物质结构与性质晶体的常识

关于物质结构与性质晶体的常识第1页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第2页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023第一节晶体的常识目录①晶体和非晶体的定义②晶体的分类①晶胞：描述晶体结构的基本单元②晶胞的特点：晶胞都是平行六面体.晶胞在晶体中“无隙并置”.一、晶体和非晶体二﹑晶胞③晶体特点和性质④晶体形成的途径③典型立方晶体结构④晶胞中原子个数的计算学.科.网第3页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三自然界中美丽的雪花第4页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三胆矾明矾晶体冰糖晶体水晶第5页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三

水晶石第6页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三祖母绿第7页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三紫水晶第8页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三黄水晶

第9页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三一、晶体和非晶体第10页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第11页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三金刚石第12页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三宏观晶体的形貌立方第13页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第14页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第15页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第16页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三一、晶体与非晶体1.晶体与非晶体（1）晶体：在结晶过程中形成的具有规则几何外形的固体。（2）非晶体：没有规则几何外形的固体。第17页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三(3)常见的晶体和非晶体:

①晶体：食盐(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。

②非晶体：

玻璃及玻璃态物质、橡胶、塑料。第18页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20233:02AM晶体离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体2、晶体分类：第19页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三思考：

为什么晶体呈现规则的几何外形，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？第20页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三3.晶体的自范性（1）自范性：晶体能自发地呈多面体几何外形的性质（2）晶体自范性的本质:

晶体内部粒子排列的有序性非晶体内部粒子排列的无序性晶体中粒子周期性有序排列的宏观表像第21页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三玛瑙水晶第22页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三（3）晶体自范性的条件:适当的结晶速率第23页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三4、晶体与非晶体的本质差异自范性微观结构晶体有（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非晶体没有（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序第24页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20233:02AM5.晶体形成的途径(1)熔融态物质凝固(2)气态物质凝华(3)溶质从饱和溶液中析出第25页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形,但在光学显微镜下可观察到规则的晶体外形5、晶体的特性(1)高度对称性--规则的几何外形第26页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20233:02AM（2）各向异性：在不同的方向上有不同的物理性质。如：强度、导热性、导电性、光学性质

石墨不同方向有不同的导电性，水晶柱面不同的方向上有不同的导热性，蓝宝石不同方向有不同的硬度。（3）敏锐的的熔点石蜡、塑料、玻璃受热到一定温度开始软化、流动性增强，直至完全变成液体，整个过程温度不断升高。（4）X-射线衍射单一波长的X-射线通过晶体时，会在记录仪上看到分立的斑点或谱线。非晶体只是发生散射现象第27页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三非晶态和晶态石英的X-射线粉末衍射图谱晶态石英的谱图非晶态石英的谱图第28页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023学与问玻璃的结构示意图2、根据晶体的物理性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举一些可能有效的方法鉴别假宝石吗？1、某同学在网站上找到一张玻璃的结构示意图，如右图，这张图说明玻璃是不是晶体？为什么？非晶体第29页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三A.采用X射线衍射实验，当X射线照射假宝石时，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。B.观看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。C.用它来刻划玻璃，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。D、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。E.可利用宝石的折光率鉴别第30页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023晶体和非晶体的对比固体外观微观结构自范性各向异性熔点晶体非晶体本质区别鉴别具有规则的几何外形有粒子在三维空间周期性有序排列各向异性固定不具有规则的几何外形没有粒子排列相对无序各向同性不固定微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列最科学的方法是用X—射线衍射实验第31页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023二﹑晶胞1.晶胞：蜂巢与蜂室铜晶体铜晶胞晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。晶体结构中最具代表性的基本单元第32页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023铜晶体铜晶胞第33页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三晶体结构晶胞示意图第34页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023金刚石晶体结构第35页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023NaCl晶体结构和晶胞思考与交流:

1.在上述晶体中，晶胞是如何排列的？晶胞之间是否存在空隙？2.上述铜晶体、金刚石、CO2晶体、NaCl晶体的晶胞的空间构形呈什么形状？CO2晶胞第36页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三平行六面体无隙并置2、晶胞特点：（1）晶胞都是平行六面体。（2）晶胞在晶体中“无隙并置”.（3）晶胞能够平移复原第37页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三NaCl晶体结构和晶胞通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个完全重合

晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成第38页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20233、三种典型立方晶体结构体心立方简单立方面心立方第39页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023体心：1面心：1/2顶点：1/8棱心：1/44.晶胞中粒子个数的计算分摊法：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x第40页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三12437685122134请看:1体心：1面心：1/2顶点：1/8棱心：1/4第41页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三晶胞中粒子个数计算规律晶胞顶角棱心面心体心立方体

1/8

1/4

1/2

1顶角棱上面上第42页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三常见晶胞微粒数的计算简单立方体心立方面心立方六方单元微粒数=8×1/8=1微粒数=8×1/8+1×1/1=2微粒数=8×1/8+6×1/2=4微粒数=12×1/6+2×1/2+3×1/1=6第43页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023第一节晶体的常识小结①晶体和非晶体的定义②晶体的分类①晶胞：描述晶体结构的基本单元②晶胞的特点：晶胞都是平行六面体.晶胞在晶体中“无隙并置”.一、晶体和非晶体二﹑晶胞③晶体特点和性质④晶体形成的途径③典型立方晶体结构④晶胞中原子个数的计算第44页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20231、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为

；乙晶体的化学式为

；丙晶体的化学式为______；丁晶体的化学式为______。1∶1C2DEFXY3Z第45页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三2、下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?NaZnI2金刚石第46页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三NaZ=2

ZnZ=2金刚石CZ=8

I2

Z=4第47页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20233、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、氧的微粒个数比为多少？CaTiO31∶1∶3第48页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三4、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体——石墨，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，其键角为120ْ。分析图中每个六边形含有

个碳原子，2占有的碳碳键数为____个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_______。32∶3第49页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20235、下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯的个数比是多少？1∶1第50页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/2023(8×+6×)×3=126、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？第51页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7/3/20237、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，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，它的化学式是

。解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。答案为：Ti14C13Ti14C13第52页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三

8.NiO晶体结构如图，Ni2＋与邻近的O2-核间距为a×10-8㎝，计算NiO晶体密度（已知NiO摩尔质量为74.7g·mol-1)第53页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三9.2001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、MgBB、MgB2

C、Mg2B

D、Mg3B2第54页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三Mg原子的数目：12×1/6+2×1/2=3B原子的数目：6故化学式可表示为：MgB2第55页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三10.晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体,其中含有20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。这个基本结构单元由

__

_个硼原子组成，共含有__

__

个B-B键。123020×3＝6060÷5＝1260÷2＝30第56页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三注意：

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！！第57页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三

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、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）有关晶体的计算第58页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三思考1.NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Cl-有

个？每个Cl-周围最近距离的

Na+有

个？2.在NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的Na+有

个？3.氯化钠的化学式用“NaCl”来表示，原因何在？能否把“NaCl”称为分子式？4.每个晶胞中平均有

个Na+？

个Cl-？（位于顶点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）5.该晶胞中，若Na+和Cl-间的最近距离为0.5ax10-10m，则晶体的密度ⅾ=

6612440·39/a3（g/cm3）第59页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三2134第60页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第61页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三a10-8cm晶体中最小正方体中所含的Na+和Cl－的个数均为:（个）84×=1216.02×10232158.5g×即每个小正方体中平均含个“NaCl”，质量为:21解法2：

而此小正方体体积为(0.5a×10-8)3㎝36.02×10232158.5g×(0.5a×10-8)3㎝30.39a3g.㎝-3=故NaCl晶体的密度为：解法1：每个晶胞中所含的Na+和Cl－的个数均为4个，即含4个“NaCl”。每个晶胞的质量为：6.02×102358.5×4g每个晶胞的体积为：(a×10-8)3㎝3故NaCl晶体的密度为：∴6.02×102358.5×4(a×10-8㎝)3=0.39a3g.㎝-3第62页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三解法3：依ρ=m/v每个晶胞中所含的Na+和Cl－的个数均为4个，即含4个“NaCl”。

每个晶胞的体积为：(a×10-8)3㎝3故NaCl晶体的密度为：∴=0.39a3g.㎝-3即含4个“NaCl”所占的体积为：(a×10-8)3㎝3那么1个“NaCl”所占的体积为：(a×10-8)3/4

㎝3则：1molNaCl所占的体积为：6.02×1023

·(a×10-8)3/4

㎝3而1molNaCl的质量为：58.5g6.02×1023(a×10-8)3/4

㎝358.5g6.02×1023(a×10-8)3㎝358.5×4g=第63页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三---Cs+---Cl-CsCl的晶体结构示意图返回原处第64页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三Cl-

1.在CsCl晶体中，每个Cs+周围最近距离的Cs+

有几个？每个Cl-周围最近距离的Cl-有几个？2.分析“CsCl”化学式的由来。思考6587213416个第65页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三2134第66页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三第67页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三二氧化碳及其晶胞第68页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三每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)第69页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三1.晶体与非晶体的严格判别可采用()A.有否自范性 B.有否各向异性

C.有否固定熔点 D.有否周期性结构2.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为()A.1:3:1B.2:3:1C.2:2:1D.1:3:3【课后巩固练习】DA第70页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三3.1987年2月，未经武（PaulChu）教授等发现钛钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性。若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（）A.YBa2CuO7－x

B.YBa2Cu2O7－x

C.YBa2Cu3O7－x

D.YBa2Cu4O7－xC第71页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三4.白磷分子如图所示：则31g白磷分子中存在的共价键数目为（）A．4NA B．NA

C．1.5NA D．0.25NAC第72页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三5．某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是（）

A、1∶8 B、1∶4C、1∶2 D、1∶1D第73页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三6.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（）A、2B、3C、4D、6A第74页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三7.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为（）

A．Ca4TiO3

B．Ca4TiO6C．CaTiO3D．Ca8TiO120C第75页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三8.下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正确的是（）

A单晶一般都有各向异性

B晶体有固定的熔点

C所有晶体都有一定的规整外形

D多晶一般不表现各向异性D

多晶指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。

单晶体-晶体内部的晶格方位完全一致.多晶体—许多晶粒组成第76页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三9.晶体中最小的重复单元——晶胞，①凡处于立方体顶点的微粒，同时为

个晶胞共有；②凡处于立方体棱上的微粒，同时为

个晶胞共有；③凡处于立方体面上的微粒，同时为

个晶胞共有；④凡处于立方体体心的微粒，同时为

个晶胞共有。8421第77页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三10.现有甲、乙、丙(如下图》三种晶体的晶胞：(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶体中x与y的个数比是__________，乙中a与b的个数比是__________，丙晶胞中有_______个c离子，有____________个d离子。4:31:144第78页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三10.解析：x:y＝4:3a：b＝1：14个c4个d处于晶胞中心的x或a为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立方体棱边的微粒为四个立方体共有，位于立方体面的微粒为两个立方体共有，所以x:y＝l:6×1／8＝4:3；a:b=1:8×1／8＝1:1；丙晶胞中c离子为12×1／4+1＝4(个)；d离子为8×1／8+6×1／2＝4(个)第79页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三11.右图是超导化合物————钙钛矿晶体的晶胞结构。请回答：(1)该化合物的化学式为

。(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有

个CaTiO3

6第80页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三11.解析：这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为1/8，所以，它单独占有的钛原子个数为8×1/8=1个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为1/4，所以，它单独占有的氧原子个数为12×1/4=3个；它全部拥有体内的那一个钙原子，所以，该晶胞中单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：1、3、1.钛位于立方体的顶点上，与一个钛离子距离最近的钛离子是与它共棱的,与它共棱的离子都是二个，所以，共6个。第81页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三12．右图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，其中硅、氧原子数之比为

。原硅酸根离子SiO44－的结构可表示为_______

二聚硅酸根离子Si2O76－中，只有硅氧键，它的结构可表示为

。1:2第82页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三干冰晶体结构分析图CO2

分子中心第83页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三干冰晶体结构分析图CO2

分子第84页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三13.在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的CO2分子有___________个在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面上有___________个CO2分子。124第85页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三14.如图为NaCl晶体结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。(1)请将其代表Na+的用笔涂黑圆点，以完成NaCl晶体结构示意图。(2)确定晶体的晶胞，分析其构成。(3)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的Na+共有多少个?第86页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三14.(1)含8个小立方体的NaCl晶体示意图为一个晶胞

(2)在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:1.

(3)12个第87页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三[拓展提高]1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体(如图)，该结构的建立基于以下考虑：①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；②C60分子只含有五边形和六边形；③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数＋面数－棱边数＝2第88页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30。请回答下列问题：15.固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是____________，理由是：________________________________________________.16.试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”)__________，并简述其理由：______________________________________________。金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高.金刚石因C60分子含30个双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60

可能第89页，讲稿共98页，2023年5月2日，星期三17.通过计算，确定C60分子所含单键数。C60分子所含单键数为

。18.C70分子也已经制得,它的分子结构模型可以与C60同样考虑面推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。C60分子