2025春高二化學(xué)選擇性必修2 （配人教版）第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 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)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)科核心素養(yǎng)1.能說(shuō)出粒子間作用(離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵和分子間作用力等)的主要類型、特征和實(shí)質(zhì);能比較不同類型的粒子間作用的聯(lián)系與區(qū)別。2.能運(yùn)用離子鍵、配位鍵、金屬鍵等模型,解釋離子化合物、配合物、金屬等物質(zhì)的某些典型性質(zhì)。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析:能從原子、分子、超分子、聚集狀態(tài)等不同尺度認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系;能從構(gòu)成粒子、粒子間相互作用、粒子的空間排布規(guī)律等角度分析不同類型晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、相似性與差異性。3.能說(shuō)出晶體與非晶體的區(qū)別;能結(jié)合實(shí)例描述晶體中粒子排列的周期性規(guī)律;能借助分子晶體、共價(jià)晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說(shuō)明晶體中的粒子及粒子間的相互作用。4.能從粒子的空間排布及其相互作用的角度對(duì)生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究中的簡(jiǎn)單案例進(jìn)行分析,舉例說(shuō)明物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的應(yīng)用價(jià)值,如配合物在生物、化學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:能說(shuō)出科學(xué)家認(rèn)識(shí)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本思路和主要實(shí)驗(yàn)手段及不同實(shí)驗(yàn)手段為建立模型所提供的證據(jù);能描述晶體結(jié)構(gòu)的典型模型,說(shuō)明模型表示的具體含義,并能認(rèn)識(shí)到模型的典型性與真實(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí):體會(huì)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段在化學(xué)研究中的應(yīng)用,認(rèn)識(shí)借助實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)進(jìn)而建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的過(guò)程,感受化學(xué)研究創(chuàng)新發(fā)展的前沿與方向。5.能舉例說(shuō)明物質(zhì)在原子、分子、超分子、聚集狀態(tài)等不同尺度上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響,能舉例說(shuō)明結(jié)構(gòu)研究對(duì)于發(fā)現(xiàn)、制備新物質(zhì)的作用。4.科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任:體會(huì)科學(xué)家探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)并建構(gòu)相關(guān)理論過(guò)程的艱辛,認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對(duì)材料科學(xué)、生命科學(xué)等許多學(xué)科領(lǐng)域的重大問(wèn)題解決的支持作用,形成通過(guò)科學(xué)研究促進(jìn)社會(huì)發(fā)展、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的意識(shí)。物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)第一節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的聚集狀態(tài),能舉例說(shuō)明人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)在不斷發(fā)展,能說(shuō)明物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的粒子種類、粒子間相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。2.通過(guò)認(rèn)識(shí)與探究晶體與非晶體,能從微觀角度理解晶體的結(jié)構(gòu)特征,并能結(jié)合晶體的特點(diǎn)判斷晶體和非晶體,能說(shuō)明X射線衍射等實(shí)驗(yàn)手段在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的作用。3.通過(guò)晶體制備的實(shí)驗(yàn)探究,能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)探究方案,運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并對(duì)相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。4.通過(guò)運(yùn)用多種晶體模型來(lái)描述和解釋晶胞及有關(guān)晶體性質(zhì)的現(xiàn)象,能根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)確定粒子個(gè)數(shù)和化學(xué)式。任務(wù)分項(xiàng)突破『自主梳理』1.構(gòu)成物質(zhì)的粒子(1)20世紀(jì)前,人們以為

是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子。(2)20世紀(jì)初,通過(guò)

等實(shí)驗(yàn)手段,發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無(wú)分子,如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識(shí)物質(zhì)的聚集狀態(tài)分子X(jué)射線衍射(3)氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都由分子構(gòu)成。如

是由電子、陽(yáng)離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì);

是熔點(diǎn)不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。等離子體離子液體2.物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化。(2)還有更多的物質(zhì)聚集狀態(tài),如

、

,以及介乎兩者之間的塑晶態(tài)、

等。晶態(tài)非晶態(tài)液晶態(tài)歸納拓展液晶、等離子體與離子液體的特征與應(yīng)用聚集狀態(tài)液晶等離子體離子液體定義在一定溫度范圍內(nèi)既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體各向異性的聚集狀態(tài)由大量帶電粒子和中性粒子所組成的呈電中性的物質(zhì)聚集體在室溫或稍高于室溫時(shí)呈液態(tài)的離子化合物特征表現(xiàn)出各向異性,液晶顯示的驅(qū)動(dòng)電壓低、功率小良好的導(dǎo)電性和流動(dòng)性難揮發(fā)重要應(yīng)用液晶顯示器、高強(qiáng)度液晶纖維切割金屬、代替手術(shù)刀進(jìn)行外科手術(shù)、進(jìn)行化學(xué)合成、制造等離子顯示器、核聚變的發(fā)生用作有機(jī)合成的溶劑和催化劑;在生物化學(xué)等科研領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用『題組例練』1.下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述錯(cuò)誤的是(

)A.物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B.氣態(tài)是高度無(wú)序的存在狀態(tài)C.固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合得較緊湊,相對(duì)運(yùn)動(dòng)較弱D.液態(tài)物質(zhì)的粒子間距離和作用力的強(qiáng)弱介于固、氣兩態(tài)之間,表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)性√解析:物質(zhì)的聚集狀態(tài),除了氣、液、固三態(tài)外,還有塑晶態(tài)、液晶態(tài)和等離子體等,A錯(cuò)誤;物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí),分子間距離大,分子運(yùn)動(dòng)速度快,體系處于高度無(wú)序狀態(tài),B正確;由物質(zhì)固態(tài)時(shí)粒子間距離較小可判斷,固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合得較緊湊,相對(duì)運(yùn)動(dòng)較弱,C正確;對(duì)液態(tài)物質(zhì)而言,粒子相距比較近,分子間作用力也較強(qiáng),表現(xiàn)出明顯的流動(dòng)性,D正確。2.1925年貝爾德在英國(guó)首次成功裝配出世界第一臺(tái)電視機(jī),短短幾十年時(shí)間,電視機(jī)經(jīng)歷了從黑白到彩色,從手動(dòng)到遙控,從平板電視機(jī)到液晶電視機(jī)的發(fā)展歷程。下列關(guān)于液晶的敘述錯(cuò)誤的是(

)A.液晶是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)B.液晶具有流動(dòng)性C.液晶和液態(tài)是物質(zhì)的同一種聚集狀態(tài)D.液晶具有各向異性√解析:液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的一種特殊的聚集狀態(tài),A正確、C錯(cuò)誤;液晶既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性,B、D正確。3.下列敘述正確的是(

)A.所有金屬在常溫下都是固體B.液體與晶體的混合物叫液晶C.等離子體內(nèi)全部是帶正電荷的粒子D.等離子體外觀為氣態(tài)√解析:常溫下Hg是液態(tài),A項(xiàng)錯(cuò)誤;液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài),B項(xiàng)錯(cuò)誤;等離子體是由電子、陽(yáng)離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),其中電子帶負(fù)電荷,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。學(xué)習(xí)任務(wù)2辨析晶體與非晶體『自主梳理』1.晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體

(能自發(fā)呈現(xiàn)

外形)粒子在三維空間里呈

排列非晶體

(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)粒子排列相對(duì)

多面體周期性有序無(wú)有無(wú)序(1)自范性。①定義:晶體能

呈現(xiàn)

外形的性質(zhì)。②形成條件:晶體

適當(dāng)。③本質(zhì)原因:晶體中粒子在

里呈現(xiàn)

的宏觀表象。(2)各向異性:晶體在不同方向上表現(xiàn)許多

性質(zhì)(如

、

、

等)的差異。(3)固定的

。2.晶體的特性自發(fā)地多面體生長(zhǎng)的速率微觀空間周期性的有序排列物理強(qiáng)度導(dǎo)熱性光學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)3.獲得晶體的途徑熔融態(tài)氣態(tài)溶質(zhì)紫色紫色氣體逐漸消退黑色無(wú)色[示例]在一定溫度下,將不規(guī)則的NaCl固體放入飽和NaCl溶液中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,NaCl固體會(huì)變?yōu)橐?guī)則的立方體。因?yàn)槿芙夂徒Y(jié)晶是可逆過(guò)程,根據(jù)晶體的

可知,在溶解和結(jié)晶的過(guò)程中,離子會(huì)

,形成規(guī)則的立方體。自范性自發(fā)地規(guī)則排列4.晶體與非晶體的測(cè)定方法測(cè)定方法測(cè)熔點(diǎn)晶體有固定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)可靠方法對(duì)固體進(jìn)行

實(shí)驗(yàn)X射線衍射『互動(dòng)探究』探究晶體與非晶體的區(qū)別問(wèn)題1:根據(jù)固體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖(圖Ⅰ、Ⅱ)判斷固體Ⅰ、Ⅱ的類型。提示:根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,為晶體;Ⅱ中粒子排列不規(guī)則,為非晶體。問(wèn)題2:圖Ⅲ、Ⅳ是將固體加熱至熔化的T-t圖像,找出Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅳ的對(duì)應(yīng)關(guān)系并說(shuō)明原因。提示:圖Ⅲ為固體Ⅱ加熱的圖像,圖Ⅳ為固體Ⅰ加熱的圖像。加熱晶體Ⅰ,溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)晶體Ⅰ開始熔化,在全部熔化以前,繼續(xù)加熱,溫度基本保持不變,完全熔化后,溫度才開始升高,所以晶體有固定的熔點(diǎn),為圖Ⅳ。加熱非晶體Ⅱ時(shí),溫度升高到某一程度后非晶體Ⅱ開始軟化,流動(dòng)性增強(qiáng),最后變?yōu)橐后w,從軟化到完全熔化,中間經(jīng)過(guò)較大的溫度范圍,所以非晶體無(wú)固定的熔點(diǎn),為圖Ⅲ。問(wèn)題3:食鹽和小蘇打都是粉末狀,它們是否為晶體?能否通過(guò)對(duì)小蘇打加熱的方式加以驗(yàn)證?提示:不能僅僅通過(guò)外觀判斷晶體和非晶體,非晶體經(jīng)過(guò)加工也能具有規(guī)則的幾何外形。小蘇打加熱會(huì)分解,不能通過(guò)加熱的方式驗(yàn)證。問(wèn)題4:玻璃晶瑩剔透,某同學(xué)在網(wǎng)站上找到一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖,據(jù)圖判斷玻璃是否為晶體。提示:題給結(jié)構(gòu)示意圖顯示粒子排布不規(guī)則,沒(méi)有晶體的自范性,所以玻璃為非晶體。問(wèn)題5:如何鑒別用玻璃仿造的假寶石?提示:寶石為晶體,玻璃為非晶體,可以根據(jù)其不同的特性進(jìn)行鑒別,如利用X射線衍射實(shí)驗(yàn)鑒別;利用寶石的折光率鑒別;測(cè)試硬度,玻璃上可刻畫出痕跡。歸納拓展晶體與非晶體的比較項(xiàng)目晶體非晶體微觀結(jié)構(gòu)特征粒子周期性有序排列粒子排列相對(duì)無(wú)序性質(zhì)特征自范性有沒(méi)有熔點(diǎn)固定不固定各向異性有沒(méi)有鑒別方法間接方法看是否具有固定的熔點(diǎn)或根據(jù)某些物理性質(zhì)的各向異性科學(xué)方法對(duì)固體進(jìn)行X射線衍射實(shí)驗(yàn)舉例NaCl、I2、SiO2、Na晶體等玻璃、橡膠等『題組例練』1.下列關(guān)于晶體和非晶體的鑒別錯(cuò)誤的是(

)A.晶體具有自范性B.晶體具有各向異性C.只要有規(guī)則的幾何外形就是晶體D.可以通過(guò)X射線衍射實(shí)驗(yàn)來(lái)鑒別√解析:晶體具有自范性,非晶體不具有此性質(zhì),故A正確;晶體具有各向異性,非晶體不具有此性質(zhì),故B正確;非晶體可以通過(guò)機(jī)械加工成規(guī)則的幾何外形,所以有規(guī)則的幾何外形不一定是晶體,故C錯(cuò)誤;X射線衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),區(qū)分出晶體與非晶體,故D正確。2.下列有關(guān)晶體常識(shí)的敘述錯(cuò)誤的是(

)A.水晶屬于晶體,有固定的熔點(diǎn),而玻璃無(wú)固定的熔點(diǎn),屬于非晶體B.當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí)可以看到明顯的分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰C.晶體都具有自范性,自范性是晶體的本質(zhì)屬性D.晶體都具有規(guī)則的幾何外形,而非晶體都不具有規(guī)則的幾何外形√解析:水晶的化學(xué)成分是二氧化硅,屬于晶體,而玻璃是混合物,屬于非晶體,A正確;當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí),可發(fā)生衍射,可以看到明顯的分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰,B正確;在適宜條件下,晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì),即晶體的自范性,C正確;晶體具有規(guī)則的幾何外形,但非晶體也可能具有規(guī)則的幾何外形,如鉆石形狀的玻璃制品,D錯(cuò)誤。3.下列關(guān)于晶體性質(zhì)的敘述不正確的是(

)A.晶體的自范性指的是在適宜條件下,晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)B.晶體的各向異性和對(duì)稱性是矛盾的C.晶體的對(duì)稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果D.晶體的各向異性取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性√解析:晶體的各向異性取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性,而對(duì)稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果。題后反思關(guān)于晶體與非晶體的認(rèn)識(shí)誤區(qū)(1)同一物質(zhì)可以是晶體,也可以是非晶體,如水晶和石英玻璃。(2)有著規(guī)則幾何外形或者美觀、對(duì)稱外形的固體,不一定是晶體。例如,玻璃制品(非晶體)可以塑造出規(guī)則的幾何外形,也可以具有美觀、對(duì)稱的外觀。(3)具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體,如某些無(wú)定形體也有固定的組成。(4)晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形?！鹤灾魇崂怼?.晶胞描述晶體結(jié)構(gòu)的

。2.晶胞與晶體的關(guān)系常規(guī)的晶胞都是

體,整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成。學(xué)習(xí)任務(wù)3認(rèn)識(shí)晶胞及晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定基本單元平行六面(1)“無(wú)隙”是指相鄰晶胞之間

。(2)“并置”是指所有晶胞都是

排列的,取向

。(3)所有晶胞的

及其內(nèi)部的原子

及幾何排列是完全相同的。沒(méi)有任何間隙平行相同形狀種類、個(gè)數(shù)3.長(zhǎng)方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算[示例]NaCl晶胞①Cl-位于

和

,共有

個(gè)。②Na+位于

和

,共有

個(gè)。頂角面心4棱上體心44.晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定(1)儀器:測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是

。(2)原理:當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)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

或者

,而非晶體沒(méi)有該現(xiàn)象。(3)應(yīng)用:通過(guò)晶體的X射線衍射圖可獲知的信息有

、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。X射線衍射儀斑點(diǎn)明銳的衍射峰晶胞形狀和大小『互動(dòng)探究』以下是三種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖:探究用均攤法計(jì)算晶胞中含有的粒子數(shù)目問(wèn)題1:依據(jù)圖Ⅰ分析,CO2分別位于晶胞的何種位置?干冰晶胞中平均含有CO2的分子數(shù)是多少?問(wèn)題2:依據(jù)圖Ⅱ分析,鈦酸鈣的化學(xué)式是什么?問(wèn)題3:依據(jù)圖Ⅲ分析,金剛石晶胞中平均含有的碳原子數(shù)是多少?問(wèn)題4:由晶胞構(gòu)成的晶體,其化學(xué)式是否表示構(gòu)成該晶體實(shí)際的粒子數(shù)目?提示:否,只表示每個(gè)晶胞或晶體中各類粒子的最簡(jiǎn)整數(shù)比。歸納拓展(1)晶胞中粒子個(gè)數(shù)的計(jì)算。關(guān)鍵是正確分析晶胞(或晶體結(jié)構(gòu))中任意位置上的一個(gè)粒子被幾個(gè)晶胞所共用。不同形狀的晶胞情況不同。如非長(zhǎng)方體晶胞中的粒子均攤情況舉例如下。(2)確定晶體化學(xué)式的方法。觀察粒子種類→確定粒子在晶胞中的位置→用均攤法求各粒子的數(shù)目→求各粒子的最簡(jiǎn)個(gè)數(shù)比→確定化學(xué)式?！侯}組例練』題點(diǎn)一晶胞的理解辨析1.下列有關(guān)晶胞的敘述錯(cuò)誤的是(

)A.晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元B.不同晶體中晶胞的大小和形狀不一定相同C.晶胞中的任何一個(gè)粒子都完全屬于該晶胞D.已知晶胞的結(jié)構(gòu)可推知晶體的組成√2.整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成。對(duì)這句話的理解錯(cuò)誤的是(

)A.相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙B.晶體是晶胞簡(jiǎn)單、隨意堆積而成的C.晶胞排列時(shí),取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的√解析:晶體并不是晶胞簡(jiǎn)單、隨意堆積而成的,而是晶胞平行排列而成的,取向相同,且相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙。題點(diǎn)二晶體化學(xué)式的確定A.XYB.XY2C.XY3D.X2Y√4.回答下列問(wèn)題。(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,該氯化物的化學(xué)式是

。CuCl(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,該功能陶瓷的化學(xué)式為

。BN(3)某晶體結(jié)構(gòu)模型如圖所示。該晶體的化學(xué)式是

。

CoTiO3(4)有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,它的化學(xué)式為

(填字母)。

AA.Ti14C13 B.TiC C.Ti14C4 D.Ti4C3解析:(4)由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子,故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子,由14個(gè)鈦原子和13個(gè)碳原子構(gòu)成,A正確。題點(diǎn)三晶胞的相關(guān)計(jì)算5.如圖是CsCl