2025春高二化學(xué)選擇性必修2 （配人教版）第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 第一節(jié) 物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)科核心素養(yǎng)1.能說出粒子間作用(離子鍵、共價鍵、配位鍵和分子間作用力等)的主要類型、特征和實質(zhì);能比較不同類型的粒子間作用的聯(lián)系與區(qū)別。2.能運用離子鍵、配位鍵、金屬鍵等模型,解釋離子化合物、配合物、金屬等物質(zhì)的某些典型性質(zhì)。1.宏觀辨識與微觀探析:能從原子、分子、超分子、聚集狀態(tài)等不同尺度認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點及其與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系;能從構(gòu)成粒子、粒子間相互作用、粒子的空間排布規(guī)律等角度分析不同類型晶體結(jié)構(gòu)的特點、相似性與差異性。3.能說出晶體與非晶體的區(qū)別;能結(jié)合實例描述晶體中粒子排列的周期性規(guī)律;能借助分子晶體、共價晶體、離子晶體、金屬晶體等模型說明晶體中的粒子及粒子間的相互作用。4.能從粒子的空間排布及其相互作用的角度對生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究中的簡單案例進行分析,舉例說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的應(yīng)用價值,如配合物在生物、化學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知:能說出科學(xué)家認(rèn)識物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本思路和主要實驗手段及不同實驗手段為建立模型所提供的證據(jù);能描述晶體結(jié)構(gòu)的典型模型,說明模型表示的具體含義,并能認(rèn)識到模型的典型性與真實物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。3.科學(xué)探究與創(chuàng)新意識:體會現(xiàn)代實驗手段在化學(xué)研究中的應(yīng)用,認(rèn)識借助實驗獲得證據(jù)進而建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的過程,感受化學(xué)研究創(chuàng)新發(fā)展的前沿與方向。5.能舉例說明物質(zhì)在原子、分子、超分子、聚集狀態(tài)等不同尺度上的結(jié)構(gòu)特點對物質(zhì)性質(zhì)的影響,能舉例說明結(jié)構(gòu)研究對于發(fā)現(xiàn)、制備新物質(zhì)的作用。4.科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任:體會科學(xué)家探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)并建構(gòu)相關(guān)理論過程的艱辛,認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究對材料科學(xué)、生命科學(xué)等許多學(xué)科領(lǐng)域的重大問題解決的支持作用,形成通過科學(xué)研究促進社會發(fā)展、推動構(gòu)建人類命運共同體的意識。物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識第一節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過認(rèn)識物質(zhì)的聚集狀態(tài),能舉例說明人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識在不斷發(fā)展,能說明物質(zhì)的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的粒子種類、粒子間相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。2.通過認(rèn)識與探究晶體與非晶體,能從微觀角度理解晶體的結(jié)構(gòu)特征,并能結(jié)合晶體的特點判斷晶體和非晶體,能說明X射線衍射等實驗手段在物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究中的作用。3.通過晶體制備的實驗探究,能依據(jù)探究目的設(shè)計探究方案,運用化學(xué)實驗等方法進行實驗探究并對相關(guān)現(xiàn)象進行解釋。4.通過運用多種晶體模型來描述和解釋晶胞及有關(guān)晶體性質(zhì)的現(xiàn)象,能根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)確定粒子個數(shù)和化學(xué)式。任務(wù)分項突破『自主梳理』1.構(gòu)成物質(zhì)的粒子(1)20世紀(jì)前,人們以為

是所有化學(xué)物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子。(2)20世紀(jì)初,通過

等實驗手段,發(fā)現(xiàn)許多常見的晶體中并無分子,如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等。學(xué)習(xí)任務(wù)1認(rèn)識物質(zhì)的聚集狀態(tài)分子X射線衍射(3)氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都由分子構(gòu)成。如

是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì);

是熔點不高的僅由離子組成的液體物質(zhì)。等離子體離子液體2.物質(zhì)的聚集狀態(tài)(1)物質(zhì)三態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化。(2)還有更多的物質(zhì)聚集狀態(tài),如

、

,以及介乎兩者之間的塑晶態(tài)、

等。晶態(tài)非晶態(tài)液晶態(tài)歸納拓展液晶、等離子體與離子液體的特征與應(yīng)用聚集狀態(tài)液晶等離子體離子液體定義在一定溫度范圍內(nèi)既具有液體的流動性,又具有晶體各向異性的聚集狀態(tài)由大量帶電粒子和中性粒子所組成的呈電中性的物質(zhì)聚集體在室溫或稍高于室溫時呈液態(tài)的離子化合物特征表現(xiàn)出各向異性,液晶顯示的驅(qū)動電壓低、功率小良好的導(dǎo)電性和流動性難揮發(fā)重要應(yīng)用液晶顯示器、高強度液晶纖維切割金屬、代替手術(shù)刀進行外科手術(shù)、進行化學(xué)合成、制造等離子顯示器、核聚變的發(fā)生用作有機合成的溶劑和催化劑;在生物化學(xué)等科研領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用『題組例練』1.下列關(guān)于物質(zhì)聚集狀態(tài)的敘述錯誤的是(

)A.物質(zhì)只有氣、液、固三種聚集狀態(tài)B.氣態(tài)是高度無序的存在狀態(tài)C.固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合得較緊湊,相對運動較弱D.液態(tài)物質(zhì)的粒子間距離和作用力的強弱介于固、氣兩態(tài)之間,表現(xiàn)出明顯的流動性√解析:物質(zhì)的聚集狀態(tài),除了氣、液、固三態(tài)外,還有塑晶態(tài)、液晶態(tài)和等離子體等,A錯誤;物質(zhì)處于氣態(tài)時,分子間距離大,分子運動速度快,體系處于高度無序狀態(tài),B正確;由物質(zhì)固態(tài)時粒子間距離較小可判斷,固態(tài)中的原子或者分子結(jié)合得較緊湊,相對運動較弱,C正確;對液態(tài)物質(zhì)而言,粒子相距比較近,分子間作用力也較強,表現(xiàn)出明顯的流動性,D正確。2.1925年貝爾德在英國首次成功裝配出世界第一臺電視機,短短幾十年時間,電視機經(jīng)歷了從黑白到彩色,從手動到遙控,從平板電視機到液晶電視機的發(fā)展歷程。下列關(guān)于液晶的敘述錯誤的是(

)A.液晶是物質(zhì)的一種聚集狀態(tài)B.液晶具有流動性C.液晶和液態(tài)是物質(zhì)的同一種聚集狀態(tài)D.液晶具有各向異性√解析:液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的一種特殊的聚集狀態(tài),A正確、C錯誤;液晶既具有液體的流動性,又具有晶體的各向異性,B、D正確。3.下列敘述正確的是(

)A.所有金屬在常溫下都是固體B.液體與晶體的混合物叫液晶C.等離子體內(nèi)全部是帶正電荷的粒子D.等離子體外觀為氣態(tài)√解析:常溫下Hg是液態(tài),A項錯誤;液晶是介于液態(tài)和晶態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài),B項錯誤;等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的氣態(tài)物質(zhì),其中電子帶負(fù)電荷,C項錯誤,D項正確。學(xué)習(xí)任務(wù)2辨析晶體與非晶體『自主梳理』1.晶體與非晶體的本質(zhì)差異固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體

(能自發(fā)呈現(xiàn)

外形)粒子在三維空間里呈

排列非晶體

(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)粒子排列相對

多面體周期性有序無有無序(1)自范性。①定義:晶體能

呈現(xiàn)

外形的性質(zhì)。②形成條件:晶體

適當(dāng)。③本質(zhì)原因:晶體中粒子在

里呈現(xiàn)

的宏觀表象。(2)各向異性:晶體在不同方向上表現(xiàn)許多

性質(zhì)(如

、

、

等)的差異。(3)固定的

。2.晶體的特性自發(fā)地多面體生長的速率微觀空間周期性的有序排列物理強度導(dǎo)熱性光學(xué)性質(zhì)熔點3.獲得晶體的途徑熔融態(tài)氣態(tài)溶質(zhì)紫色紫色氣體逐漸消退黑色無色[示例]在一定溫度下,將不規(guī)則的NaCl固體放入飽和NaCl溶液中,經(jīng)過一段時間,NaCl固體會變?yōu)橐?guī)則的立方體。因為溶解和結(jié)晶是可逆過程,根據(jù)晶體的

可知,在溶解和結(jié)晶的過程中,離子會

,形成規(guī)則的立方體。自范性自發(fā)地規(guī)則排列4.晶體與非晶體的測定方法測定方法測熔點晶體有固定的熔點,非晶體沒有固定的熔點可靠方法對固體進行

實驗X射線衍射『互動探究』探究晶體與非晶體的區(qū)別問題1:根據(jù)固體的微觀結(jié)構(gòu)示意圖(圖Ⅰ、Ⅱ)判斷固體Ⅰ、Ⅱ的類型。提示:根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知,Ⅰ中粒子呈周期性有序排列,為晶體;Ⅱ中粒子排列不規(guī)則,為非晶體。問題2:圖Ⅲ、Ⅳ是將固體加熱至熔化的T-t圖像,找出Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅳ的對應(yīng)關(guān)系并說明原因。提示:圖Ⅲ為固體Ⅱ加熱的圖像,圖Ⅳ為固體Ⅰ加熱的圖像。加熱晶體Ⅰ,溫度達(dá)到熔點時晶體Ⅰ開始熔化,在全部熔化以前,繼續(xù)加熱,溫度基本保持不變,完全熔化后,溫度才開始升高,所以晶體有固定的熔點,為圖Ⅳ。加熱非晶體Ⅱ時,溫度升高到某一程度后非晶體Ⅱ開始軟化,流動性增強,最后變?yōu)橐后w,從軟化到完全熔化,中間經(jīng)過較大的溫度范圍,所以非晶體無固定的熔點,為圖Ⅲ。問題3:食鹽和小蘇打都是粉末狀,它們是否為晶體?能否通過對小蘇打加熱的方式加以驗證?提示:不能僅僅通過外觀判斷晶體和非晶體,非晶體經(jīng)過加工也能具有規(guī)則的幾何外形。小蘇打加熱會分解,不能通過加熱的方式驗證。問題4:玻璃晶瑩剔透,某同學(xué)在網(wǎng)站上找到一張玻璃的結(jié)構(gòu)示意圖,據(jù)圖判斷玻璃是否為晶體。提示:題給結(jié)構(gòu)示意圖顯示粒子排布不規(guī)則,沒有晶體的自范性,所以玻璃為非晶體。問題5:如何鑒別用玻璃仿造的假寶石?提示:寶石為晶體,玻璃為非晶體,可以根據(jù)其不同的特性進行鑒別,如利用X射線衍射實驗鑒別;利用寶石的折光率鑒別;測試硬度,玻璃上可刻畫出痕跡。歸納拓展晶體與非晶體的比較項目晶體非晶體微觀結(jié)構(gòu)特征粒子周期性有序排列粒子排列相對無序性質(zhì)特征自范性有沒有熔點固定不固定各向異性有沒有鑒別方法間接方法看是否具有固定的熔點或根據(jù)某些物理性質(zhì)的各向異性科學(xué)方法對固體進行X射線衍射實驗舉例NaCl、I2、SiO2、Na晶體等玻璃、橡膠等『題組例練』1.下列關(guān)于晶體和非晶體的鑒別錯誤的是(

)A.晶體具有自范性B.晶體具有各向異性C.只要有規(guī)則的幾何外形就是晶體D.可以通過X射線衍射實驗來鑒別√解析:晶體具有自范性,非晶體不具有此性質(zhì),故A正確;晶體具有各向異性,非晶體不具有此性質(zhì),故B正確;非晶體可以通過機械加工成規(guī)則的幾何外形,所以有規(guī)則的幾何外形不一定是晶體,故C錯誤;X射線衍射實驗?zāi)軌驕y出物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),區(qū)分出晶體與非晶體,故D正確。2.下列有關(guān)晶體常識的敘述錯誤的是(

)A.水晶屬于晶體,有固定的熔點,而玻璃無固定的熔點,屬于非晶體B.當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時可以看到明顯的分立的斑點或者明銳的衍射峰C.晶體都具有自范性,自范性是晶體的本質(zhì)屬性D.晶體都具有規(guī)則的幾何外形,而非晶體都不具有規(guī)則的幾何外形√解析:水晶的化學(xué)成分是二氧化硅,屬于晶體,而玻璃是混合物,屬于非晶體,A正確;當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時,可發(fā)生衍射,可以看到明顯的分立的斑點或者明銳的衍射峰,B正確;在適宜條件下,晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì),即晶體的自范性,C正確;晶體具有規(guī)則的幾何外形,但非晶體也可能具有規(guī)則的幾何外形,如鉆石形狀的玻璃制品,D錯誤。3.下列關(guān)于晶體性質(zhì)的敘述不正確的是(

)A.晶體的自范性指的是在適宜條件下,晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)B.晶體的各向異性和對稱性是矛盾的C.晶體的對稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果D.晶體的各向異性取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性√解析:晶體的各向異性取決于微觀粒子的排列具有特定的方向性,而對稱性是微觀粒子按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列的必然結(jié)果。題后反思關(guān)于晶體與非晶體的認(rèn)識誤區(qū)(1)同一物質(zhì)可以是晶體,也可以是非晶體,如水晶和石英玻璃。(2)有著規(guī)則幾何外形或者美觀、對稱外形的固體,不一定是晶體。例如,玻璃制品(非晶體)可以塑造出規(guī)則的幾何外形,也可以具有美觀、對稱的外觀。(3)具有固定組成的物質(zhì)也不一定是晶體,如某些無定形體也有固定的組成。(4)晶體不一定都有規(guī)則的幾何外形?！鹤灾魇崂怼?.晶胞描述晶體結(jié)構(gòu)的

。2.晶胞與晶體的關(guān)系常規(guī)的晶胞都是

體,整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。學(xué)習(xí)任務(wù)3認(rèn)識晶胞及晶體結(jié)構(gòu)的測定基本單元平行六面(1)“無隙”是指相鄰晶胞之間

。(2)“并置”是指所有晶胞都是

排列的,取向

。(3)所有晶胞的

及其內(nèi)部的原子

及幾何排列是完全相同的。沒有任何間隙平行相同形狀種類、個數(shù)3.長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算[示例]NaCl晶胞①Cl-位于

和

,共有

個。②Na+位于

和

,共有

個。頂角面心4棱上體心44.晶體結(jié)構(gòu)的測定(1)儀器:測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是

。(2)原理:當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時,X射線和晶體中的電子相互作用,會在記錄儀上產(chǎn)生分立的

或者

,而非晶體沒有該現(xiàn)象。(3)應(yīng)用:通過晶體的X射線衍射圖可獲知的信息有

、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等。X射線衍射儀斑點明銳的衍射峰晶胞形狀和大小『互動探究』以下是三種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖:探究用均攤法計算晶胞中含有的粒子數(shù)目問題1:依據(jù)圖Ⅰ分析,CO2分別位于晶胞的何種位置?干冰晶胞中平均含有CO2的分子數(shù)是多少?問題2:依據(jù)圖Ⅱ分析,鈦酸鈣的化學(xué)式是什么?問題3:依據(jù)圖Ⅲ分析,金剛石晶胞中平均含有的碳原子數(shù)是多少?問題4:由晶胞構(gòu)成的晶體,其化學(xué)式是否表示構(gòu)成該晶體實際的粒子數(shù)目?提示:否,只表示每個晶胞或晶體中各類粒子的最簡整數(shù)比。歸納拓展(1)晶胞中粒子個數(shù)的計算。關(guān)鍵是正確分析晶胞(或晶體結(jié)構(gòu))中任意位置上的一個粒子被幾個晶胞所共用。不同形狀的晶胞情況不同。如非長方體晶胞中的粒子均攤情況舉例如下。(2)確定晶體化學(xué)式的方法。觀察粒子種類→確定粒子在晶胞中的位置→用均攤法求各粒子的數(shù)目→求各粒子的最簡個數(shù)比→確定化學(xué)式?！侯}組例練』題點一晶胞的理解辨析1.下列有關(guān)晶胞的敘述錯誤的是(

)A.晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元B.不同晶體中晶胞的大小和形狀不一定相同C.晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞D.已知晶胞的結(jié)構(gòu)可推知晶體的組成√2.整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。對這句話的理解錯誤的是(

)A.相鄰晶胞之間沒有任何間隙B.晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成的C.晶胞排列時,取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的√解析:晶體并不是晶胞簡單、隨意堆積而成的,而是晶胞平行排列而成的,取向相同,且相鄰晶胞之間沒有任何間隙。題點二晶體化學(xué)式的確定A.XYB.XY2C.XY3D.X2Y√4.回答下列問題。(1)元素銅的一種氯化物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,該氯化物的化學(xué)式是

。CuCl(2)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷,如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,該功能陶瓷的化學(xué)式為

。BN(3)某晶體結(jié)構(gòu)模型如圖所示。該晶體的化學(xué)式是

。

CoTiO3(4)有一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子,如圖所示,頂角和面心的原子是鈦原子,棱的中心和體心的原子是碳原子,它的化學(xué)式為

(填字母)。

AA.Ti14C13 B.TiC C.Ti14C4 D.Ti4C3解析:(4)由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團簇分子,故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個完整的分子,由14個鈦原子和13個碳原子構(gòu)成,A正確。題點三晶胞的相關(guān)計算5.如圖是CsCl