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第三章 晶體結構與性質
第一節
物質的聚集狀態
與晶體的常識
物質有固、液、氣三種存在形態，三種形態可以相互轉化，且轉化時只是分子的間距發生了變化。固態中分子只能振動，氣體中分子能自由移動，液體介于二者之間。
[20世紀前]
固態
液態
氣態
凝固
(放熱)
融化
(吸熱)
升華
(吸熱)
凝華
(放熱)
氣化
(吸熱)
液化
(放熱)
一、物質的聚集狀態
戰
[20世紀后]
①通過X射線衍射等實驗手段，發現許多物質并不是由分子構成的。
金剛石 石墨 氯化鈉 金屬
物質的聚集狀態
氣態
固態
液態
晶態
塑晶態
液晶態
非晶態
物質不僅存在固、液、氣三種形態，還有其他形態。
[20世紀后]
等離子體
液晶
離子液體
學以致用 提升關鍵能力 校本P55
1.(2023·撫順高二檢測)下列關于物質聚集狀態的敘述錯誤的是( )
A.物質只有氣、液、固三種聚集狀態
B.氣態是體系高度無序的存在狀態
C.固態中的原子或分子結合地較緊湊，相對運動較弱
D.液態物質的微粒間距離和作用力的強弱介于固、氣兩態之間，表現出明顯的流動性
A
（一）等離子體
(1)概念：氣態物質在高溫或者在外加電場激發下，分子發生分解，產生電子和陽離子等。
由電子、陽離子和電中性粒子組成的整體上呈電中性的物質聚集體稱為等離子體。
(2)特點：等離子體具有良好的導電性和流動性。
一種特殊的氣體
戰
極光
雷
電
日光燈、霓虹燈
燭
火
應用：運用等離子體顯示技術可以制造等離子體顯示器；
利用等離子體可以進行化學合成；
核聚變也是在等離子態下發生的，等等。
等離子體顯示器
核聚變
校本P55
2.等離子體在工業、農業、環保、軍事、航天、能源、天體等方面有著非
常重要的應用價值。下列與等離子體無關的是( )
A.等離子體顯示器 B.日光燈和霓虹燈
C.把水溫升高到幾千攝氏度 D.液晶顯示器
D
(二)液晶
（1）概念：物質加熱達到熔點后，先呈渾濁態，再加熱達到一定溫度時，渾濁態變透明清亮態，將熔點至澄清點溫度范圍內的物質狀態稱為液晶。
（2）特征：
介于液態和晶態之間的物質狀態
流動性、黏度、形變性等
導熱性、光學性質等
表現晶體的各向異性
（3）分類
熱致液晶（液晶）
溶質液晶（從溶液中獲得的液晶，又稱膠束）
（4）應用：
實際應用的熱致液晶均為剛性棒狀強極性（或易于極化）的分子，其分
子有取向序，分子的長軸取向一致，但無位置序，分子可滑動
應用：
①手機、電腦和電視的液晶顯示器，由于施加電場可使液晶的長軸取向發生不同程度的改變，從而顯示數字、文字或圖像。
②合成高強度液晶纖維已廣泛應用于飛機、火箭、坦克、艦船、防彈衣、防彈頭盔等。
校本P55
3.下列關于液晶的敘述錯誤的是( )
A.液晶是物質的一種聚集狀態
B.液晶具有流動性
C.液晶和液態是物質的同一種聚集狀態
D.液晶具有各向異性
C
校本P57
2.(2023· 瓦房店高一階段檢測)電子表、電子計算器、電腦顯示器都運用了
液晶材料顯示圖像和文字。下列有關液晶的顯示原理的敘述正確的是
A.施加電場時，液晶分子沿垂直于電場方向排列
B.移去電場后，液晶分子恢復到原來狀態
C.施加電場后，液晶分子排列成扭曲的螺旋狀
D.移去電場后，液晶分子沿垂直于電場方向排列
B
戰
炭黑又稱無定形體
在實驗室和生活中，我們會見到許多固體，而絕大多數固體是晶體，只有少數是非晶體。如
晶體：
非晶體：
二、晶體與非晶體
（一）晶體：
內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構成的具有規則幾何外形的固體。
自范性：晶體能自發地呈現多面體外形
微觀結構
宏觀性質
（二）非晶體：
內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈相對無序 排列而構成的不具有規則幾何外形的固體
非晶體無自范性
【小結】晶體與非晶體的本質差異
固體 自范性 微觀結構
晶體
非晶體
有(能自發呈現多面體外形)
原子在三維空間里呈周期性有序排列
無(不能自發呈現多面體外形)
原子排列相對無序
（三）獲得晶體的三條途徑 (教材P71圖3-5、實驗3-1)
(1)熔融態物質凝固。
(2)氣態物質冷卻不經液態直接凝固(凝華)。
(3)溶質從溶液中析出。
從飽和硫酸銅溶液中析出的硫酸銅晶體
從熔融態結晶出的硫晶體
凝華得到的碘晶體
校本P58
3.下列過程不能得到晶體的是( )
A.降低 飽和溶液的溫度得到固體
B.氣態水直接冷卻成固態水
C.熔融的 冷卻后得到固體
D.液態的塑料冷卻后得到固體
D
（四）常見的晶體和非晶體
①晶體：大部分礦石、離子化合物（食鹽、明礬）、金屬、
水晶、寶石、冰、干冰、石墨、糖、味精等
②非晶體：炭黑、玻璃、塑料、石蠟、橡膠、陶瓷、瀝青、松香、珍珠等
③晶體不一定都有規則的幾何外形。
⑤同一物質可以是晶體，也可以是非晶體。
注：
①有規則幾何外形或者美觀、對稱外形的固體，不一定是晶體。
②具有固定組成的物質不一定是晶體。
④晶體的固體粉末同樣是晶體。
校本P57
1.下列物質中，前者為晶體，后者為非晶體的是( )
A.白磷、藍礬 B.陶瓷、塑料 C.碘、橡膠 D.食鹽、蔗糖
C
（五）晶體的特性
（1）自范性：
②微觀：晶體粒子周期性有序排列，能量最低。
①條件：晶體生長速率適當。
晶體能自發地呈現多面體外形的性質
（本質特征）
（2）各向異性：同一晶體，在不同的方向上表現出不同的物理性質。
（導熱、導電、光學）
（3）晶體有固定熔點
非晶體 --- 無固定熔點，有一定的熔點范圍（熔程）
校本P6
3.晶體具有各向異性。例如，藍晶石 在不同方向上的硬度不
同；又如，石墨中與層垂直的方向上的電導率是與層平行的方向上的電導
率的 。晶體的各向異性主要表現在( )
①硬度 ②導熱性 ③導電性 ④光學性質
A.只有①③ B.只有②④ C.只有①②③ D.①②③④
D
校本P58
4.如圖為一塊密度、厚度均勻的矩形樣品，長為寬的兩倍，若用多用電表
沿兩對稱軸測其電阻均為 ，則這塊樣品一定是( )
A.金屬 B.半導體 C.非晶體 D.晶體
D
[練習]如圖是a、b兩種不同物質的熔化曲線。
由圖可知____是晶體，_____是非晶體。
a
b
（六）鑒別晶體和非晶體
（2）X-射線衍射實驗是區分晶體和非晶體的最可靠方法。
（1）考察固體中粒子在三維空間里是否呈周期性有序排列。
（3）晶體的物理性質
①熔點（晶體有固定熔點）
②各向異性（物理性質：光學性質、導電性、導熱性）
校本P56
2.(2023·大同高二月考)中國科學院新疆理化技術研究所研發出 深
紫外光雙折射晶體。下列性質不能區別晶體與玻璃體的是( )
A.各向異性 B.導電性
C. 射線衍射 D.有無固定的熔點
B
阿羽衣（René-Just Haüy, 1743—1822），法國礦物學家，晶體學奠基人。
晶體形貌與原子排列——阿羽衣的非凡一念
狗牙方解石（dog tooth calcite）大晶體
晶體實際上就是由這樣的原始形沿三個維度密集堆砌而成的。
阿羽衣管它叫 le noyau（核），在現代晶體學中我們用晶胞的概念，晶體學晶胞就是最小的能堆出某種晶體的幾何體。
阿羽衣設想的晶體作為某種（晶）核的堆積
（一）概念：描述晶體結構的基本單元叫做晶胞。
銅晶體結構
晶胞是晶體中最小的結構重復單元。
三、晶胞
CO2晶胞
NaCl晶體結構和晶胞
晶胞示意圖
金剛石的晶體結構
（1）常規的晶胞都是平行六面體
平行六面體：8個頂點、六個面、12條棱
（二）特征
三種典型的立方晶胞結構
體心立方
簡單立方
面心立方
（2）“無隙并置”
“無隙”是相鄰晶胞之間沒有任何間隙。
“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。
（通過上、下、左、右、前、后的平移能與下一個晶胞完全重合）
學以致用 提升關鍵能力 校本P57
1.整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成。下列對這句話的
理解錯誤的是( )
A.相鄰晶胞之間沒有任何間隙
B.晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成的
C.晶胞排列時，取向相同
D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的
B
A
B
【思考】下圖中晶胞是實線小立方體呢？還是虛線大立方體？
1
CsCl晶胞
1
內部：1
1
2
面上：1/2
四、晶胞的相關計算
2
1
3
4
棱邊：1/4
1
2
4
3
7
6
8
5
頂角：1/8
均攤法
某個粒子為n個晶胞所共有，則該粒子的 1/n屬于這個晶胞
頂角、棱、面上以及晶胞內時，一個晶胞平均占有的原子(切割法)
晶胞 頂角 棱上 面上 中心
立方體 1/8 1/4 1/2 1
【練習】金屬銅的一個晶胞中，位于晶胞頂點的銅原子有 個，位于面心的銅原子有 個，金屬銅晶胞中所含的銅原子數為
。
8
6
8×1/8＋6×1/2=4
銅晶胞
【練習】求化學式
Cl-
Na+
① Na＋ 位于 和 共有 個
頂點
面心
4
② Cl－ 位于 和 ，共有 個
棱邊
體心
4
Na+：Cl- = 1:1
化學式為NaCl
晶體化學式的含義：
一般地，晶體的化學式表示的是晶體(也可以說是每個晶胞)中各類原子或離子數目的最簡整數比。
戰
【思考與討論】教材P74
（1）晶胞中有幾套平行棱？有幾套平行面？
（2）金屬鈉、金屬鋅、碘（I2)、金剛石晶胞中分別平均含幾個原子？
教材P77
8、下圖為高溫超導領域的一種化合物——鈣鈦礦晶體結構，該結構是具有代表性的重復單元。
①在該物質的晶體中，每個鈦離子周圍與它最接近且距離相等的鈦離子共有 個。
②該晶體結構單元中，氧、鈦、鈣離子的個數比是
6
3∶1∶1
Ti
O
Ca
O：12×1/4＝3
Ti: 8 ×1/8＝1
Ca：1
【練習】2001年報道的硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導溫度的最高記錄。如圖所示的是該化合物的晶體結構單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有1個鎂原子，6個硼原子位于棱柱內。則該化合物的化學式可表示為（ ）
A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2
B
Mg原子的數目：12×1/6+2×1/2=3
B原子的數目：6 故化學式可表示為MgB2
【練習】晶體的一部分如圖所示，這種晶體A、B、C的三種粒子數之比為 。
1∶4∶2
頂點：1/12
豎棱：1/6
橫棱：1/4
體內：1
X射線管
鉛板
晶體
1、測定晶體結構儀器、方法及原理
最常用的儀器是X射線衍射儀
五、晶體結構的測定
X射線衍射原理：單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產生分立的斑點或明銳的衍射峰。
乙酸晶胞
X射線衍射實驗：
可得出乙酸晶胞，并得出晶胞中各個原子的位置（坐標），根據坐標計算原子間的間距，判斷原子間存在的化學鍵，確定鍵長和鍵角
校本P57
2.下列有關說法正確的是( )
A.測定晶體結構最常用的儀器是 射線衍射儀
B.石英玻璃和水晶的衍射圖譜相同
C.通過乙酸晶體的 射線衍射實驗，只能測定晶胞中含有的乙酸分子數，
不能推出乙酸分子的空間結構
D.晶體的 射線衍射實驗不能判斷晶體中存在哪些化學鍵，也不能確定鍵
長和鍵角
A

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