人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第一节 物质的聚集状态与晶体的常识教课ppt课件

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1.认识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,培养变化观念与平衡思想的核心素养。2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性,认识简单的晶胞,培养证据推理与模型认知的核心素养。3.知道晶体X射线衍射实验是测定物质结构的基本方法和实验手段,培养科学探究与创新意识的核心素养。
【知识铺垫】1.通常物质有三种存在状态,固态、液态和气态。2.一般来说,纯净物具有固定的熔点,玻璃没有固定的熔点,在某一温度范围内软化。
【自主梳理】一、物质的凝聚状态1.构成物质的粒子(1)CO2、SO2、CO是由分子构成的;氯化钠、氟化钙是由阳离子和阴离子构成的;金刚石和二氧化硅是由原子构成的。(2)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,等离子体具有良好的导电性和流动性。(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液态物质。2.物质的聚集状态物质的三态通常是指固态、液态和气态。物质的聚集状态,还有晶态、非晶态,以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。
二、晶体与非晶体1.晶体与非晶体的本质差异
3.晶体的特点(1)自范性晶体的自范性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。(2)各向异性晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。(3)有固定的熔点晶体有较固定的熔点。常利用固体是否有固定的熔点间接地确定某一固体是否属于晶体。非晶体没有固定的熔点。
【微思考1】具有规则几何外形的固体,一定是晶体吗?提示 不一定。晶体规则的几何外形是自发形成的。在人力作用下形成的有规则几何外形的固体不是晶体,如玻璃、塑料等相关制品。
三、晶胞1.定义描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。2.晶体和晶胞的关系常规的晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)同种晶体中所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。
3.晶胞中粒子个数的计算(1)平行六面体晶胞①晶胞的构成:晶胞是 8 个顶角相同、 三 套各 4 根平行棱分别相同、三套各 两 个平行面分别相同的最小平行六面体。②粒子数计算:顶角原子是 8 个晶胞共用;棱上的原子是 4 个晶胞共用;面上的原子是 2 个晶胞共用。
(2)几种晶胞中微粒数目的确定①金属铜晶胞中原子个数的计算。
金属铜的一个晶胞中,位于晶胞顶点的铜原子有 8 个,位于面心的铜原子有 6 个,金属铜晶胞中所含的铜原子数为
②氯化钠晶胞中所含的Na+、Cl-数。氯化钠晶胞如图所示,其中体积较小的为 Na (填“Na”或“Cl”,下同),体积较大的为 Cl ,则该晶胞中含 4 个Na(提示:晶胞中心还有一个Na)和 4 个Cl。
③试确定下列物质的晶胞中所含的原子数或分子数。
【微思考2】由晶胞构成的晶体,其化学式一定表示一个分子中的原子数目吗?提示 不一定。常常表示晶体中不同粒子的最简整数比,例如SiO2、NaCl等。
四、晶体结构的测定1.X射线衍射原理单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。2.X射线衍射实验获得晶胞信息根据晶体的X射线衍射实验图经过计算,可以获得包括晶胞形状和大小、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,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。
3.X射线衍射实验获得分子信息通过晶体X射线衍射实验,可以测定晶胞中各个原子的位置(坐标),根据原子坐标,可以计算原子间的距离,判断出晶体中哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,从而得出分子的空间结构。
【自我检测】1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性(　　)(2)熔融态物质快速冷却即可得到晶体(　　)(3)粉末状的固体也有可能是晶体(　　)(4)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同(　　)(5)X射线通过晶体,导致晶体发生化学变化,形成特征的衍射图(　　)
2.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是(　　)A.相邻晶胞之间没有任何间隙B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成C.晶胞排列时,取向相同D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的答案 B解析 晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成,而是晶胞平行排列而成的,取向相同,且相邻晶胞之间没有任何间隙。
3.非晶硅光电薄膜产业的研发成长,在转换效率上,已逐渐接近于多晶硅太阳能电池,发电成本仅为多晶硅的三分之一。请完成下列空白:(1)下图中a、b是两种硅单质的部分结构,请指出哪种是晶体硅,哪种是非晶硅?a:　　　　　;b:　　　　　。 
(2)下列有关晶体常识的说法正确的是　　　　(填字母)。 A.玻璃是非晶体B.固体粉末都是非晶体C.晶体内部粒子具有有序排列的特征,晶体有固定的熔、沸点和各向异性D.区别晶体和非晶体最有效的方法是通过X射线衍射实验答案 (1)非晶硅　晶体硅　(2)ACD解析 (1)根据粒子在空间里排列是否有序进行分析,a对应的是非晶硅,b对应的是晶体硅。(2)玻璃是一种无固定熔、沸点的非晶体,A正确;许多固体粉末不能用肉眼观察到晶体外形,但可通过光学仪器看到规则的几何外形,所以固体粉末也可能是晶体,B错误。C、D正确。
【问题探究】下图是两种固体的微观结构示意图。
问题思考:(1)试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。提示 根据结构图可知,Ⅰ中微粒呈周期性有序排列,为晶体;Ⅱ中微粒排列不规则,为非晶体。
(2)将固体Ⅰ、Ⅱ分别加热至熔化,各有什么现象发生?该现象能说明晶体、非晶体的哪种性质?提示 加热晶体Ⅰ,温度达到熔点时晶体Ⅰ开始熔化,在全部熔化以前,继续加热,温度基本保持不变,完全熔化后,温度才开始升高,即晶体有固定的熔点。加热非晶体Ⅱ时,温度升高到某一程度后非晶体Ⅱ开始软化,流动性增强,最后变为液体,从软化到完全熔化,中间经过较大的温度范围,即非晶体无固定的熔点。(3)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中能否慢慢变为规则的多面体外形?提示 能。因为晶体具有自范性。
【深化拓展】晶体与非晶体的比较
【素能应用】典例1下列叙述正确的是(　　)A.具有规则几何外形的固体一定是晶体B.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形C.具有各向异性的固体一定是晶体D.一种物质不是晶体就是非晶体
答案 C解析 晶体具有规则的几何外形,但具有规则几何外形的固体不一定是晶体,例如人为加工而成的具有规则几何外形的玻璃制品;晶体与非晶体的根本区别在于内部粒子是否有序排列,晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是内部结构的外部反映;具有各向异性的固体一定是晶体,非晶体具有各向同性;晶体和非晶体都是对于固态物质而言,气态或液态物质则不属于这两类,同时还有塑晶态、液晶态等类型的物质。
变式设问 (1)有固定组成的固体一定是晶体吗?提示 具有固定组成的物质不一定是晶体,如非晶体SiO2也具有固定的组成。(2)等离子体就是液态电解质吗?提示 不是。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,而液态电解质由阴离子和阳离子或分子组成。
变式训练1下图是天然水晶球里的玛瑙和水晶,两者的根本区别在于(　　)
A.外形不一样,构成两者的原子不同B.构成玛瑙的粒子无规律性排列,构成水晶的粒子按一定的规律做周期性重复排列C.水晶有固定的熔点,而玛瑙无固定熔点D.水晶是无色透明的,玛瑙是有鲜艳的颜色
答案 B解析 晶体和非晶体的本质区别在于内部粒子在三维空间里是否呈现周期性的有序排列。
【问题探究】现有甲、乙、丙(如图所示)三种晶体的晶胞(甲中X和乙中A均处于晶胞的体心)。
(1)甲晶胞中X与Y的个数比是多少?
(2)乙晶胞中A与B的个数比是多少?提示 乙晶胞中,A的数目为1,B的数目为8× =1,所以N(A)∶N(B)=1∶1。(3)丙晶胞中包含的C、D的数目分别为多少?
【深化拓展】“均摊法”计算晶胞中的粒子数(1)长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图)。
(2)非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定。
【素能应用】典例2如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:请完成下列空白:(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为　　　　。 (2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是　　　　。 
答案 (1)X3Y　(2)1∶3∶1
【微点拨】晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类→确定各粒子在晶胞中的位置→用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目→求各粒子数目的最简比→确定化学式。
变式设问 科学家发现的一种气态团簇分子,其分子结构也如典例2中图乙所示,则该分子的化学式为　　　　　　。 提示 团簇分子所含微粒都属于该分子,不与其他分子共用,故其化学式为A8B6C。
易错提醒(1)计算晶胞中原子的个数时,要正确分析晶胞中任意位置上的一个原子被几个晶胞所共用。(2)根据均摊法计算出1个晶胞中各种原子个数的最简整数比,可确定该物质的化学式。(3)对于独立原子构成的分子,其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子,如图所示,其分子式可由示意图中所含的原子个数来确定,M原子共14个,N原子13个,即分子式为M14N13(或N13M14)。
变式训练2话筒是声电转换的换能器,在话筒中有一种材料的主要成分是钛酸钡,钛酸钡的晶胞结构如图所示。根据晶胞的结构示意图,可知它的化学式是(　　)A.BaTi8O12D.BaTiO3
答案 D解析 仔细观察钛酸钡晶胞的结构示意图可知,Ba在立方体的体心,完全属于该晶胞,Ti处于立方体的8个顶点,O处于立方体的12条棱的中点,故晶胞中Ba、Ti、O三种原子的个数比为1∶(8× )∶(12× )=1∶1∶3,D项正确。
1.下列关于水晶和普通玻璃的说法正确的是(　　)A.普通玻璃是晶体B.水晶是晶体C.普通玻璃具有自范性D.普通玻璃和水晶都具有固定的熔点答案 B
2.下列物质都是固体,其中不属于晶体的是(　　)①橡胶　②水晶　③冰　④干冰　⑤冰醋酸　⑥石蜡⑦玻璃A.①⑥⑦B.①②⑦C.②④⑤⑦D.①③⑥⑦答案 A
3.下列关于物质聚集状态的叙述错误的是(　　)A.物质只有气、液、固三种聚集状态B.气态是高度无序的体系存在状态C.固态中的粒子结合得较紧密,相对运动较弱D.液态物质的粒子间距离和作用力的强弱介于固态和气态之间,表现出明显的流动性
答案 A解析 物质的聚集状态除了气、液、固三态外,还有液晶态、塑晶态等;物质处于气态时,粒子间距离大,粒子运动速度大,体系处于高度无序状态;对于固态物质,粒子相距很近,只能在一定的位置上做不同程度的振动;对液态物质而言,粒子间距离比固态中的大一些,粒子间作用力也比固态中的小一些,粒子的运动比固体明显活跃,使之表现出流动性。
4.晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述正确的是(　　)A.形成晶体硅的速率越快越好B.晶体硅有固定的熔点C.不能用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃D.粉末状的固体硅一定不是晶体
答案 B解析 晶体的形成都有一定的条件,如温度、压强、结晶速率等,结晶时并不是速率越快越好,速率太快可能导致晶体质量下降,A项说法错误;晶体有固定的熔点,B项说法正确;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据粒子是否有规则的排列就能区分晶体与非晶体,C项说法错误;粉末状的固体硅也可能是晶体,在光学显微镜下可以观察到晶体的规则外形,D项说法错误。
5.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶体结构,该结构是具有代表性的最小重复单元。(1)在该物质的晶体中,每个钛原子周围与它最接近的且等距离的钛原子共有　　　　个。 (2)该晶体中,元素氧、钛、钙的原子个数比是　　　　　　。 
答案 (1)6　(2)3∶1∶1解析 回答第(1)小题要注意发挥空间想象力,在晶胞的上、下、左、右、前、后都有完全等同的晶胞,依据一个晶胞我们能观察到3个与钛原子最接近且等距离的钛原子,在与这3个钛原子对称的位置还有3个钛原子,所以共有6个钛原子。对于第(2)小题我们可以使用均摊法求得N(O)∶N(Ti)∶N(Ca)=(12× )∶(8× )∶1=3∶1∶1。