3.1物质的聚集状态与晶体的常识课件高二下学期化学人教版选择性必修23

第一节

物质的聚集状态与晶体的常识第三章

晶体结构与性质物质三态间的相互转化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）温故而知新物质的三态变化是物理变化，变化时克服分子间作用力或破坏化学键，但不会有新的化学键形成。20世纪前，人们认为物质的三态变化只是分子间距离发生了变化。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。如：氯化钠是由阳离子和阴离子组成;金刚石和二氧化硅是由原子组成的。气态和液态物质也不一定是由分子构成。一、物质的聚集状态日常生活中所接触到的物质会有哪些状态呢？钻石塑料玻璃氧气氯化钠极光雷电？固态：流水液态：气态：气态物质在

或者在

激发下，分子发生分解，产生

等。这种由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈

的物质

称为等离子体。高温外加电场电子和阳离子电中性聚集体导电性流动性(1)概念：(2)特点等离子体具有良好的

和

。等离子体是一种特殊的气体

1.等离子体科学技术社会(3)存在：等离子体是一种特殊的气体，存在于我们周围。例如，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。日光灯和霓虹灯的灯管里蜡烛的火焰中极光和雷电里等离子体显示器化学合成核聚变(4)用途：

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，因此等离子体用途十分广泛。例如，运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等离子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子体态下发生的，等等。

离子液体

离子液体是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCl，KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。【知识拓展】（1）概念：液晶介于液态和晶态之间的物质状态。流动性、黏度、形变性等导热性、光学性质等2.液晶科学技术社会（2）分类（2）分类①热致液晶：某化合物加热达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定的温度时，浑浊态变透明清亮态，将熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为热致液晶。②溶致液晶：从溶液中获得的液晶称为溶致液晶，即胶束等。（3）稳定性实用液晶在常温下十分稳定。已经获得实际应用的热致液晶均为刚性棒状强极性（或易于极化的）分子，其分子有取向序，分子的长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动。此外，还有平板状、盘状、叶状分子等液晶。棒状分子液晶内部分子排列示意图①手机、电脑和电视的液晶显示器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）用途微粒种类、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。归纳与整理水晶硅藻土原子呈周期性有序排列原子排列相对无序晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图二、晶体和非晶体1.晶体与非晶体的概念晶体:

内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质非晶体:如橡胶、玻璃等固体，其内部原子或分子的排列呈现相对无序的分布状态(又称玻璃体)CuNaCl冰2.晶体的分类晶体离子晶体金属晶体共价晶体分子晶体混合晶体CuNaCl冰石墨金刚石3.晶体的特征(1)自范性：微观层面——长程有序(周期性)；宏观层面——具有能自发地呈现多面体外形的性质。外部正是由于降温速度过快而形成玛瑙，内部冷却缓慢才形成具有规则多面体的水晶天然水晶球玛瑙水晶晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长速率适当

晶体具有各向异性（如强度、导热性、光学性质等）。

非晶体无各向异性，而是各向同性。(2)各向异性：(3)熔点：晶体具有固定的熔点;非晶体没有固定的熔点。方法1.熔融态物质凝固4.获得晶体的一般途径方法2.气态物质冷却不经液态直接凝固4.获得晶体的一般途径方法3.溶质从溶液中析出4.获得晶体的一般途径晶体与非晶体的本质差异，性质及鉴别方法。对比晶体非晶体本质区别原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序性质特征有自范性（能自发呈现多面体外形）没有自范性表现出物理性质各向异性不具有物理性质各向异性较固定的熔点没有固定的熔点鉴别方法对固体进行X射线衍射实验（最可靠的科学方法）测是否有固定的熔点（间接方法）归纳与整理【思考与讨论】玻璃的结构示意图（2）根据晶体的物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举一些可能有效的方法鉴别假宝石吗？（1）某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图，如右图，这张图说明玻璃是不是晶体？为什么？非晶体（1）物理性质差异如：硬度、熔点、折光率等鉴别晶体和非晶体（2）X射线衍射实验美丽化学——晶体之美概念：由大量微观粒子(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。这么多不同的晶体，如何描述其中原子的排列呢？找岀晶体中最小的结构重复单元氯化钠晶体结构铜晶体结构什么是晶体？【思考与交流】三、晶胞1.定义：描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。2.晶胞与晶体的关系常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。【思考】如何理解“无隙并置”？对"无隙并置"的理解(1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。说明：同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。无隙:指相邻的晶胞之间共用顶角、共用棱、共用面；并置:指从一个晶胞到另一个晶胞只需平移晶胞框架，无需任何转动。8个顶点相同三套各4根平行棱分别相同xzy三套各两个平行面分别相同共6个面共8个顶点共12个根棱3.晶胞的基本结构（以铜晶胞为例）：常规晶胞是8个顶点相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。例1.下图中的晶胞是指”大立方体”？还是”小立方体”？为什么？晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱晶胞是指”大立方体”判断下列六面体是否是晶胞？A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。【课堂练习1】124376851221341体心：1面心：1/2顶点：1/8棱边：1/44.晶胞中原子个数的计算--均摊法(重点)平行六面体晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8晶胞对质点的占有率归纳与整理六方晶胞中粒子的计算方法顶角：1/6上、下棱：1/4侧棱：1/3面上：1/2内部：14.晶胞中原子个数的计算--均摊法三棱柱体心1面心1/2棱边水平1/4竖1/6顶点1/124.晶胞中原子个数的计算--均摊法正三棱柱晶胞中粒子的计算方法(1)平行六面体(2)三棱柱(3)六棱柱体心1面心1/2棱边1/4顶点1/8体心1面心1/2棱边水平1/4竖1/6顶点1/12体心1面心1/2棱边水平1/4竖1/3顶点1/6归纳与整理例2.请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。Na+数＝12×+1＝41418Cl-数＝8×+6×＝412Na+数:Cl-数=1:1氯化钠的化学式为NaCl一个晶胞含4个NaCl应用：根据晶胞确定化学式。离子晶体化学式只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示，该氯化物的化学式是_________。(2)图2为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子组成。试根据图示判断该晶体的化学式是________。(3)钛酸钡晶体的结构示意图为图3，它的化学式是________。CuClA3BCBaTiO3【课堂练习2】(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？晶胞有三套各4根平行棱，有3套各两个平行面金属钠（Na）

金属锌（Zn）

碘（I2）

金刚石（C）【思考与讨论】金刚石晶胞课本P74晶胞1晶胞2X：6/12=1/2Y：6/4+3/6=2Z：1Mg：12/6+2/2=3B:（在体内）6计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。化学式：XZ2Y4化学式：MgB2【课堂练习3】科学家发现了一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子。如图所示，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，则它的化学式是（）A.Ti14C13B.Ti4C4C.TiCD.Ti13C14A特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！所含微粒为其本身所有，不与其他分子共用,其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。【课堂练习4】知识拓展——准晶体四、晶体结构的测定1.测定晶体结构最常用的仪器——X射线衍射仪2.测定原理:当单一波长的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者明锐的衍射峰。3.X射线衍射实验获得晶胞信息

晶体的X射线衍射实验图经过计算，可以获得包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。

通过晶体X射线衍射实验，可以测定晶胞中各个原子的位置，根据原子坐标，可以计算原子间的距离，判断哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角

，得出分子的空间结构。乙酸晶体乙酸晶胞乙酸分子的空间结构

例如X射线衍射测定乙酸分子结构(含4个乙酸分子)→从衍射图中经计算可获取晶体的结构信息，如晶胞的形状、大小，微粒空间对称性类型，原子的数目和位置等。原子的种类与位置衍射强度综合分析衍射方向甲烷晶体a边长为a的立方晶胞C、H原子间的距离是否存在化学键确定键长、键角

再如X射线衍射测定甲烷分子结构下列有关说法正确的是（）A.测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪B.石英玻璃和水晶的衍射图谱相同C.通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，不能推出乙酸分子的空间结构D.晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键长和键角A【课堂练习5】ρ=n·M

V·NA

晶体的密度ρ：晶体的密度(一般是g·cm－3)n：1个晶胞中化学式数目M：化学式的摩尔质量(g·mol－1)V：1个晶胞的体积(一般是cm3)NA：阿伏伽德罗常数(mol－1)abc：晶胞参数(一般是pm或nm)单位换算:1m=102cm=109nm==1012pm【拓展与提升】【拓展与提升】晶体密度的计算：例3.已知CsCl的摩尔质量为168.5gmol，其晶