【高中化學(xué)】晶胞、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定 【 課件】2022-2023學(xué)年高二化學(xué)同步課件（人教版2019選擇性必修2）

第三章

晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識(shí)

第2課時(shí)

晶胞、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定1.認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單的晶胞。2.通過(guò)典型晶胞的學(xué)習(xí)，類推其他晶胞的分析方法。3.學(xué)會(huì)晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算方法(均攤法)，能根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)確定晶體的化學(xué)式?！菊n程目標(biāo)】【思考】怎樣描述晶體中的微粒在空間的排列規(guī)律？→晶體是由內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性重復(fù)排列而構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體。課本P73銅的晶體結(jié)構(gòu)模型銅的晶胞模型三、晶胞P73鐵晶體1.概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫做晶胞銅晶體三、晶胞P732、晶胞的特征：②整塊晶體可看作數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成①常規(guī)的晶胞一般是平行六面體“無(wú)隙”：相鄰晶胞之間沒(méi)有任何間隙?！安⒅谩保核芯О际瞧叫信帕械?，取向相同。

正方體

或

長(zhǎng)方體平行六面體“無(wú)隙并置”三、晶胞P732、晶胞的特征：（晶胞間無(wú)間隙，平行排列，取向相同）金剛石注意：晶胞是無(wú)形的，是人為劃定的。銅晶體銅晶胞金剛石晶胞同一個(gè)晶體中，所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列是完全相同的。

晶胞是8個(gè)頂角相同、三套各4根平行棱分別相同、三套各兩個(gè)平行面分別相同的最小平行六面體。問(wèn)題：一個(gè)平行六面體(長(zhǎng)方體或正方體)中，一共有多少個(gè)頂點(diǎn)？多少條棱？多少個(gè)面？課本P738個(gè)頂角相同xzy三套各4根平行棱分別相同xzy三套各4根平行棱分別相同xzy三套各4根平行棱分別相同(共12根棱)xzy三套各兩個(gè)平行面分別相同xzy三套各兩個(gè)平行面分別相同xzy三套各兩個(gè)平行面分別相同(共6個(gè)面)想一想判斷下列六面體是否是晶胞？提示D圖:不滿足“三套各兩個(gè)平行面分別相同”的要求，無(wú)法進(jìn)行“無(wú)隙并置”.C圖:不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無(wú)法進(jìn)行“無(wú)隙并置”B圖:不滿足晶胞“8個(gè)頂角相同”的要求，無(wú)法進(jìn)行“無(wú)隙并置”.A圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)，是晶胞。①簡(jiǎn)單立方③面心立方②體心立方3、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu)【問(wèn)題】晶胞都是平行六面體嗎？六棱柱(六方)晶胞三棱柱晶胞銅晶胞(屬于面心立方)晶胞不一定都取平行六面體中學(xué)要求掌握平行六面體晶胞【思考】1個(gè)銅晶胞平均含有幾個(gè)銅原子呢？→1個(gè)銅晶胞含有4個(gè)，還是14個(gè)銅原子？銅晶胞(屬于面心立方)體心12面心2134棱邊12437685頂點(diǎn)4.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算(重點(diǎn))

：1：1/2：1/4：1/8→晶胞頂點(diǎn)原子為8個(gè)晶胞共用，每個(gè)晶胞占1/8

→晶胞棱上原子為4個(gè)晶胞共用，每個(gè)晶胞占1/4

→晶胞面心原子為2個(gè)晶胞共用，每個(gè)晶胞占1/2

→晶胞體心的原子為1個(gè)晶胞獨(dú)自占有，即為1

——均攤法→長(zhǎng)方體(或正方體)晶胞4.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算(重點(diǎn))

立方晶胞體心：1面心：1/2棱邊：1/4頂點(diǎn)：1/8小結(jié)：晶胞對(duì)質(zhì)點(diǎn)的占有率——均攤法4.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算(重點(diǎn))

棱邊面心頂點(diǎn)切割法體心1/81/41/21金屬銅的一個(gè)晶胞的原子數(shù)2181【思考】1個(gè)銅晶胞平均含有幾個(gè)銅原子呢？→銅晶胞含有4個(gè)銅原子，為什么不是14個(gè)？=8×＋6×＝4銅晶胞銅晶體頂點(diǎn)原子被8個(gè)晶胞共用，面心原子被2個(gè)晶胞共用，棱邊原子被4個(gè)晶胞共用?！Ｒ?jiàn)的立方晶胞中原子數(shù)的計(jì)算簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方8×＝1818×＋1＝2818×＋6×＝42181Cl-Na+氯化鈉晶胞=1:11.計(jì)算一個(gè)NaCl晶胞中含多少Na+和Cl-？Na+：Cl-8×＋6×＝4218112×＋1＝441→離子晶體化學(xué)式只表示每個(gè)晶胞或晶體中各類粒子的最簡(jiǎn)整數(shù)比思考與討論立方晶胞①Cl－位于

和

，共有

個(gè)②Na＋位于

和

，共有

個(gè)頂點(diǎn)面心4棱邊體心41.金屬鈉的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=2.金屬鋅的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=3.I2的一個(gè)晶胞的分子數(shù)=4.金剛石的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=思考與討論2.下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(I2)、金剛石(C)晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均含幾個(gè)原子？8×＋6×＝42181面心立方體心立方8個(gè)頂點(diǎn)課本P74

個(gè)體心

個(gè)面心？→原子數(shù)為8晶胞中，E點(diǎn)位于體心，C、D、B點(diǎn)位于面心，A點(diǎn)位于頂點(diǎn)1.金屬鈉的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=2.金屬鋅的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=3.I2的一個(gè)晶胞的分子數(shù)=4.金剛石的一個(gè)晶胞的原子數(shù)=思考與討論2.下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(I2)、金剛石(C)晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均含幾個(gè)原子？8×＋6×＝42181面心立方體心立方8個(gè)頂點(diǎn)課本P74→原子數(shù)為8

個(gè)體心

個(gè)面心？468×

+6×

+4=82181金剛石晶胞→幾種常見(jiàn)的晶胞結(jié)構(gòu)及晶胞含有的粒子數(shù)目A.NaCl(含4個(gè)Na+,4個(gè)Cl-)B.干冰(含4個(gè)CO2)C.CaF2(含4個(gè)Ca2+,8個(gè)F-)D.金剛石(含8個(gè)C)E.體心立方(含2個(gè)原子)F.面心立方(含4個(gè)原子)NaCl干冰CaF2金剛石體心立方面心立方1.下列各項(xiàng)是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元的排列方式，圖中：○—X，●—Y，—Z。其中對(duì)應(yīng)的化學(xué)式不正確的是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.如圖所示為高溫超導(dǎo)領(lǐng)域里的一種化合物——鈣鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)。(1)在該晶體中每個(gè)鈦離子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子有____個(gè)。6(2)該晶胞中元素氧、鈦、鈣的粒子個(gè)數(shù)比是__________。3∶1∶1xzyxzyOTiCa12×1/4=38×1/8=11同步練習(xí)1．對(duì)于某晶胞(如圖所示)的下列描述錯(cuò)誤的是(

)A.該晶胞是所在晶體內(nèi)最小的平行六面體B.該晶胞的每個(gè)頂點(diǎn)上和每個(gè)面的面心上都各有一個(gè)原子C.平均每個(gè)晶胞中有14個(gè)原子D.平均每個(gè)晶胞中有4個(gè)原子C2.已知某晶體晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為(

)同步練習(xí)CA．XYZ

B．X2Y4ZC．XY4Z

D．X4Y2Z3.如圖為離子晶體空間結(jié)構(gòu)示意圖：(●：陽(yáng)離子，ο：陰離子)以M表示陽(yáng)離子，以N表示陰離子，寫(xiě)出各離子晶體的組成表達(dá)式：同步練習(xí)M4×1/8+1=3/2N1B:4×1/2+2+4×1/8=9/2MNC:M4×1/8=1/2NMN3MN2這些具體物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)是如何測(cè)定的呢？CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞【問(wèn)題導(dǎo)學(xué)】四、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定P75X射線衍射實(shí)驗(yàn)化學(xué)博覽發(fā)現(xiàn)X射線，獲1901年物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射效應(yīng)勞厄用X射線衍射研究晶體結(jié)構(gòu)布拉格父子倫琴19011914物理學(xué)獎(jiǎng)1915物理學(xué)獎(jiǎng)1936化學(xué)獎(jiǎng)1962化學(xué)獎(jiǎng)利用X射線等技術(shù)研究分子結(jié)構(gòu)X射線衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)1964化學(xué)獎(jiǎng)X射線衍射法測(cè)定復(fù)雜晶體與大分子結(jié)構(gòu)1980化學(xué)獎(jiǎng)X射線衍射確定DNA核苷酸順序與基因結(jié)構(gòu)1985化學(xué)獎(jiǎng)……X射線衍射實(shí)驗(yàn)給我們提供了哪些關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息呢？發(fā)展了X射線衍射確定晶體與分子結(jié)構(gòu)的方法。Hauptman與Karle備受垂青的X射線衍射實(shí)驗(yàn)

當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí)，X射線和晶體中的電子相互作用，在記錄儀上形成衍射圖譜。人們對(duì)衍射圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。一種X射線衍射儀X射線管鉛板晶體樣品記錄儀晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定——X射線衍射實(shí)驗(yàn)衍射方向衍射強(qiáng)度X射線管鉛板晶體晶體能產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)1.衍射方向——晶胞的形狀、大小與取向非晶體衍射圖譜數(shù)據(jù)處理晶體的周期性結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定——X射線衍射實(shí)/°晶體能產(chǎn)生明銳的衍射峰2.衍射強(qiáng)度——原子的種類與位置晶態(tài)SiO2非晶態(tài)SiO2→由X射線衍射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還可以進(jìn)一步測(cè)定分子的空間結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定——X射線衍射實(shí)驗(yàn)原子的種類與位置衍射強(qiáng)度綜合分析衍射方向甲烷晶體a邊長(zhǎng)為a的立方晶胞C、H原子間的距離是否存在化學(xué)鍵確定鍵長(zhǎng)、鍵角→X射線衍射測(cè)定甲烷分子結(jié)構(gòu)乙酸晶體乙酸晶胞乙酸分子的空間結(jié)構(gòu)→X射線衍射測(cè)定乙酸分子結(jié)構(gòu)(含4個(gè)乙酸分子)→從衍射圖中經(jīng)計(jì)算可獲取晶體的結(jié)構(gòu)信息，如晶胞的形狀、大小，微?？臻g對(duì)稱性類型，原子的數(shù)目和位置等。1.X射線衍射原理

單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí),X射線和晶體中的電子相互作用,會(huì)在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)或明銳的衍射峰?！菊n堂小結(jié)】2.X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得晶胞信息3.X射線衍射實(shí)驗(yàn)獲得分子信息→晶體的X射線衍射實(shí)驗(yàn)圖經(jīng)過(guò)計(jì)算,可以獲得包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對(duì)稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等,以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系。→通過(guò)晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn),可以測(cè)定晶胞中各個(gè)原子的位置(坐標(biāo)),根據(jù)原子坐標(biāo),可以計(jì)算原子間的距離,判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長(zhǎng)和鍵角,得出分子的空間結(jié)構(gòu)。

判斷正誤：(1)晶胞是晶體的最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元(

)(2)不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同(

)(3)晶胞中任何一個(gè)粒子都屬于該晶胞(

)(4)一般地，晶體的化學(xué)式表示晶體中各類原子或離子的最簡(jiǎn)整數(shù)比(

)√√××1．關(guān)于測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤的是(

)A．對(duì)乙酸晶體進(jìn)行測(cè)定，晶胞中含有1個(gè)乙酸分子B．經(jīng)過(guò)計(jì)算可以從衍射圖形獲得晶胞形狀和大小C．經(jīng)過(guò)計(jì)算可以從衍射圖形獲得分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對(duì)稱類型D．經(jīng)過(guò)計(jì)算可以從衍射圖形獲得原子在晶胞里的數(shù)目和位置A2．不能夠支持石墨是晶體這一事實(shí)的選項(xiàng)是(

)A．石墨和金剛石是同素異形體B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列C．石墨的熔點(diǎn)為3625℃D．在石墨的X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰A3．下列有關(guān)晶胞的敘述正確的是(

)A．晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元B．根據(jù)晶體的不同，晶胞可以是多種形狀C．習(xí)慣采用的晶胞是正方體D．晶胞都是正八面體A4.最近發(fā)現(xiàn)，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。鑒于這三種元素都是常見(jiàn)元素，從而引起廣泛關(guān)注。該新型超導(dǎo)晶體的一個(gè)晶胞如圖所示，則該晶體的化學(xué)式為(

)A．Mg2CNi3

B．MgC2NiC．MgCNi2

D．MgCNi3D5.在化學(xué)上，常用一條短線表示一個(gè)化學(xué)鍵，如圖所示的有關(guān)結(jié)構(gòu)中，有直線(包括虛線)不表示化學(xué)鍵或分子間作用力的是(

)A．石墨的結(jié)構(gòu)

B．白磷的結(jié)構(gòu)C．CCl4的結(jié)構(gòu)

D．立方烷(C8H8)的結(jié)構(gòu)C6．已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結(jié)構(gòu)單元密置堆積而成，下列關(guān)于該化合物的敘述錯(cuò)誤的是(

)A．1mol該化合物中含有1molYB．1mol該化合物中含有3molCuC．1mol該化合物中含有3molBaD．該化合物的化學(xué)式是YBa2Cu3O6CD則該分子的化學(xué)式為

。7.由金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示M14N13團(tuán)簇分子所含微粒都屬于該分子,不與其他分子共用特別注意：氣態(tài)團(tuán)簇分子和納米小顆粒不采用無(wú)隙并置方式排列，故不能采用均攤法來(lái)確定化學(xué)式！→若該圖是一個(gè)晶胞，則可用均攤法計(jì)算，但它是一個(gè)氣態(tài)團(tuán)簇分子，其化學(xué)式就是其分子式，應(yīng)直接數(shù)出原子數(shù)。8.如圖是一種鎳基合金儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。該合金儲(chǔ)氫后，含1molLa的合金含有Ni的數(shù)目為

。5NA或3.01×1024解析：該晶胞中La原子個(gè)數(shù)＝8×1/8＝1Ni原子個(gè)數(shù)＝4×1/2＋1＋4×1/2＝5則該晶胞中La、Ni原子個(gè)數(shù)之比為1∶59.元素X的某價(jià)態(tài)離子X(jué)n＋中所有電子正好充滿K、L、M三個(gè)電子層，它與N3－形成的晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽(yáng)離子與陰離子個(gè)數(shù)比為

。

(2)該晶體中，Xn＋中的n＝

。

(3)X元素的原子序數(shù)是

。3∶1129三棱柱體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/6頂點(diǎn)1/12【拓展】①正三棱柱晶胞中粒子的計(jì)算方法六棱柱體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/3頂點(diǎn)1/6【拓展】②六方晶胞中粒子的計(jì)算方法10.請(qǐng)仔細(xì)觀察下列幾種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，判斷下列說(shuō)法正確的是(

)A.硼鎂超導(dǎo)物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)單元如圖所示，則這種超導(dǎo)材料的化學(xué)式為Mg3B2B.鋰的某種氧化物的晶胞如圖所示，則該氧化物的化學(xué)式為L(zhǎng)i2OB10.請(qǐng)仔細(xì)觀察下列幾種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，判斷