内容正文:
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
学习目标
重点难点
1.能说出包含“气、液、固”在内的更多的物质聚集状态。
2.能说出晶体和非晶体的区别,了解获得晶体的一般途径。
3.了解晶体中粒子的空间排布存在的周期性,认识简单的晶胞,能计算简单晶胞中粒子的数目。
4.知道X射线衍射实验室测定晶体结构的常用方法。
重
点
晶体与非晶体的差异,晶体的自范性、各向异性,结晶的方法。
难
点
对晶胞的认识。
第1课时 物质的聚集状态 晶体与非晶体
新知探究(一)——物质的聚集状态
1.人们对物质组成的认识历程
(1)20世纪前,人们以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。
(2)20世纪初,人们对物质的组成有了更明确的认识。
①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,如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
②气态和液态物质不一定都由分子构成。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。等离子体的形成如图:
气态物质电子和阳离子
2.人们对物质聚集状态的认识历程
(1)物质的聚集状态除了固态、液态、气态,还有晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。
(2)液晶:介于液态和晶态之间的物质状态。一定温度范围内的液晶如图:
分类
热致液晶和溶致液晶
性质
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,表现出类似晶体的各向异性
应用
液晶在制造液晶显示器、合成高强度液晶纤维等领域被广泛应用
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)所有气体都不能导电 (×)
(2)离子液体和等离子体都是特殊的液态物质 (×)
(3)等离子体是一种特殊的气体,含有带电粒子,呈电中性 (√)
(4)增大电流,等离子体会释放出数量更多、能量更大的高能粒子 (√)
(5)液晶分为热致液晶和溶致液晶,胶束是一种溶致液晶 (√)
(6)热致液晶分子有取向序,无位置序 (√)
2.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
解析:选D 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。
3.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。下列说法中正确的是 ( )
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.有些难以发生的化学反应,在等离子体中也不能发生
D.等离子体是一种自然现象,不能人工得到
解析:选B 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存在等离子体,A错误;等离子体因含带电微粒而能吸收电磁波,因能量很高而能使一些难以发生的化学反应迅速发生,B正确,C错误;等离子体可以通过人工得到,D错误。
4.下列关于等离子体、离子液体和液晶的说法错误的是 ( )
A.液晶是物质的一种聚集状态
B.液晶既具有液体的流动性,又具有类似晶体的各向异性
C.离子液体仅由离子组成,只有在较高温度下才能呈液态
D.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
解析:选C 液晶属于物质的一种特殊聚集状态,A项正确;液晶像液体一样具有流动性,同时又具有晶体的各向异性,B项正确;离子液体由带电荷的离子构成,所以其难挥发,常温下呈液态,C项错误;等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体呈电中性的气态物质聚集体,D项正确。
新知探究(二)——晶体与非晶体
1.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
没有(不能自发呈现多面体外形)
原子排列相对无序
2.晶体的特性
(1)自范性
①含义:晶体能自发地呈现多面体外形的性质。
②晶体呈现自范性的条件: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的有序排列。
(2)晶体具有固定的熔点。
(3)晶体具有各向异性。它是指在不同的方向上表现出不同的物理性质,如强度、导热性、光学性质等。
(4)外形和内部质点排列的高度有序性。
3.晶体获取途径
(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
[题点多维训练]
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)从熔融态结晶可以获得硫晶体,凝华获取碘晶体 (√)
(2)有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体一定是晶体 (×)
(3)具有固定组成的物质一定是晶体 (×)
(4)把硫酸铜溶液蒸发浓缩、冷却结晶,可得到硫酸铜晶体 (√)
2.下列各项中,不属于晶体的特点的是 ( )
A.具有规则的几何外形
B.某些物理性质具有各向异性
C.具有固定的熔点
D.一定是无色透明的固体
解析:选D 晶体具有规则的几何外形和固定的熔点,某些物理性质具有各向异性,但不一定是无色透明的。
3.下列关于晶体和非晶体的鉴别错误的是 ( )
A.晶体具有自范性
B.晶体具有各向异性
C.只要有规则的几何外形就是晶体
D.可以通过X射线衍射实验来鉴别
解析:选C 晶体具有自范性,非晶体不具有此性质,故A不选;晶体具有各向异性,非晶体不具有此性质,故B不选;非晶体可以通过机械加工成规则的几何外形,所以有规则的几何外形不一定是晶体,故C选;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体,故D不选。
4.下列说法正确的是 ( )
A.粉末状的固体肯定不是晶体
B.石英玻璃和水晶都是晶体
C.缺角的氯化钠晶体在饱和的NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块
D.用红热的铁针刺中玻璃上凝固的石蜡,在不同方向上熔化的快慢不同
解析:选C 晶体可以通过外部条件变成粉末状固体,如通过研磨,熔融态时迅速冷却等方法都可以得到看不出几何外形的粉末,A错误;石英玻璃是非晶态(玻璃态)的SiO2,石英玻璃不是晶体,水晶是晶体,B错误;晶体的自范性是指在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭的规则的多面体外形的性质,这一适宜条件一般指的是自动结晶析出的条件,缺角的氯化钠晶体在饱和的NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块,C正确;晶体的许多物理性质表现出各向异性,但玻璃是非晶体,不具有物理性质各向异性的特点,所以用红热的铁针刺中玻璃上凝固的石蜡,在不同方向上熔化的快慢相同,D错误。
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