新教材2024版高中化学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学生用书新人教版选择性必修2

第2课时晶胞晶体结构的测定课程目标1．了解晶胞的概念，相识晶胞的结构特点。2．理解晶胞与晶体的关系。3．能够运用均摊法计算晶胞中的微粒数。4．了解晶体结构的常用测定方法。图说考点必备基础——自学·尝试一、晶胞1．概念描述晶体结构的____________。2．结构常规的晶胞都是____________，晶体是由多数晶胞“____________”而成。(1)无隙：相邻晶胞之间无任何________。(2)并置：全部晶胞都是________排列的，取向________。(3)全部晶胞的________及内部的原子________、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。3．一个晶胞平均占有的原子数：二、晶体结构的测定1．测定方法测定晶体结构最常用的仪器是____________。2．测定结果通过对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，每个晶胞中含有________个乙酸分子，并可通过计算分析，确定________和________，从而得出分子的空间结构。[即学即练]1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元。()(2)不同的晶体中晶胞的大小和形态都相同。()(3)晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞。()(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。()(5)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。()2．确定一种固态物质是否为晶体，最牢靠的科学方法是()A．测定它的熔点B．干脆视察它的颗粒的形态C．测定它的溶解热D．对它进行X射线衍射试验3．依据晶体中晶胞的结构，推断下列晶体的化学式不正确的是()A．AB2B．C2DC．EFD．XY3Z4.某晶体的一部分如图所示。这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是()A．3∶9∶4 B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶45.元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。(1)在1个晶胞中，X离子的数目为________。(2)该化合物的化学式为________。核心素养——合作·共享提升点一晶胞结构的理解与晶体结构的测定例1下列说法中不正确的是()A．晶体的X射线衍射试验中，单一波长的X射线通过晶体，记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰B．分析X射线衍射图可获得晶胞形态和大小、原子在晶胞里的数目和位置等信息C．依据原子坐标可以计算原子间的距离D．通过晶体X射线衍射图不能获得键长、键角等有关化学键的信息状元随笔晶体结构测定方法X射线衍射仪发出单一波长的X射线通过晶体→记录仪留意：X射线衍射试验是探讨晶体结构最牢靠的科学方法。[提升1]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重复单元B．不同的晶体中晶胞的大小和形态都相同C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞D．已知晶胞的组成就可推知晶体的分子式状元随笔图解无隙并置的结构特点当把晶胞还原到晶体中去时，该晶胞周边的原子实际是与相邻晶胞共享的。【关键实力】晶体结构测定方法1．干脆法干脆通过试验得到X射线衍射强度，利用一系列数学处理，推引出结构因子的相角，实现了干脆和自动化测定晶体结构，成为当前测定中小分子结构的主流方法。2．试差法(模型法)试差法是利用晶体的对称性和其他性质以及结构规则，对所探讨的结构提出合理的模型，然后从理论上计算晶体的衍射强度，再把计算值与试验值进行比较，并经过多次修正模型，使计算值与试验值尽可能符合实际。提升点二晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定例2元素X的某价态离子Xn＋中全部电子正好充溢K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为_________________________________________。(2)该晶体中Xn＋离子中n＝________。(3)X元素的原子序数是_____________________________________________________。(4)晶体中每个N3－被______个等距离的Xn＋离子包围。状元随笔晶胞形态均摊法计算阴、阳离子的个数→确定晶体化学式→确定n值→由位置确定与N3-等距离紧邻的X[提升2]如图所示的甲、乙、丙三种晶体：试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)：________；乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________；丙晶体中每个D四周结合E的个数是________。【关键实力】晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定1．晶体化学式含义一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。2．均摊法确定晶胞中粒子的个数如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有1n(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。(3)晶胞中粒子数目的计算要先依据详细状况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有，然后运用均摊法详细计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点碳原子被三个六边形共有，每个六边形占有该原子的13，则每个六元环占有的碳原子数为6×1状元随笔晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比，由晶胞构成的晶体，其化学式并不是表示一个分子中含有多少个原子。素养形成——自测·自评1.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是()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2．铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为()A．BaPbO3 B．BaPb2O3C．BaPbO D．BaPbO43.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为()A．1∶1 B．2∶1C．3∶1 D．4∶14.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是()A．C60摩尔质量是720B．C60与苯互为同素异形体C．在C60晶胞中有14个C60分子D．每个C60分子四周与它距离最近等距离的C60分子有12个5.钇钡铜氧是一种新型节能高温超导体，其晶胞结构如图所示。探讨发觉，此高温超导体中的Cu元素有两种价态，分别为＋2和＋3，Y元素的化合价为＋3，Ba元素的化合价为＋2。(1)该物质的化学式为____________。(2)该物质中Cu2＋与Cu3＋的个数比为________。第2课时晶胞晶体结构的测定必备基础一、1．基本单元2．平行六面体无隙并置(1)间隙(2)平行相同(3)形态种类3．842二、1．X射线衍射仪2．4键长键角即学即练1．(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×2．答案：D3．解析：在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的微粒有12属于该晶胞，处于棱上的微粒有14属于该晶胞，处于各顶点上的微粒只有18属于该晶胞。据此可以算出各晶体的化学式分别是AB、C2答案：A4．解析：这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际状况来计算，原子的分摊数顶点为112，水平棱上为14，竖棱上为16，内部为1。A、B、C三种粒子数之比为6答案：B5．解析：X为Zn元素、Y为S元素，从晶胞图分析，一个晶胞中含有X离子的数目为8×18＋6×12答案：(1)4(2)ZnS核心素养例1解析：A对，单一波长的X射线通过晶体，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。B对，分析X射线衍射图可获得晶胞形态和大小、分子或原子在三维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信息。C对，通过X射线衍射试验，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，依据原子坐标，可以计算原子间的距离。D错，依据X射线衍射图可以推断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，从而得出分子的空间结构。答案：D提升1解析：A对，晶胞是能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布的、具有化学结构特征的基本单元。B错，不同晶体的构成微粒不同，微粒的半径不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形态可能相同。C错，处于晶胞内部的粒子完全属于该晶胞，处于顶角、面心和棱上的微粒为多个晶胞共用。D错，因为晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间的分布，也是晶体结构中的基本单元，所以已知晶胞的组成就可推知晶体的组成，而不是能推知晶体的分子式。答案：A例2解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×14＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×1(2)由晶体的化学式X3N知X所带的电荷数为1。(3)因为K、L、M三个电子层充溢，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个X＋在上、下、左、右、前、后包围。答案：(1)3∶1(2)1(3)29(4)6提升2解析：X位于立方体体心，该晶胞中含有1个X，Y位于顶角，该晶胞中Y的个数＝4×18＝12，则该晶胞中X、Y的个数之比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶体的化学式为X2Y；乙晶胞中A的个数＝8×18＝1，B的个数＝6×1答案：X2Y1∶3∶18素养形成1．解析：晶胞是最小的重复单元，为六方面心结构，A正确；该晶胞是六方面心结构，在晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子，B正确；由于顶点为8个晶胞所共有，面为2个晶胞所共有，所以平均每个晶胞中含有的原子个数为8×18＋6×1答案：C2．解析：1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×18＝1，O2－的个数为6×12＝3，故化学式为BaPbO答案：A3．解析：依据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×12＝6，C60的个数为1＋8×18＝2，所以该物质中K和C答案：C4．答案：D5．解析：本题的疑难之处一是不会计算晶胞中氧原子