3.1物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)課件高二下學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修23

第一節(jié)

物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)第三章

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化固態(tài)液態(tài)氣態(tài)凝固凝華融化升華氣化液化（放熱）（放熱）（放熱）（吸熱）（吸熱）（吸熱）溫故而知新物質(zhì)的三態(tài)變化是物理變化，變化時(shí)克服分子間作用力或破壞化學(xué)鍵，但不會(huì)有新的化學(xué)鍵形成。20世紀(jì)前，人們認(rèn)為物質(zhì)的三態(tài)變化只是分子間距離發(fā)生了變化。20世紀(jì)初，通過X射線衍射等實(shí)驗(yàn)手段，發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無分子。如：氯化鈉是由陽離子和陰離子組成;金剛石和二氧化硅是由原子組成的。氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)也不一定是由分子構(gòu)成。一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)日常生活中所接觸到的物質(zhì)會(huì)有哪些狀態(tài)呢？鉆石塑料玻璃氧氣氯化鈉極光雷電？固態(tài)：流水液態(tài)：氣態(tài)：氣態(tài)物質(zhì)在

或者在

激發(fā)下，分子發(fā)生分解，產(chǎn)生

等。這種由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈

的物質(zhì)

稱為等離子體。高溫外加電場電子和陽離子電中性聚集體導(dǎo)電性流動(dòng)性(1)概念：(2)特點(diǎn)等離子體具有良好的

和

。等離子體是一種特殊的氣體

1.等離子體科學(xué)技術(shù)社會(huì)(3)存在：等離子體是一種特殊的氣體，存在于我們周圍。例如，在日光燈和霓虹燈的燈管里，在蠟燭的火焰里，在極光和雷電里，都能找到等離子體。日光燈和霓虹燈的燈管里蠟燭的火焰中極光和雷電里等離子體顯示器化學(xué)合成核聚變(4)用途：

等離子體中含有帶電粒子且能自由運(yùn)動(dòng)，使等離子體具有良好的導(dǎo)電性和流動(dòng)性，因此等離子體用途十分廣泛。例如，運(yùn)用等離子體顯示技術(shù)可以制造等離子體顯示器；利用等離子體可以進(jìn)行化學(xué)合成；核聚變也是在等離子體態(tài)下發(fā)生的，等等。

離子液體

離子液體是指全部由離子組成的液體，如高溫下的KCl，KOH呈液體狀態(tài)，此時(shí)它們就是離子液體。【知識(shí)拓展】（1）概念：液晶介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)。流動(dòng)性、黏度、形變性等導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等2.液晶科學(xué)技術(shù)社會(huì)（2）分類（2）分類①熱致液晶：某化合物加熱達(dá)到熔點(diǎn)后，先呈渾濁態(tài)，再加熱達(dá)到一定的溫度時(shí)，渾濁態(tài)變透明清亮態(tài)，將熔點(diǎn)至澄清點(diǎn)溫度范圍內(nèi)的物質(zhì)狀態(tài)稱為熱致液晶。②溶致液晶：從溶液中獲得的液晶稱為溶致液晶，即膠束等。（3）穩(wěn)定性實(shí)用液晶在常溫下十分穩(wěn)定。已經(jīng)獲得實(shí)際應(yīng)用的熱致液晶均為剛性棒狀強(qiáng)極性（或易于極化的）分子，其分子有取向序，分子的長軸取向一致，但無位置序，分子可滑動(dòng)。此外，還有平板狀、盤狀、葉狀分子等液晶。棒狀分子液晶內(nèi)部分子排列示意圖①手機(jī)、電腦和電視的液晶顯示器②合成高強(qiáng)度液晶纖維已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、坦克、艦船、防彈衣、防彈頭盔等。（4）用途微粒種類、聚集方式是決定聚集狀態(tài)的主要因素；不同的聚集狀態(tài)性質(zhì)、用途不同。歸納與整理水晶硅藻土原子呈周期性有序排列原子排列相對(duì)無序晶體SiO2和非晶體SiO2的投影示意圖二、晶體和非晶體1.晶體與非晶體的概念晶體:

內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)非晶體:如橡膠、玻璃等固體，其內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)相對(duì)無序的分布狀態(tài)(又稱玻璃體)CuNaCl冰2.晶體的分類晶體離子晶體金屬晶體共價(jià)晶體分子晶體混合晶體CuNaCl冰石墨金剛石3.晶體的特征(1)自范性：微觀層面——長程有序(周期性)；宏觀層面——具有能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。外部正是由于降溫速度過快而形成瑪瑙，內(nèi)部冷卻緩慢才形成具有規(guī)則多面體的水晶天然水晶球瑪瑙水晶晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一：晶體生長速率適當(dāng)

晶體具有各向異性（如強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等）。

非晶體無各向異性，而是各向同性。(2)各向異性：(3)熔點(diǎn)：晶體具有固定的熔點(diǎn);非晶體沒有固定的熔點(diǎn)。方法1.熔融態(tài)物質(zhì)凝固4.獲得晶體的一般途徑方法2.氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固4.獲得晶體的一般途徑方法3.溶質(zhì)從溶液中析出4.獲得晶體的一般途徑晶體與非晶體的本質(zhì)差異，性質(zhì)及鑒別方法。對(duì)比晶體非晶體本質(zhì)區(qū)別原子在三維空間里呈周期性有序排列原子排列相對(duì)無序性質(zhì)特征有自范性（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）沒有自范性表現(xiàn)出物理性質(zhì)各向異性不具有物理性質(zhì)各向異性較固定的熔點(diǎn)沒有固定的熔點(diǎn)鑒別方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)（最可靠的科學(xué)方法）測是否有固定的熔點(diǎn)（間接方法）歸納與整理【思考與討論】玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖（2）根據(jù)晶體的物理性質(zhì)的各向異性的特點(diǎn)，人們很容易識(shí)別用玻璃仿造的假寶石。你能列舉一些可能有效的方法鑒別假寶石嗎？（1）某同學(xué)在網(wǎng)站上找到一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖，如右圖，這張圖說明玻璃是不是晶體？為什么？非晶體（1）物理性質(zhì)差異如：硬度、熔點(diǎn)、折光率等鑒別晶體和非晶體（2）X射線衍射實(shí)驗(yàn)美麗化學(xué)——晶體之美概念：由大量微觀粒子(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體。這么多不同的晶體，如何描述其中原子的排列呢？找岀晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)銅晶體結(jié)構(gòu)什么是晶體？【思考與交流】三、晶胞1.定義：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。2.晶胞與晶體的關(guān)系常規(guī)的晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成?！舅伎肌咳绾卫斫狻盁o隙并置”？對(duì)"無隙并置"的理解(1)“無隙”是相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。說明：同一個(gè)晶體中，所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。無隙:指相鄰的晶胞之間共用頂角、共用棱、共用面；并置:指從一個(gè)晶胞到另一個(gè)晶胞只需平移晶胞框架，無需任何轉(zhuǎn)動(dòng)。8個(gè)頂點(diǎn)相同三套各4根平行棱分別相同xzy三套各兩個(gè)平行面分別相同共6個(gè)面共8個(gè)頂點(diǎn)共12個(gè)根棱3.晶胞的基本結(jié)構(gòu)（以銅晶胞為例）：常規(guī)晶胞是8個(gè)頂點(diǎn)相同、三套各4根平行棱分別相同、三套各兩個(gè)平行面分別相同的最小平行六面體。例1.下圖中的晶胞是指”大立方體”？還是”小立方體”？為什么？晶胞具有相同的頂角、相同的平行面和相同的平行棱晶胞是指”大立方體”判斷下列六面體是否是晶胞？A圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)，是晶胞。B圖中的晶體結(jié)構(gòu)不滿足晶胞“8個(gè)頂角相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。C圖中的晶體結(jié)構(gòu)不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。D圖中的晶體結(jié)構(gòu)不滿足“三套各兩個(gè)平行面分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞?！菊n堂練習(xí)1】124376851221341體心：1面心：1/2頂點(diǎn)：1/8棱邊：1/44.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算--均攤法(重點(diǎn))平行六面體晶胞體心：1面心：1/2棱邊：1/4頂點(diǎn)：1/8晶胞對(duì)質(zhì)點(diǎn)的占有率歸納與整理六方晶胞中粒子的計(jì)算方法頂角：1/6上、下棱：1/4側(cè)棱：1/3面上：1/2內(nèi)部：14.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算--均攤法三棱柱體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/6頂點(diǎn)1/124.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算--均攤法正三棱柱晶胞中粒子的計(jì)算方法(1)平行六面體(2)三棱柱(3)六棱柱體心1面心1/2棱邊1/4頂點(diǎn)1/8體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/6頂點(diǎn)1/12體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/3頂點(diǎn)1/6歸納與整理例2.請(qǐng)計(jì)算出NaCl晶胞Na+和Cl-的個(gè)數(shù)。Na+數(shù)＝12×+1＝41418Cl-數(shù)＝8×+6×＝412Na+數(shù):Cl-數(shù)=1:1氯化鈉的化學(xué)式為NaCl一個(gè)晶胞含4個(gè)NaCl應(yīng)用：根據(jù)晶胞確定化學(xué)式。離子晶體化學(xué)式只表示每個(gè)晶胞或晶體中各類粒子的最簡整數(shù)比(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示，該氯化物的化學(xué)式是_________。(2)圖2為某晶體的一個(gè)晶胞，該晶體由A、B、C三種基本粒子組成。試根據(jù)圖示判斷該晶體的化學(xué)式是________。(3)鈦酸鋇晶體的結(jié)構(gòu)示意圖為圖3，它的化學(xué)式是________。CuClA3BCBaTiO3【課堂練習(xí)2】(1)晶胞有幾套平行棱？有幾套平行面？(2)數(shù)一數(shù)，它們分別平均含有幾個(gè)原子？晶胞有三套各4根平行棱，有3套各兩個(gè)平行面金屬鈉（Na）

金屬鋅（Zn）

碘（I2）

金剛石（C）【思考與討論】金剛石晶胞課本P74晶胞1晶胞2X：6/12=1/2Y：6/4+3/6=2Z：1Mg：12/6+2/2=3B:（在體內(nèi)）6計(jì)算下列晶胞中原子數(shù)目，確定化學(xué)式?；瘜W(xué)式：XZ2Y4化學(xué)式：MgB2【課堂練習(xí)3】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子。如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，則它的化學(xué)式是（）A.Ti14C13B.Ti4C4C.TiCD.Ti13C14A特別注意：氣態(tài)團(tuán)簇分子和納米小顆粒不采用無隙并置方式排列，故不能采用均攤法來確定化學(xué)式！所含微粒為其本身所有，不與其他分子共用,其化學(xué)式就是其分子式，應(yīng)直接數(shù)出原子數(shù)?！菊n堂練習(xí)4】知識(shí)拓展——準(zhǔn)晶體四、晶體結(jié)構(gòu)的測定1.測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器——X射線衍射儀2.測定原理:當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時(shí)，X射線和晶體中的電子相互作用，會(huì)在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰。3.X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得晶胞信息

晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)圖經(jīng)過計(jì)算，可以獲得包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對(duì)稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等，以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系。

通過晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)，可以測定晶胞中各個(gè)原子的位置，根據(jù)原子坐標(biāo)，可以計(jì)算原子間的距離，判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵，確定鍵長和鍵角

，得出分子的空間結(jié)構(gòu)。乙酸晶體乙酸晶胞乙酸分子的空間結(jié)構(gòu)

例如X射線衍射測定乙酸分子結(jié)構(gòu)(含4個(gè)乙酸分子)→從衍射圖中經(jīng)計(jì)算可獲取晶體的結(jié)構(gòu)信息，如晶胞的形狀、大小，微?？臻g對(duì)稱性類型，原子的數(shù)目和位置等。原子的種類與位置衍射強(qiáng)度綜合分析衍射方向甲烷晶體a邊長為a的立方晶胞C、H原子間的距離是否存在化學(xué)鍵確定鍵長、鍵角

再如X射線衍射測定甲烷分子結(jié)構(gòu)下列有關(guān)說法正確的是（）A.測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀B.石英玻璃和水晶的衍射圖譜相同C.通過乙酸晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)，只能測定晶胞中含有的乙酸分子數(shù)，不能推出乙酸分子的空間結(jié)構(gòu)D.晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)不能判斷晶體中存在哪些化學(xué)鍵，也不能確定鍵長和鍵角A【課堂練習(xí)5】ρ=n·M

V·NA

晶體的密度ρ：晶體的密度(一般是g·cm－3)n：1個(gè)晶胞中化學(xué)式數(shù)目M：化學(xué)式的摩爾質(zhì)量(g·mol－1)V：1個(gè)晶胞的體積(一般是cm3)NA：阿伏伽德羅常數(shù)(mol－1)abc：晶胞參數(shù)(一般是pm或nm)單位換算:1m=102cm=109nm==1012pm【拓展與提升】【拓展與提升】晶體密度的計(jì)算：例3.已知CsCl的摩爾質(zhì)量為168.5gmol，其晶