第三章第一节++物质的聚集状态与晶体常识++课件++2024-2025学年高二下学期化学人教版选择性必修2

第一节物质的聚集状态与晶体常识第1课时《物质的聚集状态晶体与非晶体》新课导入水的三种聚集状态吸热吸热本图片来自网络固态液态本图片来自网络气态本图片来自网络物质的聚集状态微观结构微观运动宏观性质微粒紧密排列，微粒间的空隙很小。微粒排列较紧密，微粒间的空隙较小。微粒间的距离较大。在固定的位置上振动。介于固态和气态之间。可以自由移动。大多有固定的形状，几乎不能被压缩。没有固定的形状，不易被压缩。没有固定的形状，容易被压缩。固态液态气态一、物质的聚集状态思考:“物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。”这种说法是否正确？不正确。组成物质的粒子不仅限于分子，除了分子外，还有离子、原子、电子。一、物质的聚集状态氯化钠金刚石各种金属由离子构成由原子构成由离子、电子构成几种常见的晶体本图片来自网络本图片来自网络本图片来自网络想一想，生活中常见的火是什么物质？物质第四态——等离子体。观看视频《火》——视频来自网络气态物质在高温或者外加电场激发下，分子发生分解，产生电子和阳离子。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。什么是等离子体，等离子体是怎么产生的？一、物质的聚集状态2.等离子体存在哪里？蜡烛火焰、极光、雷电、日光灯和霓虹灯的灯管。由于宇宙中的大部分星球内部温度和压力高，等离子体是宇宙中一种常见物质聚集状态。电离层：大气高层，受太阳高能辐射处于电离状态。本图片来自网络本图片来自网络本图片来自网络一、物质的聚集状态用途：切割金属或代替手术刀进行外科手术

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。性质：良好的导电性、流动性。3.等离子体的性质与用途？一、物质的聚集状态2.概念：

熔点至澄清点温度范围内的物质状态命名为液晶。固体液体液晶的温度范围液晶T1(熔点)T2(澄清点)温度逐渐升高1.发现：1888年，奥地利人莱尼采尔发现，苯甲酸胆甾酯加热达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达一定温度时，浑浊态变透明清亮态。一、物质的聚集状态4.特征：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、光学性质等。5.应用：手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。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。本图片来自网络一、物质的聚集状态一些不法商人用玻璃制造假宝石来牟取暴利，如何鉴别真假宝石？情境导入哪些是晶体？哪些是非晶体？绝大多数常见的固体是晶体；玻璃、炭黑、塑料、橡胶是非晶体。白磷本图片来自网络硫磺本图片来自网络碘本图片来自网络胆矾本图片来自网络玻璃本图片来自网络二、晶体与非晶体什么是晶体？概念：内部微粒(原子、离子或分子)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。晶体和非晶体的本质差异：原子在三维空间周期性是否有序排列。生活中常见的晶体金刚石水晶冰糖晶体味精晶体图片来源网络图片来源网络图片来源网络二、晶体与非晶体问题1：人工加工后的玻璃也具有规则的外形，那

玻璃是晶体吗？晶体SiO2结构垂直投影示意图玻璃的结构示意图原子无序排列垂直投影图片来源网络图片来源网络玻璃不是晶体原子周期性有序排列问题2：肉眼看不到规则外形的固体粉末，有可能是晶体吗？显微镜下的食盐晶体食盐图片来源网络图片来源网络外形微观本质区别晶体自发呈现多面体外形微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性有序排列非晶体无特定外形原子排列相对无序1、晶体与非晶体的本质区别2、晶体的特性（1）.自范性：在一定条件下，晶体能够自发地呈现规则的多面体外形的性质。自发规范外形问题3：在适宜条件下，晶体能表现出自范性的微观本质是什么？形成晶体的微粒自范性的条件：晶体生长速率要适当。图片来源网络图片来源网络，自发地呈现周期性有序排列。【预测】根据云母晶体的微观结构预测云母晶体在不同的方向上

的导热性是否相同？云母晶体微观结构2、晶体的特性图片来源网络云母晶体片玻璃片各向异性：晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质（如硬度、

导热性、折光率、电导率等）。请观看云母晶体与玻璃的导热差异实验视频。2、晶体的特性不同方向观察红宝石，发现宝石的颜色不同

在不同方向，晶体对光线的吸收与反射是不同的，折射率有各向异性。石墨在平行于层的方向上电导率高;而在垂直于层的方向上电导率低。

在不同方向，石墨的导电能力不同，导电率有各向异性。思考讨论为什么晶体各向异性？微观结构宏观性质决定晶体的各向异性是晶体内部的微粒在空间各个方向上排列规律不同的宏观表象。ABCD2、晶体的特性问题4：根据初中的知识，请回忆晶体还有哪些特性呢？3.有固定熔点：晶体具有相对固定的熔点，达到熔点才能熔化。

根据这一特性可间接地确定某一固体是否是晶体。固定熔点晶体晶体微观结构周期性有序排列，微观结构均一。达到熔点后，再继续加热，外界热量均用于断裂晶体基本单元，温度不升高。图片来源网络图片来源网络2、晶体的特性非晶体无固定熔点非晶体原子相对无序排列，结构不均一，随着温度升高，物质首先逐渐变软，然后逐渐由稠变稀，无固定的熔点。图片来源网络图片来源网络2、晶体的特性项目晶体非晶体微观结构微粒在三维空间里呈周期性有序排列微粒排列相对无序自范性有自范性无自范性物理性质硬度

、导热性、光学性质等有各向异性没有各向异性熔点有固定熔点没有固定熔点晶体的特性小结体现了结构决定性质的化学思维问题5：结合以往知识，请思考通过哪些途径可以获得晶体呢？从溶液中析出获得图片来源网络图片来源网络3、晶体的制备3、晶体的制备问题5：结合以往知识，思考通过哪些途径可以获得晶体呢？熔化后凝固获得类似雪花晶体，由气态凝华获得规则大晶体小固体颗粒图片来源网络图片来源网络图片来源网络图片来源网络硫粉硫晶体碘颗粒碘晶体课本P71请观看晶体制备的实验视频。得到晶体的三条途径：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。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饱和硫酸铜溶液从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体5分钟30天蒸发结晶饱和溶液中投入小晶种问题6：以下硫酸铜晶体都是从其饱和溶液中析出的，请对比他们的形貌差异，你能分析出形成大晶体的关键是什么吗？控制条件，使晶体生长速率适当是让晶体呈现自范性，形成大晶体的关键。图片来源网络图片来源网络得到晶体的三条途径：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。控制条件，使晶体生长速率适当是让晶体呈现自范性，形成大晶体的关键。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我们发现，常见的晶体大多是具有光泽的块状或颗粒状固体，那么粉末状的还是晶体吗？碳酸钙晶体粉末和电子显微镜下的碳酸钙晶体【思考与交流】玛瑙和水晶的化学成分都是SiO2，天然水晶球形成时，岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳中的空洞中并冷却，请尝试解释为什么水晶球的外层和内层宏观外形不同？水晶：晶体SiO2玛瑙：非晶体SiO2快速冷却，形成玛瑙。缓慢冷却，形成水晶。原料均为熔融态的SiO2晶体生长速率适宜课本P70制备晶体的三种途径在实际中的重要应用1.熔融态硅制单晶硅。2.用于制造激光器的KH2PO4大晶体的制备。3.制备CVD宝石级钻石。（1）熔融态硅制单晶硅熔融态物质凝固。多晶硅中存在很多大小不一的晶粒，晶粒之间存在晶界，晶界之间的导电性差。而单晶硅结构均一，在电学性质等方面明显优于多晶硅，是制造半导体芯片的重要材料。熔化多晶硅，缓慢凝固得单晶硅图片来源网络图片来源网络图片来源网络图片来源网络图片来源网络（2）.用于制造激光器的KH2PO4大晶体的制备。我国激光晶体技术达到世界先进水平。KH2PO4激光晶体溶质从溶液中析出。图片来源网络图片来源网络（3）.制备CVD宝石级钻石。CVD宝石级钻石是由CH4在微波炉里以等离子体分解出的碳通过气相沉积(简称CVD)得到的。气态物质冷却，不经液态直接凝固(凝华)。图片来源网络①自范性③固定熔点②各向异性鉴别晶体的间接方法：四、晶体的鉴别【思考与讨论】

请利用晶体的特性，列举一些可能有效的方法鉴别假宝石？课本P72外形呈规则多面体不同方向硬度或折光率假宝石熔点不固定①自范性②固定熔点④X射线衍射实验③各向异性最科学的方法：间接的方法：晶体可以使X光发生有规律的衍射，而非晶体则不能。X射线衍射仪四、晶体的鉴别课堂小结1.晶体与非晶体的区别本质区别：晶体中微粒呈周期性有序排列2.得到晶体的三条途径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3.晶体的鉴别间接鉴别：利用晶体自范性、各向异性、有固定的熔点X射线衍射实验最科学的方法：①自范性②各向异性③有固定的熔点控制适宜的晶体生长速率是关键晶体特性疑问1：

如何理解晶体的自范性？

晶体的自范性是指在没有外界干预，在适宜的条件下，晶体生长速率适当时，晶体自然而然呈现出有规则外形的性质。疑问2：

如何理解晶体的各向异性？

晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向上的物理性质也不同。

晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的硬度、抗断裂能力、热膨胀系数、导热性、电阻率和折射率等性质都不同。疑问3：

如果要制备大晶体最重要的是什么？

要想办法优化结晶条件，通过控制条件，使晶体生长速率适当。疑问4：

解释与晶体有关的宏观现象的主要思路是什么？

主要思路是尽可能将宏观与微观相结合，要特别注意寻找宏观现象与晶体微观结构的联系。同时，注意运用结构决定性质的思维去建立结构与性质的关系。1.区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是（

）A.测定熔沸点B.观察外形C.对固体进行X射线衍射测定D.通过比较硬度确定课本P76C2.关于晶体的自范性，下列叙述中，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.缺角的氯化钠晶体在饱和氯化钠溶液中慢慢变为完美的

立方体块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体现了晶体的自范性课本P76B3.下列叙述中，正确的是（

）A.石英玻璃和水晶都是晶体B.晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几

何外形C.具有各向异性的固体可能是晶体D.粉末状的固体肯定不是晶体课本P76C（6）测定某一固体是否是晶体可用X射线衍射仪进行实验（）（1）固态物质一定是晶体（）（2）凡是有规则外形的固体一定是晶体（）（3）晶体内部的微粒按一定规律周期性的排列（）（4）固体SiO2一定是晶体（）课本P775.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”×××√√（5）暂不做第一节物质的聚集状态与晶体常识第2课时《晶胞

晶体的测定》复习回顾晶体不同于非晶体的特点有哪些？形成这些特性的微观原因是什么？晶体特性自范性各向异性熔点固定晶体的构成微粒呈周期性的有序排列晶态二氧化硅非晶态二氧化硅构成微粒相同空间排列不同观察如下晶体的微观结构模型，体会微粒的空间排列特点。观察·思考铜晶体CaF2晶体金刚石晶体苯晶体宏观可见的整块晶体是由大量微粒聚集而成的。晶体的构成微粒在空间周期性重复排列，呈现高度对称性。要研究晶体的结构，应当如何入手呢？交流·研讨是否需要研究构成晶体的所有部分？只需研究基本重复单元要研究晶体的结构，应当如何入手呢？可否作为一个基本重复单元？晶体非晶体化学微粒周期性有序排列相对无序排列基本重复单元选取晶胞具有一定形状和大小，能表征晶体所含的微粒及微粒在空间的周期性有序排列特点。交流·研讨作为晶体的基本重复单元，晶胞应满足什么要求？在空间按一定周期性有序重复，堆积成整块晶体。一、晶胞晶胞的形状是单一的还是多样的？相邻晶胞之间有空隙吗？如何体现周期性有序重复？能否选择球体作为晶胞的形状？单一形状无隙堆积平移复原晶胞将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。不满足无隙堆积生活中常见的地面铺砖问题就是无隙堆积的典型应用。如果用单一形状铺满地面，需要选择什么形状？这些形状是否都能作为二维平面的基本重复单元的形状？一、晶胞晶胞的形状探究活动1平移复原?相邻晶胞平移复原一、晶胞晶胞的形状探究活动1周期性排列方向任意晶胞正三角形无隙堆积，是否满足平移复原？重合时取向改变取向相同平行四边形无隙堆积，是否满足平移复原？一、晶胞有人说，晶体中的晶胞就好比是蜂巢中的蜂室。那么，正六边形能否作为二维平面的重复单元呢？正六边形也不满足平移复原的要求，不能作为二维平面的基本重复单元，请同学尝试课后自己证明这一点。结论1晶胞在二维平面的形状只能是平行四边形。问题解决联想·质疑结论2晶胞在三维空间的形状是平行六面体。三维形状？一、晶胞也有人常用方砖砌墙来类比晶体中晶胞的堆积情况。请问右图中的长方形砖可否作为重复单元？晶胞的排列方式探究活动2晶胞在二维平面如何排列，才能满足平移复原要求？共顶角、共棱边?观察下图，你能否小结出其排列特点？晶胞的排列方式探究活动2晶胞实际晶体具有三维周期性结构，你能想象出三维空间中晶胞是如何按照周期性排列规律堆积的吗？各个晶胞的组成与结构应当完全等同共顶角共棱共面晶体无隙并置堆积结论无数的晶胞无隙并置堆积成整块晶体。研究一个晶胞，就可以获知整块晶体的信息。一、晶胞【思考】铜晶胞中共有4个铜原子，如何计算出来的？晶胞的组成与结构探究活动312均摊法：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，则每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x。晶胞面心的原子：

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。21/2面心晶胞的组成与结构探究活动31243晶胞棱上的原子：

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。41/4棱上均摊法：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，则每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x。晶胞的组成与结构探究活动3126543晶胞顶点上的原子：

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。81/8顶角：78上下两层晶胞的组成与结构探究活动3位于顶角位于棱上位于面上位于晶胞内

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。

属于该晶胞。

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。81/8

个晶胞共用，每个原子有

属于该晶胞。42全部1/41/2【模型建构】铜晶胞中铜原子在立方体中的位置：每个铜晶胞所含铜原子数目：顶角、面心（顶角）1/8×8铜晶体铜晶胞+（面心）1/2×6=4【实例讲解】如图所示是NaCl的晶胞，它含有几个氯离子和钠离子?你能找出两幅图的对应关系吗？Cl-

Na+钠离子：氯离子：【变式练习】(棱上)1/4

(顶角)1/8

+(面心)1/2×12×1=4×8×6=4

+(体心)1此模型是抽象出来的，方便看清楚各原子的分布情况。Na1/8×8+1×1=2Zn1200600俯视图：【思考与讨论】(教材P74)下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?2顶角:8个内部:1个60°顶角:120°顶角:内部:12006004个4个1个水平面上：被6个晶胞共用。60060°顶角锌原子：

垂直面上：锌晶胞俯视图锌晶胞主视图有1/12属于该晶胞。600被2层(各6个)晶胞共用。1200水平面上：被3个晶胞共用。

垂直面上：被2层(各3个)晶胞共用。120°顶角锌原子：有1/6属于该晶胞。1200Na1/8×8+1×1=2Zn1200600俯视图：【思考与讨论】(教材P74)下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?2顶角:8个内部:1个60°顶角:120°顶角:内部:12006004个4个1个1/12×4+1/6×4+1×1=2(1/8×8+1/2×6)×1/8×8+1/2×6+1×4=8I2【思考与讨论】(教材P74)下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?2金刚石动画来源于网络2=8顶角：8个面心：6个顶角：8个面心：6个内部：4个学以致用如图是铁的某种氧化物的晶胞球棍模型，请根据结构判断，该氧化物的化学式是什么？FeO有同学选取了更小的结构单元作为该FeO晶体的晶胞，如下图所示，你赞同他的选取方式吗？OFeFeO8×

＋6×＝4812112×

＋1

＝441不能平移复原化学组成相同，几何排列不同一、晶胞晶胞的组成与结构探究活动3化学上等同几何上等同晶胞之间对晶胞的结构提出了什么要求？同一晶体中的成千上万个晶胞的组成与结构完全等同。结论1晶胞的8个顶角必须相同。所含微粒种类与数目完全相同所含微粒的几何排列完全相同怎样调整能使如图的结构单元与相邻结构单元平移重合？一、晶胞若下图是某晶胞的残缺结构，要使其恢复晶胞资格，你认为应该如何改动？下图两种结构单元能否视为晶胞？晶胞的组成与结构探究活动3结论2晶胞的平行面必须完全相同。结论1晶胞的8个顶角必须完全相同。结论3晶胞的平行棱必须完全相同。一、晶胞平行六面体8个顶角相同3套各2个平行面分别相同3套各4根平行棱分别相同晶胞小结这些具体物质的晶体结构是如何测定的呢？观察如下晶体结构，体会晶胞的结构特点。微粒取向也相同晶胞的结构特点CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞化学组成相同几何排列相同一、晶胞二、晶体结构的测定——X射线衍射实验化学博览发现X射线，获1901年物理学奖发现X射线在晶体中的衍射效应劳厄用X射线衍射研究晶体结构布拉格父子伦琴19011914物理学奖1915物理学奖1936化学奖1962化学奖利用X射线等技术研究分子结构X射线衍射法测定蛋白质晶体结构1964化学奖X射线衍射法测定复杂晶体与大分子结构1980化学奖X射线衍射确定DNA核苷酸顺序与基因结构1985化学奖……X射线衍射实验给我们提供了哪些关于晶体结构的信息呢？发展了X射线衍射确定晶体与分子结构的方法。Hauptman与Karle备受垂青的X射线衍射实验X射线衍射仪单晶衍射图分立的斑点→晶体

弥散环→非晶体图片来源于网络二、晶体结构的测定——X射线衍射实验

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，在记录仪上形成衍射图谱。人们对衍射图的数据进行处理，即可获得晶体结构的有关信息。学科前沿一种X射线衍射仪X射线管铅板晶体样品记录仪二、晶体结构的测定——X射线衍射实验衍射方向衍射强度X射线管铅板晶体晶体能产生分立的斑点二、晶体结构的测定——X射线衍射实验1.衍射方向——晶胞的形状、大小与取向非晶体衍射图谱数据处理晶体的周期性结/°晶体能产生明锐的衍射峰二、晶体结构的测定——X射线衍射实验2.衍射强度——原子的种类与位置晶态SiO2非晶态SiO2由X射线衍射实验的结果还可以进一步测定分子结构。分子空间结构乙酸晶体结构的测定乙酸晶体X射线衍射实验衍射图计算（Bragg方程等）晶体结构信息(晶胞参数、原子种类及坐标)