3.1.2 晶胞 晶体结构的测定 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修2(人教版2019) 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 1 晶体特性 自范性 各向异性 熔点固定 晶体和非晶体的差异 晶体内部微粒一定是周期性重复排列 在不同方向排列的规律不同 铜晶体 CaF2晶体 晶体的内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性有序排列。 问：要研究晶体的结构，应当如何入手呢？ 思路：“以小见大” 铜晶体 铜晶胞 晶胞：晶体结构中最小的重复单元 球棍模型 比例填充模型 注意，教参注明，鲁科版 晶胞是晶体结构中最小的重复单元,不一定是最小单元。注：高中的晶胞指的素晶胞 学习 目标 第2课时 晶胞 晶体结构的测定 PART 01 PART 02 PART 02 认识简单的晶胞。 通过典型晶胞的学习，类推其他晶胞的分析方法。 学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，能根据晶胞的结构确定晶体的化学式。 [任务一]认识晶胞 铁晶体 1.概念： 描述晶体结构的基本单元叫做晶胞，晶胞是晶体的最小重复单元。 铜晶体 晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 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”是指相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”是指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、个数及几何排列是完全相同的。 平行六面体 晶体 晶胞堆积方式展示 晶胞 晶体 无隙并置 平移复原 将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。 各晶胞之间无缝隙 平行排列，取向相同 各个晶胞完全等同（组成和几何空间）， 且晶胞间共顶角、共棱、共面 另一种表述 无数的晶胞无隙并置堆积成整块晶体。研究一个晶胞，就可以获知整块晶体的信息。 CaTiO3晶胞 ZnS晶胞 铜晶胞 平行六面体 8个顶角相同 3套各2个平行面分别相同 3套各4根平行棱分别相同 晶胞 共6个面 共8个顶点 共12根棱 思考：观察下列晶胞，分析它们有什么共同特点？ 常规晶胞都是平行六面体 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzMDA1MDUyMQ==&mid=2247489536&idx=2&sn=42b2e8364bb926f098feca7d180e1d4e&chksm=fa56e4b6cd216da05908233bb05fb26bb8ffe8297a5e1054e4c06559a030e2d8a3153a287a9b&scene=27 金刚石晶胞 NaCl晶胞 CsCl晶胞 干冰晶胞 这些晶胞都是8个顶点相同、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。 3、晶体的特点 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 问1：下列晶胞中分子的取向有几种？ 一、晶胞 干冰晶胞 8个顶点的取向相同 3套各2个平行面的取向相同 I2晶胞 8个顶点和左右面心分子取向相同, 上下，前后面面心分子取向相同. 共有2种不同的取向. 问2:下图中的晶胞是指”大立方体”，还是”小立方体”？为什么？ 晶胞是指”大立方体” 晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱。 问3：判断下列六面体是否是晶胞？ A图中满足晶胞的结构特点，是晶胞。 B图中不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，不是晶胞。 C图中不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，不是晶胞。 D图中不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，不是晶胞。 判断是否是晶胞的方法一：顶点/平行面/平行棱是否完全相同 练习1、下面是从NaCl晶体最小平行六面体，是否可以作为晶胞？ 8个顶角不相同 不能平移复原 判断是否是晶胞的方法二：能否平移复原 练习2、若下图是某晶胞的残缺结构，要使其恢复晶胞资格，你认为应该如何改动？ 思考：1个铜晶胞含有几个铜原子呢？ 14个 1 2 4 3 7 6 8 5 1 2 2 1 3 4 1 体心：1 面心：1/2 顶点：1/8 棱边：1/4 4.晶胞中原子个数的计算 16 4、晶胞中原子个数的计算——均摊法 均摊：若晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子只有 属于该晶胞。 长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 【例1】计算下列立方晶胞中原子数。 简单立方 钠晶胞—体心立方 铜晶胞—面心立方最密堆积 单位晶胞：8× ＝1 8 1 单位晶胞：8× + 1 ＝2 8 1 8× ＋6× ＝4 2 1 8 1 配位数：8 配位数：12 金刚石晶胞 SiC晶胞 Ca2+: 8× 　＋ 6× ＝4 8 1 2 1 F-: 8个 Ca2+: F-=4：8=1：2 C: 8× 　＋ 6× ＝4 8 1 2 1 Si: 4个 C:Si:=4:4=1:1 金刚石 体内四个球位于 交错的小正方体中心 金刚石 体内四个球位于 交错的小正方体中心 长度为体对角线的1/4 【例2】请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。 NaCl晶胞 Na+ Cl- ①Cl-位于顶角和面心，共有 个。 ②Na＋位于棱上和体心，共有 个。 Cl-数 = 8× ＋6× = 4 2 1 8 1 Na+数 = 12× ＋1 = 4 4 1 一个晶胞含4个NaCl Na+数 : Cl-数 = 1:1 氯化钠的化学式为NaCl 离子晶体化学式只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比 A B 练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（A表示阳离子） 化学式： AB 化学式： AB C 化学式： ABC3 练习2：话筒是声电转换的换能器，在话筒中有一种材料的结构如图所示，它的主要成分是钛酸钡，根据晶胞的结构示意图，可知它的化学式是(　　) A.BaTi8O12 B.BaTi4O6 C.BaTi2O4 D.BaTiO3 仔细观察钛酸钡晶胞的结构示意图可知： Ba在立方体的体心，完全属于该晶胞； Ti处于立方体的8个顶点， O处于立方体的12条棱的中点，故晶胞 中Ba、Ti、O三种原子的个数比为 D 25 晶胞小结 ①明确微粒在晶胞中的位置关系。 ②基于位置采用均摊法进行计算。 计算晶胞中含有微粒数目--均摊法： 判断是否是晶胞的方法： ①顶点/平行面/平行棱是否完全相同 ②能否平移复原 顶角1/8 面1/2 棱1/4 内1 新的问题： ①科学家是如何用证实晶体是周期重复排列的结构呢？ ②怎么知道晶胞的大小、形状、取向和各个原子的位置呢？ O Fe I2 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，在记录仪上形成衍射图谱。人们对衍射图的数据进行处理，即可获得晶体结构的有关信息。 X射线管 铅板 晶体样品 记录仪 2θ/° 非晶态SiO2 晶态SiO2 明锐的衍射峰 分立的斑点 [任务二]晶体结构的测定 X射线衍射 d为晶面间距；n为反射级数；θ为掠射角；λ为X射线的波长 了解：X射线-测定晶胞 不同晶体对应不同的d，计算出晶胞参数，进而得到晶胞的形状、大小与取向 数据处理 晶胞结构 布拉格方程 晶胞的3组棱长：a b c 3种夹角:α、β、γ 每一种晶体都有它自己的晶面间距d，而且其中原子按照一定的方式排布着，这反映到衍射图上各种晶体的谱线有它自己特定的位置。数目和强度I。因此，只需将未知物中的衍射图中各谱线测定的角度和强度和已知样品的谱线进行比较就可以达到分析目的。 衍射方向 乙酸晶体 乙酸晶胞 测定原子种类和位置（原子分数坐标） 辨识出 化学键 确定键长、键角 了解：X射线-测定乙酸分子结构 计算原子间的距离 衍射强度 乙酸分子结构 引导学生体会，如何明确乙酸的结构的，毕竟我们看到的原子间没有那根化学键.。课本的图不是很好，看不出差异。 晶体 X射线衍射实验 周期性结构 晶胞 平行六面体 无隙并置堆积 化学组成 结构特点 顶角相同 平行面相同 平行棱相同 均摊法 大小形状原子位置 原子分数坐标 课堂总结 晶胞参数 $$