3-1物质的聚集状态与晶体的常识(教学课件)-高中化学人教版(2019)选择性必修第二册
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(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.获得晶体的途径
实验步骤
实验现象
熔融态物质凝 固
用研钵把硫黄粉末研细，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。
硫加热融化，自然冷却结晶后，
得到黄色晶体。从熔融态结晶 出的硫晶体
本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列 的宏观表象。
非晶体粒子的排列则相对无序，无自范性。
3.晶体的各向异性
晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。 包括晶体的强度、导电性 、导热性、光学性质等。 非晶体则不具有物理性质各向异性的特点 间接确定某固体是否属于晶体： 晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点。 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
有白色细小晶体析出。
从饱和硫酸铜溶液中析 出的硫酸铜晶体
三、认识晶胞
1.晶胞：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。 ➢ 一般来说，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。
➢ “无隙”：相邻晶胞之间没有任何 间。隙 ➢ “并置”：所有晶胞都是 平行 排列的，取向相同。 ➢ 所有晶胞的 形状 及其内部的原子种类 、 个数 及 几何排列 是完全相同的。
➢ 晶胞的结构
84
73
51
62
顶点：1/8
1
31
42
棱边：1/4
2 1
体心：1
面心：1/2
如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数
为
。
8×18＋6×12＝4
思考 (1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？
晶胞有3套平行棱，有3套平行面 (2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
金属钠（C）
1+8 1 =2 8
1．结构测定
测定晶体结构最常用的仪器是 X射线衍射仪 。当单一波长的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
或者 明锐的衍射峰
，而非晶体图谱中没有。
2．信息处理
通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体 结构的有关信息，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。
思考探究
具有规则几何外形的固 体，一定是晶体吗?
思考探究
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。
[注意] (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，但玻璃不是晶体。
液晶
液体 T2(澄清点)
温度逐渐升高
➢ 液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器； 合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、防弹衣等。
二、晶体与非晶体
二、晶体与非晶体 1．晶体和非晶体的概念 (1)晶体 内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性 有序排列而构成的具有规则几何外形的固体。如食盐、 冰、铁、铜等。 (2)非晶体 内部微粒(原子、离子或分子)排列呈相对无序状态， 不具有规则几何外形的固体。如玻璃、炭黑、橡胶等。
(2)特点 等离子体是一种特殊的气体 等离子体具有良好的 导电性 和 流动性 。
➢ 等离子体可以制造等离子体显示器、化学合 成、核裂变等等
2.离子液体 离子液体是熔点不高的仅由 离子 组成的液态物质。
3.液晶
介于液态和晶态之间的物质状态
流动性
固体 T1(熔点)
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是____2____、____4____个。
2．原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为 Ge 单晶的晶胞，其中原
子坐标参数 A 为(0，0，0)；B 为12，0，12 ；C 为12，12，0 。则 D 原子的坐标参 数为____14_，__14_，__14_ ____。
金属锌（Zn） 碘（I2）
1+8 1 =2 8
12 1 +16 1 =8 28
金刚石（C）
6 1 +8 1 +4=8 28
➢ 非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定
晶胞类型 六方体
顶角贡献 1/6
棱上贡献 1/3
面上贡献 内部贡献
1/2
1
正三棱柱
1/12
水平1/4；竖直1/6
1/2
1
四、晶体结构的测定
一、物质的聚集状态
物质的三态变化
➢ 物质的三态变化是物理变化，变化时克服分子间作用力或破坏化学键，但不会 有新的化学键形成。
水蒸气
升华 凝华
液化 汽化
熔化
冰
水
凝固
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。
1.等离子体 (1)概念： 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。
对固体进行X射线衍射实验
微观结构特征
晶体 粒子周期性有序排列
非晶体 粒子排列相对无序
自范性
有
性质 特征
是否均一
均一
各向异性
有
无 不均一
无
熔点
固定
不固定
鉴别 方法
间接方法
看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各 向异性
科学方法 对固体进行X－射线衍射实验
举例
NaCl、I2、SiO2、Na晶 体等
玻璃、橡胶等
气态物质冷却 在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在 固体直接变成紫色蒸气，蒸气
不经液态直接 小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯 遇冷又重新凝聚成紫黑色的固
凝固
放在石棉网上小火加热，观察实验现象。
体。
升华得到的碘晶体
溶质从溶液中 在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴
析出
管滴入浓盐酸，观察实验现象。
➢ 绝大多数常见的固体是晶体 ➢ 只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体
玻璃又称玻璃体
炭黑又称无定形体
2.晶体的自范性（本质差异）
一定条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长速率适当
天然水晶球
岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空 洞冷却形成的
玛瑙 熔融态的SiO2快速冷却形成的，无晶体外形 水晶 熔融态的SiO2缓慢冷却形成的，呈现晶体外形
1．晶体结构的测定方法——X射线衍射实 验 2．图谱分析流程
以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的 分数坐标。
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
乙酸晶胞
乙酸分子的 空间结构
乙酸晶体
1．因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度 和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞 结构示意图如下：
第二章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态 与晶体的常识
学习目标
1.了解包括“固，液，气”在内的更多的物质聚集状态。
2.认识晶体与非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。 3.了解晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，能计算简 单晶胞中粒子的数目。 4.知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。
4.获得晶体的途径
实验步骤
实验现象
熔融态物质凝 固
用研钵把硫黄粉末研细，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。
硫加热融化，自然冷却结晶后，
得到黄色晶体。从熔融态结晶 出的硫晶体
本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列 的宏观表象。
非晶体粒子的排列则相对无序，无自范性。
3.晶体的各向异性
晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。 包括晶体的强度、导电性 、导热性、光学性质等。 非晶体则不具有物理性质各向异性的特点 间接确定某固体是否属于晶体： 晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点。 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
有白色细小晶体析出。
从饱和硫酸铜溶液中析 出的硫酸铜晶体
三、认识晶胞
1.晶胞：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。 ➢ 一般来说，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。
➢ “无隙”：相邻晶胞之间没有任何 间。隙 ➢ “并置”：所有晶胞都是 平行 排列的，取向相同。 ➢ 所有晶胞的 形状 及其内部的原子种类 、 个数 及 几何排列 是完全相同的。
➢ 晶胞的结构
84
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51
62
顶点：1/8
1
31
42
棱边：1/4
2 1
体心：1
面心：1/2
如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数
为
。
8×18＋6×12＝4
思考 (1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？
晶胞有3套平行棱，有3套平行面 (2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
金属钠（C）
1+8 1 =2 8
1．结构测定
测定晶体结构最常用的仪器是 X射线衍射仪 。当单一波长的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
或者 明锐的衍射峰
，而非晶体图谱中没有。
2．信息处理
通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体 结构的有关信息，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。
思考探究
具有规则几何外形的固 体，一定是晶体吗?
思考探究
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。
[注意] (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，但玻璃不是晶体。
液晶
液体 T2(澄清点)
温度逐渐升高
➢ 液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视的液晶显示器； 合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、防弹衣等。
二、晶体与非晶体
二、晶体与非晶体 1．晶体和非晶体的概念 (1)晶体 内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性 有序排列而构成的具有规则几何外形的固体。如食盐、 冰、铁、铜等。 (2)非晶体 内部微粒(原子、离子或分子)排列呈相对无序状态， 不具有规则几何外形的固体。如玻璃、炭黑、橡胶等。
(2)特点 等离子体是一种特殊的气体 等离子体具有良好的 导电性 和 流动性 。
➢ 等离子体可以制造等离子体显示器、化学合 成、核裂变等等
2.离子液体 离子液体是熔点不高的仅由 离子 组成的液态物质。
3.液晶
介于液态和晶态之间的物质状态
流动性
固体 T1(熔点)
则A、B两种晶胞中含有的铁原子数分别是____2____、____4____个。
2．原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为 Ge 单晶的晶胞，其中原
子坐标参数 A 为(0，0，0)；B 为12，0，12 ；C 为12，12，0 。则 D 原子的坐标参 数为____14_，__14_，__14_ ____。
金属锌（Zn） 碘（I2）
1+8 1 =2 8
12 1 +16 1 =8 28
金刚石（C）
6 1 +8 1 +4=8 28
➢ 非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定
晶胞类型 六方体
顶角贡献 1/6
棱上贡献 1/3
面上贡献 内部贡献
1/2
1
正三棱柱
1/12
水平1/4；竖直1/6
1/2
1
四、晶体结构的测定
一、物质的聚集状态
物质的三态变化
➢ 物质的三态变化是物理变化，变化时克服分子间作用力或破坏化学键，但不会 有新的化学键形成。
水蒸气
升华 凝华
液化 汽化
熔化
冰
水
凝固
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。
1.等离子体 (1)概念： 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。
对固体进行X射线衍射实验
微观结构特征
晶体 粒子周期性有序排列
非晶体 粒子排列相对无序
自范性
有
性质 特征
是否均一
均一
各向异性
有
无 不均一
无
熔点
固定
不固定
鉴别 方法
间接方法
看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各 向异性
科学方法 对固体进行X－射线衍射实验
举例
NaCl、I2、SiO2、Na晶 体等
玻璃、橡胶等
气态物质冷却 在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在 固体直接变成紫色蒸气，蒸气
不经液态直接 小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯 遇冷又重新凝聚成紫黑色的固
凝固
放在石棉网上小火加热，观察实验现象。
体。
升华得到的碘晶体
溶质从溶液中 在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴
析出
管滴入浓盐酸，观察实验现象。
➢ 绝大多数常见的固体是晶体 ➢ 只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体
玻璃又称玻璃体
炭黑又称无定形体
2.晶体的自范性（本质差异）
一定条件下，晶体能自发地呈现多面体外形的性质。 晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长速率适当
天然水晶球
岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空 洞冷却形成的
玛瑙 熔融态的SiO2快速冷却形成的，无晶体外形 水晶 熔融态的SiO2缓慢冷却形成的，呈现晶体外形
1．晶体结构的测定方法——X射线衍射实 验 2．图谱分析流程
以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的 分数坐标。
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
乙酸晶胞
乙酸分子的 空间结构
乙酸晶体
1．因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构、密度 和性质均不同，对铁晶体用X射线衍射进行测定，测得A、B两种晶胞，其晶胞 结构示意图如下：
第二章 晶体结构与性质
第一节 物质的聚集状态 与晶体的常识
学习目标
1.了解包括“固，液，气”在内的更多的物质聚集状态。
2.认识晶体与非晶体的区别，了解获得晶体的一般途径。 3.了解晶体中粒子的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，能计算简 单晶胞中粒子的数目。 4.知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。