高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 物质的聚集状态与晶体的常识第1课时导学案

第1课时　物质的聚集状态　晶体与非晶体

必备知识·自主学习

一、物质的聚集状态

1．物质三态间的相互转化：

2．不含分子的物质：

(1)常见晶体：例如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等不含分子。

(2)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。

(3)离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。

3．物质的聚集状态：

物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介于晶态和非晶态的塑晶态、液晶态等。

(1)(教材二次开发)教材P68“事实表明，图3－1描述的物质三态间的相互转化模型显然过于简单了”，物质除了固态、液态和气态之外，还有哪些常见的聚集状态？

提示：晶态、非晶态及塑晶态、液晶态等。

(2)判断下列说法是否正确。

①气态物质一定由分子构成(　×　)

提示：如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质。

②在物质的三态相互转化过程中只是分子间距离发生了变化(　×　)

提示：固态、液态和气态物质不一定都由分子构成。

二、晶体与非晶体

1．晶体与非晶体的区别：

2.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。

3．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形成条件：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有序排列。

(2)各向异性：晶体在不同方向上表现许多物理性质(如强度、导热性、光学性质等)的差异。

(3)熔点：有(填“有”或“没有”)固定的熔点。

(1)如何鉴别宝石和用玻璃仿造的假宝石？

提示：宝石是晶体，具有固定的熔点和各向异性，玻璃仿造的假宝石是非晶体没有固定的熔点和各向异性，常用鉴别方法：①测试硬度，可在玻璃上刻划出痕迹；②利用宝石的折光率鉴别；③进行X射线衍射实验鉴别。

(2)判断下列说法是否正确。

①固态物质一定是晶体。(　×　)

提示：固态物质分为晶体和非晶体，有规则几何外形、有各向异性和固定熔点的固体才是晶体。

②具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　×　)

提示：非晶体也可能有规则几何外形，如玻璃，故有规则几何外形的固体不一定是晶体。

③熔融的SiO2冷却一定得到水晶。(　×　)

提示：熔融的SiO2快速冷却得到玛瑙。

关键能力·合作学习

知识点一　物质的聚集状态

物质除了固、液、气三种聚集状态，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等聚集状态。

(1)固态、液态和气态物质不一定都由分子构成，也可能由原子或离子等微粒构成；由分子构成的物质，其聚集状态也不一定只有固态、液态和气态，也可能为晶态，非晶态等。

(2)同种物质在不同条件下可形成不同的聚集状态，物质的聚集状态会影响物质的性质，如硬度、熔点等。

(1)(思维升华)液晶内部沿分子长轴方向呈有序排列，因此液晶也属晶体。

提示：液晶内部是沿分子长轴方向呈有序排列，但晶体是三维有序，因此液晶不属于晶体。

(2)等离子体就是气态电解质吗？

提示：不是。等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成，而气态电解质由阴离子和阳离子或分子组成。

【典例】1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关于液晶的叙述中，错误的是(　　)

A．液晶是物质的一种聚集状态

B．液晶具有流动性

C．液晶和液态是物质的同一种聚集状态

D．液晶具有各向异性

【思维建模】解答有关物质聚集状态的思维流程如下：

【解析】选C。液晶是介于液态和晶态之间的一种特殊的聚集状态，A对、C错；液晶是液态晶体的简称，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，B对、D对。

液晶的性质及原因

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。其原因是液晶内部分子的排列沿分子长轴方向呈现出有序的排列。

【母题追问】(1)液晶属于晶体吗？

提示：不属于。

(2)液晶有哪些用途？

提示：液晶显示器，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。

1．(2021·宝鸡高二检测)下列关于聚集状态的叙述中，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．固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱

D．液态物质的微粒间距离和作用力的强弱介于固、气两态之间，表现出明显的流动性

【解析】选A。物质的聚集状态，除了气、液、固三态外，还有非晶体、液晶、纳米材料和等离子体等聚集状态，A错误；物质处于气态时，分子间距离大，分子运动速度快，体系处于高度无序状态，B正确；据物质固态时微粒间距离较小可判断，固态中的原子或者分子结合的较紧凑，相对运动较弱，C正确；对液态物质而言，分子相距比较近，分子间作用力也较强，表现出明显的流动性，D正确。

2.玻璃是常见的非晶体，在生产生活中有着广泛的用途，如图是玻璃的结构示意图，有关玻璃的说法错误的是(　　)

A．玻璃内部微粒排列是无序的

B．玻璃熔化时吸热，温度不断上升

C．光纤和玻璃的主要成分都可看成是SiO2，二者都是非晶体

D．利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶

【解析】选C。根据玻璃的结构示意图，构成玻璃的粒子无周期性排列，是无序的，所以玻璃是非晶体，因此没有固定的熔点，A对、B对；玻璃属于非晶体但光导纤维属于晶体，C错；区分晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，D对。

知识点二　晶体与非晶体

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，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。如玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶是SiO2热液缓慢冷却形成的。

关于晶体与非晶体的认识误区

(1)同一物质可以是晶体，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，如食盐。

(1)(思维升华)晶体内部的微粒一定按一定规律呈周期性的排列吗？

提示：晶体内部的粒子一定按一定规律呈周期性的排列，而非晶体中的粒子排列是无规则的。

(2)(思维升华)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中能否慢慢变为完美的立方体块？

提示：能。缺角的NaCl从溶液中析出，可形成完美NaCl晶体。

【典例】(2021·邢台高二检测)晶体与非晶体的本质区别是(　　)

A．晶体具有各向异性，而非晶体具有各向同性

B．晶体具有自范性，而非晶体没有自范性

C．晶体具有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点

D．晶体能使X射线产生衍射，而非晶体则不能

【思维建模】解答有关晶体与非晶体的比较问题的思维流程如下：

【解析】选B。易将晶体与非晶体的本质区别及性质区别混为一谈。晶体与非晶体的性质差异是二者本质区别的外在表现。晶体具有自范性(本质)，而晶体的性质是有固定的熔、沸点，能使X射线产生衍射等。分析此类问题时，要分析晶体、非晶体的本质与性质，采用辩证的观点分析问题。同时也要注意不能用固体是否有规则的几何外形来判断其是否为晶体。

【母题追问】(1)晶体具有自范性的原因是什么？

提示：原子在三维空间里呈周期性有序排列。

(2)得到晶体的途径有哪些？

提示：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。

晶体和非晶体的比较

晶体和非晶体的本质差异主要表现在自范性和微观结构两个方面，二者的相互联系是自范性是微观结构的表现，微观结构是自范性的原因。

1．(2021·银川高二检测)关于晶体和非晶体的说法，正确的是(　　)

A．晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质

B．晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高

C．普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同

D．晶体和非晶体之间不可以相互转化

【解析】选C。晶体在三维空间里呈周期性有序排列，其许多物理性质常常会表现出各向异性，选项A不正确；晶体的熔点是固定的，所以在熔化过程中温度不会变化，选项B不正确；玻璃不属于晶体，不具有物理性质各向异性的特点，选项C正确；在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的，选项D不正确。

2．如图是某固体的微观结构示意图

(1)区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么？试根据示意图判断固体Ⅰ、Ⅱ的类型。

提示：最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。根据结构图可知，Ⅰ中粒子呈周期性有序排列，为晶体；Ⅱ中粒子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，所以晶体有固定的熔点。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，所以非晶体无固定的熔点。

三言两语话重点

1．物质的聚集状态除三态外，还有晶态、非晶态、塑晶态和液晶态等。

2．获得晶体三途径：

(1)熔融态物质凝固；

(2)气态物质凝华；

(3)溶质从溶液中析出。

3．晶体与非晶体的本质区别是晶体有自范性，原子在三维空间里呈周期性排列，而非晶体无自范性，原子排列相对无序。

课堂检测·素养达标

1．(2021·杭州高二检测)下列叙述正确的是(　　)

A．玻璃、石蜡、松香、氯化钠都是非晶体

B．晶体中粒子呈周期性有序排列，非晶体粒子排列完全无序

C．非晶体在加热熔化的过程中温度保持上升趋势

D．当晶体处于熔点温度时，它的状态应是固态或液态

【解析】选C。玻璃、石蜡、松香是非晶体，而氯化钠是晶体，A错误；晶体中粒子呈周期性有序排列，而非晶体粒子则相对无序，B错误；由于非晶体没有固定的熔点，非晶体在加热熔化的过程中温度保持上升趋势，C正确；当晶体处于熔点温度时，它可能处于固态、液态或固液混合态，D错误。

2．(2021·绵阳高二检测)下列有关晶体常识的叙述错误的是(　　)

A．水晶属于晶体，有固定的熔点，而玻璃无固定的熔点，属于非晶体

B．当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线

C．晶体都具有自范性。自范性是晶体的本质属性

D．晶体都具有规则的几何外形，而非晶体都不具有规则的几何外形

【解析】选D。水晶的化学成分是二氧化硅，属于晶体，而玻璃是混合物，属于非晶体，A正确；当单一波长的X射线通过晶体时，可发生衍射，可以看到明显的分立的斑点或者谱线，B正确；在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质，即晶体的自范性，C正确；晶体具有规则的几何外形，但非晶体也可能具有规则的几何外形，如钻石形状的玻璃制品，D错误。

3．下列途径不能得到晶体的是(　　)

A．熔融态物质快速冷却　　　　 B．熔融态物质适当速率凝固

C．气态物质凝华        D．溶质从溶液中析出

【解析】选A。得到晶体的三个途径：(1)溶质从溶液中析出；(2)气态物质凝华；(3)熔融态物质适当速率凝固。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生长的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体。

4．(2021·太原高二检测)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米，重量达81千克的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述正确的是(　　)

A．晶体硅没有固定的熔沸点

B．形成晶体硅的速率越快越好

C．可用于X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃

D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，形成的晶体无各向异性

【解析】选C。晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，故A错误； 晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降，故B错误；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列，X射线衍射可以看到微观结构，所以区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，故C正确；晶体硅的形成与晶体的自范性有关，形成的晶体有各向异性，故D错误。

5．水的状态除了气态、液态和固体外，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相同，有关玻璃态水的叙述中正确的是(　　)

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．玻璃态水属于晶体

【解析】选C。玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，故玻璃态水不是晶体，因密度不变，因此水转变为玻璃态时体积不变，水的化学性质也不变。

6．下列关于晶体的说法正确的是(　　)

A．将饱和硫酸铜溶液降温，析出的固体不是晶体

B．假宝石往往是玻璃仿造的，可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品

C．石蜡有固定熔点而玻璃没有固定的熔点

D．玛瑙与水晶无法相互转化

【解析】选B。将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体，A项说法错误；一般宝石的硬度较大，玻璃制品的硬度较小，可以根据有无划痕来鉴别，B项说法正确；石蜡和玻璃都是非晶体，非晶体没有固定的熔点，C项说法错误；水晶与玛瑙可以通过重新熔融而快速或缓慢冷却得到玛瑙或水晶，D项说法错误。

素养新思维

7．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。预计非晶硅光电薄膜产业的增长速率，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。

试探究下列问题：

(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：________。

(2)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

(3)下列有关说法正确的是________。

A．玛瑙与水晶的化学成分不同

B．雪花是由水蒸气直接转变而成的固体，雪花可能属于晶体

C．不同的雪花外形不同，都可认为是晶体

D．石英玻璃与水晶均属于晶体

【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。(3)A项，两者化学成分均是SiO2，均是二氧化硅晶体，玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，水晶则是热液缓慢冷却形成的；D项，石英玻璃是非晶态二氧化硅。

答案：(1)非晶硅　晶体硅　(2)AC　(3)BC