3.1物质的聚集状态与晶体常识课件-高二下学期化学人教版选择性必修2

物质的聚集状态与晶体的常识Lifeisajourney,notthedestination,butthesceneryalongthewayandthemoodtoseethescenery.2晶体与非晶体3晶胞目录CONTENTS1物质的聚集状态4晶胞有关计算5晶体结构的测定日常生活中所接触到的物质会有哪些状态呢？钻石塑料固态流水液态果汁氧气气态氢气物质三态间的互相转化物质发生三态变化的本质是什么？气态液态固态熔化（吸热）凝固（放热）凝华（放热）升华（吸热）气化（吸热）液化（放热）人们对物质组成的认识历程20世纪前，人们以为分子是所有化学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。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。气态和液态物质也不一定是由分子构成。氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石、金属阴阳离子原子金属阳离子和自由电子物质的聚集状态只有固态、液态、气态三种吗？想想一日光灯霓虹灯极光雷电那么下列物质又是什么状态的呢？第四态：等离子态01物质的聚集状态PartOne物质的聚集状态一、物质的聚集状态物质的聚集状态气态液态固态等离子态超固态辐射场态晶态非晶态介于晶态和非晶态之间：塑晶态、液晶态物质的聚集状态二、等离子体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。2.特点等离子体具有良好的导电性和流动性物质的聚集状态3.存在日光灯和霓虹灯的灯管里，火焰、极光和雷电等。二、等离子体物质的聚集状态4.应用

等离子体显示器

化学合成

核聚变二、等离子体物质的聚集状态注意区分等离子体和离子液体：离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质，如熔融的KCl、NaCl。离子液体可用于化学电源的电解质，化学合成的溶剂、催化剂，还可以用于合成药物的载体。二、等离子体物质的聚集状态三、液晶1.概念物质加热达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度时，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液晶。物质的聚集状态2.特点液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又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。3.分类液晶分为热致液晶和溶致液晶（从溶液中获得的液晶，即胶束等）。三、液晶物质的聚集状态4.应用液晶广泛应用于手机、电脑和电视的液晶显示器；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。三、液晶练习1.正误判断(1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态（

）(2)等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性（

）×√练习2.等离子体在工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面有着非常重要的应用价值。下列与等离子体无关的是（

）A.等离子体显示器 B.日光灯和霓虹灯C.把水温升高到几千摄氏度 D.液晶显示器D练习D3．下列有关等离子体的叙述，不正确的是()A．等离子体是物质的另一种聚集状态 B．等离子体是很好的导体C．水可能形成等离子体状态 D．等离子体中的微粒不带电荷练习D4．关于液晶，下列说法正确的是()A．液晶是一种晶体B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性C．液晶的化学性质与温度变化无关D．液晶的光学性质随外加电场的变化而变化02晶体与非晶体PartTwo晶体与非晶体绝大多数常见的固体有规则的几何外观NaCl雪花硫黄

碘(I2)高锰酸钾水晶SiO2晶体晶体与非晶体只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体。玻璃又称玻璃体炭黑又称无定形体晶体与非晶体一、晶体与非晶体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。绝大多数常见的固体是晶体。干冰

金刚石NaCl铜晶体与非晶体一、晶体与非晶体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。玻璃、橡胶、石蜡、沥青、塑料等都是非晶体。石蜡

橡胶

沥青

塑料晶体与非晶体一、晶体与非晶体3.晶体与非晶体的本质差异状态微观结构宏观性质晶体非晶体原子在三维空间里呈周期性有序排列有自范性：能自发地呈现多面体外形原子排列相对无序无自范性：不能自发呈现多面体外形晶体与非晶体一、晶体与非晶体3.晶体与非晶体的本质差异注意：①晶体与非晶体的根本区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。在人力作用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体，如玻璃、塑料。晶体与非晶体一、晶体与非晶体3.晶体与非晶体的本质差异注意：②许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形，但在光学显微镜下或电子显微镜下可观察到规则的晶体外形，因此，粉末状的固体也有可能是晶体。胆矾

碳酸钙

炭黑晶体晶体非晶体晶体与非晶体一、晶体与非晶体4.晶体的鉴别——X射线衍射晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X-射线的波长相当，因此能够对X-射线产生衍射，在图谱中产生分立的斑点或明锐的衍射峰。非晶体衍射图谱晶体与非晶体二、晶体的特点1.自范性晶体能自发呈现多面体外形的性质。晶体呈现自范性的条件：晶体生长的速率适当。外层冷却快，形成无晶体外形的玛瑙内层冷却慢，形成有晶体外形的水晶晶体与非晶体二、晶体的特点1.自范性天然水晶球岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的玛瑙水晶熔融态的SiO2快速冷却形成的，无晶体外形熔融态的SiO2缓慢冷却形成的，呈现晶体外形晶体与非晶体二、晶体的特点晶体与非晶体二、晶体的特点2.各向异性同一晶体，在不同的方向上具有不同的物理性质(强度、导电性、导热性、光学性质)。不同方向观察红宝石，发现宝石的颜色不同，折射率有各向异性。晶体与非晶体二、晶体的特点3.熔点晶体有固定的熔点。可用测熔点的方法判断固体是否为晶体。晶体与非晶体小结：晶体和非晶体的区别固体外观微观结构自范性各向异性熔点晶体非晶体本质区别鉴别具有规则的几何外形不具有规则的几何外形粒子在空间周期性有序排列粒子排列相对无序有无有各向异性无各向异性固定不固定微观粒子在空间是否呈现周期性有序排列最科学的方法：X—射线衍射实验晶体与非晶体三、晶体的形成途径晶体与非晶体三、晶体的形成途径1.熔融态物质凝固2.气态物质冷却不经液态直接凝华3.溶质从溶液中析出晶体与非晶体特殊提醒同一物质可以是晶体，也可以是非晶体。eg：晶体SiO2和非晶体SiO2。eg：玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。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。具有固定组成的物质也不一定是晶体，eg：某些无定形体也有固定的组成。晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。晶体与非晶体四、晶体的分类1.分子晶体2.共价晶体3.离子晶体4.金属晶体5.其他：过渡晶体、混合晶体——由分子构成的共价化合物及非金属单质、稀有气体——由原子直接构成的共价化合物及非金属单质——离子化合物——金属单质、合金（石墨）练习1.关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（

）A.破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体B.缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块C.圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性D.由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性B练习2.下列叙述错误的是（

）A.区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验B.外观呈规则多面体的物质，内部粒子在三维空间里一定呈周期性有序排列C.晶体具有各向异性，所以用红热的铁针刺中涂有石蜡的水晶柱面，融化的石蜡呈椭圆形D.假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品B练习3．下列关于晶体的叙述不正确的是()A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体外形的性质B．玻璃和水晶都是晶体，有固定的熔沸点C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排列的必然结果D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性B练习A4．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是()A．对固体进行X射线衍射测定 B．观察外形C．测定熔、沸点 D．通过比较硬度确定练习C5．下列说法错误的是()A．液晶是物质的一种聚集状态，介于液态和晶态之间B．等离子体具有良好的导电性和流动性是因为其含有带电粒子且能自由运动C．区分晶体和非晶体最好的方法是红外光谱法D．碳酸氢钠固体粉末没有规则的外形，但依旧属于晶体练习B6．下列有关叙述中，不正确的是()A．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是X—射线衍射实验B．往食盐水中不断通入二氧化碳，能够看到氯化钠晶体析出C．液晶是物质的一种聚集状态D．具有各向异性的固体可能是晶体练习C7．下列说法错误的是()A．等离子体由于具有能自由运动的带电粒子，故具有良好的导电性和流动性B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块C．具有各向异性的固体一定是晶体D．物质的聚集状态除了气态、液态和固态之外，还有其他聚集状态练习C8．下列关于物质特殊聚集状态结构的叙述中，错误的是()A．非晶体基本构成微粒的排列是长程无序和短程有序B．液晶内部分子沿分子长轴方向有序排列，使液晶具有各向异性C．等离子体的基本构成微粒的排列是带电的阴离子和电子及不带电的分子或原子D．纳米材料包括纳米颗粒与颗粒间的界面两部分，纳米颗粒微粒的排列是长程有序晶胞通过之前的学习我们知道，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，那不同的晶体，微粒排列的方式相同吗？金刚石晶体铜晶体氯化钠晶体不同的晶体，其微粒的排列方式是不同的，那么如何描述其微粒的排列呢？03晶胞PartThree晶胞一、晶胞1.概念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。铜晶体铜晶胞晶胞一、晶胞1.概念点阵图：能清晰展示粒子在晶胞中的相对位置，有利于分析点、线、面、角的关系。两种晶胞图堆积图：能展示粒子的相对大小，晶胞对粒子的占有率，粒子与粒子的堆积接触和空隙。晶胞一、晶胞2.特点常规的晶胞都是平行六面体（不一定是立方体）。八个顶角相同，三套各四根平行棱分别相同，三套各两个平行面分别相同。金刚石晶胞CO2晶胞铜晶胞NaCl晶胞晶胞一、晶胞3.晶体与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。无隙：指相邻的晶胞之间没有任何间隙，相邻的晶胞之间完全共顶点、共棱、共面。并置：指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动。晶胞一、晶胞3.晶体与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。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。练习例1.判断下列六面体是否是晶胞？√×××不满足八个顶点相同不满足三套各四条平行棱相同不满足三套各两个平行面相同无

法“无

隙

并

置”晶胞一、晶胞4.常见的三种晶胞类型简单立方体心立方面心立方示意图结构特点在平形六面体的8个顶角上有粒子除8个顶角上有粒子外，平行六面体的体心上还有1个粒子除8个顶角上有粒子外，平行六面体的6个面的面心上均有1个粒子晶胞一、晶胞5.特殊晶胞正六棱柱晶胞晶胞铜晶胞思考：一个铜晶胞中含有多少个铜原子？是14个吗？不是14个，晶胞中的每个粒子不一定只属于该晶胞，要用均摊法进行计算。晶胞二、晶胞中粒子数目的计算——均摊法均摊法：若某个粒子为x个晶胞共有，则该粒子有1/x属于一个晶胞。2784321顶角:1/8651棱边:1/43412面心(上):1/21体心(内部):1晶胞二、晶胞中粒子数目的计算——均摊法铜晶胞的原子数＝4顶角位置：8×1/8＝1面上位置：6×1/2＝3铜晶胞练习2.NaCl晶胞如图所示，其中体积较小的为____，体积较大的为____，请计算出NaCl晶胞中所含Na+和Cl－的个数。Na+Cl－Na+个数：12×1/4+1=4Cl－个数：8×1/8+6×1/2=4晶体的化学式表示的就是晶胞中的粒子个数的最简整数比（由分子构成的物质除外）练习3.下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子？2288练习4.如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图，试写出：(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为______。(2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是________。X3Y1∶3∶1晶胞二、晶胞中粒子数目的计算——均摊法特殊晶胞：六棱柱晶胞中粒子的计算方法顶角：1/6侧棱：1/3上下棱：1/4面心：1/2体心：1练习特殊晶胞：六棱柱晶胞中粒子的计算方法5.如图为一种硼镁化合物的晶胞示意图（硼在晶胞内部），一个晶胞中含有的镁原子个数为___，硼原子个数为___，该化合物的化学式为_______。36MgB2练习均摊法还可以用于计算物质中化学键及各种环的数目6.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：①图中平均每个正六边形占有C原子数为____个。②1mol石墨中含有正六边形的个数为_______。20.5NA晶胞二、晶胞中粒子数目的计算——均摊法特殊晶胞：三棱柱晶胞中粒子的计算方法体心1面心1/2棱边横1/4竖1/6顶点1/12三棱柱04晶胞有关的计算PartThree晶胞有关的计算一、配位数1.定义在晶胞中，与某个原子（或离子）距离最近且相等的其他原子（或离子）的个数，叫做这种原子（或离子）的配位数。如NaCl晶胞中：与Cl－距离最近且相等的Na+有6个，因此Cl－的配位数为6与Na+距离最近且相等的Cl－也有6个，因此Na+的配位数也是6晶胞有关的计算一、配位数2.常见的配位数①顶点原子的配位原子在棱心，配位数为6晶胞有关的计算一、配位数2.常见的配位数②顶点原子的配位原子在面心，配位数为12思考：面心原子的配位数是多少？4晶胞不同原子的配位数之比等于该晶胞中原子个数的反比晶胞有关的计算一、配位数2.常见的配位数③顶点原子的配位原子在体心，配位数为8晶胞有关的计算二、晶体密度的计算1.所用公式①ρ=m/V②n=N/NA③m=nM晶胞有关的计算二、晶体密度的计算2.解题步骤1.铜晶体的晶胞如图所示，已知立方体的边长为apm，求铜晶体的密度。①用均摊法算出一个晶胞中含有粒子的个数一个铜晶胞中含有铜原子：8×1/8+6×1/2=4个②计算一个晶胞含有粒子的物质的量一个铜晶胞含有铜原子：(4/NA)mol③计算一个晶胞的质量m=nM=(256/NA)g④计算晶体的密度ρ=m/V=(256/NA)g/(a3×10-30cm3)练习2.某氧化物超导材料钙钛矿晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为_______，已知立方体的边长为apm，该晶体的摩尔质量为136g·mol-1，则该晶体的密度可表示为__________g·cm-3。CaTiO3练习3.萤石(氟化钙)的晶胞结构如图所示，已知立方体的边长为apm，则该晶体的密度为_________g/cm3。(相对原子质量：F∽19Ca∽40)Ca2+F－练习4.S与Cu形成化合物晶体的晶胞如图所示。已知该晶体的密度为ag·cm-3，则该晶胞的边长为___________pm。练习5.α-AgI晶体中I－离子作体心立方堆积(如图所示)，Ag+主要分布在由构成的四面体、八面体等空隙中。已知阿伏加德罗常数为NA，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm=______________m3·mol-1(列出算式)。晶体摩尔体积Vm=晶胞的体积/晶胞中含有粒子(或化学式)的物质的量晶胞有关的计算四、空间利用率1.定义空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占的体积百分比，也叫空间占有率。2.计算式练习1.在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是___原子。设Cr原子和Al原子的半径分别为x和y，则金属原子的空间占有率为_____________%（列出计算式）。Al练习2.金属铜是面心立方晶体，有较多的滑移面，所以有很好的延展性。其晶胞结构如图乙所示。已知铜原子的半径为rcm，铜的密度为ρg∙cm−3，阿伏加德罗常数为NAmol−1，该晶胞中铜原子的空间利用率为______________(用含r、ρ、NA的代数式表示)。晶胞有关的计算五、原子坐标参数1.概念一般以坐标轴所在立体图形的棱长为1个单位，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。A(0，0，0)B(1，0，0)C(1，1，0)D(0，1，0)E(0，1，1)F(0，0，1)G(1，0，1)H(1，1，1)ABCDEFGHx轴y轴z轴晶胞有关的计算E(0，1，1/2)F(1，1，1/2)G(1，0，1/2)H(0，0，1/2)五、原子坐标参数1.概念x轴y轴z轴ABCDEGHFIKJLA(0，0，0)B(0，1，0)C(1，1，0)D(1，0，0)I(0，1，1)J(0，0，1)K(1，0，1)L(1，1，1)晶胞有关的计算五、原子坐标参数2.特殊位置原子的坐标参数体心立方x轴y轴z轴MM(1/2，1/2，1/2)①体心立方晶胞有关的计算五、原子坐标参数2.特殊位置原子的坐标参数M(1/2，1/2，1/2)①体心立方②面心立方面心立方x轴y轴z轴ABCDEFA(0，1/2，1/2)C(1，1/2，1/2)F(1/2，1/2，0)E(1/2，1/2，1)D(1/2，1，1/2)B(1/2，0，1/2)晶胞有关的计算五、原子坐标参数2.特殊位置原子的坐标参数金刚石晶胞BCDx轴y轴z轴思考：如图所示为金刚石的晶胞，图中A、B、C、D四个原子在晶胞的什么位置？它们的原子坐标分别是多少？A晶胞有关的计算金刚石晶胞ABCD俯视俯视图ADx轴y轴z轴y轴x轴CB前左下前右上后右下后左上晶胞有关的计算金刚石晶胞ABCD正面图ABx轴y轴z轴z轴x轴CD晶胞有关的计算五、原子坐标参数2.特殊位置原子的坐标参数金刚石晶胞ABCDx轴y轴z轴A(1/4，3/4，1/4)B(3/4，1/4，1/4)C(1/4，1/4，3/4)D(3/4，3/4，3/4)练习1.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有___个碳原子。(2)已知晶胞参数为apm，则金刚石的密度为____________g·cm-3。(3)晶体中两个最近的碳原子之间的距离为____pm。(4)碳原子半径为rpm，则a、r的关系为_______。8练习2.某晶体的晶胞结构如图所示，该晶体的化学式为________。若该晶体中A原子和B原子的坐标分别为(0，0，0)、(0，0，1/2)，则C原子的坐标为______________。CuInSe2(1/4，3/4，1/8)练习3.GaAs的熔点为1238℃，密度为ρg·cm-3，其晶胞结构如图所示已知A点的原子坐标参数为(0，0，0)，B点的原子坐标参数为(1，1，1)，则C点的原子坐标参数为________。若阿伏加德罗常数的值为NA，GaAs的摩尔质量为145g·mol-1，则Ga原子和As原子的最短距离为__________pm(只列出计算式)。练习B3．锆(Zr)是重要的战略金属，可从其氧化物中提取。下图是某种锆的氧化物晶体的立方晶胞，NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是()A．该氧化物的化学式为ZrO2

B．该氧化物的密度为

g·cm-3

C．Zr原子之间的最短距离为apm D．每个O原子周围有6个紧邻的O原子练习B3．已知两种短周期元素X、Y的原子价层电子排布式分别为3s1、nsnnp2n。这两种元素组成的一种晶胞结构如图所示，晶胞参数a=0.566nm。下列叙述错误的是()A．该晶体的化学式为Na2O B．氧离子的配位数为4C．该晶体为离子晶体

D．该晶体的密度为2.27g⋅cm-3练习C4．下图是某富锂超离子导体的立方体晶胞，阿伏加德罗常数的值为NA。下列说法错误的是()A．晶体的化学式为Li3OClB．图中氧原子的配位数为6C．图中Cl-O原子的最近距离与Li-O原子的最近距离相等D．图中晶体密度为

g/cm3练习C5．一种广谱性熏蒸杀虫剂，其晶体熔点约2000℃，晶胞结构如图所示。已知该晶体的密度为ρg·cm−3表示阿伏加德罗常数的值。下列有关该晶体的说法错误的是()A．化学式为AIPB．晶体类型为共价晶体C．晶胞中Al原子的配位数为8D．两个P原子间的最近核间距为1010pm练习6．硅烷SiH4可用于制造高纯硅。采用硅化镁法制备SiH4的化学方程式如下：(1)硅在元素周期表中的位置是

，基态硅原子占据的最高能级的符号是

。(2)O、N、H的电负性由大到小的顺序是

。(3)下列状态的氮中，电离最外层一个电子所需能量最小的是

(填序号)。a.b.c.

第三周期第ⅣA族3pO＞N＞Hc(4