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第三章 晶体结构与性质
第一节
物质的聚集状态
与晶体的常识
物质有固、液、气三种存在形态，三种形态可以相互转化，且转化时只是分子的间距发生了变化。固态中分子只能振动，气体中分子能自由移动，液体介于二者之间。
[20世纪前]
固态
液态
气态
凝固
(放热)
融化
(吸热)
升华
(吸热)
凝华
(放热)
气化
(吸热)
液化
(放热)
一、物质的聚集状态
战
[20世纪后]
①通过X射线衍射等实验手段，发现许多物质并不是由分子构成的。
金刚石 石墨 氯化钠 金属
物质的聚集状态
气态
固态
液态
晶态
塑晶态
液晶态
非晶态
物质不仅存在固、液、气三种形态，还有其他形态。
[20世纪后]
等离子体
液晶
离子液体
学以致用 提升关键能力 校本P55
1.(2023·抚顺高二检测)下列关于物质聚集状态的叙述错误的是( )
A.物质只有气、液、固三种聚集状态
B.气态是体系高度无序的存在状态
C.固态中的原子或分子结合地较紧凑，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、气两态之间，表现出明显的流动性
A
（一）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。
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。
(2)特点：等离子体具有良好的导电性和流动性。
一种特殊的气体
战
极光
雷
电
日光灯、霓虹灯
烛
火
应用：运用等离子体显示技术可以制造等离子体显示器；
利用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，等等。
等离子体显示器
核聚变
校本P55
2.等离子体在工业、农业、环保、军事、航天、能源、天体等方面有着非
常重要的应用价值。下列与等离子体无关的是( )
A.等离子体显示器 B.日光灯和霓虹灯
C.把水温升高到几千摄氏度 D.液晶显示器
D
(二)液晶
（1）概念：物质加热达到熔点后，先呈浑浊态，再加热达到一定温度时，浑浊态变透明清亮态，将熔点至澄清点温度范围内的物质状态称为液晶。
（2）特征：
介于液态和晶态之间的物质状态
流动性、黏度、形变性等
导热性、光学性质等
表现晶体的各向异性
（3）分类
热致液晶（液晶）
溶质液晶（从溶液中获得的液晶，又称胶束）
（4）应用：
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
应用：
①手机、电脑和电视的液晶显示器，由于施加电场可使液晶的长轴取向发生不同程度的改变，从而显示数字、文字或图像。
②合成高强度液晶纤维已广泛应用于飞机、火箭、坦克、舰船、防弹衣、防弹头盔等。
校本P55
3.下列关于液晶的叙述错误的是( )
A.液晶是物质的一种聚集状态
B.液晶具有流动性
C.液晶和液态是物质的同一种聚集状态
D.液晶具有各向异性
C
校本P57
2.(2023· 瓦房店高一阶段检测)电子表、电子计算器、电脑显示器都运用了
液晶材料显示图像和文字。下列有关液晶的显示原理的叙述正确的是
A.施加电场时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B.移去电场后，液晶分子恢复到原来状态
C.施加电场后，液晶分子排列成扭曲的螺旋状
D.移去电场后，液晶分子沿垂直于电场方向排列
B
战
炭黑又称无定形体
在实验室和生活中，我们会见到许多固体，而绝大多数固体是晶体，只有少数是非晶体。如
晶体：
非晶体：
二、晶体与非晶体
（一）晶体：
内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体。
自范性：晶体能自发地呈现多面体外形
微观结构
宏观性质
（二）非晶体：
内部微粒(原子、离子或分子)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
非晶体无自范性
【小结】晶体与非晶体的本质差异
固体 自范性 微观结构
晶体
非晶体
有(能自发呈现多面体外形)
原子在三维空间里呈周期性有序排列
无(不能自发呈现多面体外形)
原子排列相对无序
（三）获得晶体的三条途径 (教材P71图3-5、实验3-1)
(1)熔融态物质凝固。
(2)气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。
(3)溶质从溶液中析出。
从饱和硫酸铜溶液中析出的硫酸铜晶体
从熔融态结晶出的硫晶体
凝华得到的碘晶体
校本P58
3.下列过程不能得到晶体的是( )
A.降低 饱和溶液的温度得到固体
B.气态水直接冷却成固态水
C.熔融的 冷却后得到固体
D.液态的塑料冷却后得到固体
D
（四）常见的晶体和非晶体
①晶体：大部分矿石、离子化合物（食盐、明矾）、金属、
水晶、宝石、冰、干冰、石墨、糖、味精等
②非晶体：炭黑、玻璃、塑料、石蜡、橡胶、陶瓷、沥青、松香、珍珠等
③晶体不一定都有规则的几何外形。
⑤同一物质可以是晶体，也可以是非晶体。
注：
①有规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。
②具有固定组成的物质不一定是晶体。
④晶体的固体粉末同样是晶体。
校本P57
1.下列物质中，前者为晶体，后者为非晶体的是( )
A.白磷、蓝矾 B.陶瓷、塑料 C.碘、橡胶 D.食盐、蔗糖
C
（五）晶体的特性
（1）自范性：
②微观：晶体粒子周期性有序排列，能量最低。
①条件：晶体生长速率适当。
晶体能自发地呈现多面体外形的性质
（本质特征）
（2）各向异性：同一晶体，在不同的方向上表现出不同的物理性质。
（导热、导电、光学）
（3）晶体有固定熔点
非晶体 --- 无固定熔点，有一定的熔点范围（熔程）
校本P6
3.晶体具有各向异性。例如，蓝晶石 在不同方向上的硬度不
同；又如，石墨中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 。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.只有①③ B.只有②④ C.只有①②③ D.①②③④
D
校本P58
4.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 ，则这块样品一定是( )
A.金属 B.半导体 C.非晶体 D.晶体
D
[练习]如图是a、b两种不同物质的熔化曲线。
由图可知____是晶体，_____是非晶体。
a
b
（六）鉴别晶体和非晶体
（2）X-射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠方法。
（1）考察固体中粒子在三维空间里是否呈周期性有序排列。
（3）晶体的物理性质
①熔点（晶体有固定熔点）
②各向异性（物理性质：光学性质、导电性、导热性）
校本P56
2.(2023·大同高二月考)中国科学院新疆理化技术研究所研发出 深
紫外光双折射晶体。下列性质不能区别晶体与玻璃体的是( )
A.各向异性 B.导电性
C. 射线衍射 D.有无固定的熔点
B
阿羽衣（René-Just Haüy, 1743—1822），法国矿物学家，晶体学奠基人。
晶体形貌与原子排列——阿羽衣的非凡一念
狗牙方解石（dog tooth calcite）大晶体
晶体实际上就是由这样的原始形沿三个维度密集堆砌而成的。
阿羽衣管它叫 le noyau（核），在现代晶体学中我们用晶胞的概念，晶体学晶胞就是最小的能堆出某种晶体的几何体。
阿羽衣设想的晶体作为某种（晶）核的堆积
（一）概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。
铜晶体结构
晶胞是晶体中最小的结构重复单元。
三、晶胞
CO2晶胞
NaCl晶体结构和晶胞
晶胞示意图
金刚石的晶体结构
（1）常规的晶胞都是平行六面体
平行六面体：8个顶点、六个面、12条棱
（二）特征
三种典型的立方晶胞结构
体心立方
简单立方
面心立方
（2）“无隙并置”
“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。
“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。
（通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个晶胞完全重合）
学以致用 提升关键能力 校本P57
1.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。下列对这句话的
理解错误的是( )
A.相邻晶胞之间没有任何间隙
B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成的
C.晶胞排列时，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】下图中晶胞是实线小立方体呢？还是虚线大立方体？
1
CsCl晶胞
1
内部：1
1
2
面上：1/2
四、晶胞的相关计算
2
1
3
4
棱边：1/4
1
2
4
3
7
6
8
5
顶角：1/8
均摊法
某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的 1/n属于这个晶胞
顶角、棱、面上以及晶胞内时，一个晶胞平均占有的原子(切割法)
晶胞 顶角 棱上 面上 中心
立方体 1/8 1/4 1/2 1
【练习】金属铜的一个晶胞中，位于晶胞顶点的铜原子有 个，位于面心的铜原子有 个，金属铜晶胞中所含的铜原子数为
。
8
6
8×1/8＋6×1/2=4
铜晶胞
【练习】求化学式
Cl-
Na+
① Na＋ 位于 和 共有 个
顶点
面心
4
② Cl－ 位于 和 ，共有 个
棱边
体心
4
Na+：Cl- = 1:1
化学式为NaCl
晶体化学式的含义：
一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是每个晶胞)中各类原子或离子数目的最简整数比。
战
【思考与讨论】教材P74
（1）晶胞中有几套平行棱？有几套平行面？
（2）金属钠、金属锌、碘（I2)、金刚石晶胞中分别平均含几个原子？
教材P77
8、下图为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的重复单元。
①在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个。
②该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的个数比是
6
3∶1∶1
Ti
O
Ca
O：12×1/4＝3
Ti: 8 ×1/8＝1
Ca：1
【练习】2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有1个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为（ ）
A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2
B
Mg原子的数目：12×1/6+2×1/2=3
B原子的数目：6 故化学式可表示为MgB2
【练习】晶体的一部分如图所示，这种晶体A、B、C的三种粒子数之比为 。
1∶4∶2
顶点：1/12
竖棱：1/6
横棱：1/4
体内：1
X射线管
铅板
晶体
1、测定晶体结构仪器、方法及原理
最常用的仪器是X射线衍射仪
五、晶体结构的测定
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。
乙酸晶胞
X射线衍射实验：
可得出乙酸晶胞，并得出晶胞中各个原子的位置（坐标），根据坐标计算原子间的间距，判断原子间存在的化学键，确定键长和键角
校本P57
2.下列有关说法正确的是( )
A.测定晶体结构最常用的仪器是 射线衍射仪
B.石英玻璃和水晶的衍射图谱相同
C.通过乙酸晶体的 射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，
不能推出乙酸分子的空间结构
D.晶体的 射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定键
长和键角
A

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