3.1.2 晶胞、晶体结构的测定【备课精讲精研 】 高二化学高效课堂课件（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

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。【课程目标】【思考】怎样描述晶体中的微粒在空间的排列规律？→晶体是由内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性重复排列而构成的具有规则几何外形的固体。课本P73铜的晶体结构模型铜的晶胞模型三、晶胞P73铁晶体1.概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞铜晶体三、晶胞P732、晶胞的特征：②整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成①常规的晶胞一般是平行六面体“无隙”：相邻晶胞之间没有任何间隙。“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

正方体

或

长方体平行六面体“无隙并置”三、晶胞P732、晶胞的特征：（晶胞间无间隙，平行排列，取向相同）金刚石注意：晶胞是无形的，是人为划定的。铜晶体铜晶胞金刚石晶胞同一个晶体中，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。

晶胞是8个顶角相同、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。问题：一个平行六面体(长方体或正方体)中，一共有多少个顶点？多少条棱？多少个面？课本P738个顶角相同xzy三套各4根平行棱分别相同xzy三套各4根平行棱分别相同xzy三套各4根平行棱分别相同(共12根棱)xzy三套各两个平行面分别相同xzy三套各两个平行面分别相同xzy三套各两个平行面分别相同(共6个面)想一想判断下列六面体是否是晶胞？提示D图:不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”.C图:不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”B图:不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”.A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。①简单立方③面心立方②体心立方3、三种典型立方晶体结构铜晶胞(属于面心立方)→晶胞按平行六面体几何特征的分类——布拉维系晶胞不一定都取平行六面体→中学要求掌握平行六面体晶胞【问题】晶胞都是平行六面体吗？立方晶胞多面体只要可无隙并置地充满整个微观空间，都可被选为晶胞用。但习用晶胞是平行六面体。【思考】1个铜晶胞平均含有几个铜原子呢？→1个铜晶胞含有4个，还是14个铜原子？铜晶胞(属于面心立方)体心12面心2134棱边12437685顶点4.晶胞中原子个数的计算(重点)

：1：1/2：1/4：1/8→晶胞顶点原子为8个晶胞共用，每个晶胞占1/8

→晶胞棱上原子为4个晶胞共用，每个晶胞占1/4

→晶胞面心原子为2个晶胞共用，每个晶胞占1/2

→晶胞体心的原子为1个晶胞独自占有，即为1

——均摊法→长方体(或正方体)晶胞4.晶胞中原子个数的计算(重点)

立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8小结：晶胞对质点的占有率——均摊法4.晶胞中原子个数的计算(重点)

棱边面心顶点切割法体心1/81/41/21金属铜的一个晶胞的原子数2181【思考】1个铜晶胞平均含有几个铜原子呢？→铜晶胞含有4个铜原子，为什么不是14个？=8×＋6×＝4铜晶胞铜晶体顶点原子被8个晶胞共用，面心原子被2个晶胞共用，棱边原子被4个晶胞共用。→常见的立方晶胞中原子数的计算简单立方体心立方面心立方8×＝1818×＋1＝2818×＋6×＝42181Cl-Na+氯化钠晶胞=1:11.计算一个NaCl晶胞中含多少Na+和Cl-？Na+：Cl-8×＋6×＝4218112×＋1＝441→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思考与讨论立方晶胞①Cl－位于

和

，共有

个②Na＋位于

和

，共有

个顶点面心4棱边体心41.金属钠的一个晶胞的原子数=2.金属锌的一个晶胞的原子数=3.I2的一个晶胞的分子数=4.金刚石的一个晶胞的原子数=思考与讨论2.下图依次是金属钠(Na)、金属锌(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？8×＋6×＝42181面心立方体心立方8个顶点课本P74

个体心

个面心？→原子数为8晶胞中，E点位于体心，C、D、B点位于面心，A点位于顶点1.金属钠的一个晶胞的原子数=2.金属锌的一个晶胞的原子数=3.I2的一个晶胞的分子数=4.金刚石的一个晶胞的原子数=思考与讨论2.下图依次是金属钠(Na)、金属锌(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？8×＋6×＝42181面心立方体心立方8个顶点课本P74→原子数为8

个体心

个面心？468×

+6×

+4=82181金刚石晶胞→几种常见的晶胞结构及晶胞含有的粒子数目A.NaCl(含4个Na+,4个Cl-)B.干冰(含4个CO2)C.CaF2(含4个Ca2+,8个F-)D.金刚石(含8个C)E.体心立方(含2个原子)F.面心立方(含4个原子)NaCl干冰CaF2金刚石体心立方面心立方1.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B典例分析XYX4×1/8+1=3/2Y4×1/8=1/2Y6×1/2=3X8×1/8=1Z1√√√典例分析2.如图所示为高温超导领域里的一种化合物——钙钛矿晶胞结构。(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子有____个。6(2)该晶胞中元素氧、钛、钙的粒子个数比是______。3∶1∶1xzyxzyOTiCa12×1/4=38×1/8=11若晶胞参数(晶胞的边长)为apm。阿伏伽德罗常数为NA，则晶体的密度为

g/cm3136×1030

a3NA3.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Ti原子，棱的中心和体心的原子是C原子，则它的化学式是A.TiCB.Ti6C7C.Ti14C13D.Ti13C14C→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。特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！解析:如果利用“均摊法”来计算，就会得出：钛原子数为8×1/8＋6×1/2＝4；碳原子数为12×1/4＋1＝4，从而错选A。同步练习1．对于某晶胞(如图所示)的下列描述错误的是(

)A.该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体B.该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子C.平均每个晶胞中有14个原子D.平均每个晶胞中有4个原子C2.已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(

)同步练习CA．XYZ

B．X2Y4ZC．XY4Z

D．X4Y2Z3.如图为离子晶体空间结构示意图：(●：阳离子，ο：阴离子)以M表示阳离子，以N表示阴离子，写出各离子晶体的组成表达式：同步练习M4×1/8+1=3/2N1B:4×1/2+2+4×1/8=9/2MNC:M4×1/8=1/2NMN3MN2这些具体物质的晶体结构是如何测定的呢？CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞【问题导学】四、晶体结构的测定P75X射线衍射实验化学博览发现X射线，获1901年物理学奖发现X射线在晶体中的衍射效应劳厄用X射线衍射研究晶体结构布拉格父子伦琴19011914物理学奖1915物理学奖1936化学奖1962化学奖利用X射线等技术研究分子结构X射线衍射法测定蛋白质晶体结构1964化学奖X射线衍射法测定复杂晶体与大分子结构1980化学奖X射线衍射确定DNA核苷酸顺序与基因结构1985化学奖……X射线衍射实验给我们提供了哪些关于晶体结构的信息呢？发展了X射线衍射确定晶体与分子结构的方法。Hauptman与Karle备受垂青的X射线衍射实验

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，在记录仪上形成衍射图谱。人们对衍射图的数据进行处理，即可获得晶体结构的有关信息。一种X射线衍射仪X射线管铅板晶体样品记录仪晶体结构的测定——X射线衍射实验衍射方向衍射强度X射线管铅板晶体晶体能产生分立的斑点1.衍射方向——晶胞的形状、大小与取向非晶体衍射图谱数据处理晶体的周期性结构晶体结构的测定——X射线衍射实/°晶体能产生明锐的衍射峰2.衍射强度——原子的种类与位置晶态SiO2非晶态SiO2→由X射线衍射实验的结果还可以进一步测定分子的空间结构。晶体结构的测定——X射线衍射实验原子的种类与位置衍射强度综合分析衍射方向甲烷晶体a边长为a的立方晶胞C、H原子间的距离是否存在化学键确定键长、键角→X射线衍射测定甲烷分子结构乙酸晶体乙酸晶胞乙酸分子的空间结构→X射线衍射测定乙酸分子结构(含4个乙酸分子)→从衍射图中经计算可获取晶体的结构信息，如晶胞的形状、大小，微粒空间对称性类型，原子的数目和位置等。1.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。【课堂小结】2.X射线衍射实验获得晶胞信息3.X射线衍射实验获得分子信息→晶体的X射线衍射实验图经过计算,可以获得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,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。→通过晶体X射线衍射实验,可以测定晶胞中各个原子的位置(坐标),根据原子坐标,可以计算原子间的距离,判断哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,得出分子的空间结构。【迁移练习】1.下列有关说法错误的是（

）

A．测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪B．石英玻璃和水晶的衍射图谱不同C．X射线衍射实验能测定晶胞中含有的分子数，

但不能确定青蒿素这样复杂分子的空间结构D．单晶硅在X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰CE石英玻璃是非晶态SiO2,水晶是晶态SiO2E.通过乙酸晶体的X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F.晶体的X射线衍射实验能判断晶体中存在哪些化学键，也能确定键长和键角2．关于测定晶体结构错误的是(

)A．对乙酸晶体进行测定，晶胞中含有1个乙酸分子B．经过计算可以从衍射图形获得晶胞形状和大小C．经过计算可以从衍射图形获得分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型D．经过计算可以从衍射图形获得原子在晶胞里的数目和位置A【迁移练习】

判断正误：(1)晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，但不一定是最小单元(

)(2)不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同(

)(3)晶胞中任何一个粒子都属于该晶胞(

)(4)一般地，晶体的化学式表示晶体中各类原子或离子的最简整数比(

)√√××1．不能够支持石墨是晶体这一事实的选项是(

)A．石墨和金刚石是同素异形体B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列C．石墨的熔点为3625℃D．在石墨的X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰A2．下列有关晶胞的叙述正确的是(

)A．晶胞是晶体结构中的基本结构单元B．根据晶体的不同，晶胞可以是多种形状C．习惯采用的晶胞是正方体D．晶胞都是正八面体A3.最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示，则该晶体的化学式为(

)A．Mg2CNi3

B．MgC2NiC．MgCNi2

D．MgCNi3D4.在化学上，常用一条短线表示一个化学键，如图所示的有关结构中，有直线(包括虚线)不表示化学键或分子间作用力的是(

)A．石墨的结构

B．白磷的结构C．CCl4的结构

D．立方烷(C8H8)的结构C5．已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是(

)A．1mol该化合物中含有1molYB．1mol该化合物中含有3molCuC．1mol该化合物中含有3molBaD．该化合物的化学式是YBa2Cu3O6CDYBa2Cu3O76.纳米材料的表面粒子数占总粒子数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如图所示)，则这种纳米颗粒的表面粒子数与总粒子数之比为A.7∶8 B.13∶14C.1∶1 D.26∶27D解析由题意知一个氯化钠晶胞即为一个氯化钠纳米颗粒，则其表面粒子数＝8＋6＋12＝26，总粒子数＝表面粒子数＋中心粒子数＝26＋1＝27。7.一种气态团簇分子,其分子结构如图所示,则该分子的化学式为

。团簇分子所含微粒都属于该分子,不与其他分子共用A8B6C特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！8.如图是一种镍基合金储氢后的晶胞结构示意图。该合金储氢后，含1molLa的合金