2026版高中化学人教版选择性必修2《物质结构与性质》第三章第一节　物质的聚焦状态与晶体的常识

课时目标1.知道在一定条件下,物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。2.了解获得晶体的途径,能知道晶体与非晶体的本质差异,知道晶体的特征和性质。一、物质的聚集状态1.物质三态间的相互转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。小题对点过下列有关物质三态间相互转化的说法正确的是。

①物质的聚集状态只有固、液、气三种形式②凝固、凝华和液化的过程均放出热量,熔化、升华和汽化的过程均吸收热量,但它们都不属于反应热③冰、水、水蒸气的三态转化中包含了氢键的形成和破坏,氢键是一类特殊的化学键④构成物质三态的粒子不一定都是分子,还可以是原子或离子等答案②④2.物质的聚集状态(1)等离子体: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。(2)离子液体:仅由离子组成的、在相对较低温度下呈液态的物质。(3)液晶:液晶是介于液态和晶态之间的物质状态。小题对点过阅读教材“科学、技术、社会”中的信息,回答下列问题:(1)等离子体是如何形成的?

。

(2)等离子体有何特性?有什么应用?

。

(3)液晶有什么特殊的性质?

。

答案(1)高温或外加电场激发或用紫外线、X射线和γ射线照射气体,都可以使气体转变为等离子体(2)等离子体具有良好的导电性和流动性。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态下发生的;等等(3)液晶既具有液体的流动性、黏度、形变性,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3.液晶与等离子体的特征与应用聚集状态液晶等离子体定义在一定温度范围内既具有液体的流动性,又具有晶体各向异性的聚集状态由大量带电微粒和中性微粒所组成的呈电中性的物质聚集体特征表现出各向异性,液晶显示的驱动电压低、功率小良好的导电性和流动性重要应用液晶显示器、高强度液晶纤维切割金属、代替手术刀进行外科手术、进行化学合成、制造等离子显示器、核聚变的发生1.下列叙述正确的是()A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.液体与晶体混合物叫做液晶C.等离子体性质稳定,不易发生化学反应D.等离子体的外观为气态答案D解析物质的状态除了气、液、固三态外,还有晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等,A错误;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,又具有晶体的某些物理性质,如导热性等,B错误;等离子体性质活泼,可发生一般条件下无法进行的化学反应,C错误;等离子体是指由电子、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,是一种特殊的气体,D正确。2.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答案D3.液晶是物质存在的一种状态,也是一种与人类生活息息相关的新型材料,手机、平板电脑、各种显示器等的广泛应用,推动了信息革命的大发展。下列关于液晶的叙述错误的是()A.液晶是物质的一种聚集状态B.液晶具有流动性C.液晶和液态是物质的同一种聚集状态D.液晶具有各向异性答案C解析液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态,A正确、C错误;液晶是液态晶体的简称,既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,B正确、D正确。二、晶体与非晶体1.晶体与非晶体的区别项目自范性微观结构晶体有(能自发呈现多面体外形)原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有(不能自发呈现多面体外形)原子排列相对无序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,烧杯内产生大量紫色气体,没有出现液态的碘,停止加热,烧杯内的紫色气体逐渐消退,最后消失,表面皿底部出现紫色晶体颗粒获取氯化钠晶体在烧杯底部慢慢析出立方体的无色晶体颗粒(2)探究总结——获得晶体的三条途径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。小题对点过(1)上述实验中,还可以采用什么方法获得食盐晶体?。

(2)如何从CuSO4溶液中获得胆矾晶体?。

(3)如何获得颗粒较大的晶体?。

答案(1)蒸发结晶(2)蒸发浓缩、冷却结晶(3)①结晶速率缓慢;②溶液饱和3.晶体的特性(1)自范性(2)各向异性晶体在不同方向上表现许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)的差异。4.晶体与非晶体的鉴别晶体的熔点较固定,可以间接确定某一固体是否是晶体,但区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。小题对点过(1)下列有关晶体的说法不正确的是。

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粉末状的固体也有可能是晶体④晶体一定比非晶体的熔点高⑤用X射线衍射实验可以鉴别真、假宝石(2)如图是某同学找到的一张玻璃结构的示意图,根据这张图判断玻璃是不是晶体?为什么?

。

答案(1)①②④(2)不是晶体。晶体与非晶体的根本区别在于构成晶体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。观察玻璃结构的示意图可知,构成玻璃的粒子的排列是无序的,所以玻璃是非晶体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,如晶体SiO2和非晶体SiO2。(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,如食盐。1.下列关于晶体的性质叙述中,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答案B解析晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性,而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,B项的说法错误。2.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;又如石墨在与层垂直的方向上的电导率是在与层平行的方向上的电导率的1104。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.②④ C.①②③ D.①②③④答案D解析晶体的各向异性主要表现在物理性质方面。3.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答案B解析溶质从溶液中析出,可形成有规则几何外形的晶体,故B正确;圆形容器中结出的冰是圆形的,不是自发形成的,故C错误;玻璃属于非晶体,不具有自范性,由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的,故D错误。三、晶胞1.概念描述晶体结构的基本单元。2.结构晶胞一般都是平行六面体,晶体是由无数晶胞无隙并置而成。小题对点过(1)如图是NaCl晶体的结构片段,请问:其中18个小立方体是否为NaCl晶体的晶胞?为什么

。

(2)判断下列六面体中不是晶胞的有,不是晶胞的原因是

。

(3)下列说法正确的是。

①晶胞都是平行六面体②晶胞是晶体结构的基本单元③不同晶体中晶胞的大小和形状都相同④晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞⑤已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成答案(1)不是,因为把其中任意18个小立方体上下、左右、前后平移,都不能重合,即不是重复的基本单元。图中所示的整个立方体才是NaCl(2)BCDB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(3)②3.晶胞中粒子数目的计算(1)平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的;②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的;③晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。(2)铜晶胞(如图所示)中的原子数为8×18+6×12(3)NaCl晶胞①Cl-位于顶角和面心,共有4个。②Na+位于棱上和体心,共有4个。小题对点过如图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图。平均含有的原子数为钠个;锌个;碘个;金刚石个。

答案2288解析金属钠的1个晶胞含有的原子数为8×18+1=2,金属锌的1个晶胞含有的原子数为8×18+1=2,晶体碘的1个晶胞含有的原子数为(8×18+6×12)×2=8,金刚石的1个晶胞含有的原子数为8×11.下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元的排列方式,图中:—X,—Y,—Z。其中对应的化学式不正确的是()答案B解析A项中X、Y的位置、数目完全等同,化学式为XY,正确;B项中X、Y的个数比为1∶(8×18)=1∶1,化学式为XY,错误;C项中X的数目:4×18+1=32,Y的数目:4×18=12,化学式为X3Y,正确;D项中X的数目:8×18=1,Y的数目:6×12=3,Z位于体心,2.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物,其晶胞如图所示,则下列表示该化合物的化学式正确的是()A.ZXY3 B.ZX2Y6C.ZX4Y8 D.ZX8Y12答案A解析该晶胞中,X原子均位于平行六面体的顶角,故含X的个数为8×18=1;Y原子均位于平行六面体的棱上,故含Y的个数为12×14=3;Z原子位于平行六面体内部,故含Z的个数为1,则该化合物的化学式为ZXY33.某晶体晶胞结构如图所示,X位于立方体的顶点,Y位于立方体的中心,试分析: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。

答案48XY2(或Y2X)解析本题中X位于顶点,则属于该晶胞的X个数为4×18=12;Y位于体心,完全属于该晶胞,个数为1,因此该晶体的化学式为XY2或Y2晶胞或晶体结构中粒子数目的计算——均摊法如某个粒子为n个晶胞(或晶体结构)所共用,则该粒子有1n属于这个晶胞(或晶体结构)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子数的计算四、晶体结构的测定1.常用仪器:X射线衍射仪。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.作用:根据衍射图,经过计算可以获得晶体结构的有关信息,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,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。小题对点过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下:则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是、。

答案241.下列有关说法不正确的是()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,能测定晶胞中含有的乙酸分子数,也能推出乙酸分子的空间结构D.晶体的X射线衍射实验能判断晶体中存在哪些化学键,也能确定键长和键角答案B解析石英玻璃是非晶态二氧化硅,水晶是晶态二氧化硅,则水晶的衍射图谱中会出现分立的斑点或明锐的衍射峰,而石英玻璃的衍射图谱中不会出现分立的斑点或明锐的衍射峰,二者的衍射图谱不同,B项错误;通过晶体的X射线衍射实验,可以判断出晶体中哪些原子间存在化学键,确定键长和键角,从而得出物质的空间结构,C、D项正确。2.嫦娥五号带回的首批月球土壤主要用于科学研究,下列说法错误的是()A.利用原子光谱可以确定月壤的元素组成B.月壤所含的铁、金、银、铅、锌、铜、锑、铼等元素均属于过渡元素C.月壤所含辉钼矿晶体具有对称性、各向异性等特征D.构成月壤中玻璃颗粒的原子、离子、分子等呈无序排列答案B解析每一种元素的原子光谱不相同,因此利用原子光谱可以确定月壤的元素组成,故A正确;铅、锑不属于过渡元素,故B错误;晶体都有对称性和各向异性,因此辉钼矿晶体具有对称性、各向异性等特征,故C正确;玻璃颗粒不是晶体,故D正确。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意题组一物质的聚集状态1.下列关于等离子体的叙述错误的是()A.是物质的一种聚集状态B.是一种混合物存在状态C.具有导电性D.基本构成微粒只有阴、阳离子答案D解析等离子体中既有带电的阳离子和电子,也有电中性的粒子,是一个复杂的混合体系。2.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,能产生明锐的衍射峰答案C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明锐的衍射峰,因密度与普通水相同,故水由液态变为玻璃态时体积不变。题组二晶体和非晶体3.下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述正确的是()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.内部微粒在空间中是否呈周期性有序排列答案D解析具有美观、对称、规则几何外形的固体不一定都是晶体,如玻璃,故A、C错误;晶体与非晶体的本质区别在于其内部微粒在空间中是否按一定规律呈周期性有序排列,故B错误、D正确。4.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,会发现不同方向石蜡熔化的快慢不同,这是晶体的()A.自范性 B.均一性C.晶胞“无隙并置”性 D.各向异性答案D5.下列关于晶体的说法正确的是()A.粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形,故为非晶体B.晶体呈现自范性的过程是非自发的过程C.玻璃和水晶皆为晶体,二者都有固定的熔点D.当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形答案D解析粉末状的硝酸钾固体,每一个细小的颗粒即为一个微晶体,仍属于晶体,故A错误;晶体呈现自范性的过程是自发地呈现多面体外形的过程,故B错误;玻璃无固定熔点,不属于晶体,水晶为晶体,有固定的熔点,故C错误;当晶体生长速率适当时,微观粒子排列整齐,体现自范性,才可得到规则的多面体外形,故D正确。题组三晶胞结构的测定和计算6.(2025·海淀区高二检测)某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心,阴离子位于晶胞的8个顶角上,则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为()A.1∶8 B.1∶4 C.1∶2 D.1∶1答案D解析由图可知,阳离子位于晶胞的中心,属于该晶胞的数目为1;阴离子位于晶胞的8个顶角上,属于该晶胞的数目为8×18=1。因此,阴离子与阳离子的个数比为1∶17.话筒是声电转换的换能器,在话筒中有一种材料的结构如图所示,它的主要成分是钛酸钡,根据晶体的结构示意图可知它的化学式是()A.BaTi8O12 B.BaTi4O6C.BaTi2O4 D.BaTiO3答案D解析仔细观察钛酸钡晶胞的结构示意图可知:Ba在立方体的体心,完全属于该晶胞;Ti处于立方体的8个顶角,O处于立方体的12条棱的中点,故晶体中Ba、Ti、O三种原子的个数比为1∶(8×18)∶(12×14)=1∶1∶8.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∶2C.2∶9∶4 D.3∶8∶4答案B解析题图中不是一个平行六面体晶胞,而是一个正三棱柱结构的晶胞,它分摊到的粒子为顶角粒子的112,水平棱上粒子的14,竖直棱上粒子的16及内部的所有粒子,X都在顶角,6个Y在水平棱上,3个Y在竖直棱上,Z位于内部,所以,X、Y、Z三种粒子数之比为(6×112)∶(6×14+3×16)∶9.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,它与N3-形成晶体的晶胞结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数之比为。

(2)该晶体中Xn+的n=。

(3)X元素的原子序数是。

(4)晶体中每个N3-被个等距离且最近的Xn+包围。

答案(1)3∶1(2)1(3)29(4)6解析(1)Xn+位于晶胞的棱上,其数目为12×14=3;N3-位于晶胞的顶点,其数目为8×18=1,故二者个数之比为3∶1。(2)由晶体的化学式X3N知,X所带电荷数为1。(3)因为K、L、M三个电子层全充满,故Xn+有2、8、18结构,所以X的原子序数是29。(4)N3-位于晶胞顶点,故其被6个XnB级素养培优练10.金属玻璃就是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是()A.金属玻璃能自发呈现多面体外形B.金属玻璃有固定的熔点,是纯净物C.鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验D.金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物答案C解析金属玻璃属于类似于玻璃态的一种非晶体结构,因此不能自发呈现多面体外形,A错误;非晶体没有固定的熔点,是混合物,B错误;鉴别晶体与非晶体最可靠的科学方法是进行X射线衍射实验,C正确;金属玻璃由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却形成的,与二氧化硅无关,D错误。11.硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶体结构,镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还各有一个镁原子;6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为()A.MgB B.MgB2 C.Mg2B D.Mg3B2答案B解析硼原子数为6,镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶角,共有镁原子数为2×12+12×16=3,则镁、硼原子个数之比为1∶12.(2024·海口高二月考)石墨烯可转化为富勒烯(C60),科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物,其立方晶胞结构如图所示,晶胞边长为apm。下列说法不正确的是()A.C60和石墨烯互为同分异构体B.该富勒烯化合物的化学式为K3C60C.C60周围等距且距离最近的C60的数目为8D.该晶胞中含K和C60个数比为3∶1答案A解析C60和石墨烯为同种元素形成的不同单质,互为同素异形体,故A错误;该晶胞中含有K的个数为12×12=6,C60的个数为8×18+1=2,故化学式为K3C60,故B、D正确;以体心的C60为例,与其等距且距离最近的C60为顶角的8个C60,故13.(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⑤CuSO4·5H2O⑥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