《物质的聚集状态与晶体的常识》课件

《物质的聚集状态与晶体的常识》1.20世纪前，人们以为

是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是

距离发生了变化。2.20世纪初，通过

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。3.气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由

、_____

和

(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

组成的液体物质。4.其他物质聚集状态，如

、

、

、

等。一、物质的聚集状态分子分子间X射线衍射电子阳离子电中性粒子离子晶态非晶态塑晶态液晶态(1)物质的聚集状态只有固、液、气三种状态(

)(2)气态和液态物质均是由分子构成的(

)(3)等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性(

)(4)液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶(

)判断正误××√√返回固体自范性微观结构晶体___原子在三维空间里呈

排列非晶体___原子排列相对_____1.晶体与非晶体的本质差异二、晶体与非晶体有无无序周期性有序2.获得晶体的途径(1)实验探究实验内容实验操作及现象获取硫黄晶体硫黄粉

熔融态硫

淡黄色的菱形硫黄晶体获取碘晶体加热时，烧杯内产生大量

气体，没有出现液态的碘，停止加热，烧杯内的

，最后消失，表面皿底部出现

晶体颗粒紫色气体渐渐消褪紫色紫黑色获取氯化钠晶体

在烧杯底部慢慢析出立方体的

晶体颗粒无色(2)获得晶体的三条途径①

物质凝固。②

物质冷却不经液态直接

(凝华)。③

从溶液中析出。熔融态气态凝固溶质3.晶体的特性(1)自范性：晶体能自发地呈现

外形的性质。(2)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的

。(3)固定的熔点。4.晶体与非晶体的测定方法多面体物理性质测定方法测熔点晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点可靠方法对固体进行

实验X射线衍射(1)晶体有自范性且其微粒排列有序，在化学性质上表现各向异性(

)(2)熔融态物质快速冷却即得到晶体(

)(3)熔融的硝酸钾冷却可得晶体，故液态玻璃冷却也能得到晶体(

)(4)粉末状的固体也有可能是晶体(

)(5)晶体一定比非晶体的熔点高(

)判断正误×××√×1.在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？深度思考提示

CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。2.将冰和玻璃加热各有什么现象。提示加热冰时，0℃达到冰的熔点，冰开始熔化，在全部熔化以前，继续加热，温度基本保持不变，完全熔化后，温度才开始升高。加热玻璃，温度升高到某一程度后开始变软，继续加热流动性增强，最后变为液体。玻璃从软化到完全熔化，中间经过较大的温度范围。3.(2019·淄博高二检测)下列物质中属于晶体的是①橡胶②玻璃③食盐④水晶⑤塑料⑥胆矾A.①④⑤

B.②③⑥C.①③④

D.③④⑥√解析固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体，如食盐、冰、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。4.晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的

。晶体的各向异性主要表现在①硬度②导热性③导电性④光学性质A.①③

B.②④C.①②③

D.①②③④解析晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。√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，如某些无定形体也有固定的组成。(4)晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。返回1.概念描述晶体结构的

。2.晶胞与晶体的关系一般来说，晶胞都是

体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是指相邻晶胞之间

。(2)“并置”是指所有晶胞都是

排列的，取向

。(3)所有晶胞的

及其内部的原子

及几何排列是完全相同的。三、晶胞基本单元平行六面无任何间隙平行相同形状种类、个数3.晶胞中粒子数目的计算(1)铜晶胞①位于顶角上的铜原子为

个晶胞共有。②位于面心上的铜原子为

个晶胞共有。因此晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是

。(2)NaCl晶胞①Cl－位于

和

，共有

个。②Na＋位于

和

，共有

个。82顶点面心4棱上体心4归纳总结1.晶胞是最小的平行六面体，它有8个顶角，三套各4根平行棱，三套各两个平行面。2.均摊法确定晶胞中粒子的个数若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有

属于这个晶胞。长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元(

)(2)不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同(

)(3)晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞(

)(4)一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比(

)判断正误√××√1.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？理解应用(1)钠____个；(2)锌____个；(3)碘____个；(4)金刚石____个。22882.(2019·南通高二调研)下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元(晶胞)的排列方式，图中：○—X，●—Y，

—Z。其中对应的化学式不正确的是√解析A项中X、Y的位置、数目完全等同，化学式为XY，正确；3.科学家发现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.TiC B.Ti6C7C.Ti14C13

D.Ti13C14√特别提醒团簇分子或纳米颗粒中，所含微粒为其本身所有，不与其他分子或颗粒共用。返回1.常用仪器：

。2.测定过程：当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的

相互作用，会在记录仪上产生

或者

。3.作用：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。四、晶体结构的测定X射线衍射仪电子分立的斑点明锐的衍射峰1.通过X射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？深度思考提示从衍射图形获得晶体结构的信息，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。2.因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞结构示意图如右：则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是：___、___。2

43.原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。下图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0，0，0)；B为

则D原子的坐标参数为__________。返回1.下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是A.是否为具有规则几何外形的固体B.是否具有各向异性C.是否具有美观、对称的外形D.内部微粒在空间是否呈周期性有序排列123随堂演练知识落实45√612345解析具有规则几何外形的固体不一定都是晶体，如玻璃，故A错误；具有各向异性的固体一定是晶体，但是否具有各向异性不是晶体和非晶体的本质区别，故B错误；美观对称的固体不一定都是晶体，如玻璃，故C错误；晶体与非晶体的本质区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律呈周期性有序排列，故D正确。62.水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的。玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述中正确的是A.水由液态变为玻璃态，体积缩小B.水由液态变为玻璃态，体积膨胀C.玻璃态是水的一种特殊状态D.X射线通过玻璃态水时，能产生谱线√解析玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，X射线通过玻璃态水时不能产生谱线，因密度与普通水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。1234563.下列过程中不能得到晶体的是A.对NaCl饱和溶液降温所得到的固体B.气态水直接冷却成固态水C.熔融的KNO3冷却后所得到的固体D.液态的玻璃冷却后所得到的固体√解析得到晶体的三条途径：①溶质从溶液中析出；②气态物质凝华；③熔融态物质凝固。A选项符合①，B选项符合②，C选项符合③。由于玻璃属于非晶体，熔融后再冷却所得到的固体仍为非晶体。1234564.下列有关晶胞的叙述中正确的是A.晶胞的结构是晶体的结构B.不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同C.晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D.已知晶胞的组成就可推知晶体的组成解析相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中，晶胞的大小和形状不一定相同，B选项错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某个晶胞，C选项错误；知道晶胞的组成，利用“均摊法”即可推知晶体的组成，D选项正确。123456√123455.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为A.7∶8 B.13∶14C.1∶1 D.26∶27√6解析由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。123456.如图所示的甲、乙、丙三种晶体：试推断，甲晶体的化学式(X为阳离子)：______；乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_________；丙晶体中每个D周围结合E的个数是____。6X2Y1∶3∶18返回1234561234567891011121314课时对点练一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。1.下列可用于判断某物质为晶体的方法是A.质谱法

B.红外光谱法C.核磁共振法

D.X射线衍射法√解析质谱法用于测定有机物的相对分子质量，不能判断某物质为晶体，故A错误；红外光谱仪能测定出有机物的官能团和化学键，不能判断某物质为晶体，故B错误；核磁共振氢谱用于测定有机物分子中氢原子的种类和数目，不能判断某物质为晶体，故C错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否呈周期性有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，可以鉴别晶体与非晶体，故D正确。12345678910111213142.下列物质属于非晶体的是①松香；②冰；③石英；④沥青；⑤铜；⑥纯碱A.①②③④⑤⑥

B.①④C.①③

D.⑤⑥1234567891011121314√解析松香在温度升高后会变软，沥青铺成的路面在高温的夏天会变软，因此二者均无固定的熔点，所以它们属于非晶体。3.下列关于晶体性质的叙述中，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

几何外形B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的C.晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果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√1234567891011121314解析晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律呈周期性重复排列，两者没有矛盾，故B错误；构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，则晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，故C正确；由于晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，具有特定的方向性，故D正确。12345678910111213144.关于晶体和非晶体的说法，正确的是A.晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有

相同的物理性质B.晶体在熔化过程中需要不断的吸热，温度不断地升高C.普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同D.晶体和非晶体之间不可以相互转化1234567891011121314√1234567891011121314解析晶体在三维空间里呈周期性有序排列，其许多物理性质常常会表现出各向异性，A不正确；晶体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，B不正确；玻璃不属于晶体，不具有物理性质各向异性的特点，C正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，D不正确。5.如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品一定是A.金属

B.半导体C.非晶体

D.晶体√1234567891011121314解析由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品为晶体。6.有关晶胞的叙述正确的是①晶胞是晶体结构中的基本结构单元②根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状的几何体③习惯采用的晶胞是平行六面体④晶胞都是正八面体A.①③

B.②④

C.①④

D.②③√123456789101112131412345678910111213147.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性，因这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为A.Mg2CNi3

B.MgCNi3C.MgCNi2

D.MgC2Ni√解析利用均摊法确定晶胞的化学式，位于顶角上的一个原子被8个晶胞占有，位于面心上的原子被2个晶胞占有，位于体心上的一个原子被一个晶胞占有，据此计算晶胞的化学式。根据晶胞结构可知，碳原子位于该晶胞的体心上，所以该晶胞中含有一个碳原子，镁原子位于顶角处，因12345678910111213141234567891011121314二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。8.已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是A.1mol该化合物中含有1molYB.1mol该化合物中含有3molCuC.1mol该化合物中含有3molBaD.该化合物的化学式是YBa2Cu3O6√√解析由图可知，白球代表的Y原子位于长方体的八个顶点上，大黑球代表的Ba原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的Cu原子位于长方体的内部，小黑球代表的O原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的12345678910111213149.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。钛酸钡晶胞结构示意图如图所示，它的化学式是A.BaTi8O12

B.BaTi4O5C.BaTi2O4

D.BaTiO3√1234567891011121314123456789101112131410.有一种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，它的化学式为A.Ti14C13

B.TiCC.Ti4C4

D.Ti4C31234567891011121314解析由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个钛原子和13个碳原子构成。√A.硼镁超导物质的晶体结构单元如图所示，则这种超导材料的化学式为Mg3B211.请仔细观察下列几种物质的结构示意图，判断下列说法正确的是B.锂的某种氧化物的晶胞如图所示，则该氧化物的化学式为Li2OC.某晶体的一部分如图所示，则这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是1∶4∶2D.Mn和Bi形成的某种晶体的结构示意图如图所示(白球均在六棱柱内)，则该晶体物质的化学式为Mn2Bi6√1234567891011121314√12345678910111213141234567891011121314三、非选择题12.(1)在下列物质中，___________(填序号，下同)是晶体，___________是非晶体。①塑料②明矾③松香④玻璃⑤CuSO4·5H2O

⑥冰糖⑦石蜡⑧单晶硅⑨铝块⑩橡胶(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有_______________，而非晶体___________________；另外非晶体具有(物理性质)_________的特点，而晶体具有(物理性质)_________的特点。1234567891011121314②⑤⑥⑧⑨①③④⑦⑩规则的几何外形没有规则的几何外形各向同性各向异性(3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是______(填序号)。①从外形上来判断②从各向异性或各向同性上来判断③从导电性能来判断④从有无固定熔点来判断(4)晶体中的微粒与晶胞的关系①凡处于立方体顶角的微粒，同时为____个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为____个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为____个晶胞共有；④凡处于立方体体心的微粒，同时为____个晶胞共有。②④84211234567891011121314解析明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。123456789101112131413.某离子晶体的晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶角，Y位于立方体的中心。(1)晶体中每个Y同时吸引着___个X，每个X同时吸引着___个Y，该晶体的化学式为____________。(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有_____个。(3)晶体中距离最近的两个X与一个Y形成的夹角∠XYX为__________(填角的度数)。123456789101112131448Y2X(或XY2)12109°28′本题粒子Y位于体心，粒子X位于顶角，所以该晶体的化学式为Y2X或XY2。观察右图，4个X和1个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。1234567891011121314123456789101112131414.元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个能层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为______。3∶1(2)该晶体中离子Xn＋的n＝_____。1解析由晶体的化学式X3N知，X所带电荷数为1。(3)X元素的原子序数是_____。29解析因为K、L、M三个能层充满，故Xn＋有2、8、18结构，所以X的原子序数是29。(4)晶体中每个N3－被____个等距离的Xn＋包围。6解析N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋从上、下、左、右、前、后包围。1234567891011121314返回探究1晶体与非晶体的区别【问题探究】下图是两种固体的微观结构示意图。问题思考:(1)试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。提示

根据结构图可知,Ⅰ中微粒呈周期性有序排列,为晶体;Ⅱ中微粒排列不规则,为非晶体。(2)将固体Ⅰ、Ⅱ分别加热至熔化,各有什么现象发生?该现象能说明晶体、非晶体的哪种性质?提示

加热晶体Ⅰ,温度达到熔点时晶体Ⅰ开始熔化,在全部熔化以前,继续加热,温度基本保持不变,完全熔化后,温度才开始升高,即晶体有固定的熔点。加热非晶体Ⅱ时,温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ开始软化,流动性增强,最后变为液体,从软化到完全熔化,中间经过较大的温度范围,即非晶体无固定的熔点。(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中能否慢慢变为规则的多面体外形?提示

能。因为晶体具有自范性。【深化拓展】晶体与非晶体的比较固体晶体非晶体微观结构特征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自范性有无熔点固定不固定各向异性有无鉴别方法间接方法看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性科学方法对固体进行X射线衍射实验举例NaCl、I2、SiO2、Na晶体等玻璃、橡胶等【素能应用】典例1下列叙述正确的是(

)A.具有规则几何外形的固体一定是晶体B.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C.具有各向异性的固体一定是晶体D.一种物质不是晶体就是非晶体答案

C解析

晶体具有规则的几何外形,但具有规则几何外形的固体不一定是晶体,例如人为加工而成的具有规则几何外形的玻璃制品;晶体与非晶体的根本区别在于内部粒子是否有序排列,晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是内部结构的外部反映;具有各向异性的固体一定是晶体,非晶体具有各向同性;晶体和非晶体都是对于固态物质而言,气态或液态物质则不属于这两类,同时还有塑晶态、液晶态等类型的物质。变式设问

(1)有固定组成的固体一定是晶体吗?提示

具有固定组成的物质不一定是晶体,如非晶体SiO2也具有固定的组成。(2)等离子体就是液态电解质吗?提示

不是。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,而液态电解质由阴离子和阳离子或分子组成。变式训练1下图是天然水晶球里的玛瑙和水晶,两者的根本区别在于(

)A.外形不一样,构成两者的原子不同B.构成玛瑙的粒子无规律性排列,构成水晶的粒子按一定的规律做周期性重复排列C.水晶有固定的熔点,而玛瑙无固定熔点D.水晶是无色透明的,玛瑙是有鲜艳的颜色答案

B解析

晶体和非晶体的本质区别在于内部粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列。探究2晶胞结构及晶体化学式的确定【问题探究】现有甲、乙、丙(如图所示)三种晶体的晶胞(甲中X和乙中A均处于晶胞的体心)。(1)甲晶胞中X与Y的个数比是多少?(2)乙晶胞中A与B的个数比是多少?提示

乙晶胞中,A的数目为1,B的数目为8×=1,所以N(A)∶N(B)=1∶1。(3)丙晶胞中包含的C、D的数目分别为多少?【深化拓展】“均摊法”计算晶胞中的粒子数(1)长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图)。(2)非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定。

【素能应用】典例2如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:请完成下列空白:(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

。

答案

(1)X3Y

(2)1∶3∶1【微点拨】晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类→确定各粒子在晶胞中的位置→用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目→求各粒子数目的最简比→确定化学式。变式设问

科学家发现的一种气态团簇分子,其分子结构也如典例2中图乙所示,则该分子的化学式为

。

提示

团簇分子所含微粒都属于该分子,不与其他分子共用,故其化学式为A8B6C。易错提醒(1)计算晶胞中原子的个数时,要正确分析晶胞中任意位置上的一个原子被几个晶胞所共用。(2)根据均摊法计算出1个晶胞中各种原子个数的最简整数比,可确定该物质的化学式。(3)对于独立原子构成的分子,其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子,如图所示,其分子式可由示意图中所含的原子个数来确定,M原子共14个,N原子13个,即分子式为M14N13(或N13M14)。变式训练2话筒是声电转换的换能器,在话筒中有一种材料的主要成分是钛酸钡,钛酸钡的晶胞结构如图所示。根据晶胞的结构示意图,可知它的化学式是(

)A.BaTi8O12

B.BaTi4O6C.BaTi2O4

D.BaTiO