3.1.2 晶胞 晶体结构的测定 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修2

晶胞　晶体结构的测定 学习目标　1.了解晶胞,知道晶体是由晶胞“无隙并置”而成,能在三维空间角度认识微观晶胞与宏观晶体之间的联系。2.能够根据晶胞计算所含粒子数。3.知道晶体结构的测定方法。 一、晶胞 (一)知识梳理 1.概念 描述晶体结构的　　　　　　。  2.结构 晶胞一般都是　　　　　　,晶体是由无数晶胞　　　　　　而成。  3.晶胞中粒子数目的计算 (1)平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 ①晶胞的顶角原子是　　　个晶胞共用的;  ②晶胞棱上的原子是　　　个晶胞共用的;  ③晶胞面上的原子是　　　个晶胞共用的。  (2)铜晶胞(如图所示)中的原子数为　　　　　　　　　　。  (3)几种晶胞中原子数目的确定 结合下图,钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分为　　　、　　　、　　　、　　　。  (二)问题探究 探究1　超导体,又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。研究发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性。该新型超导晶体的晶胞如图1所示。 问题1　该晶体的晶胞中镁原子主要位于什么位置? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题2　该晶体的化学式是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究2　能储存氢的金属和合金,统称为储氢合金。图2是一种镍基合金储氢后的晶胞结构图: 问题3　试求上述镍基合金(不含氢气)的化学式。若晶体棱长为a cm,则晶体的密度为多少? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题4　镍基合金储氢后,含1 mol La的合金可吸附H2的数目为多少? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题5　由晶胞构成的晶体,其化学式是否表示构成该晶体实际的粒子数目? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题6　判断下列六面体是否是晶胞。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 问题7　NiO与NaCl的晶胞结构相似,如图所示,阴离子采取面心立方堆积,阳离子填充在位于阴离子构成的空隙中。 氧化镍晶胞中原子坐标参数:A(0,0,0)、B(1,1,0),则C点对应的原子坐标参数为　　　　　　。  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 【探究归纳】 1.关于晶胞的理解 晶胞一般都是平行六面体,也可以是六棱柱体,但是为了研究的方便,一般从该六棱柱中切除出一个平行六面体进行研究。 2.晶胞的判断 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。 3.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法 均摊是指每个晶胞中平均拥有的微粒数目。若每个微粒为n个晶胞所共有,则该微粒就有个微粒属于该晶胞。立方晶胞中粒子数的计算方法如下: 该立方晶胞中所含A微粒的数目为8×=4,B微粒的数目为12×+1=4,其化学式(按A、B顺序)为AB。 4.晶体的相关计算 (1)计算晶胞棱长 晶胞模型 晶胞棱长(a)与粒子半径(r)关系 a=2r a=4r a=4r a=2r a=8r (2)计算晶体密度 以一个晶胞为研究对象,根据晶胞质量m=ρ×V,由公式×n=ρ×a3进行计算,其中M为晶体的摩尔质量,n为晶胞所占有的粒子数,NA为阿伏加德罗常数,ρ为晶体密度,a为晶胞棱长。 (3)注意晶胞计算中单位的换算 1 pm=10-10 cm,1 nm=10-7 cm。 5.原子坐标参数的确定 (1)原子坐标参数是晶胞的基本要素之一, 用于表示晶胞内部各原子的相对位置。通过原子坐标的确定既能确定晶胞中原子的相对位置,又可以计算各原子间的距离,进而可以计算晶胞的体积及晶体的密度。 (2)原子坐标确定步骤:①由已知坐标确定晶胞参数值和坐标原点;②由原子在晶胞中的相对位置确定原子与坐标原点的距离;③确定原子在晶胞中的坐标。 1.判断下列说法正误,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)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同。 (　　) (4)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。 (　　) (5)已知晶胞的组成也无法推知晶体的组成。 (　　) 2.整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是 (　　) A.相邻晶胞之间没有任何间隙 B.晶体是晶胞简单、随意堆积而成 C.晶胞排列时,取向相同 D.“并置”是指所有晶胞都是平行排列的 3.晶体内微粒总是按周期性规律重复排列,反映其结构特点的基本重复单元为晶胞,晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构,可作为晶胞的是 (　　) 4.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物,其晶胞如图所示,则下列表示该化合物的化学式正确的是 (　　) A.ZXY3 B.ZX2Y6 C.ZX4Y8 D.ZX8Y12 二、晶体结构的测定 1.结构测定 测定晶体结构最常用的仪器是　　　　　　。当单一波长的X射线通过晶体时,会在记录仪上产生　　　　　　或者　　　　　　,而非晶体图谱中没有。  2.信息处理 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　　　　　　　　和　　　　　　　　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.示例——乙酸晶体分子结构的测定 乙酸晶体的X射线衍射实验⇒乙酸晶胞中含　　　　个乙酸分子⇒测定晶胞中各原子的位置(坐标)⇒计算原子间的距离⇒判断出哪些原子间存在化学键⇒确定键长和键角⇒分子的空间结构。如下图所示:  　　　　　　　　　　　　　　　　 1.晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300 mm、重量达81 kg的大直径单晶硅,晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述正确的是 (　　) A.形成晶体硅的速率越快越好 B.晶体硅没有固定的熔点 C.可用X射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D.晶体硅的形成与晶体的自范性有关,而与各向异性无关 2.下列有关晶体常识的叙述错误的是 (　　) A.水晶属于晶体,有固定的熔点,而玻璃无固定的熔点,属于非晶体 B.当单一波长的X射线通过晶体时可以看到明显的分立的斑点或者谱线 C.晶体都具有自范性,自范性是晶体的本质属性 D.晶体都具有规则的几何外形,而非晶体都不具有规则的几何外形 3.关于测定晶体结构错误的是 (　　) A.对乙酸晶体进行测定,晶胞中含有1个乙酸分子 B.经过计算可以从X射线衍射图形获得晶胞形状和大小 C.经过计算可以从X射线衍射图形获得分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型 D.经过计算可以从X射线衍射图形获得原子在晶胞里的数目和位置 晶胞　晶体结构的测定 一、 (一)1.基本单元　2.平行六面体　无隙并置　任何间隙　平行　相同　形状　种类　个数　 3.(1)①8　②4　③2　(2)8×=4　(3)2　2　8　8 (二) 问题1　该晶体的晶胞中镁原子主要位于平行六面体的顶角上。 问题2　MgNi3C。Mg处于晶胞的顶角上,故有8×=1个;Ni处于晶胞的面心,故有6×=3个;C处于晶胞的体心,完全属于该晶胞,故该晶体的化学式为MgNi3C。 问题3　LaNi5。该晶胞中La位于顶角,个数为8×=1,Ni位于面心和体心,个数为8× g·cm-3。 问题4　3NA。该晶胞中La位于顶角,个数为8×=1,H2有8个位于棱上,2个位于面心,个数为8×=3,故含1 mol La的合金可吸附H2的数目为3NA。 问题5　否,只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比。 问题6　A图中的晶体结构满足晶胞的特点,是晶胞。B图中的晶体结构,不满足晶胞“8个顶角相同”的要求,无法进行“无隙并置”,不是晶胞。C图中的晶体结构,不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求,无法进行“无隙并置”,不是晶胞。D图中的晶体结构,不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求,无法进行“无隙并置”,不是晶胞。 问题7　氧化镍晶胞中原子坐标参数:A(0,0,0)、B(1,1,0),则C点对应的原子坐标参数为(,1,1)。 对点训练 1.(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 2.B　[晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成,而是晶胞平行排列而成的,且相邻晶胞之间没有任何间隙。] 3.B　[按照题意,晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成,是指相邻晶胞之间没有任何间隙,所有晶胞平行排列,取向相同。由此可知,平移后,重合位置的原子相同。不管是左右或上下平移时,大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合,但大圆和小圆不是同一种原子,因此该结构不能作为晶胞,A错误;不管是上下平移还是左右平移,各原子都可以与相同的原子重叠,可平移无隙并置得到晶体,因此该结构可以作为晶胞,B正确;上下平移时,位于面心的两个不同的原子位置会重合,因此该结构不能作为晶胞,C错误;该结构平移时会存在空隙,因此不能作为晶胞,D错误。] 4.A　[该晶胞中,X原子均位于平行六面体的顶角,故含X的个数为8×=1;Y原子均位于平行六面体的棱上,故含Y的个数为12×=3;Z原子位于平行六面体内部,故含Z的个数为1,则该化合物的化学式为ZXY3,A项正确。] 二、 　1.X射线衍射仪　分立的斑点　明锐的衍射峰　2.数目　位置　3.4 对点训练 1.C　[晶体的形成都有一定的形成条件,如温度、压强、结晶速率等,但并不是说结晶速率越快越好,速率太快可能导致晶体质量下降,A项错误;晶体有固定的熔点,B项错误;X射线衍射实验能够测出物质的内部结构,根据微粒是否有规则的排列可区分晶体与非晶体,C项正确;晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系,D项错误。] 2.D　[A.水晶的化学成分是二氧化硅,有固定熔点属于晶体,而玻璃是混合物,属于非晶体,没有固定熔点,故A叙述正确;B. 当单一波长的X射线通过晶体时,可发生衍射,可以看到明显的分立的斑点或者谱线,故B叙述正确;C.在适宜条件下,晶体具有能够自发地呈现多面体外形的性质,即晶体的自范性,故C叙述正确;D.晶体具有规则的几何外形,但非晶体也可能具有规则的几何外形,如钻石形状的玻璃制品,故D叙述错误。] 3.A　[对乙酸晶体进行测定,可以得到晶胞结构中含有4个乙酸分子,A错误;经过计算可以从X射线衍射图形获得晶胞形状和大小,B正确;经过计算可以从X射线衍射图形获得分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型,C正确;经过计算可以从X射线衍射图形获得原子在晶胞里的数目和位置,D正确。] 学科网（北京）股份有限公司 $$