第35讲(一) 物质的聚集状态和晶胞知识-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材）

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第六章 物质结构与性质 元素周期律
第35讲 物质的聚集状态　常见晶体类型
(1) 物质的聚集状态和晶胞
1.了解晶体和非晶体的区别。2.了解晶体的类型，了解不同类型晶体中结构微粒、微粒间作用力的区别。 3.了解分子晶体、 共价晶体、 离子晶体、金属晶体结构与性质的关系。4.了解四种晶体类型熔点、沸点、溶解性等性质的不同。
考点一 物质的聚集状态　晶体与非晶体
考点二 常见晶体类型
答题规范(5)　晶体熔、沸点高低原因解释
(1)通常物质有三态：固态、液态和气态。
现代科技发现物质的聚集状态还有更多，如等离子体、离子液体、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。
1.概念：是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈 的气态物质。
→是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
例如，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。
2.形成：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。
3.特点：是离子化的气体状物质，具有良好的导电性、流动性。
4.用途：制造等离子体显示器；进行化学合成；核聚变等。
室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物
如高温下的KCl，KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。
称为室温离子液体，也称为低温熔融盐。
成分：常见的阴离子如四氯铝酸根(AlCl4-)、六氟磷酸根(PF6-)、四氟硼酸根(BF4-)等，常见的阳离子如季铵离子(R4N+ ，即 NH4+的 H 被烃基R取代)、带烃基侧链的咪唑、嘧啶等有环状含氮结构的有机胺正离子等。
形成离子液体的阴、阳离子半径较大，离子间的作用力较弱。
应用：作溶剂。用作电化学研究的电解质、有机合成的溶剂和催化剂等
性质：难挥发、有良好的导电性。
介于 液态 和 晶态 之间的物质状态
①制法：将固体加热到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度，浑浊态变透明清亮态
②特点：既具有液体的流动性、黏度、形变性等，
又具有晶体的导热性、光学性质等。
③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。
热致液晶： 指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。通常在一定温度范围内才显现液晶相的物质。
溶致液晶：是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。是在溶液中溶质分子浓度处于一定范围内时出现液晶相，即胶束等。
实用液晶在常温下十分稳定。已经获得实际应用的热致液晶均为刚性棒状强极性(或易于极化的)分子，其分子有取向序，分子的长轴取向一致，但无位置序，分子可滑动。此外，还有平板状、盘状、叶状分子等液晶。
准晶具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是不具备晶体的平移对称性。准晶体具有独特的属性，其坚硬又有弹性、非常平滑，而且，与大多数金属不同的是，其导电、导热性很差，在日常生活中可用来制造不粘锅、发光二极管、热电转化设备等。
准晶体亦称为准晶或拟晶，是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
1、下列关于物质聚集状态的叙述中,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得较紧凑,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态和气态之间, 表现出明显的流动性
2.下列关于等离子体的叙述正确的是(　 　)A．物质一般有固态、液态和气态三种常见状态， 等离子体却被认为是物质存在的第四状态B．为了使气体变成等离子体，必须使其通电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
高温加热、激光照射也可以使气体转变为等离子体
等离子体中也存在电中性微粒，电中性微粒在电场中运动方向不发生改变
等离子体性质活泼，可发生在一般条件下无法进行的化学反应
3.下列关于等离子体的叙述错误的是A. 是物质的一种聚集状态 B. 是一种混合物存在状态C. 具有导电性 D. 基本构成微粒只有阴、阳离子
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
是由内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性重复排列而构成的具有规则几何外形的固体。
→晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列。
粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。
根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为
→玻璃体是典型的非晶体，所以非晶态又称为玻璃态。
组成物质的微粒(分子、原子、离子)在三维空间里呈相对无序排列而构成的不具有规则几何外形的固体。
② 玻璃、炭黑、橡胶、石蜡、沥青、塑料等都是非晶体！
3. 晶体与非晶体的本质差异
晶体在适当条件下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是晶体生长的速率适当。
原因：晶体内部粒子排列的有序性；非晶体粒子的排列则相对无序，无自范性。
→晶体生长速率适当是保持自范性的条件之一。
→选2 课本P70，【思考】岩浆中的SiO2侵入地壳的空洞冷却后形成的水晶球，其外层是非晶态的玛瑙，内部是呈现晶体外形的水晶。原因是什么？
图3-4 天然水晶球里的玛瑙和水晶
说明：玛瑙中含有细小的晶体，但又不纯粹是晶体，要依具体情况而定
外层冷却快，内层冷却慢
如果凝固速率过快，常得到粉末或没有规则几何外形的块状物。
→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。
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
晶体的特点并不仅限于外形和内部质点排列的高度有序性，它们的许多物理性质，如强度、导热性、光学性质等，常常表现出各向异性。
：晶体在不同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)
在水晶和玻璃表面涂一层蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，观察蜡熔化的形状。
说明水晶在不同方向的传热能力不同，呈现各向异性。
而非晶体玻璃则呈现各向同性。
石墨中，与层平行方向上的导电率比与层垂直方向上的导电率大一万倍。
→再比如:石墨的导电性
原因：同一晶体在不同方向上质点排列一般是不一样的， 因此，晶体的物理性质常常随方向的不同而有所差异。
非晶体则不具有物理性质各向异性的特点,表现为“各向同性”
为什么晶体具有各向异性呢？
→反映在步冷曲线上出现平台, 而非晶体没有固定的熔点, 反映在步冷曲线上不会出现平台。
→玻璃没有固定的熔点，在一定温度范围内软化
微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列
晶体与非晶体之间在一定条件下可以相互转化。
硫加热融化，自然冷却结晶后，得到黄色晶体。
固体直接变成紫色蒸气，蒸气遇冷又重新凝聚成紫黑色的固体。
选2 P71 实验3-1
②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)
从熔融态结晶出来的硫晶体
饱和氯化钠溶液中滴入浓盐酸
晶体有固定熔点，非晶体没有固定熔点
②最可靠的科学方法是对固体进行 实验。
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。
→晶体物质能使X-射线产生衍射，非晶体只有散射效应。
判断下列物质是晶体还是非晶体：
③晶体也不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。
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。
④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。
1.下列有关物质特殊聚集状态与结构的说法不正确的是A.液晶中分子的长轴取向一致，表现出类似晶体的各向异性B.等离子体是一种特殊的气体，由阳离子和电子两部分构成C.纯物质有固定的熔点，但其晶体颗粒尺寸在纳米量级时也可能发生变化D.超分子内部的分子间一般通过非共价键或分子间作用力结合成聚集体
等离子体是由阳离子、电子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体
2.水的状态除了气、液和固态外，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的密度相同，下列有关玻璃态水的叙述正确的是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.在玻璃态水的X射线图谱上有分立的斑点或明锐的衍射峰
解析：玻璃态水无固定形状，不存在晶体结构，因密度与普通液态水相同，故水由液态变为玻璃态时体积不变。
3.下列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
在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的
4.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，下列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.光导纤维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
考点二 常 见 晶 体 类 型
1.概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞
②整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成
①常规的晶胞一般是平行六面体
“无隙”：相邻晶胞之间没有 。
“并置”：所有晶胞都是 排列的， 相同。　　
（晶胞间无间隙，平行排列，取向相同）
注意：晶胞是无形的，是人为划定的。
同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
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。
三套各4根平行棱分别相同
三套各两个平行面分别相同
判断下列六面体是否是晶胞？
D图:不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”.
C图:不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”
B图:不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”.
A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。
3、三种典型立方晶体结构
→晶胞按平行六面体几何特征的分类——布拉维系
晶胞不一定都取平行六面体
→中学要求掌握平行六面体晶胞
【问题】晶胞都是平行六面体吗？
多面体只要可无隙并置地充满整个微观空间，都可被选为晶胞用。
但习用晶胞是平行六面体。
4.晶胞中原子个数的计算(重点)
水平1/4 竖1/6
①正三棱柱中粒子的计算方法