，粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。 固体 晶体 非晶体 结构特征 原子在三维空间里呈周期性的有序排列 原子排列相对无序 性质特征 自范性 有（能自发呈现多面体形） 没有（不能自发呈现多面体形） 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别方法 间接方法 测定其是否有固定的熔点 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 总结：晶体和非晶体 1.同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃即晶体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(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.晶体也不一定都有规则的几何外形，如玛瑙，晶体一般具有规则的几何外形。 4.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。 课堂小结 晶体与非晶体的认识误区 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 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 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) $