物质结构与性质·晶体的常识

1、20212021年年8 8月月8 8日星期日日星期日 8/8/2021 12:36 PM 第一节第一节 晶体的常识晶体的常识 目目 录录 的定义的定义 的分类的分类 无隙并置无隙并置 晶体形成的途径晶体形成的途径 典型立方晶体结构典型立方晶体结构 晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算学学.科科.网网 自然界中美丽的雪花自然界中美丽的雪花 胆胆 矾矾 明明 矾矾 晶晶 体体 冰冰 糖糖 晶晶 体体 水水 晶晶 水晶石水晶石 祖祖 母母 绿绿 紫水晶紫水晶 黄黄 水水 晶晶 金刚石金刚石 宏观晶体的形貌宏观晶体的形貌 立方 一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体 1.1.晶体与非晶体晶体与非晶体 （

2、1 1）晶体：）晶体： 在结晶过程中形成的具有规则几何外形的固体。在结晶过程中形成的具有规则几何外形的固体。 （2 2）非晶体：）非晶体： 没有规则几何外形的固体。没有规则几何外形的固体。 (3) (3) 常见的晶体和非晶体常见的晶体和非晶体: : 晶体：晶体： 食盐食盐( (离子化合物的固态一般为晶体离子化合物的固态一般为晶体) )、 冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石。冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石。 非晶体：非晶体： 玻璃及玻璃态物质、橡胶、塑料。玻璃及玻璃态物质、橡胶、塑料。 8/8/2021 12:36 PM 2 2、分类分类： 思考：思考： 为什么晶体呈现规则的几何外形，为什么晶体

3、呈现规则的几何外形， 而非晶体没有规则的几何外形呢？你而非晶体没有规则的几何外形呢？你 认为可能和什么因素有关？认为可能和什么因素有关？ 3.3.晶体的自范性晶体的自范性 （1 1）自范性：）自范性： 晶体能自发地呈多面体几何外形的性质晶体能自发地呈多面体几何外形的性质 （2 2）晶）晶体自范性的本体自范性的本质质: : 晶体中粒子周期性有序排列的宏观表像晶体中粒子周期性有序排列的宏观表像 玛瑙玛瑙 水晶水晶 （3 3）晶体自范性的条件）晶体自范性的条件: : 适当的结晶速率适当的结晶速率 4 4、晶体与、晶体与非晶体的本质差异非晶体的本质差异 自范性自范性微观结构微观结构 晶体晶体 有（有（

4、能自发能自发呈现多面体呈现多面体 外形）外形） 原子在三维空间里呈原子在三维空间里呈 周期性有序排列周期性有序排列 非晶非晶 体体 没有（没有（不能自发不能自发呈现多呈现多 面体外形）面体外形） 原子排列相对无序原子排列相对无序 8/8/2021 12:36 PM 5.5.晶体形成的途径晶体形成的途径 8/8/2021 12:36 PM 8/8/2021 12:36 PM 各向异性：各向异性： 在不同的方向上有不同的物理性质。在不同的方向上有不同的物理性质。 如：如： 的熔点的熔点 石蜡、塑料、玻璃受热到一定温度开始软化、流动性增强，石蜡、塑料、玻璃受热到一定温度开始软化、流动性增强， 直至完

5、全变成液体，整个过程温度不断升高。直至完全变成液体，整个过程温度不断升高。 非晶态和晶态石英的非晶态和晶态石英的X-射线粉末衍射图谱射线粉末衍射图谱 晶态石英的谱图晶态石英的谱图 非晶态石英的谱图非晶态石英的谱图 8/8/2021 12:36 PM 学与问学与问 非晶体非晶体 A.A.采采用用X X射线衍射实验，当射线衍射实验，当X X射线照射假宝射线照射假宝石时，石时， 不不能使能使X X射线产生衍射，只有散射效应。射线产生衍射，只有散射效应。 B.B.观观看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相 等的晶面、晶棱和顶角重复出现。等的晶面、晶棱和顶角重复出现

6、。 C.C.用用它来刻划玻璃，真宝石硬度大，可刻划玻璃；它来刻划玻璃，真宝石硬度大，可刻划玻璃； 而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。 D D、加热，真宝石沸点很高，而假宝石无固定的熔、加热，真宝石沸点很高，而假宝石无固定的熔 沸点，在一定的范围内便开始熔化。沸点，在一定的范围内便开始熔化。 E.E.可可利用宝石的折光率鉴别利用宝石的折光率鉴别 8/8/2021 12:36 PM 固体固体外观外观微观结构微观结构自范性自范性各向异性各向异性熔点熔点 晶体晶体 非晶非晶 体体 本质本质 区别区别 鉴别鉴别 8/8/2021 12:36 PM 无形无形 8/8/20

7、21 12:36 PM 8/8/2021 12:36 PM 8/8/2021 12:36 PM 平行六平行六 面体面体 无隙并置无隙并置 无隙并无隙并 置置 NaCl晶体结构和晶胞晶体结构和晶胞 通过上、下、左、右、前、后的通过上、下、左、右、前、后的平移平移能与下一能与下一个完个完全重合全重合 晶体可以看作是数量巨大的晶胞晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置无隙并置而成而成 8/8/2021 12:36 PM 3 3、三种典型立方晶体结构、三种典型立方晶体结构 8/8/2021 12:36 PM 体心：体心：1面心：面心：1/2 顶点：顶点：1/8 棱心：棱心：1/4 4.4.晶胞中粒子个数

8、的计算晶胞中粒子个数的计算 1 1 2 2 4 4 3 3 7 7 6 6 8 8 5 5 1 1 2 2 2 2 1 1 3 3 4 4 请看请看: 1 1 体心：体心：1 面心：面心：1/2 顶点：顶点：1/8 棱心：棱心：1/4 晶晶胞中粒子个数计算规律胞中粒子个数计算规律 晶胞晶胞 顶角顶角 棱心棱心 面心面心 体心体心 立方体立方体 1/81/8 1/4 1/4 1/2 1/2 1 1 常见晶胞微粒数的计算常见晶胞微粒数的计算 微粒数微粒数=81/8 = 1 微粒数微粒数=8=81 1/8 +1 /8 +1 1 1/1 = 2/1 = 2 微粒数微粒数=81/8 + 61/2 = 4

9、 微粒数微粒数=121/6 + 21/2 + 31/1 = 6 8/8/2021 12:36 PM 第一节第一节 晶体的常识晶体的常识 小小 结结 的定义的定义 的分类的分类 无隙并置无隙并置 晶体形成的途径晶体形成的途径 典型立方晶体结构典型立方晶体结构 晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算 8/8/2021 12:36 PM 1 1 C2D EF XY3Z 2、下图依次是金属钠、下图依次是金属钠(Na)、金属锌金属锌(Zn)、碘、碘(12)、 金刚石金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均晶胞的示意图，数一数，它们分别平均 含有几个原子含有几个原子? Na Zn I2 金刚石金刚

10、石 Na Z = 2 Zn Z = 2 金刚石金刚石 C Z= 8 I2 Z = 4 8/8/2021 12:36 PM 3、钙、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察钙钛矿晶胞结构如图所示。观察钙- 钛矿晶胞结构，求该晶体中，钙、钛、氧钛矿晶胞结构，求该晶体中，钙、钛、氧 的微粒个数比为多少？的微粒个数比为多少？ CaTiO3 1 1 3 4 4、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体石墨，石墨， 如图所示。它是层状结构，层与层之间依靠作用力相结如图所示。它是层状结构，层与层之间依靠作用力相结 合。每层内部碳原子与碳原子之间靠作用力相结合，其合。每层内部碳原子与碳原子

11、之间靠作用力相结合，其 键角为键角为120 120 ? 5 。分析图中每个六边形含有。分析图中每个六边形含有 个碳原子，个碳原子， 2 占有的碳碳键数为占有的碳碳键数为_个，碳原子数目与碳碳化学个，碳原子数目与碳碳化学 键数目之比为键数目之比为_。 3 2 3 8/8/2021 12:36 PM 5、下列是、下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中晶胞示意图，晶胞中 Na+和和Cl的个数比是多少？的个数比是多少？ 1 1 8/8/2021 12:36 PM (8 + 6 )3 =12 8 1 2 1 6、下图是、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，分子晶体的晶胞结构示意图， 其中有多少个原子？其中有

12、多少个原子？ 8/8/2021 12:36 PM Ti14C13 8.NiO晶体结构如图，晶体结构如图，Ni2 与邻近的 与邻近的O2-核间距核间距 为为a10-8 ，计算，计算NiO晶体密度（已知晶体密度（已知NiO摩摩 尔质量为尔质量为74.7gmol-1) 9.20019.2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金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棱柱，且棱柱的上下底面还各有1 1个镁原子，个镁原

13、子，6 6 个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可 表示为表示为( )( ) A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2 Mg原子的数目：原子的数目：121/6+21/2=3 B原子的数目：原子的数目：6 故化学式可表示为：故化学式可表示为：MgB2 10.10.晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正 二十面体二十面体, ,其中含有其中含有2020个等边三角形和一定数目的个等边三角形和一定数目的 顶角，每个顶角各有一个原子，试观察图形回答。顶角，每个顶角各有一个原子，试观察图形回答。 这个基本结构

14、单元由这个基本结构单元由 _ _ _个硼原子组成，共个硼原子组成，共 含有含有_ _ 个个B-BB-B键。键。 1212 3030 20203 36060 60605 51212 60602 23030 注意注意： 在使用均摊法计算规律时一定 先看清楚晶胞构型；若晶胞构型 不是立方体，晶胞中的微粒数视 情况而定！ 在晶体结构中确定一个具有代表性在晶体结构中确定一个具有代表性 的最小重复单元为研究对象，运用点、的最小重复单元为研究对象，运用点、 线、面的量进行解答。线、面的量进行解答。 （摩尔质量、阿伏加德罗常数与密度的关系）（摩尔质量、阿伏加德罗常数与密度的关系） 有有关晶体的计算关晶体的计算

15、 思考思考 1.NaCl1.NaCl晶体中，每个晶体中，每个NaNa+ +周周 围最近距离的围最近距离的ClCl- -有有 个？个？ 每个每个ClCl- -周围最近距离的周围最近距离的 NaNa+ +有有 个？个？ 2.2.在在NaClNaCl晶体中，每个晶体中，每个NaNa+ +周周 围最近距离的围最近距离的NaNa+ +有有 个？个？ 3.3.氯化钠的化学式用氯化钠的化学式用“NaCl”NaCl”来表示，原因何在？能来表示，原因何在？能 否否 把把“NaCl”NaCl”称为分子式？称为分子式？ 4.4.每个晶胞中平均有每个晶胞中平均有 个个NaNa+ +？ 个个ClCl- -？（位于顶？（

16、位于顶 点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献） 5.5.该晶胞中，若该晶胞中，若NaNa+ +和和ClCl- -间的最近距离为间的最近距离为0.5a0.5ax1010-10 -10m m， ， 则晶体的密度则晶体的密度= = 6 6 6 6 1212 44 039/a3 （g/cm3） 2 2 1 1 3 3 4 4 a a1010-8 -8cm cm 晶体中最小正方体中所含的晶体中最小正方体中所含的NaNa+ +和和ClCl 的个数均为 的个数均为: : （个）（个） 8 4 4= = 1 2 1 6.0210232 158.5g 即每个小正

17、方体中平均含即每个小正方体中平均含 个个“NaCl”NaCl”，质量为，质量为: : 2 1 解解法法2 2： 而此小正方体体积为而此小正方体体积为(0.5a(0.5a1010-8 -8) )3 3 3 3 6.0210232 1 58.5g (0.5a(0.5a1010-8 -8) )3 3 3 3 0.39 a3 g. -3 = 故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为： 解解法法1 1： 每个晶胞中所含的每个晶胞中所含的NaNa+ +和和ClCl 的个数均为的个数均为4 4个，即含个，即含4 4个个 “NaCl”NaCl”。 每个晶胞的质量为：每个晶胞的质量为： 6.021023

18、58.5 4g 每个晶胞的体积为：每个晶胞的体积为：(a(a1010-8 -8) )3 3 3 3 故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为： 6.021023 58.5 4 (a(a1010-8 -8 ) )3 3 = = 0.39 a3 g. -3 解解法法3 3：依：依= = m m/ /v v 每个晶胞中所含的每个晶胞中所含的NaNa+ +和和ClCl 的个数均为 的个数均为4 4个，即含个，即含4 4个个“NaCl”NaCl”。 每个每个晶胞的体积为：晶胞的体积为： (a(a1010-8 -8) )3 3 3 3 故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为： = = 0.3

19、9 a3 g. -3 即含即含4 4个个“NaCl”NaCl”所占的体积为：所占的体积为：(a(a1010-8 -8) )3 3 3 3 那么那么1 1个个“NaCl”NaCl”所占的体积为：所占的体积为：(a(a1010-8 -8) )3 3 /4 /4 3 3 则：则：1molNaCl1molNaCl所占的体积为：所占的体积为： 6.021023 (a(a1010-8 -8) )3 3 /4 /4 3 3 而而1molNaCl1molNaCl的质量为：的质量为：58.5g 6.021023(a(a1010-8 -8) )3 3 /4 /4 3 3 58.5g 6.021023(a(a101

20、0-8 -8) )3 3 3 3 58.5 4g = -Cs+-Cl- CsClCsCl的晶体结构示意图的晶体结构示意图 返回原处 ClCl- - 1.1.在在CsClCsCl晶体中，每个晶体中，每个CsCs+ +周围最近距离的周围最近距离的CsCs+ + 有几个？每个 有几个？每个ClCl- -周围最近距离的周围最近距离的ClCl- -有几个？有几个？ 2.2.分析分析“CsCl” CsCl” 化学式的由来。化学式的由来。 思考思考 6 5 87 21 3 4 1 6个个 2 2 1 1 3 3 4 4 二氧化碳及其晶胞 每8个CO2构成立方体 ，且在6个面的中心 又各占据1个CO2。每 个

21、晶胞中有4个CO2分 子，12个原子。 在每个CO2周围等距 离的最近的CO2有12 个(同层4个，上层4 个、下层4个) Si SiO O O OO O O 6- 干冰晶体结构分析图干冰晶体结构分析图 CO2 分子 中心 干冰晶体结构分析图干冰晶体结构分析图 CO2 分子 19.如如图是图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元）晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元） 已知晶体中已知晶体中2个最近的个最近的Cs+核间距离为核间距离为acm，氯化铯，氯化铯 的相对分子质量为的相对分子质量为M，NA为阿佛加德为阿佛加德 罗常数，则罗常数，则CsCl晶体的密度为晶体的密度为 （单位：克（单位：克/cm3） A、8M/a3NA B、a3M/8NA C、M/a3NA D、a3M/NA 20.下下列关于晶体与非晶体的说法正确的是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、晶体一定比非晶体的熔点高 B、晶体有自范性但排列无序、晶体有自范性但排列无序 C、非晶体无自范性而且排列无序、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体、固体SiO2一定是晶体一定是晶体 21.区区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 A、熔沸点、熔沸点 B、硬度、硬度 C、颜色、颜色 D、x-射线衍射实验射线衍射实验 C D 22.如如