3.1.2 晶胞 晶体结构的测定（Word教参）-【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2课时　晶胞　晶体结构的测定 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，能够计算晶胞中的粒子个数。 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。 知识点1　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__ 知识点2　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。(　×　) 名师提醒 (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。 探究点　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？ (2)乙晶体中A与B的个数比是多少？ (3)丙晶体中每个晶胞包含有C离子、D离子各为多少？ (1)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，体心A为1，顶角B为8×＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1。 (3)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__________，该功能陶瓷的化学式为________。 (3)某晶体结构模型如图丙所示。该晶体的化学式是________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为________个、________个。 (4)有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图丁所示，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，它的化学式为________(填字母)。 A．Ti14C13 B.TiC C．Ti14C4 D.Ti4C3 思维导引：根据粒子在晶胞中的位置确定贡献率，以粒子最简单比例确定化学式，同时要注意气态团簇分子的特殊性。 解析　(1)晶胞中灰球代表的粒子数4个，白球代表的粒子数为6×＋8×＝4个，所以化学式为CuCl。(2)每个氮化硼晶胞中含有白球表示的原子个数为8×＋1＝2，灰球表示的原子个数为1＋4×＝2，所以每个晶胞中含有N原子和B原子各2个；N的电负性大于B，所以该陶瓷的化学式为BN。(3)晶胞中含有O：6×＝3个，含Co：8×＝1个，含Ti：1个，故化学式为CoTiO3。Ti原子位于晶胞的中心，其周围距离最近的O原子位于6个面的中心，所以周围距离最近的O原子数目为6个；Co原子位于晶胞的顶点，O原子位于晶胞的面心，所以Co原子周围距离最近的O原子数目为12个。(4)因该物质是气态团簇分子，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。 答案　(1)CuCl　(2)2　BN (3)CoTiO3　6　12　(4)A 【变式】 如图为甲、乙两种晶体的晶胞： 试写出： (1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为________。 (2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是__________。 解析　(1)甲中X位于立方体的体心，为1个，Y位于立方体顶点，实际占有：×4＝个，X∶Y(个数比)＝1∶＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。(2)乙中A在立方体的顶点，A占有8×＝1个，B位于面心，B占有6×＝3个，C位于立方体的体心，C占有1个，由此推出A∶B∶C(个数比)＝1∶3∶1。 解析　(1)X2Y　(2)1∶3∶1 学科网（北京）股份有限公司 $$