3-1物质的聚集在状态与晶体的常识 课件 2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第二章 分子结构与性质 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 1.认识物质的聚集状态。 2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断 晶体和非晶体。 3.知道晶体X射线衍射实验是测定物质结构的基本方法和实验手段。 4.认识简单晶胞的结构特征。 5.会进行各种典型的晶胞中粒子数目的计算和晶体化学式的确定。 核心素养 发展目标 物质的聚集状态 一 自然界中绝大多数物质是固体。随着化学的发展，人工合成的固体越来越多，广泛应用于能源、环境、材料、生命科学等领 域。但物质的聚焦状态除了固体以外，还有气体、液体、等离子体、液晶……等状态。 20世纪前物质的聚集状态 20世纪初物质的聚集状态 1.等离子体与液晶 (1)等离子体 电子 阳离子 电中性粒子 (2)液晶 液态 晶态 一、核心原理 等离子（PDP）：自发光，每个像素是微型气体放电管，通电发光 液晶（LED）：被动发光，靠背光照亮液晶分子控光。 二、关键对比 🔆 画质 等离子：对比度极高（可达20000:1），黑位极纯，响应速度极快，无拖影，色彩浓郁、可视角度大（≈170°），侧面看不失真 液晶：早期对比度低、漏光；现在（LED/量子点）已大幅提升 分辨率上限高（轻松4K/8K），细腻度更强，亮度均匀、更适合明 亮环境；早期视角差，现在已改善。 等离子（PDP）、液晶（LED）、长虹 ⚡ 功耗与寿命 等离子：电老虎（50寸约500–800W），寿命较短，易烧屏（残影） 液晶：省电（同尺寸约100–200W），寿命长，基本无烧屏 📏 尺寸与形态 等离子：厚重、笨重，最小约40寸，难做小尺寸 液晶：轻薄，可做32寸–100寸+，易壁挂、便携 💰 市场现状（2026） 等离子：已停产退市（松下2013年停线），只剩二手/老机 液晶（LED）：主流，技术成熟、价格亲民、选择极多 “长虹囤积显示屏”，是彩电史上两次标志性事件：1998年囤积显像管（CRT）、2005年后押注等离子屏（PDP），都深刻影响了长虹的命运。 一、1998：囤积彩色显像管（CRT） 显像管占彩电成本约70%，是当时最核心的上游资源。1998年长虹投入约10亿元，拿下国内21寸76%、25寸63%、几乎全部29寸彩管产能，意图垄断上游、逼对手停产/高价买管、巩固龙头。 结果彩管厂偷偷扩产、私下供货，华南大量走私彩管涌入，长虹库存爆仓、资金被锁死，被迫降价清仓。行业利润暴跌60%+，长虹净利润下滑50%+，由盛转衰。 二、2005–2013：押注等离子屏（PDP） 液晶（LED）与等离子（PDP）路线之争白热化。长虹判断等离子是未来。斥资40亿元收购韩国欧丽安，建虹欧等离子面板厂，自产等离子屏，试图掌控上游、重夺主导。结果全球转向液晶（LED），等离子功耗高、易烧屏、成本高、尺寸受限等离子业务累计亏损超20亿元，面板厂最终停产。长虹错失液晶黄金期，被海信、TCL、创维超越。 显像管、等离子均已彻底退市。 长虹已全面转向液晶（LED），并做代工与多元化业务。 2.晶体与非晶体 固体 晶体 非晶体 自范性 ___(能自发地呈现_______外形) _____(不能自发呈现_______外形) 微观结构 原子在三维空间里呈______有序排列 原子排列相对_____ 有 多面体 周期性 没有 多面体 无序 自发的原因：同种物质晶体与非晶体、液体、气体相比，内能更低更稳定 晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长的速率适当。 表3-1 晶体与非晶体的本质差异 图3-4 天然水晶球里的玛瑙和水晶（教材P70） 玛瑙和水晶都是SiO2的晶体，不同的是玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，看不到晶体外形；而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷却形成的，呈现晶体外形。 玛瑙 水晶 表3-6 晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图 水晶 硅藻土 晶体与非晶体的本质差异：本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在 微观空间里呈现周期的有序排列的宏观现象。相反，非晶体中粒子 的排列则相对无序，因而无自范性。 战 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析出的硫酸铜晶体 图3-5 经不同途径得到的晶体（教材P71） 得到晶体一般有三条途径 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(结晶)。 （1）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。 （3）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。 （2）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。把小烧杯放在陶土网上小火加热，观察实验现象。 固体直接变成紫色蒸气，蒸气遇冷重新凝聚成紫黑色固体 【实验3-1】 有白色细小晶体析出 得到黄色晶体 雪花 雪花、霜、冰雹是凝固还是凝华呢？ 固体粉末是否都为非晶体呢？ 如何鉴别固体是晶体还是非晶体？ 方法一 晶体的熔点较固定，非晶体没有固定的熔点。 左图代表晶体的熔化过程。AB段：晶体吸热，温度不断升高，处于固态。BC段：晶体达到熔点，继续吸热但温度保持不变，处于固液共存态，这是晶体熔化的典型特征。CD段：晶体完全熔化为液态，继续吸热，温度再次升高。 右图代表非晶体的熔化过程。非晶体没有固定的熔点，吸热时温度持续上升，状态由固态逐渐变软、变稀，最终变为液态，整个过程温度一直升高。 方法二 晶体具有各向异性，非晶体具有各向同性 各向异性：同一晶体，在不同的方向上表现出不同的物理性质。 各向异性的本质是沿晶胞的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不相同。 方法三 X射线衍射实验：晶体会产生明锐的衍射峰或分离的斑点 云母片 衍射 散射效应 非晶态和晶态 SiO2 粉末衍射图谱 ——晶体有分立的斑点或明锐的衍射峰 单晶衍射图 乙酸晶体 乙酸分子的空间结构 通过晶体X射线衍射实验，对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，晶胞中含有4个乙酸分子。并且，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间的距离，判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，从而，得出分子的空间结构。 乙酸晶胞 易错提醒 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，某些非晶体也有固定的组成。 (4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 (1)根据这张图判断玻璃是不是晶体？ 图3-7 玻璃的结构示意图 不是晶体，粒子排列无序，没有晶体的自范性。 思考与讨论 A、采用X-射线衍射实验，当X射线照射假宝石时，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。 B、观看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。 C、用它来刻划玻璃，真宝石硬度大，可刻划玻璃；而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。 D、加热，真宝石沸点很高，而假宝石无固定的熔沸点，在一定的范围内便开始熔化。 E、可利用宝石的折光率鉴别 (2)鉴别假宝石 人造钻石和天然钻石的区别 天然钻石 人工钻石 相同方面 成分 硬度密度 成分 硬度密度 成分 硬度密度 不同方面 X-射线 发蓝色荧光 发黄色荧光和磷光 不同方面 亲油性 油会融在钻石表面上 呈小油珠状 不同方面 亲水性 在钻石表面水会呈小珠状 在钻石表面会分散流走 晶胞 二 蜂室 1.晶胞定义：描述晶体结构的_________。好比蜂巢里的蜂室。 铜晶体 铜晶胞 基本单元 铜晶体 氯化钠晶体 平行六面体 常规的晶胞都是平行六面体。其边长不一定相等也不一定垂直 无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙（共用棱、面和顶角） 2.晶体和晶胞的关系：整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 并置：晶胞平行排列、取向相同（碘晶胞中，I2存在两种取向） 通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个晶胞完全重叠。 思考：晶胞是指小立方体还是大立方体？ 小立方体是结构基元，大立方体是晶胞。 判断结构基元和晶胞是看顶角是否相同。 划分晶胞要遵循2个原则： 对称性优先原则，尽可能选取对称性高的单元；体积最小化原则，在对称性相同的情况下，选择体积最小的单元。 NaCl晶胞 金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图 前左下 后左上 前右上 后右下 体心：1 面心：1/2 顶角：1/8 棱上：1/4 4.晶胞中粒子数目的计算(均摊法) 1 2 4 3 7 6 8 5 1 2 2 1 3 4 1 体心：1 面心：1/2 顶角：1/8 棱上：1/4 绿色：8× 1/8+6×1/2 = 4 灰色：12× ¼+1=4 位置 份额 顶角 上下棱 侧棱 面上 内部 顶角：1/6 侧棱：1/3 上下棱：1/4 面上：1/2 内部1 1/6 1/4 1/3 1/2 1 六方晶胞 正六边形夹角为120°， 每个顶角6个晶胞共用 位置 份额 顶角 上下棱 侧棱 面上 内部 1 正三角形度数为60°，每个顶角12个晶胞共用 正三棱柱 三棱柱不是晶胞：不具有平移性，不能无隙并置。但可作为一个重复单元来计算，用均摊法计算粒子数。 下图依次是金属钠、金属锌、碘、金刚石晶胞的示意图， 数一数，它们分别平均含几个原子？ 2 ８ 2 ８ （2025·重庆卷）化合物X的晶胞如图所示，X的化学式可表示为___。 1.钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。其晶体的结构示意图如右图所示。则它的化学式为（ ） A. BaTi8O12 B. BaTi4O6 C. BaTi2O4 D. BaTiO3 Ba Ti O D 2.石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题： 图中平均每个正六边形占有C原子数为___个、占有的碳碳键数为___个。碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_____。 2：3 2 3 3. 2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为（　　） A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2 B 3.某晶体的晶胞为如图所示的正三棱柱，该晶体中X、Y、Z三种粒子数之比是（　　） A.3∶9∶4 B.1∶4∶2 C.2∶9∶4 D.3∶8∶4 B 4.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，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，它的化学式是 。 Ti14C13 提示：这是一个分子，不是晶胞！ 5.下图中，表示Cu2O晶胞的是　　(填“图1”或“图2” ) 。  图1 晶体结构的分析 三 1.NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Cl-有 个？ 每个Cl-周围最近距离的Na+有 个？ 2.在NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Na+有 个？ 6 6 12 1.等距且距离最近 2 1 3 4 ---Cs+ ---Cl- CsCl的晶体结构示意图 Cl- 1.在CsCl晶体中，每个Cs+周围最近距离的Cs+ 有几个？每个Cl-周围最近距离的Cl-有几个？ 6 5 8 7 2 1 3 4 1 6个 2 1 3 4 俯视图(从晶胞正上方向下看) 如：(1) 的俯视图为 。 (2) 的俯视图为 。 2. 晶胞投影问题 沿体对角线投影图 正视图 沿体对角线投影规律： ①大正六边形的顶点和中心为晶胞中顶角原子的投影； ②小正六边形的顶点为晶胞中面心原子和四面体体心的投影。 从晶胞前方向后看 ①俯视图 1 2 4 x y z 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A B C D 光或眼睛 金刚石晶胞投影 3 ②沿体对角线投影图 1 2 3 4 x y 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 A B C D AgN5的晶体结构与AgI相似。AgI的结构分为α⁃AgI和γ⁃AgI，γ⁃AgI立方晶体的示意图见图1，图2是晶胞正上方的俯视投影图，图中黑球(实心球)表示I-，请在图2中用白球(空心球)表示出Ag+的位置。 答案　 氮化硼晶胞的俯视投影图是　　(填字母)。  b 钠的晶胞（体心立方堆积，如图1）沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图如下图A所示，则金刚石晶胞（如图2）沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图应该是下图中的_____ D 磷化硼晶胞的示意图如图1所示，其中实心球表示P原子，空心球表示B原子，晶胞中P原子空间堆积方式为________________。若磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图2所示（虚线圆圈表示P原子的投影），请在图2中用实线圆圈画出B原子的投影位置___（注意原子体积的相对大小）。            面心立方最密堆积 或 （25年陕晋宁青.8） （25年云南.13） A．沿晶胞体对角线方向的投影图为 B．该晶胞在yz平面的投影为 3.原子分数坐标——表示晶胞内部各原子的相对位置 ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向。 ②三组棱长a、b、c和三组夹角α、β、γ。在坐标轴中一般以正方体的棱长为1个单位。 ③从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 Z X Y 以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置， 称作原子分数坐标。图1中，原子1的坐标是，则原子2的 坐标为　　　 　。  例以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的相对位置，称作原子分数坐标。如图中原子1的分数坐标为，则原子2和3的 分数坐标分别为　 　　　、　　 　　。  以晶胞边长为单位长度建立的坐标可以表示晶胞中各原子的相对位置，称作原子分数坐标。已知三个原子分数坐标参数：A(0，0，0)、B(0，1，1)、C(1，1，0)，则E原子分数坐标为　　　　　 。  CdSe的一种晶体为闪锌矿型结构，晶胞结构如图所示。其中原子坐标参数A为( , ，)，则B、C的原子坐标参数分别为 B 、C 。 ( , ,  ) ( , , ) 晶体的计算 四 ρ＝ N · M NA· a3 简单立方 体心立方 面心立方 设棱长为L，原子半径为r,则 L=2r 简单立方： 8个顶角 2r是顶角上原子相切 L=4r 体心立方： 8个顶角和体心。 4r是体对角线上原子相切 L=4r 面心立方： 8个顶角和6个面心。 4r是面对角线上 原子相切 注意　 ①晶胞棱长单位一般为nm或pm ，密度单位为g·cm-3。 ②1 nm=10-7 cm， 1 pm=10-10 cm。 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。 ×1023 1.（2025·湖南卷） K+掺杂的铋酸钡具有超导性。K+替代部分Ba2+形成Ba0.6K0.4BiO3(摩尔质量为354.8g·mol-1)，其晶胞结构如图所示。该立方晶胞的参数为anm，设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是 A、晶体中与铋离子最近且距离相等的O2-有6个 B、晶胞中含有的铋离子个数为8 C、第一电离能：Ba>O D、晶体的密度为 A 2.钒主要制成钒铁，用作钢铁合金，它具有能细化钢铁基体晶粒的作用，可从其氧化物中提取。如图是某种钒的氧化物晶体的立方晶胞。已知：该晶体的密度为ρ g·cm-3，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误 的是（　　） A.V位于元素周期表的第ⅤB族 B.该氧化物的化学式为VO C.若a点原子的分数坐标为(0，0，0)，则b点原子 的分数坐标为 D.晶胞中距离最近的两个钒原子的核间距为××1010 pm D 某三元化合物的立方晶胞结构如图所示，晶胞的边长为a pm，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是 （　　） A．晶体的化学式为LiAlSi B．晶体的密度为 C．晶体中Al原子周围最近的Li原子有12个 D．晶体中Si、Al原子之间的最短距离为 C NaCl晶胞 干冰晶胞 CsCl晶胞 CaF2晶胞 去掉棱边、体心Cs+ 棱边和体心插入Na+ 面心晶胞 素晶胞 减少体心微粒 类金刚石晶胞 面心晶胞 金刚石晶胞 铜晶胞 去掉体心微粒 CaF2晶胞 类金刚石晶胞 减少体心微粒 去掉体心微粒 干冰晶胞 棱边和体心插入Na+ NaCl晶胞