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[明確學習目標]1．知道在一定條件下，物質(zhì)的的聚集狀態(tài)隨構(gòu)成物質(zhì)的微粒種類、微粒間相互作用、微粒聚集程度不同而有所不同。2．知道物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì)，通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料。3．了解晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別及性質(zhì)差異。4．了解晶胞的概念。[核心素養(yǎng)對接]1．宏觀辨識與微觀探析：能根據(jù)晶體與非晶體的宏觀層面上的差別，從微觀結(jié)構(gòu)進行探究，知道晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別在于其微觀結(jié)構(gòu)不同。2．科學探究與創(chuàng)新意識：能從晶體制備的實驗出發(fā)，依據(jù)探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調(diào)查等方法進行實驗探究。3．科學態(tài)度與社會責任：知道不同聚集狀態(tài)的物質(zhì)在生產(chǎn)、生活和科學研究中的應用，深刻認識化學在社會發(fā)展中的作用和貢獻。課前篇

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自主學習固基礎一、物質(zhì)的聚集狀態(tài)

[知識梳理]1．物質(zhì)的三態(tài)變化分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)的______粒子。物質(zhì)三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是________________發(fā)生了變化。最小分子間距離2．不含分子的物質(zhì)(1)常見晶體：例如氯化鈉、石墨、二氧化硅、金剛石以及各種金屬等不含分子。(2)等離子體是由______、________和____________組成的整體上呈______性的氣態(tài)物質(zhì)。3．物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)除了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，還有______、________以及介于_____和_______之間的______、______等。電子陽離子電中性粒子電中晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)塑晶態(tài)液晶態(tài)二、晶體與非晶體1．晶體與非晶體的區(qū)別固體自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體____(能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子在三維空間里呈周期性________非晶體______(不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形)原子排列________有有序排列沒有相對無序2.獲得晶體的途徑(1)_________物質(zhì)凝固。(2)_________物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。(3)_________從溶液中析出。熔融態(tài)氣態(tài)溶質(zhì)3．晶體的特點(1)自范性①定義：晶體能________呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。②形成條件：晶體生長的______適當。③本質(zhì)原因：晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)________的有序排列。(2)各向異性：許多物理性質(zhì)(如______、________、___________等)常常會表現(xiàn)出各向異性。(3)熔點：____(填“有”或“沒有”)固定的熔點。自發(fā)地速率周期性強度導熱性光學性質(zhì)有4．晶胞描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做________。5．晶體結(jié)構(gòu)的測定測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是_______________。晶胞X射線衍射儀

[自我排查]一、微判斷(1)晶體有自范性且其微粒排列有序，在化學性質(zhì)上表現(xiàn)各向異性(

)(2)熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻即得到晶體(

)??(3)熔融的硝酸鉀冷卻可得晶體，故液態(tài)玻璃冷卻也能得到晶體(

)(4)粉末狀的固體也有可能是晶體(

)(5)晶體一定比非晶體的熔點高(

)(6)晶胞是晶體的最小的結(jié)構(gòu)重復單元(

)(7)不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同(

)?????(8)晶胞中任何一個粒子都屬于該晶胞(

)(9)一般地，晶體的化學式表示晶體中各類原子或離子的最簡整數(shù)比(

)??二、嘗試解答(1)在室溫下，將一塊不規(guī)則的CuSO4·5H2O固體放入飽和CuSO4溶液中，經(jīng)過一段時間后會發(fā)生什么變化？CuSO4·5H2O固體會變成規(guī)則的立方體。(2)將冰和玻璃加熱各有什么現(xiàn)象？加熱冰時，0℃達到冰的熔點，冰開始熔化，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。加熱玻璃，溫度升高到某一程度后開始變軟，繼續(xù)加熱流動性增強，最后變?yōu)橐后w。玻璃從軟化到完全熔化，中間經(jīng)過較大的溫度范圍。課堂篇

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重點難點要突破研習1物質(zhì)的聚集狀態(tài)

[探究活動]

[問題探討]1．物質(zhì)的三態(tài)轉(zhuǎn)化是物理變化還是化學變化？轉(zhuǎn)化過程中是否存在能量的變化？提示：物質(zhì)的三態(tài)轉(zhuǎn)化是物理變化；物質(zhì)由固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)的過程需要吸收熱量，反之則放出熱量。2．物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否只有固、液、氣三種？氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)是否都是由分子構(gòu)成？提示：物質(zhì)的聚集狀態(tài)除固、液、氣三態(tài)外，還有其他聚集狀態(tài)，如液晶等。氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)不一定都由分子構(gòu)成，如等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的氣態(tài)物質(zhì)。3．等離子體內(nèi)是否全部是帶正電荷的微粒？等離子體能導電嗎？提示：等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子組成的，并不都是帶正電荷的微粒。等離子體中有自由電子，故具有良好的導電性。

[重點講解]物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)是物質(zhì)在一定的溫度和壓強下所處的相對穩(wěn)定的狀態(tài)。20世紀前，人們以為分子是所有化學物質(zhì)能夠保持其性質(zhì)的最小粒子，物質(zhì)固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)的相互轉(zhuǎn)化是因為分子間距離發(fā)生了變化。20世紀初，通過X射線衍射等實驗手段，人們逐漸發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)中并不存在分子，物質(zhì)還可以以等離子體、離子液體、晶態(tài)、非晶態(tài)、塑晶態(tài)、液晶態(tài)等聚集狀態(tài)存在。[典例1]

下列敘述正確的是(

)A．食鹽粉末為非晶體B．液體與晶體的混合物叫液晶C．等離子體內(nèi)全部都是帶正電荷的微粒D．等離子體外觀為氣態(tài)D

解析：食鹽粉末仍由細小的食鹽晶體組成，不是非晶體，A項錯誤；液晶是指外觀為液態(tài)，但仍有晶體特征的物質(zhì)，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呈電中性的氣態(tài)物質(zhì)，其中電子帶負電荷，C項錯誤，D項正確。

[舉一反三]下列特殊聚集狀態(tài)中，一定不具有導電功能的是(

)A．等離子體 B．晶體C．液晶 D．金屬納米顆粒D解析：等離子體中含有帶電粒子且能自由運動，使等離子體具有良好的導電性，A項不選；有些晶體(如金屬晶體)能導電，B項不選；有些液晶(如離子型液晶)能導電，C項不選；金屬能導電，但成為納米顆粒后，納米顆粒之間的接觸面積有限，并且顆粒之間的界面電阻大，故金屬納米顆粒不導電。研習2晶體與非晶體

[探究活動]實驗Ⅰ用研缽把硫黃粉末研細，放入蒸發(fā)皿中，放在三腳架的鐵圈上，用酒精燈加熱至熔融態(tài)，自然冷卻結(jié)晶后，觀察實驗現(xiàn)象。實驗Ⅱ在一個小燒杯里加入少量碘，用一個表面皿蓋在小燒杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小燒杯放在石棉網(wǎng)上小火加熱，觀察實驗現(xiàn)象。實驗Ⅲ在一個小燒杯中配制熱的飽和CuSO4溶液，然后放入冰箱中使其冷卻，取出后，觀察實驗現(xiàn)象。

[問題探討]1．(1)實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中觀察到的實驗現(xiàn)象分別是什么？提示：實驗Ⅰ中得到黃色晶體(單質(zhì)硫)。實驗Ⅱ中固體直接變成紫色蒸氣，遇冷后又重新凝聚成晶體(單質(zhì)碘)。實驗Ⅲ溶液中有大量藍色晶體析出。(2)通過以上實驗，請你總結(jié)獲得晶體的途徑有哪些？提示：獲得晶體的三條途徑是：①熔融態(tài)物質(zhì)凝固。②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)。③溶質(zhì)從溶液中析出。2．判斷固體物質(zhì)是晶體還是非晶體的方法是什么？提示：方法一：測固體的熔點，有固定熔點的是晶體，沒有固定熔點的是非晶體。方法二：對固體進行X射線衍射實驗。

[重點講解]1．晶體和非晶體的概念(1)晶體內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性有序排列而構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體。如食鹽、冰、鐵、銅等。(2)非晶體內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)排列呈相對無序狀態(tài)，不具有規(guī)則幾何外形的固體。如玻璃、炭黑、橡膠等。2．晶體的特性(1)自范性晶體能自發(fā)地呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。本質(zhì)上，晶體的自范性是晶體中粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。相反，非晶體中粒子的排列則相對無序，因而無自范性。

[典例2]

下列關于晶體與非晶體的說法正確的是(

)A．晶體一定比非晶體的熔點高B．晶體有自范性但排列無序C．非晶體無自范性而且排列無序D．固體SiO2一定是晶體C解析：晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，無法比較晶體和非晶體的熔點高低，A錯誤；晶體有自范性，內(nèi)部粒子排列有序，B錯誤；非晶體內(nèi)部粒子排列無序，沒有自范性，C正確；固體SiO2的存在形態(tài)有晶體和無定形兩大類，即固體SiO2也可能為非晶體，D錯誤。1．(雙選)晶體是一類非常重要的材料，在很多領域都有廣泛的應用。我國現(xiàn)已能夠拉制出直徑為300mm、質(zhì)量達81kg的大直徑硅單晶，晶體硅大量用于電子產(chǎn)業(yè)。下列對晶體硅的敘述正確的是(

)A．形成晶體硅的速率越快越好B．晶體硅有固定的熔點C．可用X射線衍射實驗來鑒別晶體硅和玻璃D．晶體的形成與晶體的自范性有關，形成的晶體無各向異性

[舉一反三]BC解析：A項，晶體的形成都有一定的條件，如溫度、壓強、結(jié)晶速率等，但并不是說結(jié)晶速率越快越好，速率太快可能導致得不到晶體，錯誤；B項，晶體有固定的熔點，正確；C項，X射線衍射實驗能夠區(qū)分出晶體與非晶體，正確；D項，晶體的形成與晶體的自范性有關，晶體硅具有各向異性，錯誤。2．晶體與非晶體在微觀結(jié)構(gòu)上存在著本質(zhì)區(qū)別，這就決定了晶體在宏觀上也存在著一些不同于非晶體的獨特性質(zhì)。下列關于晶體性質(zhì)的敘述中，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)規(guī)則的多面體幾何外形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)則做周期性重復排列的必然結(jié)果D．晶體的各向異性直接取決于其微觀粒子的排列具有特定的方向性B解析：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，晶體的宏觀性質(zhì)必定取決于其微觀的結(jié)構(gòu)，正是由于晶體的內(nèi)部微觀粒子按一定的規(guī)律呈周期性重復排列，才出現(xiàn)了晶體的一系列外部特征——自范性、各向異性、對稱性等。晶體的各向異性和對稱性都反映了晶體的構(gòu)成微粒按一定規(guī)律呈周期性重復排列，所以兩者并不矛盾。研習3晶胞

[探究活動]

[問題探討]1．下圖為銅晶體及其一個晶胞：

圖中銅晶胞里有14個銅原子，為什么說銅晶胞里只有4個銅原子？

2．現(xiàn)有甲、乙、丙(如圖所示)三種晶體的晶胞(甲中X處于晶胞的中心，乙中A處于晶胞的中心)。

[重點講解]1．晶胞(1)概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。(2)結(jié)構(gòu)晶胞一般都是平行六面體，晶體是由無數(shù)晶胞“無隙并置”而成。①“無隙”：相鄰晶胞之間無任何間隙。②“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。③所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列(包括取向)是完全相同的。2．晶胞中微粒的計算方法——均攤法均攤是指每個晶胞中平均擁有的微粒數(shù)目。若某個微粒為n個晶胞所共有，則就有個該微粒屬于一個晶胞。(1)立方晶胞中粒子數(shù)的計算方法如下：

(2)非長方體晶胞中粒子視具體情況而定。晶胞類型頂角貢獻棱上貢獻面上貢獻內(nèi)部貢獻正六棱柱底面；側(cè)棱1正三棱柱底面；側(cè)棱1[典例3]

(1)某晶體的其中一個晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，8個頂角被X原子(○)占據(jù)，每個面中心被Y原子(△)占據(jù)，立方體體心被Z原子(*)占據(jù)。則晶體中X、Y、Z原子個數(shù)比為______________。1∶3∶1

(2)如圖所示為甲、乙兩種晶體：試推斷甲晶體的化學式(X為陽離子)為________，乙晶體中每個D周圍結(jié)合E的個數(shù)是________。X2Y8

1．(1)X(Zn)與Y(S)所形成化合物晶體的晶胞如圖(a)所示。①在1個晶胞中，X離子的數(shù)目為________。②該化合物的化學式為________。

[舉一反三]4

ZnS

(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(b)為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，則每個晶胞中含有B原子的個數(shù)為____________，該功能陶瓷的化學式為______。2

BN

2．某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是(

)

A．3∶9∶4B．1∶4∶2C．2∶9∶4D．3∶8∶4B

演習篇

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學業(yè)測試速達標1．下列關于晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別的敘述中，正確的是(

)A．是否為具有規(guī)則幾何外形的固體B．是否具有各向異性C．是否具有美觀、對稱的外形D．內(nèi)部微粒在空間是否呈周期性有序排列D2．水的狀態(tài)除了氣、液和固態(tài)外，還有玻璃態(tài)。它是由液態(tài)水急速冷卻到165K時形成的。玻璃態(tài)的水無固定形狀，不存在晶體結(jié)構(gòu)，且密度與普通液態(tài)水的密度相同，有關玻璃態(tài)水的敘述中正確的是(

)A．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積縮小B．水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，體積膨脹C．玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)D．X射線通過玻璃態(tài)水時，能產(chǎn)生譜線C3．下列過程中不能得到晶體的是(

)A．對NaCl飽和溶液降溫所得到的固體