3.1.2 晶胞 晶体结构的测定-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学选择性必修2（人教版2019）

第三章 品体结构与性质 第2课时 晶胞 晶体结构的测定 答案解析P 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.认识简单的晶胞,掌握晶体与晶胞的关系,能够计 品休与品胞的关系 确定品体组成的方法 算晶胞中的粒子个数。 宏结合 2.知道晶体X射线衍射等是测定物质结构的基本方 有关品跑的计算 法和实验手段。 空间结构的实验测定--X射线衔财实验 课前·教材预案 I|知识点1晶胞 (2)晶胞微粒数目的确定 1.概念 描述品体结构的1 叫做晶胞。 2.晶体和晶胞的关系 常规的晶胞都是② ,整块晶体 ①铜晶胞 ②NaCi晶胞 可以看作是数量巨大的晶胞“③ ①金属铜原子数的计算 而成。 金属铜的一个晶胞中铜原子位于晶胞的 (1)“无隙”:相邻晶胞之间没有任何④ (有回个)和园 (有2 个)两种,所含的原子数有8×③ 排列的, 6×24 (2)“并置”:所有品胞都是5 -园个。 取向 ②氛化钢晶体中的Na、C1数 (3)所有晶胞的7 及其内部的⑧ 氢化钟晶胞如图所示,其中体积较小的为 2 、9 及 (包 (填“Na”或“Cl”.下同),体积较 大的为7 ,则晶胞中含⑧个Na 括取向)是完全相同的。 (提示:晶胞中心还有一个Na )和园 3.晶胞中粒子个数的计算 个Cl。 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中微粒数目的 ③下列物质的晶胞中分别含几个原子 计算 物质 钟 辞 碑 金刚石 ①晶胞的顶角原子是个晶胞共用的 #11 ②晶胞校上的原子是 个晶胞共用的 晶胞 ③晶胞面上的原子是3 个晶胞共用的 ④晶胞是④ 个顶角相同、 套各 典分子数 钢原子数 碎原子数 TG 套各 根平行校分别相同、7 碳原子数 微粒数 8 个平行面分别相同的最小平行六 "原子数 面体。 ③ .57· 化学 选择性必修2 课堂学案 |知识点2 晶体结构的测定 自主测评 1.X射线衍射原理 判断正误,正确的打“/”,错误的打“×”。 (1)晶胞都是平行六面体 测定晶体结构最常用的仪器是③ __ (2)晶胞是晶体的最小重复单元。 当单一波长的X射线通过晶体时 (3)晶胞中任何一个粒子都只属于该晶胞。 X射线和晶体中的③ 相互作用,会在 (4)位于顶角上的粒子一定是为8个晶胞所 记录仪上产生③ 或③8 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。 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 (6)纳晶胞如图所示,则每个纳晶胞中含9个钟 原子。 , ) 计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息 包括晶胞 、分子或原子在微 观空间有序排列呈现的40 、原子 和 在晶胞里的 等,以及 结合晶体化学组成的信息推出原子之间的 名师提醒 (1)晶胞不一定是乎行六面体,如六方晶胞的 3.X射线衍射实验获得分子信息 形状是一个六校柱。 通过晶体X射线衍射实验,可以测定晶胞中各 (2)当把晶胞还原到晶体中去时,该晶胞周边 个原子的④ ,根据原子坐标 的原子实际是与相邻晶胞共享的。 可以计算原子间的圈 ,判断出晶体中 (3)X射线通过品体时,X射线和品体中的电 子相互作用,晶体的性质和结构都不会发生 哪些原子之间存在化学键,确定囤 和 变化,也不会发生化学变化。 47 ,从而得出分子的④⑧ 课堂·深度拓展 IlI探究点 均摊法确定晶胞的化学式 (2)乙晶体中A与B的个数比是多少? I互动探究lI 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)。 (3)丙晶体中每个晶胞包含有C离子、D离子各 ### 为多少? 乙 丙 (1)甲晶体中X与Y的个数比是多少? 深度拓展I 计算晶胞中粒子数目的常用方法是“均摊法”。 “均摊法”是指每个品胞平均拥有的粒子数目,例 如每个粒子被n个晶胞所共用,则该粒子有一属 于这个晶胞。 .58. 第三章 晶体结构与性质 1.平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 (2)利用“南化酬法”可合成含B和N两种元 回为8个品胸所共有。 蓄的功能陶资,如图乙为其晶胞结构示意图 +位顶角 粒子屈丁该品也 则每个晶胞中含有B原子的个数为 +位干校上粒子属丁该品能 同为4个品炮所共有. ,该功能陶瓷的化学式为 拉了 (3)某晶体结构模型如图丙所示。该晶体的 同为2个品响所共有 化学式是。 ,在晶体中1个Ti原子、1 位丁内部 整个粒了都属丁该 个Co原子周围距离最近的O原子数目分别 品隐 为。 个。 2.六榜柱晶胞中不同位置的粒子数的计篇 (4)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇 粒。 位于顶角 分子,如图工所示,顶角和面心的原子是钛原 于该晶胞 →粒子属 位干上,下 子,校的中心和体心的原子是碳原子,它的化 底面校上 于该晶胞 学式为 (填字母)。 位干侧面 粒子 粒子属 A. Ti.C 楼上 于该晶胞 B. TiC C. Ti.C. 粒子属 D. Ti.C H位于面上 于该晶胞 ## ..--C 完全属干 4位于内部 该晶胞 3.不同晶胞类型确定相应化学式的模型 #_# 甲 (1)根据均摊法计算出1个晶胞中,各种原子 乙 o0 过T 个数的最简整数比,可确定该物质的化学式。 Co (2)对于独立原子构成的分子,其分子式的确 ._ ,Ti 定则不能用均摊法。如由金属原子M和非金 T 属原子N构成的气态团簇分子,如图所示,项 思维导引:根据粒子在晶胞中的位置确定贡 角和面上的原子是M原子,校中心和体心的 献率,以粒子最简单比例确定化学式,同时要 原子是N原子,由干M.N原子并不存在共用 注意气态团簇分子的特殊性。 关系,所以由气态团簇分子结构图可知,其分 【变式】如图为甲、乙两种晶体的晶胞: 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M.N。 oM ·N 甲 乙 试写出: (1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为 【例题】(1)元素铜的一种氢化物晶体的晶胞结构 (2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是 如图甲所示,该氢化物的化学式是 .59.族元素,0原子核外有2个电子层,S原子核外有3个电子层, 【深度拓展】 O原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去1个 【例题】C 解晶体有规则的几何外形,但有规则几何外形的 电子,即O的第一电离能大于S的第一电离能。(5)S-Cl键极 固体不一定是晶体,如人工加工而成的有规则几何外形的 性更大,则Si一Cl键更易断裂,因此,SiCL 比CCL 易水解, 固体不是晶体,A项错误;晶体所具有的规则几何外形、各 a有关;Si的原子半径更大,因此,SiCL.中的共用电子对更加 向异性和特定的对称性只是其内部粒子规律性排列的外部 反映,B项错误;SO.有晶体和非晶体两种形式,D项错误。故 偏向于Cl,从而导致Si一Cl键极性更大,且Si原子更易受到 选C项。 水电离的OH的进攻,因此,SiCl;比CCL.易水解,b有关 【变式】B 解将饱和CuSO.溶液降温可析出胆砚,胆砚属于 通常键能越大化学键越稳定且不易断裂,因此,Si一Cl键键 晶体,A项错误;宝石的硬度较大,破璃制品的硬度较小,可 能更大不能说明Si一C1更易断裂,故不能说明SiCL. 比CCl 以根据有无划痕来鉴别,B项正确;非晶体没有固定熔点,C 易水解,c无关;Si有更多的价层轨道,因此更易与水电离的 项错误;晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度 OH 形成化学键,从而导致SiCL.比CCL. 易水解,d有关;综 有些差异,D项错误。 上所述,导致SiCL.比CCl。易水解的因素有abd 课末·随堂演练 答案(1)sp 一NH。有孤电子对,孤电子对对成键电 1.A 解玻璃是非晶体,非晶体不具有物理性质各向异性的 子排斥力大,键角变小 特点,A项错误,B项正确;水晶是晶体,C项正确;晶体具有 (2)Cu Cu的第二电离能失去的是3d{的电子,第一电离能 各向异性,如导热性,D项正确。 失去的是4s 电子,Zn的第二电离能失去的是4s*的电子 2.C 解晶体具有固定的熔点,有规则的几何外形,但固体 第一电离能失去的是4s^{电子,3dr}电子处于全充满状态,其 不一定是晶体,例如玻璃:A项错误,C项正确;SiO,也有非 晶体,B项错误;不同的晶体可能因为排列方式相同而呈现 与4s电子能量差值更大 相同的几何外形,D项错误。 (3)随着同族元素的电子层数的增多,其熔点依次升高,其原 3.D 解得到晶体的三个途径是:①溶质从溶液中析出, 因是:SiCL、GeCL、SnCL.结构相似,熔点由分子间作用力决 ②气态物质凝华,③熔融态物质的凝固。A项符合①;B项 定,分子间作用力越大则其熔点越高;随着其相对分子质量 符合②;C项符合③;由于玻璃本来就属于非晶体,熔融后再 增大,其分子间作用力依次增大 正四面体sp 冷却所得固体仍为非品体。故选D项。 (4)I.(O)I.(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的吸 4.B 解晶体在不同方向上粒子的排列情况不同,即为各向 引力大,不易失去一个电子(5)abd 异性,晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性有序排 列,两者没有矛盾,B项错误。 第三章 晶体结构与性质 5.解固体有晶体和非晶体之分。晶体是内部微粒(原子、离 子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体 物质,食盐、冰、水晶、大部分矿石等都是晶体;非晶体是内部 第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 微粒的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质,如玻璃, 橡胶等都是非晶体。 第1课时 物质的聚集状态 晶体与非晶体 :CDF 第2课时 晶胞 课前·教材预案 晶体结构的测定 知识点一 课前·教材预案 1.(1)①分子②不一定 ③分子(2)④电子 阳离子 知识点一 电中性粒子(3)7离子 1.1基本单元 2.⑧固态 回液态 气态 塑晶 液晶 2.②平行六面体 ③无隙并置(1)④间隙 (2)平行 知识点二 相同(3)[7形状 ⑧原子种类 个数 几何排列 1.③有 ④多面体 周期性有序 没有 无序 3.(1)18 4 ③2 148 三 14 7三 圆两 2.熔融态 气态 回溶质 (2)国顶角 回8 面心 ②6 图网 4 3.(1)[有序性(2)园多面体 ③生长的速率 ④微观空间 网Na Cl 4 阅4 网2 2 围4 38 8 园周期性的有序排列 (3)物理性质 1 (4)7熔点 网X 知识点二 射线衍射 【自主测评】 1.国X射线衍射仪 国电子 国分立的斑点 明锐的衍 射峰 (1)X(2)X (3)(4)×(5)(6)X (7)X 2.国形状和大小 对称类型 数目 位置 3相互 课堂·深度拓展 关系 探究点 3.4位置(坐标)距离 囤键长 键角 空间结构 【互动探究】 【自主测评】 (1)X(2) (1)“雪花独六出”是指大气中的水蒸气凝结成的雪花在自然 (3)×(4)× (5)× (6)× 条件下是六瓣的。雪花和冰中水分子间的作用力类型 课堂·深度拓展 相同。 探究点 (2)不能。品体呈现自范性需满足一定条件,条件之一是晶体 【互动探究】 生长的速率适当。将盐溶液快速加热常得到看不到多面体 外形的粉末或无规则外形的块状物。 (3)最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。 ·143· (2)乙晶体中,体心A为1,顶角B为8x=1,所以N(A): 【即时训练】 1.解(1)每个晶胞中含有Mg的数目为8×寸+1=2,含有 N(B)-1:1 (3)丙品体中.C离子个数为12×+1-4.D离子个数为8× 2×26gmol H的数目为4×士+2-4,所以晶胞的体积为- N. ml ag·cm) 52 【深度拓展】 【例题】丽(1)晶胞中灰球代表的粒子数4个,白球代表的粒 数a=488pm(校长),Na 半径为102pm.H 的半径为 488-102X2 子数为6×十+8x寸-4个,所以化学式为CuCl。(2)每 2pm=142pm,该晶胞中-离子个数=8×1+ 2 4M NVN.X488X10-8·cm。(3)①用2个C原 24X4 子替换B和N原子即可得其等电子体为CH。。②每个晶 含有N原子和B原子各2个;N的电负性大于B,所以该陶 5.则x一5,立方氛化砌应与金则石具有相似的性质,且不 导电,c项正确。 智(1 24X4 于晶胞的中心,其周围距离最近的O原子位于6个面的中 (2)142pm NX488X10-30 心,所以周围距离最近的O原子数目为6个;Co原子位于 (3)①C:H。②5c 晶胞的顶点,O原子位于晶胞的面心,所以Co原子周围距 2.解(1)晶胞中ZnS原子数目均为4.则晶胞质量为4× 离最近的O原子数目为12个。(4)因该物质是气态团簇分 7g,其晶胞边长为xpm,则乙nS晶体的密度为4x 97 子,故题图是该物质的一个完整分子,由14个Ti原子和13 个C原子构成,A项正确。 (r×10-)ocm)- 97X4 N.X(gx10-o)》g/cm③},a与b之间连线 懿(1)CuC1(2)2 BN (3)CoTiO 6 12 (4)A 【变式】解(1)甲中X位于立方体的体心,为1个,Y位于立 处于晶胞体对角线上,且距离为体对角线长度的一,而体对角 方体项点,实际占有:×4-个,X:Y(个数比)-1: 线长度为晶胞校长的/③倍,故a与b之间的距离为-X3x pm。 的项点,A占有8×一1个,B位于面心,B占有6×-3 子:4×+1-2,含As原子:4×寸-2,含0原子; 个,C位于立方体的体心,C占有1个,由此推出A:B:C (8x+2x)(1-x)-2(1-x),含F原子: (个数比)-1:3:1。 解析(1XY(2)1:3:1 (8×+2×)x=2r,所以该化合物的化学式为 微专题突破5 晶胞结构的分析与计算 SmFeAsO一F.;根据该化合物的化学式为SmFeAsO一F.. 一个品胞的质量为2[281+16(1-)+19],一个晶胞的体积为 N. a*c×10”cn{,则密度为-2[281+16(1-)+19] 3.0:2×寸-1.C1:4×1-1,1个晶胞的质量为 a”cNX10☆ g/cm。 N. 分别为(o).(o.o.)。 (1)NX7x10-*) 97X4 NXx10-g/cm{,A项正确;图1晶胞中,0位于面 72.5 2[281+16(1-z)+19.x] ②(,,o).(o.o.寸) 心,与O等距离最近的Li有6个,0原子的配位数为6. acN.X10-3 B项正确;根据均摊法,图2中li:1,Mg或空位为8x1-2。 课末·随堂演练 1.B 解晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成,而是晶胞平 0:2x-1.Cl或Br:4x-1,Mg的个数小于2,根据 行排列而成的,且相邻晶胞之间没有任何间隙。 2.B 解桐晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成,是指相邻晶 正负化合价的代数和为0,图2的化学式为 胞之间没有任何间隙,所有晶胞平行排列,取向相同。由此 LiMgOCl.Br一,C项错误;进行锐离子取代及南素共掺杂 可知,平移后,重合位置的原子相同。不管是左右或上下平 后,可获得高性能固体电解质材料,说明Mg^{取代产生的 移时,大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合,但不是 空位有利于ILi的传导,D项正确。 同一种原子,因此该结构不能作为晶胞,A项错误;不管是上 .144·