物质的聚集状态与晶体的常识+第2课时 【 备课精讲精研 】高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

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学习

目标第2课时

晶胞晶体结构的测定1.认识简单的晶胞。2.通过典型晶胞的学习，类推其他晶胞的分析方法。3.学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。

通过上一节课的学习我们知道，自然界中绝大多数固体都是晶体，且晶体一般都具有规则的几何外形。三、晶胞晶体的内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性有序排列。金刚石结构铜晶体结构氯化钠晶体结构思考：晶体结构如此复杂，我们该如何研究晶体结构？找岀晶体中最小的结构重复单元三、晶胞描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。铜晶体结构铜晶胞晶胞是晶体中最小的结构重复单元。三、晶胞1.概念：2、晶体和晶胞的关系

常规的晶胞都是平行六面体，整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。平行六面体晶体(1)“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。三、晶胞(3)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。思考：观察下列晶胞，分析它们有什么共同特点？金刚石晶胞干冰晶胞NaCl晶胞CsCl晶胞

这些晶胞都是8个顶点相同、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。3、晶体的特点三、晶胞8个顶角相同左右前后三套各4根平行棱分别相同三套各两个平行面分别相同三、晶胞如：判断下列六面体是否是晶胞？A图中满足晶胞的结构特点，是晶胞。B图中不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，不是晶胞。C图中不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，不是晶胞。D图中不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，不是晶胞。三、晶胞左右前后思考：1个铜晶胞含有几个铜原子呢？14个三、晶胞4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞均摊：若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子只有

属于该晶胞。长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献左右前后4、晶胞中原子个数的计算——均摊法棱上面上体内12437685122134181：顶点41：21：1：三、晶胞均摊：若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子只有

属于该晶胞。长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献左右前后【例1】计算下列立方晶胞中原子数。单位晶胞：8×

＝181单位晶胞：8×+1＝2818×＋6×＝42181简单立方钠晶胞—体心立方铜晶胞—面心立方最密堆积4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞配位数：配位数：812左右前后【例2】请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。NaCl晶胞Na+Cl-Cl-数=8×＋6×=42181Na+数=12×＋1=441一个晶胞含4个NaClNa+数

:Cl-数=1:1氯化钠的化学式为NaCl①Cl-位于顶角和面心，共有

个。②Na＋位于棱上和体心，共有

个。44离子晶体化学式只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞与Na+最近的Cl-有

个。与Na+最近的Na+有

个。612（上下左右前后共6个）（上中下三层共12个）左右前后【思考与讨论】下图依次是金属钠(Na)、锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子？4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞金刚石(C)晶胞碘(I2)晶胞锌(Zn)晶胞钠(Na)晶胞4×2=8个8×

＋6×＝481214、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞SiC晶胞金刚石空隙利用效率50%Ca2+:8×

＋6×＝48121F-:8个

Ca2+:F-=4：8=1：2C:8×

＋6×＝48121Si:4个

C:Si:=4:4=1:1CaF2空隙利用效率100%金刚石晶胞三、晶胞4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞金刚石晶胞氟化钙晶胞三、晶胞4、晶胞中原子个数的计算——均摊法三、晶胞CaF2晶胞在该晶体中每个Ti周围与它距离最近且相等的Ti的个数为____。中心6在晶体中1个Co原子周围距离最近的O原子数目为___个。中心12三、晶胞练习：归纳拓展其他结构单元中粒子均摊情况举例：补充：非长方体形的其他晶胞三、晶胞练习：某晶体的局部结构如图所示，晶体中A、B、C三种原子的数目之比为()A.3∶9∶4B.1∶4∶2C.2∶9∶4D.3∶8∶5B顶角1/12面1/2水平棱1/4竖立棱1/6俯视图补充：非长方体形的晶胞三、晶胞正三棱柱讨论：如图所示,六方柱体晶胞中所含微粒数目为多少?顶角1/6面1/2水平棱1/4竖立棱1/3俯视图补充：非长方体形的晶胞三、晶胞练习：硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示是该化合物的晶体结构，镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为()A.MgBB.MgB2C.Mg2BD.Mg3B2B补充：非长方体形的晶胞三、晶胞正六棱柱顶角1/6面1/2水平棱1/4竖立棱1/3解析：5、利用晶胞中原子个数的计算确定晶体的化学式三、晶胞例1：以下是两种晶体的晶胞结构示意图：1.依据图Ⅰ分析，CO2分子分别位于晶胞的何种位置？干冰晶胞中平均含有CO2的分子数是多少？2.依据图Ⅱ分析，钛酸钙的化学式是什么？例2：下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元的排列方式，图中：—X，—Y，—Z。其中对应的化学式不正确的是（

）B5、利用晶胞中原子个数的计算确定晶体的化学式三、晶胞例3：话筒是声电转换的换能器，在话筒中有一种材料的结构如图所示，它的主要成分是钛酸钡，根据晶胞的结构示意图，可知它的化学式是（

）A.BaTi8O12

B.BaTi4O6C.BaTi2O4

D.BaTiO3D5、利用晶胞中原子个数的计算确定晶体的化学式三、晶胞例4：科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示。顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的化学式是()A.TiC B.Ti6C7

C.Ti14C13 D.Ti13C14C5、利用晶胞中原子个数的计算确定晶体的化学式三、晶胞特别提醒:团簇分子或纳米颗粒中，所含微粒为其本身所有，不与其他分子或颗粒共用。解析：如果利用“均摊法”来计算，就会得出:

钛原子数为

;碳原子数为

，从而错选A。若该图是一个晶胞，则这种计算正确，但它是一个气态团簇分子，其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。晶体密度的计算流程:6、晶胞密度的计算三、晶胞晶体密度的单位常为g·cm－3，所以根据晶胞参数计算密度时，注意将其单位换算为cm。常用的换算方法为1nm＝10－7cm，1pm＝10－10cm6、晶胞密度的计算三、晶胞正方体的体积公式=棱长×棱长×棱长=a3单位换算:1nm=10-7cm1pm=10-10cm左右晶胞中含有的物质数量摩尔质量(在数值上等于相对分子质量)单位换算:1m=102cm=109nm=1012pm6、晶胞密度的计算【例1】已知CsCl的摩尔质量为168.5g/mol，其晶胞如图所示。晶胞边长为apm。阿伏伽德罗常数为NA，则CsCl晶体的密度为多少g/cm3？

顶点Cs＋中心Cl﹣=1168.5NA·a3g/cm3三、晶胞××1030NaCl晶胞Cl-Na+【例2】已知NaCl的相对分子质量为58.5，其晶胞如图所示。晶胞边长为anm。阿伏伽德罗常数为NA，则NaCl晶体的密度为多少g/cm3？NaCl晶胞中有4个NaCl，则NaCl晶体的密度为：ρ=4×58.5NA·(a×10-7)3g/cm3晶胞中含有的物质数量摩尔质量(在数值上等于相对分子质量)6、晶胞密度的计算三、晶胞

Cs＋核间距为acm，氯化铯的相对分子质量为Mr，NA为阿伏加德罗常数的值，则氯化铯晶体的密度是()例3C6、晶胞密度的计算三、晶胞6、晶胞密度的计算三、晶胞解析：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞（1）概念：原子分数坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置（3）构建坐标原点、坐标轴和单位长度立体模型简单立方堆积的晶胞中8个顶点的微粒是完全一致的，因此可以任意选择一个原子为坐标原点，以立方体的三个棱延长线构建坐标轴，以晶胞边长为1个单位长度，由此可得如图所示的坐标系。①最简单的晶胞——简单立方堆积的晶胞模型，坐标系的构建。

（2）原子分数坐标的意义:通过原子分数坐标既能确定晶胞中原子的相对位置，又可以计算各原子间的距离，进而可以计算晶胞的体积及晶体的密度。7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞①晶胞具有平移性，使得坐标参数定义域为：

0≤

|x，y，z|＜1晶胞坐标参数及其规律：②顶点坐标（0，0,0）棱心坐标（，0,0）；（0，,0）；（0

，0,）面心坐标（，,0）=（0，,）（，0,）体心坐标（1，1,1）注：晶胞中x,y,z三个数的取值范围是【0,1】，不会等于1或大于1，若等于1，则可理解为平移到另一个晶胞，与取值0毫无差别，所以晶胞的八个顶点的坐标都是（0，0,0），即“1就是0”。（4）几种典型晶胞结构模型的原子坐标1)简单立方体模型①（0，0，0)例：请写出如右图所示晶胞的顶点坐标：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞②（1，0，0)=（0，0，0)③（0，1，0

)=（0，0，0)④（1，1，0)=（0，0，0)⑤（0，0，1)=（0，0，0)⑥（1，0，1)=（0，0，0)⑦（0，1，1)=（0，0，0)⑧（1，1，1)=（0，0，0)顶点坐标规律：（0，0，0)晶胞中顶点个数:（4）几种典型晶胞结构模型的原子坐标1)简单立方体模型①（

，0，0)例：请写出如右图所示晶胞的棱心坐标：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞②（，1，0)=（

，0，0)③（0，

，0)④（1，

，0))=（0，

，0)⑤（0，0，

)⑥（1，0，

)=（0，0，)⑦（0，1，)=（0，0，)⑧（1，1，)=（0，0，)⑨（，0，1)=（，0，0)⑩（，1，1)=（，0，0)……………….棱心坐标（，0,0）（0，,0）（0

，0,）晶胞中顶点个数:（4）几种典型晶胞结构模型的原子坐标1)简单立方体模型①（

，

，0)例：请写出如右图所示晶胞的面心坐标：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞②（，，1)=（

，

，0)③（，0，

)④（，1，

)=（，0，)⑤（0，

，)⑥（1，

，)=（0，

，)晶胞中顶点个数:面心坐标（，

,0）（，0，）（0，,）（4）几种典型晶胞结构模型的原子坐标1)简单立方体模型①（，

，)例：请写出如右图所示晶胞的体心坐标：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞体心坐标规律：晶胞中顶点个数:1（，

，)

以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，如图中原子1的坐标为

，则原子2和3的坐标分别为_________、__________。例17、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞已知金刚石的晶胞结构和原子坐标参数及俯视图如下：如下：7、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞例2例37、晶胞中坐标系的构建及原子坐标的确定方法三、晶胞CaF2是工业生产的重要物质，其晶胞结构如图所示：原子分数坐标可表示晶胞内部各原子的相对位置，已知A、B原子的分数坐标如图所示，则C原子的分数坐标为(_____，____，)。解析：

当单一波长的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者明锐的衍射峰。四、晶体结构的测定——X射线衍射实验非晶态SiO2晶态SiO2有明锐的衍射峰分立的斑点1.常用仪器：X射线衍射仪2.测定过程：根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。3.作用：思考：通过X射线衍射图通常能获取晶体结构的哪些信息？解析：从衍射图形获得晶体结构的信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。衍射方向乙酸晶体乙酸晶胞测定原子种类和位置（原子分数坐