3.1.2 晶胞 晶体结构的测定（Word教师用书）-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修2（人教版2019）

第2课时　晶胞　晶体结构的测定 [学习目标] 1.认识简单的晶胞，掌握晶体与晶胞的关系，能够计算晶胞中的粒子个数。(证据推理与模型认知)　2.知道晶体X射线衍射等是测定物质结构的基本方法和实验手段。(科学探究与创新意识) 晶胞 1．概念 描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。 2．晶体和晶胞的关系 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”：相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。　 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。 3．晶胞中粒子个数的计算 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中微粒数目的计算 ①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用的； ②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用的； ③晶胞面上的原子是2个晶胞共用的。 ④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。 (2)晶胞微粒数目的确定 ①金属铜原子数的计算 金属铜的一个晶胞中铜原子位于晶胞的顶角(有8个)和面心(有6个)两种，所含的原子数有8×＋6×＝4个。 ②氯化钠晶体中的Na＋、Cl－数 氯化钠晶胞如图所示，其中体积较小的为Na＋(填“Na＋”或“Cl－”，下同)，体积较大的为Cl－，则晶胞中含4个Na＋(提示：晶胞中心还有一个Na＋)和4个Cl－。 ③下列物质的晶胞中分别含几个原子 物质 钠 锌 碘 金刚石 晶胞 微粒数 钠原子数 2 锌原子数 2 碘分子数 4 碘原子数 8 碳原子数 8 晶体结构的测定 1．X射线衍射原理 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。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，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。 2．X射线衍射实验获得晶胞信息 通过晶体的X射线衍射实验获得衍射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息，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。 3．X射线衍射实验获得分子信息 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。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)晶胞都是平行六面体。(×) (2)晶胞是晶体的最小重复单元。(√) (3)晶胞中任何一个粒子都只属于该晶胞。(×) (4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所共有。 (×) (5)X射线通过晶体，导致晶体发生化学变化，形成特征的衍射图。(×) (6)钠晶胞如图所示，则每个钠晶胞中含9个钠原子。(×) (1)晶胞不一定是平行六面体，如六方晶胞的形状是一个六棱柱。 (2)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。 (3)X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，晶体的性质和结构都不会发生变化，也不会发生化学变化。 均摊法确定晶胞的化学式 现有甲、乙、丙(如图所示)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)。 (1)甲晶体中X与Y的个数比是多少？ 答案　甲晶体中，体心X为1，顶角Y为6×，所以N(X)∶N(Y)＝1∶＝4∶3。 (2)乙晶体中A与B的个数比是多少？ 答案　乙晶体中，体心A为1，顶角B为8×＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1。 (3)丙晶体中每个晶胞包含有C离子、D离子各为多少？ 答案　丙晶体中，C离子个数为12×＋1＝4，D离子个数为8×＋6×＝4。 计算晶胞中粒子数目的常用方法是“均摊法”。“均摊法”是指每个晶胞平均拥有的粒子数目，例如每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。 1．平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 2．六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算 3．不同晶胞类型确定相应化学式的模型 (1)根据均摊法计算出1个晶胞中，各种原子个数的最简整数比，可确定该物质的化学式。 (2)对于独立原子构成的分子，其分子式的确定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，由于M、N原子并不存在共用关系，所以由气态团簇分子结构图可知，其分子式可由示意图数原子个数来确定，M原子共14个、N原子13个，即分子式为M14N13。 【例题】 (1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图甲所示，该氯化物的化学式是________。 (2)利用“卤化硼法”可合成含B和N两种元素的功能陶瓷，如图乙为其晶胞结构示意图，则每个晶胞中含有B原子的个数为______