第三章 物质的聚集状态与物质性质
本章导读
数形结合思想： 数与形是数学教学研究对象的两个侧面，把数量关系和空间形式结合 起来去分析问 题、解决问题，就是数形结合思想。“数形结合”可以借助简单的图形、符号和文字所作 的示意图，促进学生形象思维和抽象思维的协调发展，沟通知识之间的联系，从复杂的数 量关系中凸显最本质的特征。将立体几何图形和化学分子模型联系起来，将化学问题抽象 为数学问题来解决，达到了考查思维能力的较高层次。正确认识晶体的几何外形，分析晶体中各微粒在晶胞中所处的位置是掌握晶体的空间构型的基础。 第一节 认识晶体 知识要点 1. 各类晶体物理性质的比较 2. 化学键类型和晶体类型的判断 3. 晶体结构及信息迁移式试题 重要指数 链接考题 学习策略 掌握晶体的物理性质 ★★★★★ 例10、（06上海） 例7、（05上海） 例2、（06广东） 例3、（06上海） ★★★★ 例1、(06全国) 例6、（06四川） 了解一是由物质的物理性质或粒子间相互作用力来确定，二是依据晶体的物理性质来确定 能根据晶体的各种物理性质确定晶体硬度大小，熔沸点高低顺序，会比较晶体熔沸点的高低 （06江苏） ★★★★★ 例9、例8、（06江苏） 例5、（06天津） 例4、（06江苏） 精彩图文导入 具有鲜艳深蓝色的透明钻石，是稀世珍品，大粒者世界上仅有几颗，名钻“希望”，就是其中之一。
现存于世的钻石“希望”，重45.52克拉，具有权其罕见的深蓝色。据说，它不仅蓝得美丽，而且似乎发射出一股凶恶的光芒，这可能是因为在它那像迷雾一样的历
史中，充满了奇特和悲惨的经历，它总是给它的主人带来难以抗拒的噩运之故。 而现在这颗历尽坎坷，蒙受了无数不白之冤的美丽蓝钻“希望”，得到了它适宜的归宿。温斯顿将它作为礼物捐献给了国家，它现在藏于美国华盛顿的史密森研究所。从此，它再也不是炫耀豪华和财富，或增加个人娇美的装饰品了，而是成了科学研究的标本。
随着人们生活水平的不断提高，宝石也逐渐走进了寻常百姓家。由于宝石价格昂贵，一些不法商贩常常以假充真、以次充好欺骗消费者。而一旦购入了假宝石，则会给消费者带来很大的经济损失。要想鉴别真假宝石，我们必需了解宝石的结构，宝石就是我们常见的晶体之一，那么究竟什么样的物质才能称为晶体？晶体具有什么样的结构和性质？ 高手支招之一：细品教材 一、晶体的特性
1.晶体与非晶体：
（1）晶体定义：内部粒子（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排
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列构成的固体物质。如：食盐、干冰、金刚石等。
（2）非晶体定义：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质。如：橡胶、松香、玻璃等。
例1：下列物质属于晶体的是( )
A.橡胶 B.玻璃 C.食盐 D.水晶
解析：固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部微粒（原子、离子和分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质，食盐、冰、金属、宝石、水晶、大部分的矿石等都是晶体；非晶体的内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态，如玻璃、橡胶等都是非晶体。
答案：CD 高手笔记：注意晶体和非晶体都是针对固体来说的。 2.晶体的特性
（1）具有规则的几何外形 在适宜的条件下，晶体能够自发的呈现封闭的规则的多面体外形，这称为晶体的自范性。非晶态物质没有这个特性。
①有规则的几何外形是指物质在凝固或从溶液中结晶的自然生长过程中，能自发地形成规则的多面体外形，而不是指加工成某种特定的几何形状。
②所谓自范性即“自发”进行，但这里得注意，“自发”过程的实现仍需一定的条件。例如：水能自发地从高处流向低处，但不打开拦截水流的闸门，水库里的水不能下泻。其中最重要的条件是晶体的生长速率适当。例如同样是熔融态的二氧化硅，快速的冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到水晶过程。 高手笔记： 晶体形成的一段途径：a.熔融态物质凝固；b.气态物质冷却不经液态直 接凝固（凝华）；c.溶质从溶液中析出。 （2）各向异性
晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质即各项异性。如：例如：蓝晶石（Al2O3·SiO2）在不同方向上的硬度不同；石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率
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1∕10。 高手笔记：对于晶体来说,许多物理性质：如导电性、导热性、膨胀系数、折光率、硬 度、光学性质等，因研究角度不同而产生差异，即为各向异性。好比同一幅图案来说, 从不同的方向审视,也会产生不同的感受。 （3）晶体具有特定的对称性 高手笔记：晶体的特征除了具有规则几何外形、各向异性、对称性外，还具有固定的熔、沸点等其他特征。
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例2：下列叙述中，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.晶体、非晶体具有固定的熔点
解析：晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做到周期性重复排列。晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此B错。有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，但具有各向异性的固体一定是晶体，所以A错，C正确。晶体具有固定的熔点而非晶体不具有固定的熔点。
答案：C 3.晶体的分类
根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。
+-对于常见的晶体，例如：氯化钠是Na与Cl通过离子键形成的晶体称为离子晶体；金
属铜是以金属键为基本作用所形成的晶体，称为金属晶体；金刚石是碳原子间完全通过共价键形成的晶体称为原子晶体；冰是水分子间通过分子间相互作用形成的晶体称为分子晶体。
高手笔记：关于晶体四种类型的划分要把握住两点：“微粒种类”和“微粒间相互作用” 例3.将晶体划分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是（ ） A．基本构成微粒种类 B． 晶体中最小重复结构单元的种类
C．微观粒子的密堆积种类 D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类 解析：根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。 二、晶体结构的堆积模型 探究与交流：
X射线衍射实验测定的结果表明，组成晶体的微粒在空间为什么大都服从紧密堆积原理？
因为分别借助于没有方向性的金属键、离子键和分子间相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
高手笔记：对密堆积原理的理解应注意：各类晶体的构成微粒为什么尽可能采取密堆积的 形式形成晶体？晶体的构成微粒采取密堆积的形式形成晶体可以提高空间利用率，降低体 系能量，整个体系的能量越低，所形成的晶体就越稳定。 1.等径圆球的密堆积
由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆积和A1最密堆积。
在密堆积中，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为配位数。
①等径圆球在一列上进行紧密堆积的方式只有一种，即所有的圆球都在一条直线上排列。
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②等径圆球在一个平面上进行最紧密堆积排列有一种，即只有当每个等径圆球与周围其它六个球相接触时，才能做到最紧密堆积，这称为密置层。每个等径圆球与其它六个球相接触。
③取Ａ、Ｂ两个等径圆球密置层，将Ｂ层放在Ａ层上面。要做最密堆积使空隙最小也只有一种唯一堆积方式，就是将两个密置平行地错开一点，使Ｂ层的球的投影位置正落在Ａ层中三个球所围成的空隙的中心上，并使两层紧密接触，称为密置双层（见上图）。
④在密置双层的基础上再堆积第三层时，一种堆积方式是第三层与第一层相同，第3层与第1层的圆球球心相对应，第3层相当于第1层，之后的第4、6、8……个密置层的圆球正好与第2层相对应，第5、7、9……个密置层都与第1层相对应，这样形成了“…ABABAB…”堆积，称为六方堆积，又称为A3型紧密堆积。
另一种堆积方式是第三层小球的球心正好落在第一层球形成的另一类空隙的中心，这样形成了“…ABCABCABC…”堆积，称为面心立方堆积，又称为A1型紧密堆积。
高手笔记：（1）在A1和A3型结构的金属单质晶体中，每个金属原子的配位数均为 12，即每个原子是与12个原子（同一密置层中六个原子，上、下层中各三个原子） 相邻接。这两种堆积方式是在等径圆球密堆积中最紧密的，配位数最高，空隙最小 2.非等径圆球的密堆积
由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球采取等径圆球密堆积，小球填入大球的空隙。
在分子晶体中，由于范德华力没有方向性和饱和性，因此分子间尽可能采取密堆积方式，但分子的排列与分子形状有关，例如干冰中直线型的二氧化碳分子在空间是以A1型密堆积方式形成晶体的。
原子晶体中微粒间以共价键结合进行堆积时，由于共价键具有方向性和饱和性，就决定了原子周围的其他原子的数目和堆积方向是一定的，所以原子晶体不符合密堆积原理。
高手笔记：①密堆积模型适合于靠无方向性的化学键形成的晶体。
②分子晶体由于不是等径圆球，而是有一定的形状和结构，因此分子晶体采取尽可能密堆积的结构。但有些分子晶体分子间靠氢键结合形成晶体，如苯甲酸晶体、冰等。氢4 键是有方向性的，因此与原子晶体类似，一个分子周围其他分子的数目和位置是一定的，不采取密堆积结构。
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