第1课时 物质的聚集状态 晶体与非晶体
课后·训练提升
1.水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165 K时形成的,玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同。下列有关玻璃态水的叙述正确的是( )。
A.水由液态变为玻璃态,体积缩小
B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀
C.玻璃态是水的一种特殊状态
D.玻璃态水是一种类似玻璃的特殊晶体
答案C
解析因为玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同,所以水由液态变为玻璃态,体积不变。因为玻璃态的水无固定形状,不存在晶体结构,所以不是一种晶体,而是水的一种特殊状态。
2.下列有关等离子体的叙述中不正确的是( )。
A.等离子体是一种整体上呈电中性的物质聚集体
B.水这种物质不可能形成等离子体状态
C.等离子体是很好的导体
D.等离子体的用途十分广泛
答案B
解析等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体, A项正确。水在高温等条件下也可以形成等离子状态, B项错误。等离子体含有带电粒子且能自由流动,因此等离子体能够导电,是很好的导体, C项正确。等离子体具有良好的导电性和流动性,所以能应用在许多学术研究、科技及工业范畴中,D项正确。
3.如图是a、b两种不同物质的熔化曲线,下列说法不正确的是( )。
a
b
A.a有固定的熔点
B.a是晶体
C.b是晶体
D.b是非晶体
答案C
解析晶体有较固定的熔点,由a的熔化曲线分析可知,中间有一段温度不变但一直在吸收能量,该段所对应的温度就是晶体a的熔点;由b的熔化曲线可知,温度一直升高,所以物质b没有固定的熔点,为非晶体。
4.(CH3)3NH+和[AlCl4]-可形成离子液体。离子液体由阴、阳离子组成,熔点低于100 ℃,其挥发性一般比有机溶剂 (填“大”或“小”),可用作 (填字母)。
a.助燃剂
b.“绿色”溶剂
c.复合材料
d.绝热材料
答案小 b
解析由(CH3)3NH+和[AlCl4]-形成的离子液体,阴、阳离子间的作用力大于有机溶剂分子间的范德华力,因此其挥发性一般比有机溶剂小。该离子液体中不含氧,则其不助燃,属于无机物,一般不能用作复合材料;由阴、阳离子形成的离子液体,应该具有导热性,不能用作绝热材料。
5.(1)在下列物质中, (填序号,下同)是晶体, 是非晶体。
①塑料 ②明矾 ③松香 ④玻璃 ⑤CuSO4·5H2O ⑥冰糖 ⑦石蜡 ⑧单晶硅 ⑨铝块 ⑩橡胶
(2)晶体和非晶体在外形上有差别,晶体一般都具有 ,而非晶体 ;另外非晶体具有物理性质 的特点,而晶体具有物理性质 的特点。
(3)判断物质是晶体还是非晶体,比较正确的方法是 (填序号)。
①从外形上来判断
②从各向异性或各向同性上来判断
③从导电性能来判断
④从有无固定熔点来判断
答案(1)②⑤⑥⑧⑨ ①③④⑦⑩
(2)规则的几何外形 没有规则的几何外形 各向同性 各向异性
(3)②④
解析明矾是KAl(SO4)2·12H2O,它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体;塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是某些物理性质具有各向异性和有较固定的熔点等。(共46张PPT)
第1课时
物质的聚集状态 晶体与非晶体
目 标 素 养
1.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与非晶体。形成宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
2.知道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。形成科学探究与创新意识的化学学科核心素养。
3.能运用晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现象,形成分析晶胞结构的思维模型(均摊法),能根据晶胞的结构确定粒子个数及化学式。形成证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
知 识 概 览
一、物质的聚集状态
1.物质三态之间的相互转化。
2.物质的特殊聚集状态。
(1)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态物质。
(2)离子液体:熔点不高的仅由 离子 组成的液体物质。
(3)晶态、非晶态以及介乎两者之间的塑晶态、液晶态等。
微思考1(1)等离子体就是液态电解质吗
提示:不是。等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成,而液态电解质由阴离子和阳离子或分子组成。
(2)实用液晶在折射率、磁化率、电导率等宏观性质方面表现各向异性,其原因是什么
提示:实用液晶内部分子的排列沿分子长轴方向取向一致。
二、晶体与非晶体
1.晶体与非晶体的本质差异。
2.晶体的特点。
(1)自范性:
①定义:晶体能 自发 地呈现 多面体 外形的性质。
②呈现条件之一:晶体 生长的速率 适当。
③本质原因:晶体中粒子在 微观空间 里呈现 周期性 的 有序 排列。
(2)各向异性:许多物理性质常常会表现出各向异性。
(3)晶体有较固定的 熔点 。
(4)外形和内部质点排列的高度 有序 。
3.获得晶体的途径。
(1) 熔融态 物质凝固。
(2) 气态 物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3) 溶质 从溶液中析出。
4.区分晶体和非晶体的方法。
微思考2下图是几种常见晶体的图片,请思考有规则的几何外形的固体一定是晶体吗
提示:有规则几何外形或美观、对称外形的固体不一定是晶体。例如,玻璃制品可以塑造出规则的几何外形,也可以具有美观对称的外观,但玻璃属于非晶体。
微判断
(1)物质的存在状态只有气态、液态和固态三种。( )
(2)同一物质不论是处于晶态还是非晶态,性质相同。( )
×
×
微训练下列关于晶体与非晶体的说法正确的是( )。
A.晶体的熔化温度一定比非晶体高
B.晶体有自范性但晶体中粒子的排列无序
C.非晶体无自范性而且非晶体中粒子的排列无序
D.晶体和非晶体都有各向异性
答案:C
问题探究
等离子体是宇宙中一种常见的物质聚集体,在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体。等离子体是电离了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括阳离子、电子、原子和分子。
举例说明日常生活中哪些场景中存在等离子体。
提示:蜡烛燃烧的火焰里、霓虹灯和日光灯的灯管里、雷电和极光里等。
归纳总结
等离子体和液晶的比较。
【例1】 科学研究表明,物质有多种聚集状态,下列有关描述错误的是( )。
A.等离子体的外观为气态
B.等离子体的构成粒子仅有电子、阳离子
C.液晶和液态是物质的两种聚集状态
D.离子液体是熔点低于或稍高于室温的离子化合物
答案:B
解析: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,故A项正确,B项错误;液晶是介于液态和晶态之间的物质状态,所以液晶和液态是不同的聚集状态,故C项正确;离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质,故D项正确。
学以致用
1.下列关于液晶的说法中正确的是( )。
A.液晶是一种晶体
B.液晶分子的空间排列是稳定的,具有各向异性
C.液晶的光学性质与温度变化无关
D.液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
答案:D
解析:液晶的微观结构介于晶态和液态之间,比如已实际应用的热致液晶分子在特定方向的排列比较整齐,且在某些物理性质方面具有各向异性,但分子的排列是不稳定的,无位置序,分子可滑动,A、B项错误。外界条件的微小变化会引起液晶分子排列的变化,从而改变液晶的光学性质,C项错误。温度、压力、外加电压等因素变化时,会改变液晶的光学性质,D项正确。
2.下列关于等离子体的叙述中,错误的是( )。
A.是物质的一种聚集状态
B.具有良好的流动性
C.具有导电性
D.基本构成粒子只有阴、阳离子
答案:D
解析:等离子体的基本构成粒子既有带电的电子和阳离子,也有中性的分子或原子,D项错误。
问题探究
科学探究表明地球上水的状态除了气态、液态和固态外,还有玻璃态。它是由气态水急速冷却到165 K时形成的,玻璃态水无固定形态,不存在晶体结构,且密度与普通液态水的密度相同。
(1)玻璃态水属于晶体吗
提示:不属于晶体。
(2)水由液态变为玻璃态,体积是否发生变化
提示:体积不变。
(3)玻璃态水内部的粒子是按一定规律呈周期性排列吗
提示:不是。晶体内部的粒子一定按一定规律呈周期性排列,而玻
归纳总结
1.晶体与非晶体的比较。
2.晶体呈现自范性的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固,有时得到晶体,但凝固速率过快时,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,甚至形成的只是非晶态(玻璃态)。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的,而水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。
典例剖析
【例2】 如图是某固体的微观结构示意图,请认真观察两图,判断下列说法正确的是( )。
A.两种物质在一定条件下都会自动形成有规则几何外形的晶体
B.Ⅰ形成的固体某些物理性质有各向异性
C.Ⅱ形成的固体一定有固定的熔、沸点
D.两者的X射线图谱是相同的
答案:B
解析:观察结构图知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,Ⅱ中粒子排布相对无序,故Ⅰ具有各向异性,具有较固定熔点,Ⅱ没有固定熔点,用X射线衍射实验检验两者,图谱明显不同。
易错警示 关于晶体与非晶体的认识误区。 (1)同一物质的固体可以是晶体,也可以是非晶体,如晶体SiO2和非晶体SiO2。 (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,如天然的水晶球。
学以致用
3.下列有关晶体的结构和性质描述不正确的是( )。
A.晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当
B.同种物质可以形成不同结构,可以是晶体也可以是非晶体
C.晶体在不同方向上的硬度、导热性、导电性相同
D.气态物质冷却不经液态直接凝固是获得晶体的一种方法
答案:C
解析:若物质的冷凝速率过快,可能得到非晶体(玻璃态),故形成晶体必须生长速率适当,才有自范性,故A项正确;物质在不同条件下可形成晶体也可形成非晶体,如天然石英是晶体,熔化后再冷却得到的石英为非晶体,故B项正确;晶体具有各向异性,晶体在不同方向上的硬度、导热性、导电性不同,故C项错误;获得晶体的方法有降温结晶、凝华、蒸发结晶等,气态物质冷却不经液态直接凝固是获得晶体的一种方法,故D项正确。
4.晶体具有各向异性,如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同;又如石墨在与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的 。晶体的各向异性主要表现在( )。
①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质
A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④
答案:D
解析:晶体的各向异性主要表现在许多物理性质方面,如硬度、导热性、导电性、光学性质等。
5.如图为某物质发生凝固过程的图像。下列说法中正确的是( )。
A.该物质属于非晶体
B.该物质的熔点为80 ℃
C.该物质的凝固过程用时18 min
D.该物质的凝固过程需要吸热
答案:B
解析:由图像可知,该物质在凝固过程中,从8 min到18 min时,共用时10 min,温度没有变化,说明处于固液共存态,由此判断该物质属于晶体,故A、C两项错误;处于固液共存态时温度是80 ℃,即该物质的熔点为80 ℃,故B项正确;物质由液态变为固态叫凝固,凝固放热,故D项错误。
1.下列有关液晶的叙述中不正确的是( )。
A.具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性
B.可制造液晶显示器
C.不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,施加电场会对其分子间的相互作用产生影响
答案:C
解析:液晶是物质的一种聚集状态。
2.下列关于晶体和非晶体的说法中,正确的是( )。
A.晶体常温下呈固态,非晶体常温下均为液态
B.晶体硬度大,非晶体都很柔软
C.晶体和非晶体均有固定的熔点
D.构成晶体的粒子在空间呈有规则的重复排列
答案:D
解析:晶体在常温下不一定呈固态,如Hg,非晶体在常温下不一定呈液态,如玻璃,故A项错误;晶体不一定硬度大,如晶体Na,非晶体不一定都很柔软,如玻璃,故B项错误;晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,故C项错误;构成晶体的粒子在空间呈有规则的重复排列,故D项正确。
3.下列物质中,均属于非晶体的一组是( )。
A.塑料、沥青 B.冰、玻璃
C.蜂蜡、铁 D.水晶、黄金
答案:A
解析:塑料、沥青是非晶体,故A项正确。冰是晶体,故B项错误。铁是晶体,故C项错误。水晶、黄金都是晶体,故D项错误。
4.下列途径不能得到晶体的是( )。
A.熔融态SiO2快速冷却
B.熔融态SiO2缓慢冷却
C.FeCl3蒸气冷凝
D.CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却
答案:A
解析:晶体呈现自范性是需要一定条件的,即晶体生长的速率要适当。熔融态物质快速冷却时不能得到晶体,如熔融态SiO2快速冷却得到看不到晶体外形的玛瑙,缓慢冷却则形成水晶。FeCl3、AlCl3等固体均易升华,其蒸气凝华则得到晶体。CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却能析出胆矾晶体(CuSO4·5H2O)。
5.下图为一块密度、厚度均匀的矩形样品,长为宽的两倍,若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R,则这块样品一定是( )。
A.金属 B.半导体 C.非晶体 D.晶体
答案:D
解析:由于AB段的长度是CD段长度的2倍,而AB、CD间的电阻却相等,说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同,具有各向异性,而晶体的特征之一是某些物理性质各向异性,故该样品为晶体。
6.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加热,观察实验现象。
(1)在表面皿上加少量冷水的作用是 。
(2)观察到的实验现象是 。
(3)在表面皿上是碘的 (填“晶体”或“非晶体”)。
(4)这种获得晶体的方法是 ,制取晶体的方法还有
、 。
答案:(1)冷却碘蒸气
(2)烧杯中充满紫色的蒸气,在表面皿上有紫黑色的晶体
(3)晶体
(4)凝华 熔融态物质凝固 溶质从溶液中结晶
7.非晶硅光电薄膜太阳能电池在转换效率上,已逐渐接近于多晶硅太阳能电池,发电成本仅为后者的三分之一。预计非晶硅光电薄膜太阳能电池产业的增长速率,将比多晶硅太阳能产业更为快速,非晶硅薄膜技术将成为今后太阳能电池的市场主流。
(1)下图中a、b是两种硅的部分结构,请指出哪种是晶体硅,哪种是非晶硅
a
b
a: ;b: 。
(2)下列有关晶体常识的相关说法中正确的是 。
A.玻璃是非晶体
B.固体粉末都是非晶体
C.晶体内部质点具有有序性,有固定的熔、沸点和各向异性
答案:(1)非晶硅 晶体硅
(2)AC
解析:(1)从粒子在微观空间里是否有有序性和自范性角度观察。(2)A项,玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体;B项,许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形,但可通过光学显微镜或电子显微镜看到规则的几何外形,所以固体粉末也可能是晶体;C项,晶体内部质点具有有序性,有固定的熔、沸点和各向异性。
