第三章 第一节 第2课时 晶胞 分子结构的测定 课件1-2024-2025学年高中化学选择性必修2同步课件PPT（人教版2019）

第2课时　晶胞　晶体结构的测定 第一节　物质的聚集状态与晶体的常识 化学 1.了解晶体与晶胞的关系,体会由晶胞“无隙并置”构成晶体的过程。 2.掌握不同晶胞中平均所含粒子个数的计算方法,从而确定晶体的化学式。 学习目标 3.知道研究晶体结构的一般方法。 重点： 1.晶胞的概念。 2.不同晶胞中所含粒子个数的计算,从而确定晶体的化学式。 难点： 1.晶体和晶胞的关系。 2.不同晶胞中所含粒子个数的确定。 学习重难点 1.晶体与非晶体的本质区别是什么? 知识回顾 晶体有自范性,原子在三维空间里呈周期性有序排列,而非晶体原子排列相对无序。 X射线衍射实验。 2.区分晶体和非晶体的最可靠方法是什么? 知识回顾 晶体内部质点在三维空间呈周期性重复排列，形成规则的几何空间点阵，具有长程有序性，如食盐晶体中钠离子和氯离子按固定规律排列。 非晶体内部质点排列无序，无周期性重复结构单元，呈近程有序而长程无序状态，如玻璃中的硅原子和氧原子排列不规则。 既然晶体的原子在微观空间里呈周期性有序排列,那么在研究晶体结构时我们就可以选取一个基本单元来代替整个晶体,这个基本单元叫晶胞。 知识回顾 干冰 冰 课堂探究 一、晶胞 从名称上来看,晶胞就和生物体内的细胞一样。生物体是由无数个细胞构成的;同样,晶体也是由许许多多个晶胞所构成。就像蜂室与蜂巢的关系,蜂巢由许许多多个蜂室组成。 金刚石 1.定义:晶胞是描述晶体结构的基本单元 碘 课堂探究 2.晶胞的特点: (1)常规的晶胞都是平行六面体。 (2)排列方式:“无隙并置”。 一、晶胞 课堂探究 3.晶胞的选择 同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞,所以,选取晶胞要求是最能反映该点阵的对称性,选取原则如下: (1)选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性; (2)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多; (3)当平行六面体的棱边夹角存在直角时,直角数目应最多; (4)在满足上述条件的情况下,晶胞应具有最小的体积。 一、晶胞 课堂探究 其具体形状大小由它的三组棱长a、b、c及棱间交角α、β、γ(合称为“晶胞参数”)来表征,与空间格子中的单位平行六面体相对应。晶胞是晶体的代表,是晶体中的最小单位。晶胞并置起来,则得到晶体。晶胞的代表性体现在以下两个方面:一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性,即与晶体具有相同的对称元素(对称轴、对称面和对称中心)。 一般情况下,晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看成是无数晶胞“无隙并置”而成的。 一、晶胞 课堂探究 下面我们一起来看一下铜晶胞的图。 【问题】铜晶胞中有(　　)个铜原子。　 　　 A.14 B.4 C.8 D.6 B 一、晶胞 课堂探究 在晶体中，一个微粒（原子、离子或分子）如果是被多个结构单元所共有，那么这个微粒对一个结构单元的贡献就要用均摊法来计算。 计算晶胞顶角、晶胞的棱上、面上、内部时晶胞应该拥有该原子的比例 计算晶体化学式或晶胞中粒子数的一般方法——均摊法。 4.计算晶体化学式或晶胞中粒子数的一般方法——均摊法。 一、晶胞 课堂探究 我们可以明显看出顶点的原子是被8个晶胞所共用,所以我们可以得出结论:当原子位于顶角时,这个原子将被8个晶胞所共用,就像我手中的8个晶胞模型一样,每个晶胞只拥有该原子的。 顶角——同时为8个晶胞所共用——每个晶胞拥有。 一、晶胞 课堂探究 一、晶胞 我们分析了原子位于晶胞顶角的情况,现在大家利用手中自己制作的晶胞模型,小组分析,当原子位于晶胞的棱上应该拥有该原子的多少? 棱上——同时为4个晶胞所共用——每个晶胞拥有。 课堂探究 我们分析了原子位于晶胞顶角的情况,现在大家利用手中自己制作的晶胞模型,小组分析,当原子位于晶胞的面上时晶胞应该拥有该原子的多少? 一、晶胞 面上——同时为2个晶胞所共用——每个晶胞拥有。 课堂探究 一、晶胞 我们分析了原子位于晶胞顶角的情况,现在大家利用手中自己制作的晶胞模型,小组分析,当原子位于晶胞的内部时晶胞应该拥有该原子的多少? 内部——为1个晶胞所用——该晶胞拥有该原子的全部。 课堂探究 均摊法:晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共用,那么每个晶胞对这个原子分得的份额就是。 一、晶胞 课堂探究 【例1】教材P74“思考与讨论”中钠、锌、碘、金刚石晶胞中分别含有几个原子? 钠:8×+1=2 锌:8×+1=2 碘:8×+6×=4 金刚石:8×+6×+4=8 一、晶胞 课堂探究 【例2】某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心,阴离子位于晶胞的8个顶角上,则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为( 　) A.1∶8 B.1∶4 C.1∶2 D.1∶1 D 一、晶胞 【解析】阴离子位于晶胞的8个顶角,个数为8 ×1，阳离子位于晶胞的中心,个数为1。 课堂探究 【例3】碘的晶胞结构示意图如图,下列说法正确的是（ ） A.碘晶体熔化时需克服共价键 B.1个碘晶胞中含有4个碘分子 C.晶体中碘分子的排列有3种不同取向 D.碘晶体中每个I2，周围等距且紧邻的I2有6个 B 一、晶胞 课堂探究 准晶体亦称为“准晶”或“拟晶”,是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。在准晶的原子排列中,其结构是长程有序的,这一点和晶体相似;但是准晶不具备平移对称性,这一点又和晶体不同。普通晶体具有的是二次、三次、四次或六次旋转对称性,但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性,例如五次对称性或者更高的六次以上对称性。物质的构成由其原子排列特点而定。原子呈周期性排列的固体物质叫晶体,原子呈无序排列的叫非晶体,介于这两者之间的叫准晶体。准晶体的发现,是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。 一、晶胞 课堂探究 原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体,原子呈无序排列的叫非晶体,介于这两者之间的叫准晶体。准晶体的发现,是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。 一、晶胞 课堂探究 七种晶系 各晶系示意图: 一、晶胞 课堂探究 二、晶体结构的测定 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。 课堂探究 二、晶体结构的测定 X射线衍射仪的基本原理是当一束X射线照射到晶体样品上时，由于晶体内部原子规则排列，会使X射线发生衍射。这些衍射X射线的方向和强度与晶体内部原子的种类、排列方式等因素有关。通过收集和分析衍射X射线的信息，就可以得到晶体的结构数据，如晶胞参数、晶格类型、原子位置等。 由衍射图形可获得晶体结构的信息,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。 课堂探究 在结构组成方面，主要包括X射线发生器（产生X射线）、测角仪（控制样品和探测器的角度）、探测器（用来接收衍射X射线）和数据处理系统（用于分析处理探测器收集的信号）。它在材料科学领域应用广泛，例如在研究金属合金的相结构、陶瓷材料的晶体结构、药物分子的晶型等方面都发挥关键作用。 二、晶体结构的测定 射线衍射：简单点阵只由一种原子组成,每个晶胞只有一个原子,它分布在晶胞的顶角上,单位晶胞的散射强度相当于一个原子的散射强度。 复杂点阵晶胞中含有n个相同或不同种类的原子,它们除占据单胞的顶角外,还可能出现在体心、面心或其他位置。 课堂练习 已知某晶体晶胞如图所示,则该晶体的化学式为(　　) A.XYZ B.X2Y4Z C.XY4Z D.X4Y2Z C 【练习1】 课堂练习 现有甲、乙、丙(如下图)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),可推知:甲晶胞中x与y的个数比是　　　　　 ,乙晶胞中a与b的个数比是　　　　 ,丙晶胞中有　　　　　个c离子,有　　　　　个d离子。 甲 乙 丙 4∶3 1∶1 4 4 【练习2】 课堂练习 现有四种晶体,其构成粒子(均为单原子核粒子)排列方式如下图所示,其化学式正确的是(　　) A. C. B. D. C 【练习3】 课堂练习 如图所示为几种物质的晶胞结构示意图,下列说法正确的是(　　) A.X的化学式为Mg3B2 B.Y的化学式为Li2O C.Z中A、B、C的个数比是3∶9∶4 D.W的化学式为Mn2Bi B 【练习4】 课堂练习 Ⅰ.元素X位于第四周期,其基态原子的内层轨道全部排满电子,且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。 (1)在1个晶胞中,X离子的数目为　　　　 。 (2)该化合物的化学式为　　　　 。 4 ZnS 【练习5】 Ⅱ.(1)准晶体是一种无平移周期序,但有严格准周期位置序的独特晶体,可通过 　　　　　　区分晶体、准晶体和非晶体。 　　　  (2)Cu2O为半导体材料,在其立方晶胞内部有4个氧原子,其余氧原子位于面心和顶点,则该晶胞中有　　　　 个铜原子。 X射线衍射实验 16 课堂练习 2020年12月17日凌晨,嫦娥五号完成“挖土”之旅返回地球。查阅资料,月球玄武岩是构成月球的岩石之一,主要由辉石(主要成分硅酸盐)和钛铁矿(主要成分FeTiO3)等组成。回答下列问题: (1)基态铁原子的价层电子排布式为　　　　 。  (2)与Fe同周期,且原子最外层电子数相同的主族元素是　　　　 (填元素符号)。  (3)基态Ti原子核外电子占据的最高能层符号为　　　　　 ;其最外层电子的电子云轮廓图为　　　　　 。  3d64s2 Ca N 球形 【练习6】 课堂练习 (4)FeTiO3的结构如图1所示,其中由O原子围成的　　　　 (填“四面体空隙”或“八面体空隙”)被Fe原子占据。在图2中画出FeTiO3结构的另一种表示(要求:Fe处于晶胞的顶角)。    八面体空隙 图1 图2 【练习6】 答案： 课堂练习   (5)已知该晶胞的密度为ρ g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值。计算晶胞参数a=　　　　　　　　　 pm (列出计算表达式) 。  【练习6】 课堂小结 一、晶胞 1.定义:晶胞是描述晶体结构的基本单元。 2.晶胞的特点: (1)常规的晶胞都是平行六面体。 (2)排列方式:“无隙并置”。 3.计算晶体化学式或晶胞中粒子数的一般方法——均摊法 (1)顶角——同时为8个晶胞所共用——每个晶胞拥有 ; (2)棱上——同时为4个晶胞所共用——每个晶胞拥有 ; (3)面上——同时为2个晶胞所共用——每个晶胞拥有 ; (4)内部——为1个晶胞所用——该晶胞拥有该原子的全部。 二、晶体结构的测定 1.整理学案。 2.完成学案中的【素养专练】。 布置作业 谢谢大家 $$