3.1.1物质的聚集状态与晶体的常识第一课时教学设计
文档属性
| 名称 | 3.1.1物质的聚集状态与晶体的常识第一课时教学设计 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-07-01 13:47:14 | ||
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文档简介
物质的聚集状态与晶体的常识
第一课时
教学目标
1. 能说出包含“固、液、气”在内的更多物质聚集状态。
2. 能说出晶体和非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。
教学重难点
晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，结晶方法。
教学过程
一、新课导入
1. 物质有几种聚集状态，他们转化过程中能量变化如何？转过过程对应的微观过程又是怎样的？
物质常见的聚集状态有三种：固体、液体、气体。他们彼此转化过程中的能量效应如图所示。
对于固态物质来说，不管是晶体还是非晶体，物质中原子或分子的间距都很近，它们只能在一定的位置上做不同程度的振动。液态物质的分子间距离比固态中的大，分子间作用力相对较小，分子运动的自由度有所增加，表现出明显的流动性。至于气态物质，分子间距离明显变大，分子运动速度明显加快，体系处于高度无序状态。
2. 在冷却硝酸钾热饱和溶液过程中，得到的硝酸钾固体具有怎样的外观？
你注意观察过雪花么，它的外观又有怎样的特点？
硝酸钾是规则的针状固体；雪花呈现出六边形或与六边形具有相同的对称性。
二、讲授新课
一、物质的聚集状态
1. 晶体组成微粒
20世纪前，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世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
他们的晶体是由离子或原子组成的。
2. 等离子体
气态和液体物质也同样不一定由分子构成。例如，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。
等离子体是一种特殊的气体，存在于我们周围。例如，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。
等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流动性，因此等离子体用途十分广泛。
例如，运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等离子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的。
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，又具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。
液晶的宏观性质像晶体一样表现出各向异性，据此可以猜想到在微观结构层面，液晶分子的空间排列会表现出一定的规律性。研究发现，液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。
液晶最重要的用途是制造液晶显示器，这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用。
二、晶体与非晶体
1. 晶体与非晶体的本质差异
走进化学实验室，你能见到许多固体，如紫黑色的碘，黄色的硫磺，蓝色的硫酸铜，无色的二氧化硅等。
放眼世界，自然界中绝大多数矿物也都是固体。
你一定还能说出生活中常见的更多的固体，如金属、玻璃、陶瓷、砖瓦、水泥、塑料、橡胶、木材……
你是否知道固体有晶体和非晶体之分？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。
晶体与非晶体的本质差异
固体 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）不能自发呈现多面体外形 原子排列相对无序
晶体的自范性是指晶体能够自发地呈现多面体外形的性质。
2. 晶体的自范性
同一种物质的晶体在形成过程中可以得到若干种规则外形的多面体，如图所示。
所谓自发过程，即自动发生的过程。不过自发过程的实现，仍需要一定的条件。对于晶体的形成过程而言，晶体适当的生长速率就是必要条件之一。
熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至只是非晶态。
例如，天然的水晶球是岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的。剖开水晶球，它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶。
上图是天然水晶球的剖面图，可以看到，外层为玛瑙，内层为水晶。
熔融态的SiO2侵入空洞后，靠外的部分热交换更快，结果是快速冷却；
外层冷却后，使内层与外界隔绝，内部的SiO2经缓慢冷却形成SiO2晶体。
本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期的有序排列的宏观现象。相反，非晶体中粒子的排列则相对无序，因而无自范性。
3. 晶体的制备
得到晶体一般有三条途径：
（1）熔融态物质凝固
实验：用研钵把硫磺粉末研细，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）气态物质冷却不经液态直接凝固，即凝华
实验：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）溶质从溶液中析出
实验：在甲苯中加入过量硫磺粉，加热至硫磺全部溶解，自然冷却结晶后，观察实验现象。
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，只是晶粒太小，肉眼看不到而已。
4. 晶体的各向异性
晶体的特点并不仅限于外形和内部质点排列的高度有序性，它们的许多物理性质，如强度、导热性、导电性、光学性质等，常常会表现出各向异性。
各向异性的本质是沿晶胞的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不相同。
各向异性同样反映了晶体内部质点排列的有序性，而且通过这些性质可以了解晶体的内部排列与结构的一些信息。
石墨导电性的各向异性：在平行于石墨层和垂直于石墨层的方向导电能力有明显区别。
水晶导热性的各向异性：在水晶的柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，石蜡在不同的方向熔化快慢不同。
5. 晶体的判断方法
考察固体的某些性质，如熔点，可以间接地确定某一固体是否是晶体，因为晶体的熔点较固定，而非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。
【提问】（1）下图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？
【讲解】晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。图中构成玻璃的粒子无周期性，无序，所以玻璃是非晶体。
【提问】（2）根据晶体物理性质的各向异性的特点，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。
【讲解】
1. 观察宝石的形状，具有多面体的外形；测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体；
2. 可利用宝石的折光率鉴别；
3. 可进行X射线衍射实验鉴别。
三、课堂小结
1. 除常见的固体、气体、液体外，还存在多种其他聚集状态，如液晶态，等离子体等。同样状态的物质，微观组成粒子可以不同，如分子、原子、离子等。
2. 晶体与非晶体的本质差异在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。
3. 晶体微观结构的周期性和有序性在宏观性质上体现为晶体的自范性和各向异性。另一方面，利用这些性质也可以判断固体是晶体还是非晶体。
4. 制备晶体常用的三种方法：（1）熔融态物质凝固（2）凝华（3）溶质从溶液中析出。
四、课堂练习
1. 有关晶体和非晶体的说法中正确的是（ ）
A. 具有规则几何外形的固体均为晶体
B. 晶体具有自范性，有固定的熔点，能够使X光发生有规律的衍射
C. 晶体研碎后即变为非晶体
D. 将玻璃加工成规则的固体即变为晶体
答案 B
解析 A项，晶体规则的几何外形是在合适条件下自发形成的，它是晶体的必要条件而非充分条件。B项是晶体微观结构周期性所体现的宏观性质。C项，晶体研碎的过程只改变了宏观颗粒的大小，并未改变微观结构的周期性，研碎后变为小晶体。D项宏观加工不改变玻璃微观的无序性，故始终是非晶体。
2. 关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（ ）
A. 破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B. 缺角的硫酸铜晶体在饱和的硫酸铜溶液中慢慢变为完美的晶体
C. 圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性
D. 由玻璃制成的圆形的玻璃球是利用了晶体的自范性
答案 B
解析 A项，固态时，微粒只能在一定的位置上做不同程度的振动，不能自由移动，因此形状不会变化。B项是晶体自范性的体现。C项，晶体的自范性是由微观结构的周期性决定的，与宏观的容器形状无关。D项，玻璃在微观是无序的，无论加工成什么形状都是非晶体，它与自范性无关。
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第一课时
教学目标
1. 能说出包含“固、液、气”在内的更多物质聚集状态。
2. 能说出晶体和非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。
教学重难点
晶体与非晶体的差异，晶体的自范性、各向异性，结晶方法。
教学过程
一、新课导入
1. 物质有几种聚集状态，他们转化过程中能量变化如何？转过过程对应的微观过程又是怎样的？
物质常见的聚集状态有三种：固体、液体、气体。他们彼此转化过程中的能量效应如图所示。
对于固态物质来说，不管是晶体还是非晶体，物质中原子或分子的间距都很近，它们只能在一定的位置上做不同程度的振动。液态物质的分子间距离比固态中的大，分子间作用力相对较小，分子运动的自由度有所增加，表现出明显的流动性。至于气态物质，分子间距离明显变大，分子运动速度明显加快，体系处于高度无序状态。
2. 在冷却硝酸钾热饱和溶液过程中，得到的硝酸钾固体具有怎样的外观？
你注意观察过雪花么，它的外观又有怎样的特点？
硝酸钾是规则的针状固体；雪花呈现出六边形或与六边形具有相同的对称性。
二、讲授新课
一、物质的聚集状态
1. 晶体组成微粒
20世纪前，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世纪初，通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子。例如，氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
他们的晶体是由离子或原子组成的。
2. 等离子体
气态和液体物质也同样不一定由分子构成。例如，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。
等离子体是一种特殊的气体，存在于我们周围。例如，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。
等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好的导电性和流动性，因此等离子体用途十分广泛。
例如，运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；利用等离子体可以进行化学合成；核聚变也是在等离子态下发生的。
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，又具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。
液晶的宏观性质像晶体一样表现出各向异性，据此可以猜想到在微观结构层面，液晶分子的空间排列会表现出一定的规律性。研究发现，液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列，由此在分子长轴的平行方向和垂直方向表现出不同的性质。
由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。
液晶最重要的用途是制造液晶显示器，这种显示器在电子手表、计算器、数字仪表、计算机显示器、电视显示屏等器材中得到广泛应用。
二、晶体与非晶体
1. 晶体与非晶体的本质差异
走进化学实验室，你能见到许多固体，如紫黑色的碘，黄色的硫磺，蓝色的硫酸铜，无色的二氧化硅等。
放眼世界，自然界中绝大多数矿物也都是固体。
你一定还能说出生活中常见的更多的固体，如金属、玻璃、陶瓷、砖瓦、水泥、塑料、橡胶、木材……
你是否知道固体有晶体和非晶体之分？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。
晶体与非晶体的本质差异
固体 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）不能自发呈现多面体外形 原子排列相对无序
晶体的自范性是指晶体能够自发地呈现多面体外形的性质。
2. 晶体的自范性
同一种物质的晶体在形成过程中可以得到若干种规则外形的多面体，如图所示。
所谓自发过程，即自动发生的过程。不过自发过程的实现，仍需要一定的条件。对于晶体的形成过程而言，晶体适当的生长速率就是必要条件之一。
熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到肉眼看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物，甚至只是非晶态。
例如，天然的水晶球是岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空洞冷却形成的。剖开水晶球，它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶。
上图是天然水晶球的剖面图，可以看到，外层为玛瑙，内层为水晶。
熔融态的SiO2侵入空洞后，靠外的部分热交换更快，结果是快速冷却；
外层冷却后，使内层与外界隔绝，内部的SiO2经缓慢冷却形成SiO2晶体。
本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期的有序排列的宏观现象。相反，非晶体中粒子的排列则相对无序，因而无自范性。
3. 晶体的制备
得到晶体一般有三条途径：
（1）熔融态物质凝固
实验：用研钵把硫磺粉末研细，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）气态物质冷却不经液态直接凝固，即凝华
实验：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）溶质从溶液中析出
实验：在甲苯中加入过量硫磺粉，加热至硫磺全部溶解，自然冷却结晶后，观察实验现象。
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，只是晶粒太小，肉眼看不到而已。
4. 晶体的各向异性
晶体的特点并不仅限于外形和内部质点排列的高度有序性，它们的许多物理性质，如强度、导热性、导电性、光学性质等，常常会表现出各向异性。
各向异性的本质是沿晶胞的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不相同。
各向异性同样反映了晶体内部质点排列的有序性，而且通过这些性质可以了解晶体的内部排列与结构的一些信息。
石墨导电性的各向异性：在平行于石墨层和垂直于石墨层的方向导电能力有明显区别。
水晶导热性的各向异性：在水晶的柱面上滴一滴熔化的石蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，石蜡在不同的方向熔化快慢不同。
5. 晶体的判断方法
考察固体的某些性质，如熔点，可以间接地确定某一固体是否是晶体，因为晶体的熔点较固定，而非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化。
【提问】（1）下图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？
【讲解】晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。图中构成玻璃的粒子无周期性，无序，所以玻璃是非晶体。
【提问】（2）根据晶体物理性质的各向异性的特点，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。
【讲解】
1. 观察宝石的形状，具有多面体的外形；测试它的硬度，可在玻璃上刻画出痕迹，初步确定它是晶体；
2. 可利用宝石的折光率鉴别；
3. 可进行X射线衍射实验鉴别。
三、课堂小结
1. 除常见的固体、气体、液体外，还存在多种其他聚集状态，如液晶态，等离子体等。同样状态的物质，微观组成粒子可以不同，如分子、原子、离子等。
2. 晶体与非晶体的本质差异在于构成固体中的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列。
3. 晶体微观结构的周期性和有序性在宏观性质上体现为晶体的自范性和各向异性。另一方面，利用这些性质也可以判断固体是晶体还是非晶体。
4. 制备晶体常用的三种方法：（1）熔融态物质凝固（2）凝华（3）溶质从溶液中析出。
四、课堂练习
1. 有关晶体和非晶体的说法中正确的是（ ）
A. 具有规则几何外形的固体均为晶体
B. 晶体具有自范性，有固定的熔点，能够使X光发生有规律的衍射
C. 晶体研碎后即变为非晶体
D. 将玻璃加工成规则的固体即变为晶体
答案 B
解析 A项，晶体规则的几何外形是在合适条件下自发形成的，它是晶体的必要条件而非充分条件。B项是晶体微观结构周期性所体现的宏观性质。C项，晶体研碎的过程只改变了宏观颗粒的大小，并未改变微观结构的周期性，研碎后变为小晶体。D项宏观加工不改变玻璃微观的无序性，故始终是非晶体。
2. 关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（ ）
A. 破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B. 缺角的硫酸铜晶体在饱和的硫酸铜溶液中慢慢变为完美的晶体
C. 圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性
D. 由玻璃制成的圆形的玻璃球是利用了晶体的自范性
答案 B
解析 A项，固态时，微粒只能在一定的位置上做不同程度的振动，不能自由移动，因此形状不会变化。B项是晶体自范性的体现。C项，晶体的自范性是由微观结构的周期性决定的，与宏观的容器形状无关。D项，玻璃在微观是无序的，无论加工成什么形状都是非晶体，它与自范性无关。
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