3.1.1物质的聚集状态 晶体与非晶体课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

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。固体分晶体和非晶体两大类。晶体具有周期性的微观结构。你若能想象，二维的印花布图案是由原子、离子或分子等构成的，再把这种图案推演到三维空间里去，就如同晶体的微观结构了。晶体的微观基本单元称为晶胞，就好比蜂巢里的蜂室。晶体可简单地分为分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体四种类型。另外，还存在许多过渡晶体和混合型晶体。 晶体的结构决定了晶体的性质。晶体的熔点、密度、硬度、延展性、溶解性、热分解性、化学反应性、生物活性∙∙∙∙∙∙都与晶体结构密切相关。 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 3.1.1 物质的聚集状态 晶体与非晶体 学习目标 1、能说出包含“固、液、气”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。 一、物质的聚集状态 固态 钻石 松香 橡胶 石蜡 流水 液态 气态 氧气 一、物质的聚集状态 1、物质三态间的相互转化 一、物质的聚集状态 2、人们对物质组成及聚集状态的认识历程 20世纪前，人们认为分子是所有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，分子在固态只能振动，在气态能自由移动，在液态则介乎二者之间 固态 液态 气态 一、物质的聚集状态 2、人们对物质组成及聚集状态的认识历程 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。例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等 X射线衍射实验 氯化钠 石墨 二氧化硅 金刚石 一、物质的聚集状态 【思考】极光、雷电里的物质又是什么状态？ 雷电 极光 2、人们对物质组成及聚集状态的认识历程 物质的聚集状态： 气态 液态 固态 晶态 非晶态 塑晶态、液晶态 等离子体 气态和液态物质也同样不一定都由分子构成 离子液体 等离子体 一、物质的聚集状态 3、等离子体 （1）定义： （3）特点： 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聚集体 （2）形成条件： 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 等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流动性 —— 能导电的气态物质 气态和液态物质也同样不一定都由分子构成 一、物质的聚集状态 3、等离子体 （4）应用： ③ 核聚变也是在等离子态下发生的，等等 ① 制造等离子体显示器 ② 进行化学合成 （5）我们周围的等离子体： ① 日光灯和霓虹灯的灯管 ② 蜡烛的火焰 ③ 极光和雷电 一、物质的聚集状态 4、离子液体： 熔点不高的仅由离子组成的液体物质，如：熔融的KCl 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） 气态和液态物质也同样不一定都由分子构成 一、物质的聚集状态 5、液晶 —— 介于液态和晶态之间的物质状态 （1）特征： 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 （2）应用： ② 合成高强度液晶纤维，广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等 ① 手机、电脑和电视的液晶显示器 一、物质的聚集状态 5、液晶 —— 介于液态和晶态之间的物质状态 （3）分类 热致液晶 （从熔点至澄清点温度范围内的物质状态） 溶致液晶（从溶液中获得的液晶，即胶束等） 一、物质的聚集状态 ★ 微粒种类、聚集方式是决定聚集状态的主要因素；不同的聚集状态，性质、用途不同 二、晶体与非晶体 蜡状的白磷 （P4） 黄色的硫黄 （S8） 紫黑色的碘 （I2） 高锰酸钾 （KMnO4） 蓝色的硫酸铜 （CuSO4 · 5H2O） 白色的碳酸钙 （CaCO3） 晶体 玻璃 炭黑 非晶体 【思考】晶体与非晶体有什么本质的差异呢？ 玻璃体 无定形体 二、晶体与非晶体 1、晶体与非晶体的本质差异 固体 晶体： 非晶体： 原子在三维空间里呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体 如：冰、金刚石、金属、氯化钠、石墨等 晶态SiO2 原子排列相对无序，不具有规则几何外形的固体 如：玻璃、炭黑、陶瓷、砖瓦、水泥、塑料、橡胶、木材、松香、沥青、石蜡等 非晶态SiO2 Cu晶体 1、晶体与非晶体的本质差异 方解石 玻璃 敲碎 敲碎 得到的碎片具有规则的几何外形 得到的碎片没有规则的几何外形 方解石微观图 玻璃微观图 光学显微镜 电子显微镜 光学显微镜 电子显微镜 二、晶体与非晶体 1、晶体与非晶体的本质差异 【思考】粉末状的固体是否都是非晶体呢？ 白色的碳酸钙 （CaCO3） 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 光学显微镜 电子显微镜 CaCO3的微观图 二、晶体与非晶体 2、晶体的特性 （1）自范性 晶体能自发地呈现多面体外形的性质。所谓自发过程，即自动发生的过程 ① 定义： ② 条件之一： 晶体生长的速率适当 熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至形成的只是非晶态（玻璃态） 硫酸铜结晶 醋酸钠结晶 二、晶体与非晶体 2、晶体的特性 （1）自范性 ② 条件之一： 晶体生长的速率适当 玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的 —— 没有晶体外形 水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成的 —— 呈现晶体外形 水晶球是岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的。剖开水晶球，它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶 二、晶体与非晶体 2、晶体的特性 （1）自范性 ③ 得到晶体的三条途径 【实验3 - 1】 （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。 （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。 （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。 ③ 得到晶体的三条途径 熔融态物质凝固（液 → 固） 气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）（气 → 固） 溶质从溶液中析出（溶液 → 固） 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 ③ 得到晶体的三条途径 熔融态硅制备的“拉单晶” KH2PO4的水溶液结晶 化学气相沉积得CVD 二、晶体与非晶体 2、晶体的特性 （1）自范性 ④ 微观本质： 晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象，能量最低（本质特征） 相反，非晶体中粒子的排列则相对无序，因而无自范性 ★ 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、晶体的特性 （2）各向异性（强度、导热性、导电性、光学性质等物理性质） 蜡熔化成圆形 蜡熔化成椭圆形 在水晶柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，你会发现石蜡在不同方向熔化的快慢不同。这是水晶导热性的各向异性造成的。 所以，晶体的某些物理性质的各向异性同样反映了晶体内部质点排列的有序性 不同方向观察红宝石，发现宝石的颜色不同 石墨平行层方向上导电率高， 垂直于层的方向上导电率低， 相差上万倍 ★ 非晶体 —— 各向同性 2、晶体的特性 （3）有较固定的熔点 ★ 非晶体 —— 没有固定的熔点，有一定的熔点范围（熔程），熔化过程温度会发生变化 二、晶体与非晶体 【思考】把玻璃放在火上加热到一定程度，可以把它抽成细丝或吹成泡状，为什么？ 晶体加热到熔点就会由固体变为液体，如：冰“0”度时会变为水。 玻璃为非晶体，没有固定的熔点。所以从固体变为液体的过程中，有一个由硬变软的过程，此时就可以用来抽丝、吹泡、塑型。 步冷曲线 二、晶体与非晶体 3、鉴别晶体和非晶体 ★ X射线衍射实验 —— 最可靠的科学方法 ★ 考察固体中粒子在三维空间里是否呈周期性有序排列 X射线衍射实验 固体 外观 微观结构 自范性 各向异性 熔点 晶体 具有规则的几何外形 原子在三维空间里呈周期性有序排列 有 各向异性 较固定 非晶体 不具有规则的几何外形 原子排列相对无序 没有 各向同性 不固定 本质区别 微观粒子在三维空间里是否呈周期性有序排列 鉴别方法 ① 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 ② 科学方法：对固体进行X射线衍射实验 举例 晶体：NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 非晶体：玻璃、橡胶等 晶体和非晶体的区别 【思考与讨论】 （1）用沥青铺成的路面，冬天变硬，夏天变软，这说明沥青是晶体材料还是非晶体材料？ 【思考与讨论】 （2）根据晶体物理性质的各向异性的特点，能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。 相同方面 不同方面 X射线 亲油性 亲水性 天然钻石 成分 硬度 密度 发蓝色荧光 油会融在钻石表面 在钻石表面水呈小珠状 人造钻石 发黄色荧光和磷光 形成油珠 在钻石表面水分散流走 从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体 从熔融态结晶出来的硫晶体 凝华得到的碘晶体 分子 美丽的结晶过程 $