高中化学人教版（2019）选择性必修二第三章第一节物质的聚集状态和晶体的常识 课件（共63张ppt）

选择性必修 2 物质结构与性质 第三章 晶体结构与性质
物质的聚集状态与晶体的常识
高二年级 化学
学习目标
1. 能说出物质常见的聚集状态。
2. 能说出晶体与非晶体的区别。
3. 能结合实例描述晶体中微粒排布的周期性规律。
4. 能说明 X 射线衍射在物质结构研究中的作用。
一、物质的聚集状态
气态、液态、固态三种聚集状态的对比
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
微粒间距离
微粒间作用力
是否有
固定形状
流动性
固体
小
大
一般有
无
液体
中
中
无
有
气体
大
小
无
有
固态
液态
气态
融化（吸热）
升华
（吸热）
气化（吸热）
凝固
（放热）
凝华
（放热）
液化（放热）
物质三态间的相互转化
物质发生三态变化的原因是什么？
物质均由分子组成，三态变化是由于分子间的距离发生改变。
20 世纪前
这种认识全面吗？
阴阳离子
原子
氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石
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。
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（原子或分子）
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

不一定
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
等离子体存在于我们周围
日光灯和霓虹灯的灯管里
蜡烛的火焰中
极光和雷电里
等离子体显示器 化学合成 核聚变
等离子体的特性与用途
含有带电粒子且能自由运动，具有良好的导电性和流动性
2. 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，如导热性等，表现出类似晶体的各向异性。
液晶类别
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（或易与极化的）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
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。
液晶的用途
物质的
聚集状态
物质的性质与用途
分子、原子
离子、电子
晶 体
液 晶
......
二、晶体与非晶体
氯化钠
金刚石
石英
炭黑
玻璃
雪花
固体
晶体 具有规则外形，熔点较固定
如冰、金刚石、石英、氯化钠
非晶体 无规则外形，熔化过程温度会发生变化
如玻璃、炭黑
1.晶体与非晶体本质差异
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}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
晶体自范性的本质是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。
晶体 SiO2 的投影示意图
非晶体 SiO2 的投影示意图
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
外层快速固化--非晶体
玛瑙
水晶
内部缓慢形成--晶体
2. 晶体与非晶体物理性质差异
分别用红热的针接触蜡面中央
表面涂蜡的玻璃
柱面涂蜡的水晶
各方向不均匀导热
各方向均匀导热
结构
性质
性质
结构
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}固体
各向异性
熔点
晶体
有，表现在强度、导热性、光学性质等方面
有固定熔点
非晶体
无
没有固定熔点
2. 晶体与非晶体物理性质差异
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 P 72
（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。
思考 P 72
图 3-7
玻璃的结构示意图
3. 晶体制备
思考：
同学们，回顾物质三态之间的相互转化，以及溶液的有关知识，你能想出几种制备晶体的方法吗？
让我们通过几个实验，来验证一下你的答案吧！
（1）用研钵将硫黄粉末研细，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。
[实验 3-1] P 71
硫晶体
S(l) S(s)
凝固
（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。
分离碘的方法之一
I2(g) I2(s)
凝华
碘晶体
[实验 3-1] P 71
（3）在 250 mL烧杯中（改用试管）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 3-1] P 71
滴加浓盐酸
NaCl(s) Na+ (aq)+Cl－(aq) c(Cl－)增大，平衡逆移
[实验 3-1] P 71
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
得到晶体的途径
三、晶胞
铜晶体
铜晶胞
定义：描述晶体结构的基本单元。
常规的晶胞都是平行六面体
八个顶角相同
三套各四根平行棱分别相同
三套各两个平行面分别相同
1. 晶胞的定义及形状
形状：
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、共棱边、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
2. 晶胞的排列
平行六面体
3. 几种常见的晶胞结构
思考：一个铜晶胞中的铜原子数是多少？
14 ？
4 ？
4. 晶胞中粒子数目的计算
顶角
5
6
4
18
?
7
8
3
2
1
2
1
棱
3
4
14
?
面上
12
?
1
2
体内
1
1
原则：如某个粒子为 x 个晶胞所共有，则该粒子
有 属于一个晶胞。
晶胞
顶角
棱上
面上
体内
平行六面体



1
18
?
12
?
14
?
1
x
思考：一个铜晶胞中的铜原子数是多少？
8× + 6× = 4
18
?
12
?
思考：下图中的 NaCl 晶胞中，含有几个钠原子和氯原子？
8× + 6× = 4
18
?
12
?
氯原子数 =
12× + 1= 4
14
?
钠原子数 =
Cl－
Na+
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?
图 3-11 钠、锌、碘、金刚石晶胞图
思考 P 74
18
?
8× +1 = 2
钠原子数 =
18
?
8× +1 = 2
锌原子数 =
18
?
12
?
(8× +6× )×2 = 8
碳原子数 =
8× + 6× + 4 = 8
18
?
12
?
碘原子数 =
18
?
12
?
(8× +6× )×2 = 8
碳原子数 =
8× + 6× + 4 = 8
18
?
12
?
碘原子数 =
18
?
12
?
(8× +6× )×2 = 8
碳原子数 =
8× + 6× + 4 = 8
18
?
12
?
碘原子数 =
四、晶体结构的测定
图 3-12
X 射线衍射仪
四、晶体结构的测定
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。
图 3-13
单晶衍射图
图 3-14
非晶态和晶态SiO2 粉末衍射图谱的对比
非晶态SiO2
晶态SiO2
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}固体
区分方法
晶体
强度、导热性、光学性质等
方面表现各向异性
有固定熔点
非晶体
无各向异性
没有固定熔点
晶体与非晶体区分方法
间接地确定某一固体是否是晶体
最可靠的区分方法：
X射线衍射实验
四、晶体结构的测定
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
四、晶体结构的测定
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
乙酸晶体
乙酸晶胞
乙酸分子的空间结构
物质的聚集状态
物质的性质与用途
课堂小结
晶 体
液 晶
......
分子
原子
离子
电子
离子
自范性
各向异性
晶体制备
晶胞
结构测定
晶体与
非晶体
的区别
X 射线
衍射
实验
区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是（ ）
A. 测定熔沸点
B. 观察外形
C. 对固体进行X-射线衍射测定
D. 通过比较硬度确定
课堂反馈
C
P 76-1
课堂反馈
B
晶体的自范性：
指的是在结晶过程中自发地呈现规则的多面体外形
P 76-2
关于晶体的自范性，下列叙述中，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. 缺角的氯化钠晶体在饱和溶液中慢慢变为完美的立方体块
C. 圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自发性
D. 由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性
课堂反馈
A
P 76-4
共用
常规
一般不同
下列有关晶胞的叙述中，正确的是 （ ）
A. 晶胞是晶体结构中最小的重复单元
B. 晶胞中的任何一个粒子都属于这个晶胞
C. 所有晶体都是由平行六面体无隙组合而成
D. 不同晶体中的晶胞的大小和形状均相同
1. 整理笔记，梳理知识。
2. 完成教材 P 76~P 77 本节“练习与应用”第 6、7、9 题。
3. 阅读教材 P 74“探究”栏目，查阅资料，自拟题目写
一篇有关“准晶”的小论文。
课后作业
梦想很轻，却因此拥有飞向蓝天的力量。
——屠呦呦
同 学 们 再 见 ！