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一课时导学案

第一节　物质的聚集状态与晶体的常识

第一课时　物质的聚集状态　晶体与非晶体

[明确学习目标]　1.了解其他聚集状态(等离子体、液晶等)的特殊性质及其在生产、生活中的实际应用。2.了解晶体的初步知识、知道晶体与非晶体的结构与性质上的差异。

1.物质的聚集状态

(1)通过X射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体(如：NaCl、石墨、SiO2、金刚石以及各种金属等)中并无分子。

(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；它存在于日光灯和霓虹灯的灯管里，蜡烛的火焰里；等离子体可以进行化学合成，核聚变也是在等离子态下发生的。离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。因此，气态和液态物质也不一定都由分子组成。

(3)液晶

①液晶及其物理特性

液晶是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性。

②液晶的应用

实用液晶在常温下十分稳定，应用广泛，如手机、电脑和电视的液晶显示器；合成高强度液晶纤维广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣等。

2.晶体与非晶体

(1)晶体与非晶体的本质差异

(2)获得晶体的途径

(3)晶体的特性

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)固体SiO2一定是晶体。(　　)

(2)晶体一定比非晶体的熔点高。(　　)

(3)区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验。(　　)

(4)晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成。(　　)

(5)具有规则几何外形的固体一定是晶体。(　　)

(6)等离子体是由电子、阳离子组成的整体上呈电中性的气态物质。(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×

解析　(1)固体SiO2有结晶形和无定形两大类，即SiO2也有非晶体。

(2)晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点。

(4)纯净物都有固定的组成，纯净物包括晶体和非晶体。

(5)具有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃。

(6)等离子体的组成中除含自由电子和阳离子外，还有电中性粒子。

2．下列有关液晶的叙述不正确的是(　　)

A．液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性

B．液晶最重要的用途是制造液晶显示器

C．液晶不是物质的一种聚集状态

D．实用液晶常温下十分稳定

答案　C

解析　除固、液、气三态外，还有更多的物质聚集状态，如等离子体、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。

3．下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是(　　)

A．是否具有规则几何外形

B．物理性质是否有各向异性

C．是否具有美观对称的外形

D．内部构成微粒是否在空间里呈有规则的重复排列

答案　D

解析　有规则几何外形的固体不一定是晶体，如玻璃，A错误；具有各向异性的固体一定是晶体，但各向异性不是晶体和非晶体的本质区别，B错误；美观对称的固体不一定是晶体，如玻璃，C错误；晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间里是否按一定规律做周期性重复排列，故D正确。

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中正确的是(　　)

A．形成晶体硅的速率越快越好

B．晶体硅没有固定的熔、沸点

C．可用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，而与各向异性无关 

答案　C

解析　晶体的形成都要有一定的条件，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，A错误；晶体具有固定的熔、沸点，B错误；X射线衍射实验能够区分出晶体与非晶体，C正确；晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系，D错误。

5. 如图为一块密度、厚度均匀的矩形样品，长为宽的两倍，若用多用电表沿两对称轴测其电阻均为R，则这块样品最可能是(　　)

A．金属  B．半导体

C．非晶体  D．晶体

答案　D

解析　由于AB＝2CD，而AB、CD间的电阻却相等，说明样品横向(AB)与纵向(CD)的导电性不同，具有各向异性，而晶体的特征之一是各向异性，非晶体则具有各向同性，故该样品最可能为晶体。

知识点一　等离子体的特点及用途

1．等离子体的特点

(1)等离子体中正、负电荷数相等，总体来看等离子体呈电中性。

(2)等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有很好的导电性和流动性。

(3)等离子体有很高的温度(能量)。

2．存在

等离子体存在于日光灯和霓虹灯的灯管里、白炽电弧和蜡烛火焰里，另外，在地球大气的电离层里，在流星的尾部，在极光发生和大气闪光放电时，也能找到等离子体。

3．等离子体的用途

现在人们已经掌握利用电场和磁场来控制等离子体，用等离子束来切割金属、代替手术刀进行外科手术等。

[解析]　等离子体中有带电微粒，也有中性微粒，A错误；等离子体总体来看正、负电荷数相等，呈电中性，B正确；等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体有很好的导电性，C正确；等离子体显示器就是运用等离子体显示技术制造的，D正确。

[答案]　A

[练1]　下列关于等离子体的叙述正确的是(　　)

A．物质一般有固态、液态和气态三态，等离子体也是物质的一种聚集状态

B．为了使气体变成等离子体，必须将其通电

C．等离子体通过电场时所有粒子的运动方向都发生改变

D．等离子体性质稳定，不易发生化学反应

答案　A

解析　通过高温、紫外线、X射线和γ射线等手段都能使气体转化为等离子体，B错误；等离子体中也存在中性微粒，通过电场时中性微粒运动方向不发生改变，C错误；等离子体性质活泼，可发生一般条件下无法进行的化学反应，D错误。

[练2]　下列各项与等离子体无关的是(　　)

A．等离子电视  B．日光灯和霓虹灯

C．宇宙中发光的星球  D．液晶显示器

答案　D

解析　我们周围有很多地方存在等离子体，如在日光灯、霓虹灯的灯管里；在广袤无垠的宇宙中，大部分发光的星球，它们内部的温度和压强都极高，这些星球内部的物质几乎都处于等离子态；等离子电视就是采用等离子显示器的电视。

知识点二　晶体与非晶体

1．晶体与非晶体的比较

晶体和非晶体在结构上的差异导致它们在性质上有所不同。考查固体的某些性质，可以判断某一固体是晶体还是非晶体。二者具体差异如下：

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。

3．晶体具有自范性的本质原因

晶体具有自范性的本质原因是晶体中粒子在微观空间呈现周期性有序排列。

[解析]　晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间中是否按一定规律做周期性重复排列。溶质从溶液中析出是得到晶体的一条途径，A正确；有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，B正确；晶体所具有的规则几何外形、各向异性和固定的熔点是其内部粒子规律性排列的外部反映，因此D正确，C错误。

[答案]　C

[练3]　下列物质中属于晶体的是(　　)

①橡胶　②玻璃　③食盐　④水晶　⑤塑料　⑥胆矾A.①④⑤  B．②③⑥  C．①③④  D．③④⑥

答案　D

解析　固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律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、金属、水晶、胆矾等都是晶体；非晶体中内部粒子的排列则相对无序，如玻璃、橡胶、塑料等都是非晶体。

[练4]　区别晶体与非晶体的最科学的方法是(　　)

A．观察各向异性  B．X射线衍射实验

C．测定固定熔点  D．观察自范性

答案　B

解析　区别晶体与非晶体的最科学的方法是利用X射线衍射实验，故选B。

易错警示

(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。

本课归纳总结

1．等离子体的用途十分广泛，运用等离子束切割金属或者进行外科手术，利用的等离子体的特点是(　　)

A．微粒带有电荷  B．高能量

C．基本构成微粒多样化  D．电中性

答案　B

解析　切割金属或者进行外科手术，利用了等离子体有高能量的特点。

2．下列叙述正确的是(　　)

A．食盐粉末为非晶体

B．液体与晶体的混合物叫液晶

C．等离子体的基本构成微粒是带电的离子和电子及不带电的分子或原子

D．等离子体的外观为固态

答案　C

解析　食盐粉末由细小食盐晶体组成，保持食盐晶体的结构和性质特点，是晶体，A错误；液晶是指在一定的温度范围内既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性的物质，B错误；由等离子体的定义可知C正确；等离子体是离子化气体状物质，D错误。

3．下列关于晶体与非晶体的说法正确的是(　　)

A．晶体一定比非晶体的熔点高

B．晶体有自范性但排列无序

C．非晶体无自范性且排列无序

D．固体SiO2一定是晶体

答案　C

解析　晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，A错误；晶体有自范性且排列有序，B错误；非晶体无自范性且排列无序，C正确；SiO2的存在形态有晶态和非晶态两类，即SiO2也可能是非晶体，D错误。

4．普通玻璃和水晶的根本区别在于(　　)

A．外形不一样

B．普通玻璃的基本构成粒子无规则排列，水晶的基本构成粒子按一定规律做周期性有序排列

C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点

D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换

答案　B

解析　普通玻璃为非晶体，水晶为晶体，它们的根本区别在于内部微粒是否按一定规律做周期性有序排列，即晶体具有自范性。两种物质在性质上的差异正是其内部结构不同的体现。

5．关于非晶体的叙述错误的是(　　)

A．其是物质的一种聚集状态

B．内部微粒的排列相对无序

C．非晶体材料的所有性能都优于晶体材料

D．非晶体不能自发呈现多面体外形

答案　C

解析　非晶体材料常常表现出一些优异性能，但并不能说所有性能都优于晶体材料，C错误。

6．下列有关晶体和非晶体的说法中正确的是(　　)

A．具有规则几何外形的固体均为晶体

B．晶体具有自范性，非晶体没有自范性

C．晶体研碎后即变为非晶体

D．将玻璃加工成规则的固体即变成晶体

答案　B

解析　晶体的规则几何外形是自发形成的，有些固体尽管有规则的几何外形，但由于不是自发形成的，所以不属于晶体，A、D错误。组成晶体的粒子在三维空间里呈现周期性的有序排列，因此晶体研碎成小的颗粒后仍然是晶体，C错误。

课时作业

一、选择题(本题共9小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．下列物质中属于晶体的是(　　)

A．海盐  B．玻璃  C．陶瓷  D．胆矾

答案　D

解析　海盐是混合物；玻璃属于非晶体；陶瓷属于非晶体；胆矾是硫酸铜的晶体，化学式为CuSO4·5H2O。

2．下列物质中，不属于晶体的是(　　)

A．干冰  B．碘  C．玻璃  D．钠

答案　C

解析　干冰、碘、钠都属于晶体；玻璃属于非晶体。

3．下列叙述不属于晶体特性的是(　　)

A．有规则的几何外形  B．具有各向异性

C．有自范性  D．没有固定的熔点

答案　D

解析　晶体除具有规则的几何外形、各向异性、自范性外，还具有固定的熔点。

4．下列现象表现为晶体的自范性的是(　　)

A．NaCl溶于水

B．KMnO4受热分解

C．不规则的晶体能生长成规则的晶体

D．碘升华

答案　C

解析　自范性指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。

5．关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　)

A．晶体和非晶体在熔化过程中温度都不变

B．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

C．晶体熔化时不吸热，非晶体熔化时吸热

D．天上飘落的雪花，是非晶体

答案　B

解析　非晶体在熔化过程中吸收热量，温度逐渐升高，A错误；晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，B正确；晶体熔化时保持熔点温度不变，但也需要不断吸热，C错误；天上飘落的雪花是水蒸气凝华形成的小冰晶，属于晶体，D错误。

6．科学研究表明，宇宙中90%以上的物质以等离子体状态存在，其原因是大部分发光星球的内部温度和压强都很高。下列说法正确的是(　　)

A．只有在宇宙发光星球上才存在等离子体

B．等离子体具有良好的流动性

C．有些难于发生的化学反应，在等离子体化学反应过程中也不能发生

D．等离子体是一种自然现象，不能人工得到

答案　B

解析　在我们周围，等离子体也常常存在，如日光灯和霓虹灯的灯管里，A错误。等离子体能量很高而能使难于发生的化学反应迅速发生，C错误。等离子体可以通过人工得到，D错误。

7．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是(　　)

A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体

B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体

C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性

D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性

答案　B

解析　晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形的性质，A项所述过程不可能实现；C项中的圆形并不是晶体本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D项中玻璃是非晶体。

8．晶体具有各向异性。如蓝晶石(Al2O3·SiO2)在不同方向上的硬度不同；又如石墨在与层垂直的方向上的电导率是与层平行的方向上的电导率的。则晶体的各向异性主要表现在(　　)

①硬度　②导热性　③导电性　④光学性质

A．①③  B．②④

C．①②③  D．①②③④

答案　D

解析　由题意知，蓝晶石在不同方向上的硬度不同，石墨在垂直方向与层平行方向上原子排布不同，导致导电性不同，导热性、光学性质也不同。

9．仔细观察下图，它表示的是晶体还是非晶体(　　)

A．是晶体

B．可能是晶体，可能是非晶体

C．是非晶体

D．不能确定

答案　C

解析　从多方面可以看出，此固体的构成微粒是无序排列的。比如观察右侧一个空隙中就有2个大球。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

10．如图是a、b两种不同物质的熔化曲线，下列说法中正确的是(　　)

A．a是晶体  B．a是非晶体

C．b是晶体  D．b是非晶体

答案　AD

解析　a在熔化过程中有一段时间温度不再上升，说明a有固定的熔点，则a是晶体；b在熔化过程中温度一直在上升，说明b没有固定的熔点，则b是非晶体。

11．下列关于晶体的说法正确的是(　　)

A．粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形，故为非晶体

B．晶体呈现自范性的过程是自发的过程

C．玛瑙和水晶皆为晶体，二者都是熔融二氧化硅快速凝固所形成的

D．当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形

答案　BD

解析　A项，有的固体粉末肉眼看不到晶体外形，放到光学显微镜下才可以看到整齐规则的晶体外形，粉末状的KNO3为晶体，A错误；B项，晶体自范性的呈现是一个自发的过程，B正确；C项，玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的，玛瑙是非晶体，水晶是晶体，C错误；D项，熔融态物质冷却凝固速率过快只得到看不到规则外形的粉末或块状物，如玛瑙的形成，只有当晶体生长速率适当时，才可能得到规则的多面体外形，D正确。

12．下列关于晶体的说法正确的是(　　)

A．将饱和CuSO4溶液降温，析出的固体不是晶体

B．可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品

C．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点

D．蓝宝石在不同方向上的硬度可能不同

答案　BD

解析　A项，将饱和CuSO4溶液降温，可析出胆矾，胆矾属于晶体。B项，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。C项，非晶体没有固定的熔点。D项，由于晶体具有各向异性，所以蓝宝石在不同方向上的硬度有一定差异。

13．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

答案　D

解析　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、规则的多面体外形，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。

三、非选择题(本题共2小题)

14．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________(填字母)。

A．玻璃是非晶体

B．固体粉末都是非晶体

C．晶体内部质点具有有序性的特征，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

15．(1)在下列物质中，________(填序号，下同)是晶体，________是非晶体。

①塑料　②明矾　③松香　④玻璃　⑤CuSO4·5H2O　⑥冰糖　⑦石蜡　⑧单晶硅　⑨铝块　⑩橡胶

(2)晶体和非晶体在外形上有差别，晶体都具有________________________，而非晶体__________________；另外非晶体具有物理性质____________的特点，而晶体具有物理性质____________的特点。

(3)判断物质是晶体还是非晶体，比较正确的方法是________(填序号)。

①从外形上来判断

②从各向异性或各向同性上来判断

③从导电性能来判断

④从有无固定熔点来判断

答案　(1)②⑤⑥⑧⑨　①③④⑦⑩　

(2)规则的几何外形　没有规则的几何外形　各向同性　各向异性

(3)②④

解析　明矾是KAl(SO4)2·12H2O，它和CuSO4·5H2O、冰糖、单晶硅、铝块都是晶体；塑料、松香、玻璃、石蜡、橡胶都是非晶体。晶体的重要特征就是各向异性和有固定的熔点等。