1、-1-第一节物质的聚集状态与晶体的常识-2-素养目标1.认识物质的聚集状态会影响物质的性质,通过改变物质的聚集状态可能获得特殊的材料。培养变化观念与平衡思想的核心素养。2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞,培养证据推理与模型认知的核心素养。3.知道晶体X射线衍射实验是测定物质结构的基本方法和实验手段。培养科学探究与创新意识的核心素养。-3-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断1.通常物质有三种存在状态,固态、液态和气态。2.一般来说,纯净物具有固定的熔点,玻璃没有固定的熔点,在某一温度范围内软化。-4-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断一、物质的凝聚状态1.物质的组成(
2、1)CO2、SO2、CO是由分子组成的;氯化钠、氟化钙是由阳离子和阴离子组成的;金刚石和二氧化硅是由原子组成的。(2)等离子体是由电子、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,等离子体具有良好的导电性和流动性。(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液态物质。2.物质的聚集状态物质的三态通常是指固态、液态和气态。物质的聚集状态,还有晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。-5-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断二、晶体与非晶体1.晶体与非晶体的区别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
3、多面体外形)原子排列相对无序2.获得晶体的途径 -6-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.晶体的特点(1)自范性。在适宜条件下,晶体能自发地呈现多面体外形的性质称之为自范性。晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。(2)各向异性。晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。(3)有固定的熔点。晶体有固定的熔点。常利用固体是否有固定的熔点间接确定某固体是否属于晶体。非晶体没有固定的熔点。【微思考1】具有规则几何外形的固体,一定是晶体吗?提示:不一定。晶体规则的几何外形是自发形成的。在人力作用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体,如玻璃、塑料等相关制品。-7-课前篇素养初
4、探知识铺垫必备知识正误判断三、晶胞1.定义描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。2.晶体和晶胞的关系一般来说,晶胞都是平行六面体,整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。-8-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.平行六面体晶胞中粒子个数的计算(1)晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的,晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的,晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。晶胞是由8个顶角相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面
5、体。-9-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(2)晶胞中微粒数目的确定。金属铜晶胞中原子个数的计算。铜晶胞金属铜的一个晶胞中,位于晶胞顶点的铜原子有8个,位于面心的铜原子有6个,金属铜晶胞中所含的铜原子数为-10-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断氯化钠晶胞中所含的Na+、Cl-数。氯化钠晶胞如图所示,其中体积较小的为Na+离子(填“Na+”或“Cl-”,下同),体积较大的为Cl-离子,则晶胞中含4个Na+(提示:晶胞中心还有一个Na+)和4个Cl-。-11-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断试确定下列物质的晶胞中所含的原子数或分子数。 -12-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判
6、断【微思考2】由晶胞构成的晶体,其化学式一定表示一个分子中的原子数目吗?提示:不一定。常常表示晶体中不同粒子的最简整数比,例如SiO2、NaCl等。-13-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断四、晶体结构的测定1.X射线衍射原理单一波长的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明锐的衍射峰。2.X射线衍射实验获得晶胞信息晶体的X射线衍射实验图经过计算,可以获得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。3.X射线衍射实验获得分子信息通过晶体X射线衍射实验,可以
7、测定晶胞中各个原子的位置(坐标),根据原子坐标,可以计算原子间的距离,判断哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,得出分子的空间结构。-14-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断1.晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性。 ()2.熔融态物质快速冷却即可得到晶体。()3.粉末状的固体也有可能是晶体。()4.位于顶角上的粒子一定为8个晶胞所共有。()5.不同晶体中晶胞的大小和形状都相同。()6.X射线通过晶体,导致晶体发生化学变化,形成特征的衍射图。()答案:1.2.3.4.5.6.-15-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测晶体与非晶体晶体与非晶体问题探究下图是两种固体的微观结构示意图。
8、-16-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测问题思考:(1)区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么?试根据示意图判断固体、的类型。提示:最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。根据结构图可知,中微粒呈周期性有序排列,为晶体;中微粒排列不规则,为非晶体。(2)将固体、分别加热至熔化,各有什么现象发生?该现象能说明晶体、非晶体的哪种性质?提示:加热晶体,温度达到熔点时晶体开始熔化,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,即晶体有固定的熔点。加热非晶体时,温度升高到某一程度后非晶体开始软化,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
9、,即非晶体无固定的熔点。-17-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展1.晶体与非晶体的区别固体外观微观结构自范性 各向异性熔点晶体具有自发形成的规则的几何外形原子在三维空间呈周期性有序排列有有固定非晶体不能自发形成规则的几何外形原子排列相对无序没有没有不固定本质区别微观原子在三维空间里是否呈现周期性有序排列-18-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测2.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的方法对固体进行X射线衍射实验-19-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例1下列叙述正确的是()A.具有规则几何外形的固体一定
10、是晶体B.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C.具有各向异性的固体一定是晶体D.一种物质不是晶体就是非晶体答案:C-20-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测解析:晶体具有规则的几何外形,但具有规则几何外形的固体不一定是晶体,例如人为加工而成的具有规则几何外形的玻璃制品;晶体与非晶体的根本区别在于内部粒子是否有序排列,晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是内部结构的外部反映;具有各向异性的固体一定是晶体,非晶体具有各向同性;晶体和非晶体都是对于固态物质而言,气态或液态物质则不属于这两类,同时还有塑晶态、液晶态等类型的物质。规律总结 (1)晶体与非晶体的本质区别在
11、于固体中的粒子在三维空间里是否呈周期性有序排列;(2)X射线衍射实验是区分晶体与非晶体最可靠的科学方法;(3)晶体不一定是纯净物,有些含有杂质的物质,其粒子仍然是有序排列。-21-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练1下图是天然水晶球里的玛瑙和水晶,两者的根本区别在于()A.外形不一样,构成两者的原子不同B.构成玛瑙的粒子无规律性排列,构成水晶的粒子按一定的规律作周期性重复排列C.水晶有固定的熔点,而玛瑙无固定熔点D.水晶可用于能量转换,玛瑙制品可用作装饰品答案:B解析:晶体和非晶体的本质区别在于内部粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列,玛瑙和水晶的成分均为SiO2。-22-
12、课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测晶胞结构及晶体化学式的确定晶胞结构及晶体化学式的确定问题探究现有甲、乙、丙(如图所示)三种晶体的晶胞(甲中X和乙中A均处于晶胞的体心)。-23-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测问题思考:(1)甲晶胞中X与Y的个数比是多少?(2)乙晶胞中A与B的个数比是多少?提示:乙晶胞中,体心的A为1,顶角的B为8 =1,所以N(A) N(B)=1 1。(3)丙晶体中每个晶胞包含的C离子、D离子各为多少?-24-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测深化拓展晶胞中粒子数的计算“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个
13、晶胞所共用,则该粒子有 属于这个晶胞。-25-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(1)长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图)。 -26-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测(2)非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定。 -27-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测素能应用典例2如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:试写出:(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为。 (2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是。 答案:(1)X3Y(2)1 3 1-28-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测规律总结 晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类确定各粒子在晶胞中的位置用均
14、摊法求晶胞均摊各粒子的数目求各粒子数目的最简比确定化学式。-29-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-1下图是某晶体的晶胞示意图,其中X粒子位于此晶胞的中心,Y粒子位于8个顶点,该晶体中粒子X和Y的个数比是()A.1 1 B.1 2C.1 4 D.1 8答案:A解析:X粒子属于晶胞独立拥有,而每个Y粒子则为8个晶胞共用,每个晶胞均摊Y粒子的个数为 8=1,故A项正确。-30-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测变式训练2-2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,根据晶胞的结构示意图,可知它的化学式是()A.BaTi8O12B.B
15、aTi4O6C.BaTi2O4D.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个顶点,O处于立方体的12条棱的中点,故晶胞中Ba、Ti、O三种原子的个数比为-31-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测-32-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测1.普通玻璃和水晶的根本区别在于()A.外形不一样B.普通玻璃的基本构成粒子无规则性地排列,水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性重复排列C.水晶有固定的熔点,普通玻璃无固定的熔点D.水晶可用于能量转换,普通玻璃不能用于能量转换答案:B2.下列物质都是固体,其中不属于晶体的
16、是()橡胶水晶冰干冰冰醋酸石蜡玻璃A.B.C.D.答案:A-33-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测3.下列关于物质聚集状态的叙述中,错误的是()A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序的体系存在状态C.固态中的原子或者分子结合得较紧凑,相对运动较弱D.液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固态和气态之间,表现出明显的流动性答案:A解析:物质的聚集状态除了气、液、固三态外,还有液晶、等离子体等;物质处于气态时,分子间距离大,分子运动速度大,体系处于高度无序状态;对于固态物质,原子或分子相距很近,只能在一定的位置上做不同程度的振动;对液态物质而言,粒子间距离比固态中的大一些,
17、粒子间作用力也比固态中的小一些,粒子的运动比固体明显活跃,使之表现出流动性。-34-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测4.(双选)晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述正确的是()A.形成晶体硅的速率越快越好B.晶体硅有固定的熔点C.可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃D.粉末状的固体一定不是晶体答案:BC解析:A选项,晶体的形成都有一定的条件,如温度、压强、结晶速率等,并不是说结晶速率越快越好,速率太快可能导致晶体质量下降,A项说法错误;晶体有固定的熔点,B选项说法正确;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列就能区分晶体与非晶体
18、,C选项说法正确;粉末状的固体也可能是晶体,在光学显微镜下可以观察到晶体的规则外形,D项说法错误。-35-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测5.如图所示为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿晶体结构,该结构是具有代表性的最小重复单元。(1)在该物质的晶体中,每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子共有个。 (2)该晶体中,元素氧、钛、钙的粒子个数比是。 -36-课堂篇素养提升探究1探究2素养脉络随堂检测答案:(1)6(2)3 1 1解析:回答第(1)小题要注意发挥空间想象力,在晶胞的上、下、左、右、前、后都有完全等同的晶胞,依据一个晶胞我们能观察到3个与钛离子最接近且等距离的钛离子,在与这3个钛离子相反的位置还有3个钛离子,所以共有6个钛离子。对于第(2)小题我们可以使用均摊法求得
