2025春高二化学选择性必修2 （配人教版）第三章 晶体结构与性质 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识

第三章晶体结构与性质课程标准要求学科核心素养1.能说出粒子间作用(离子键、共价键、配位键和分子间作用力等)的主要类型、特征和实质;能比较不同类型的粒子间作用的联系与区别。2.能运用离子键、配位键、金属键等模型,解释离子化合物、配合物、金属等物质的某些典型性质。1.宏观辨识与微观探析:能从原子、分子、超分子、聚集状态等不同尺度认识物质结构特点及其与物质性质之间的关系;能从构成粒子、粒子间相互作用、粒子的空间排布规律等角度分析不同类型晶体结构的特点、相似性与差异性。3.能说出晶体与非晶体的区别;能结合实例描述晶体中粒子排列的周期性规律;能借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型说明晶体中的粒子及粒子间的相互作用。4.能从粒子的空间排布及其相互作用的角度对生产、生活、科学研究中的简单案例进行分析,举例说明物质结构研究的应用价值,如配合物在生物、化学等领域的广泛应用。2.证据推理与模型认知:能说出科学家认识物质微观结构的基本思路和主要实验手段及不同实验手段为建立模型所提供的证据;能描述晶体结构的典型模型,说明模型表示的具体含义,并能认识到模型的典型性与真实物质结构的复杂性。3.科学探究与创新意识:体会现代实验手段在化学研究中的应用,认识借助实验获得证据进而建立物质结构模型的过程,感受化学研究创新发展的前沿与方向。5.能举例说明物质在原子、分子、超分子、聚集状态等不同尺度上的结构特点对物质性质的影响,能举例说明结构研究对于发现、制备新物质的作用。4.科学态度与社会责任:体会科学家探索物质微观结构并建构相关理论过程的艰辛,认识物质结构研究对材料科学、生命科学等许多学科领域的重大问题解决的支持作用,形成通过科学研究促进社会发展、推动构建人类命运共同体的意识。物质的聚集状态与晶体的常识第一节学习目标1.通过认识物质的聚集状态,能举例说明人类对物质结构的认识在不断发展,能说明物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。2.通过认识与探究晶体与非晶体,能从微观角度理解晶体的结构特征,并能结合晶体的特点判断晶体和非晶体,能说明X射线衍射等实验手段在物质结构研究中的作用。3.通过晶体制备的实验探究,能依据探究目的设计探究方案,运用化学实验等方法进行实验探究并对相关现象进行解释。4.通过运用多种晶体模型来描述和解释晶胞及有关晶体性质的现象,能根据晶胞结构确定粒子个数和化学式。任务分项突破『自主梳理』1.构成物质的粒子(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。(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。学习任务1认识物质的聚集状态分子X射线衍射(3)气态和液态物质不一定都由分子构成。如

是由电子、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;

是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。等离子体离子液体2.物质的聚集状态(1)物质三态间的相互转化。(2)还有更多的物质聚集状态,如

、

,以及介乎两者之间的塑晶态、

等。晶态非晶态液晶态归纳拓展液晶、等离子体与离子液体的特征与应用聚集状态液晶等离子体离子液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粒子和中性粒子所组成的呈电中性的物质聚集体在室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物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难挥发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、核聚变的发生用作有机合成的溶剂和催化剂;在生物化学等科研领域也有广泛应用『题组例练』1.下列关于物质聚集状态的叙述错误的是(

)A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序的存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的粒子间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间,表现出明显的流动性√解析:物质的聚集状态,除了气、液、固三态外,还有塑晶态、液晶态和等离子体等,A错误;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度快,体系处于高度无序状态,B正确;由物质固态时粒子间距离较小可判断,固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱,C正确;对液态物质而言,粒子相距比较近,分子间作用力也较强,表现出明显的流动性,D正确。2.1925年贝尔德在英国首次成功装配出世界第一台电视机,短短几十年时间,电视机经历了从黑白到彩色,从手动到遥控,从平板电视机到液晶电视机的发展历程。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√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;液晶既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,B、D正确。3.下列叙述正确的是(

)A.所有金属在常温下都是固体B.液体与晶体的混合物叫液晶C.等离子体内全部是带正电荷的粒子D.等离子体外观为气态√解析:常温下Hg是液态,A项错误;液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,B项错误;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,其中电子带负电荷,C项错误,D项正确。学习任务2辨析晶体与非晶体『自主梳理』1.晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体

(能自发呈现

外形)粒子在三维空间里呈

排列非晶体

(不能自发呈现多面体外形)粒子排列相对

多面体周期性有序无有无序(1)自范性。①定义:晶体能

呈现

外形的性质。②形成条件:晶体

适当。③本质原因:晶体中粒子在

里呈现

的宏观表象。(2)各向异性:晶体在不同方向上表现许多

性质(如

、

、

等)的差异。(3)固定的

。2.晶体的特性自发地多面体生长的速率微观空间周期性的有序排列物理强度导热性光学性质熔点3.获得晶体的途径熔融态气态溶质紫色紫色气体逐渐消退黑色无色[示例]在一定温度下,将不规则的NaCl固体放入饱和NaCl溶液中,经过一段时间,NaCl固体会变为规则的立方体。因为溶解和结晶是可逆过程,根据晶体的

可知,在溶解和结晶的过程中,离子会

,形成规则的立方体。自范性自发地规则排列4.晶体与非晶体的测定方法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『互动探究』探究晶体与非晶体的区别问题1:根据固体的微观结构示意图(图Ⅰ、Ⅱ)判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。提示:根据结构图可知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,为晶体;Ⅱ中粒子排列不规则,为非晶体。问题2:图Ⅲ、Ⅳ是将固体加热至熔化的T-t图像,找出Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅳ的对应关系并说明原因。提示:图Ⅲ为固体Ⅱ加热的图像,图Ⅳ为固体Ⅰ加热的图像。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,所以晶体有固定的熔点,为图Ⅳ。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,所以非晶体无固定的熔点,为图Ⅲ。问题3:食盐和小苏打都是粉末状,它们是否为晶体?能否通过对小苏打加热的方式加以验证?提示:不能仅仅通过外观判断晶体和非晶体,非晶体经过加工也能具有规则的几何外形。小苏打加热会分解,不能通过加热的方式验证。问题4:玻璃晶莹剔透,某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图,据图判断玻璃是否为晶体。提示:题给结构示意图显示粒子排布不规则,没有晶体的自范性,所以玻璃为非晶体。问题5:如何鉴别用玻璃仿造的假宝石?提示:宝石为晶体,玻璃为非晶体,可以根据其不同的特性进行鉴别,如利用X射线衍射实验鉴别;利用宝石的折光率鉴别;测试硬度,玻璃上可刻画出痕迹。归纳拓展晶体与非晶体的比较项目晶体非晶体微观结构特征粒子周期性有序排列粒子排列相对无序性质特征自范性有没有熔点固定不固定各向异性有没有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『题组例练』1.下列关于晶体和非晶体的鉴别错误的是(

)A.晶体具有自范性B.晶体具有各向异性C.只要有规则的几何外形就是晶体D.可以通过X射线衍射实验来鉴别√解析:晶体具有自范性,非晶体不具有此性质,故A正确;晶体具有各向异性,非晶体不具有此性质,故B正确;非晶体可以通过机械加工成规则的几何外形,所以有规则的几何外形不一定是晶体,故C错误;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,区分出晶体与非晶体,故D正确。2.下列有关晶体常识的叙述错误的是(

)A.水晶属于晶体,有固定的熔点,而玻璃无固定的熔点,属于非晶体B.当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者明锐的衍射峰C.晶体都具有自范性,自范性是晶体的本质属性D.晶体都具有规则的几何外形,而非晶体都不具有规则的几何外形√解析:水晶的化学成分是二氧化硅,属于晶体,而玻璃是混合物,属于非晶体,A正确;当单一波长的X射线通过晶体时,可发生衍射,可以看到明显的分立的斑点或者明锐的衍射峰,B正确;在适宜条件下,晶体能够自发地呈现多面体外形的性质,即晶体的自范性,C正确;晶体具有规则的几何外形,但非晶体也可能具有规则的几何外形,如钻石形状的玻璃制品,D错误。3.下列关于晶体性质的叙述不正确的是(

)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多面体外形的性质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.晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性√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。题后反思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。『自主梳理』1.晶胞描述晶体结构的

。2.晶胞与晶体的关系常规的晶胞都是

体,整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。学习任务3认识晶胞及晶体结构的测定基本单元平行六面(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。没有任何间隙平行相同形状种类、个数3.长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算[示例]NaCl晶胞①Cl-位于

和

,共有

个。②Na+位于

和

,共有

个。顶角面心4棱上体心44.晶体结构的测定(1)仪器:测定晶体结构最常用的仪器是

。(2)原理: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

或者

,而非晶体没有该现象。(3)应用:通过晶体的X射线衍射图可获知的信息有

、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。X射线衍射仪斑点明锐的衍射峰晶胞形状和大小『互动探究』以下是三种晶体的晶胞结构示意图:探究用均摊法计算晶胞中含有的粒子数目问题1:依据图Ⅰ分析,CO2分别位于晶胞的何种位置?干冰晶胞中平均含有CO2的分子数是多少?问题2:依据图Ⅱ分析,钛酸钙的化学式是什么?问题3:依据图Ⅲ分析,金刚石晶胞中平均含有的碳原子数是多少?问题4:由晶胞构成的晶体,其化学式是否表示构成该晶体实际的粒子数目?提示:否,只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比。归纳拓展(1)晶胞中粒子个数的计算。关键是正确分析晶胞(或晶体结构)中任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用。不同形状的晶胞情况不同。如非长方体晶胞中的粒子均摊情况举例如下。(2)确定晶体化学式的方法。观察粒子种类→确定粒子在晶胞中的位置→用均摊法求各粒子的数目→求各粒子的最简个数比→确定化学式。『题组例练』题点一晶胞的理解辨析1.下列有关晶胞的叙述错误的是(

)A.晶胞是晶体结构中最小的重复单元B.不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同C.晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D.已知晶胞的结构可推知晶体的组成√2.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是(

)A.相邻晶胞之间没有任何间隙B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成的C.晶胞排列时,取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的√解析:晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成的,而是晶胞平行排列而成的,取向相同,且相邻晶胞之间没有任何间隙。题点二晶体化学式的确定A.XYB.XY2C.XY3D.X2Y√4.回答下列问题。(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示,该氯化物的化学式是

。CuCl(2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷,如图为其晶胞结构示意图,该功能陶瓷的化学式为

。BN(3)某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是

。

CoTiO3(4)有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,它的化学式为

(填字母)。

AA.Ti14C13 B.TiC C.Ti14C4 D.Ti4C3解析:(4)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正确。题点三晶胞的相关计算5.如图是CsCl