化学人教版(2019)选择性必修2 3.1.1物质的聚集状态与晶体的常识 课件(共66张ppt)

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名称 化学人教版(2019)选择性必修2 3.1.1物质的聚集状态与晶体的常识 课件(共66张ppt)
格式 pptx
文件大小 47.5MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-10-15 22:25:08

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文档简介

(共66张PPT)
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
学习任务
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第68-75页,完成大本56-58
D
自学检测 3min
水分子不变,间距变小
放热
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物质聚集体,不存在阴离子;
离子液体是熔点不高的仅由阴、阳离子组成的液体物质,二者均可以导电。
固态时只能在固定的位置上振动
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。
CDF
教师点拨 25min
一、物质的聚集状态
熔化
物质发生三态变化的原因是什么?
人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子,物质三态的相互转化只是分子间距离发生了变化,分子在固态只能振动,在气态能自由移动,在液态则介乎二者之间。
20 世纪前
这种认识全面吗?
原子
金属阳离子和电子
气态和液态的物质都是由分子构成的吗?
等离子体: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体物质
离子液体:熔点不高的,仅由离子组成的液体物质
20 世纪初,通过X 射线衍射实验等手段,发现许多常见的晶体中并无分子。
氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石、金属
阴阳离子
不一定
物质的聚集状态
气态
固态
液态
晶态
塑晶态
液晶态
非晶态
液晶
等离子体
离子液体
气态物质在高温或者在外加电场激发下,分子发生分解,产生电子和阳离子等。这种由电子、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,它是一种特殊气体。
1.等离子体
物质的第四态
存在于我们周围
日光灯和霓虹灯的灯管里
蜡烛的火焰里
极光和雷电里
1.等离子体
等离子体显示器 化学合成 核聚变
特性与用途
含有带电粒子且能自由运动,具有良好的导电性和流动性
1.等离子体
离子液体是指全部由离子组成的液体,如高温下的KCl,KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体,也称为低温熔融盐。
(1)定义:
(2)室温离子液体熔点低的原因:在离子化合物中,阴阳离子之间的作用力为静电作用。离子液体的阴阳离子体积很大,结构松散,导致它们之间的作用力较低,以至于熔点接近室温。
2.离子液体
3. 液晶
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,又有晶体的某些物理性质,如导热性、光学性质等,表现出类似晶体的各向异性。
类别
液晶分为热致液晶和
溶致液晶(即胶束等)
图3-2 一定温度范围的液晶
实用液晶的结构特点与特性
实用液晶常温下十分稳定,其中热致液晶均为刚性棒状强极性(或易于极化的)分子。其分子有取向序,长轴取向一致,但无位置序,分子可滑动。
图3-3 棒状分子液晶内部分子排列示意图
指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。
是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。是在溶液中溶质分子浓度处于一定范围内时出现液晶相,即胶束等。
热致液晶:
溶致液晶:
(1)液晶已广泛的应用,如手机、电脑和电视的液晶显示器
(2)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。
用途
二、晶体与非晶体
氯化钠
金刚石
石英
炭黑
玻璃
雪花
绝大多数常见的固体是晶体:
只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体
蜡状的白磷(P4)
黄色的硫黄(S8)
紫黑色的碘(I2)
蓝色的硫酸铜
(CuSO4·5H2O)
玻璃又称玻璃体
炭黑又称无定形体
晶体和非晶体
(1)晶体
内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体。
晶体:食盐、冰、铁、铜等。
(2)非晶体
内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈相对无序排列而构成的不具有规则几何外形的固体。
非晶体:玻璃、橡胶、炭黑又称无定形体等。
(3)分类:
根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用,可分为
离子晶体、共价晶体、分子晶体、金属晶体
(4)晶体的特点:
①自范性:
在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭的规则的多面体外形。
晶体呈现自范性的条件之一:晶体生长的速率适当
缓慢凝固→得到晶体
凝固过快→粉末、块状物或非晶态(玻璃态)
熔融态
物质
图3-4 天然水晶球的玛瑙和水晶
熔融态SiO2
快速冷却形成
熔融态SiO2缓慢冷却形成
没有规则外形的玛瑙
有规则外形的水晶
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
②各向异性:
因微观粒子的排列具有特定的方向性,
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、导电性、光学性质等。
各方向不均匀导热
各方向均匀导热
分别用红热的针接触蜡面中央
1、宝石硬度大,但在不同方向上硬度不同(一般用划痕区别宝石和玻璃)
2、石墨在不同方向上导电率不同
3、水晶的不同方向上导热性不同
不同方向石蜡融化的快慢不同
晶体具有固定的熔点。非晶体没有固定的熔点。
晶体
非晶体
③固定的熔、沸点:
加热晶体,温度达到熔点时开始熔化在没有全部熔化之前,温度不再升高,完全熔化后,温度才继续升高。
图 3-12 X 射线衍射仪
当单一波长的 X 射线通过晶体时,会在记录仪上看到分立的斑点或者明锐的衍射峰。
非晶态SiO2
晶态SiO2
④能使X射线产生衍射:
利用这种性质,人们建立了测定晶体结构最科学的方法。
非晶体只能散射,出现连续的谱线
X 射线
衍射图谱
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
计算
结合化
学组成
原子之间的相互关系
即晶体结构
得到晶胞
含 4 个乙酸分子
测定原子坐标,计算原子距离,判断化学键,
确定键长和键角,得出空间结构
前视图 右视图
晶体与非晶体的本质差异
自范性 微观结构
晶体
非晶体

(能自发呈现多面体外形)
没有
(不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
原子排列相对无序
图 3-7 玻璃的结构示意图
(1)图 3-7 是某同学找到的一张玻璃结构的示意图,根据这张图判断玻璃是不是晶体。为什么?
晶体的本质在于粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。玻璃中的粒子无周期性地排列,是无序的。所以玻璃不是晶体。
思考 P72
(2)根据晶体物理性质各向异性的特点,能鉴别用玻璃仿造的假宝石。请你列举一些可能有效的方法鉴别假宝石。
a.观察宝石的形状,具有多面体的外形;
b.测试它的硬度,在玻璃上刻画;
c.利用宝石的折光率鉴别;
d.可进行X射线衍射实验鉴别。
(5)获得晶体的途径
【实验3-1】 P71
实验步骤 实验现象
(1)用研钵把硫黄粉末研细,放入蒸发皿中,放在三脚架的铁圈上,用酒精灯加热至熔融态,自然冷却结晶后,观察实验现象。
(2)在一个小烧杯里加入少量碘,用一个表面皿盖在小烧杯上,并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加热,观察实验现象。
(3)在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液,用滴管滴入浓盐酸,观察实验现象。
实验步骤 实验现象
(1)用研钵把硫黄粉末研细,放入蒸发皿中,放在三脚架的铁圈上,用酒精灯加热至熔融态,自然冷却结晶后,观察实验现象。
(2)在一个小烧杯里加入少量碘,用一个表面皿盖在小烧杯上,并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加热,观察实验现象。
(3)在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液,用滴管滴入浓盐酸,观察实验现象。
硫加热融化,自然冷却结晶后,得到黄色晶体。
固体直接变成紫色蒸气,蒸气遇冷又重新凝聚成紫黑色的固体。
有白色细小晶体析出。
从溶液结晶出的氯化钠晶体
从熔融态结晶出的硫晶体
升华得到的碘晶体
(5)获得晶体的途径
液/熔融态物质凝固
气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)
溶质从溶液中析出(结晶)
许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形,但在光学显微镜或电子显微镜下可观察到规则的晶体外形。这充分证明固体粉末仍是晶体,只因晶粒太小,肉眼看不到而已。
C
适宜的生长速率
探究晶体与非晶体的差异
“雪花独六出”是指大气中的水蒸气凝结成的雪花,在自然条件下是六瓣的;雪花和冰中水分子间的作用力类型相同。
不能。晶体呈现自范性的条件之一是需适当的生长速率。将盐溶液快速加热常得到看不到多面体外形的粉末或无规则外形的块状物。
NaCl固体会变为规则的立方体。因为溶解和结晶是可逆过程,根据晶体的自范性可知,在溶解和结晶的过程中,离子会自发地规则排列,形成规则的立方体。
D
B
不是本质区别
胆矾晶体
宝石硬度较大,玻璃制品硬度较小
非晶体没有固定熔点
各向异性
铜晶体
铜晶胞
概念:描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。
晶胞是晶体中最小的结构重复单元。
三、晶胞
形状:晶胞一般都是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
平行六面体。
例:下列结构图式中属于晶胞的是( )
A
顶点不相同 平行棱不相同 平行面不相同
思考:如图是氯化钠晶体,请画出氯化钠的晶胞。
哪个是NaCl晶胞?
不能重合!
能重合!
晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。
“无隙” 指相邻的晶胞之间没有任何间隙;
一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱、共面
“并置” 指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。
一个晶胞到另一个晶胞只需平移,不需转动
晶胞的排列
平行六面体
完全等同:指所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全相同。
NaCl晶体结构和晶胞
CO2晶胞
金刚石结构
金刚石晶胞
金刚石晶胞
思考:一个铜晶胞中的铜原子数是多少?
均摊法计算晶胞中粒子数目
14个?
顶角
1/8
1
2
4
3
7
6
8
5
2
1

3
4
1/4
面上
1
2
1/2
体内
1
1
均摊法:如某个粒子为x个晶胞所共有,则该粒子有1/x属于这个晶胞。
思考:一个铜晶胞中的铜原子数是多少?
思考:下图中的 NaCl 晶胞中,含有几个钠原子和氯原子?
8× + 6× = 4
氯原子数 =
12× + 1= 4
钠原子数 =
Cl-
Na+
8个顶点+6个面心
12个棱边+1个体内
下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图,数一数,它们分别平均含几个原子
思考 P74
8个顶点+1个体内
8个顶点+1个体内
8个顶点+6个面心
8个顶点+6个面心+4个体内
A
B
例:根据离子晶体的结构,判断下列离子晶体的化学式:
化学式:
AB
化学式:
AB
C
化学式:
ABC3
例1、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如下图所示,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,它的化学式是 。
Ti14C13
例2:纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大,这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示),则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为( )
A. 7: 8 B. 13:14 C. 1:1 D. 26:27
D
团簇分子、纳米颗粒是独立的分子
晶胞的计算
一个结点对应一个基元,结点可以取在基元的重心上,也可取在基元的其他点上,原则是要保持结点在各基元中的位置都相同。
一个由两种不同的原子构成的结构基元以及这个基元组成的二维点阵。
六方紧密堆积
六方紧密堆积
构成晶体的微粒是“无隙并置”的,故这些相邻微粒间相切。
是指晶体中最小的结构单元可以无限重复。
晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。
不一定,如有的晶胞呈六棱柱形。由晶胞构成的晶体,其化学式不表示一个分子中原子的数目,只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。
A
B
1:3:1
8
随堂评估自测
B
A
玻璃是非晶体(玻璃体)
人为加工而成的是非晶体
内部微粒的排列并未改变,仍为晶体
D
B
溶质从溶液中析出
气态物质凝华
熔融态物质的凝固
6
3:1:1