3.1.2晶胞晶胞结构的测定课件高二化学人教版选择性必修2

第一节物质的聚集状态和晶体的常识第三章晶体结构和性质第二课时晶胞、晶胞结构的测定学习目标1.认识简单的晶胞，通过典型晶胞的学习，类推其他晶胞的分析方法。2.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微粒个数和化学式。3.知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。4.初步学习晶体密度计算的方法。怎样描述晶体中的微粒在空间的排列规律？氯化钠晶体结构铜晶体结构晶体：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。金刚石结构思路：“以小见大”一、晶胞1、概念：描述晶体结构的基本单元叫晶胞。铜晶胞铜晶体结构晶胞是晶体中最小的结构重复单元。铜的晶体结构模型铜的晶胞模型

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。蜂巢与蜂室铜晶胞铜晶体思考：作为晶体的基本重复单元，晶胞应满足什么要求？

在空间按一定周期性有序重复，堆积成整块晶体。晶胞的形状是单一的还是多样的？相邻晶胞之间有空隙吗？如何体现周期性有序重复？能否选择球体作为晶胞的形状？单一形状无隙堆积平移复原晶胞将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。不满足无隙堆积晶胞堆积方式展示晶胞晶体无隙并置平移复原将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。各晶胞之间无缝隙平行排列，取向相同各个晶胞完全等同（组成和几何空间），且晶胞间共顶角、共棱、共面另一种表述2、晶体和晶胞的关系

一般来说,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。(1)“无隙”：是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”：是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)完全等同：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。平行六面体无隙并置正方体

或

长方体3、晶胞的特征：注意：晶胞是无形的，是人为划定的。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。一般来说，晶胞都是平行六面体(其边长不一定相等也不一定垂直)。通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个晶胞完全重合。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。晶胞不是孤立存在的。晶胞平行六面体8个顶角相同3套各2个平行面分别相同3套各4根平行棱分别相同金刚石晶胞CO2晶胞NaCl晶胞铜晶胞Na＋Cl－讨论：分析以下几种晶胞，总结平行六面体晶胞满足的条件：练习：判断下列4个图中结构，属于晶胞的是√8个顶角不相同3套各4根平行棱不相同3套各2个平行面不相同判断是否是晶胞的方法一：顶点/平行面/平行棱是否完全相同练习：下面是从NaCl晶体最小平行六面体，是否可以作为晶胞？8个顶角不相同不能平移复原判断是否是晶胞的方法二：能否平移复原练习：若下图是某晶胞的残缺结构，要使其恢复晶胞资格，你认为应该如何改动？4、判断是否是晶胞的方法：①顶点/平行面/平行棱是否完全相同②能否平移复原课堂练习：判断下列六面体是否是晶胞？A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构，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”，不是晶胞。D图中的晶体结构，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”，不是晶胞。59-2.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√下图AC均不是晶胞，不能重复，题目本身就是错题讨论：我们能计算出这个铜晶胞平均含有的铜原子数目吗？每个顶点:1/8每个面心:1/2金属铜一个晶胞的铜原子数：8×1/8+6×1/2=4铜晶胞中含有8个顶点、6个面心◆平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图)

体心：18个晶胞共用一个顶点：每个分摊1/84个晶胞共用一条棱边：每个分摊1/42个晶胞共用一个面棱：每个分摊1/2面心：1/2体心：1棱边：1/4顶点：1/85、晶胞中粒子个数的计算——均摊法

“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。④顶点:由8个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/8③棱上:由4个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/4①体心:由1个晶胞拥有，该晶胞独自拥有该粒子②面心:由2个晶胞共同拥有，各晶胞各分享其1/2（1）平行六面体晶胞中粒子的计算方法（2）六方（六棱柱）晶胞中粒子的计算方法顶角：1/6上、下棱：1/4侧棱：1/3面上：1/2内部：1六棱柱(六方)晶胞（3）正三棱柱晶胞中粒子的计算方法顶点：1/12侧棱：1/6内部：1上下棱：1/4三棱柱晶胞练习：如图是NaCl晶胞，数数Na+

和Cl-个数？Cl-Na+8×

＋6×＝4812112×

＋1

＝441Cl-位于_______和_________Na+位于_______和_________面心顶角体心棱上该晶胞中包含4个Na+和4个Cl-步骤一：先明确微粒在晶胞中的位置关系步骤二：采用均摊法计算①明确微粒在晶胞中的位置关系（体、面、棱、顶）。②基于位置采用均摊法进行计算。方法技巧：计算晶胞中含有微粒数目--均摊法顶角1/8面1/2棱1/4内1顶角1/6面1/2上、下棱1/4侧棱1/3内1顶角1/12面1/2上、下棱1/4侧棱1/6内1六棱柱三棱柱立方体ABABA原子数8×

＝1811B原子数问：下列晶胞中A和B原子各有多少个?你能写出化学式吗？球棍模型比例填充模型A原子数B原子数顶角体心晶胞1晶胞2X：6/12=1/2Y：6/4+3/6=2Z：1Mg：12/6+2/2=3B:（在体内）6计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。X2ZY4MgB2晶体化学式的确定:观察确认粒子种类→确定各粒子在晶胞中的位置→用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目→求各粒子数目的最简比→确定化学式。对点训练科学家发现了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.Ti14C13B.Ti4C4

C.TiCD.Ti13C14

A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！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。拓展训练堆积图特点：能展示粒子的相对大小，晶胞对粒子的占有率，粒子与粒子的堆积接触和空隙。点阵图特点：能清晰展示粒子在晶胞中的相对位置，有利于分析点、线、面、角的关系。两种晶胞图

思考与讨论：(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？晶胞有三套各4根平行棱，有3套各两个平行面金属钠（Na）

金属锌（Zn）

碘（I2）

金刚石（C）晶胞不一定都取平行六面体1、晶体密度计算公式：m:一个晶胞质量（g)

V：一个晶胞体积（cm3)）二、晶体的密度的计算2、计算步骤(1)晶胞质量m的计算①选取一个晶胞。②用“均摊法”确定晶胞（或所截取的结构单元）中所含的原子、分子或离子数目，进而确定组成单质或化合物“粒子”的数目，设为N。③计算晶胞中所含“粒子”的物质的量④计算晶胞的质量：

（M为该微粒的摩尔质量）。Na+Cl－(3)由

计算晶胞的密度，即晶体的密度。(2)计算晶胞的体积V。注意单位换算:1m=102cm=109nm=1010Å=1012pm练习：该晶胞中，若两个距离最近的Na＋核间距为a

cm，则晶体的密度ρ

=_______g·cm-3。晶胞的边长:b=√2acm晶胞分摊4个NaClρ

==N·M

b3·NA

4×58·5(√2a)3

×NA=58·5√2a3·NAg·cm－3课堂练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：(A表示阳离子)AB化学式：AB化学式：AB2C化学式：ABC3准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。是一种特殊的聚集状态。准晶具有完全有序的结构,然而又不具有晶体所应有的平移对称性,因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。探究——准晶：银铝准晶体的原子模型准晶具有独特的属性,坚硬又有弹性、非常平滑,而且与大多数金属不同的是其导电性、导热性很差,因此在日常生活中大有用武之地。晶体的平面点阵只能有二、三、四、六重轴（重轴n=360/α，α为旋转角度）而准晶可以有五、八、十、十二重轴。课堂练习6：2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰他发现了准晶体。准晶体材料具有硬度高，不易损伤，使用寿命长等特点.下列叙述错误的是(

)A.自然界中的固体可分为晶体、准晶体和非晶态物质B.准晶体是一种介于晶体和非晶态物质之间的固体C.准晶体材料的应用具有较大的发展空间D.化学式为Al63Cu24Fe13的准晶体不可与稀硝酸发生反应DX射线管铅板晶体三、晶胞结构的测定1、测定晶体结构仪器、方法及原理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。最常用的仪器是X射线衍射仪单晶衍射图非晶态和晶态SiO2粉末X射线衍射图谱的对比2、X射线衍射图谱的应用①X射线衍射实验获得晶胞信息②X射线衍射实验获得分子信息衍射图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计算获得结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系根据原子坐标，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。◆衍射方向——晶胞的形状、大小与取向◆衍射强度——原子的种类与位置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。课堂练习7：下列有关说法正确的是（

）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相同C.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D.晶体的X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ANa+Cl－课堂练习8：(1)每个晶胞中平均有____个Na＋，____个Cl－；(2)在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。(3)在NaCl晶体中，每个Na＋周围最近距离的Na＋有____个。(4)该晶胞中，若两个距离最近的Na＋核间距为a

cm，则晶体的密度ρ

=_______g·cm-3。446612课堂小结晶胞概念计算原子个数—均摊法特点结构的测定—X射线衍射实验晶体晶胞是晶体中最小的结构重复单元。整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。8个顶角相同、3套各4根平行棱分别相同、3套各2个平行面分别相同的最小平行六面体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（

）

课堂达标B2、某晶胞的结构如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()A.3:9:4B.1:4:2C.2:9:4D.3:8:4B3.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.BaTi2