3.1.2晶胞+晶体结构的测定 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

0 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 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.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。 2.晶体与晶胞关系 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。 无 隙 并 置 平行六面体 ③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列均完全相同的。 一、晶胞 3.晶胞的类型 四棱柱 8个顶点，1个柱内 立方体 8个顶点，6个面心 立方体 8个顶点，1个中心，顶点与中心相切 立方体 8个顶点，面上原子相切 常规的晶胞都是平行六面体 简单立方晶胞 面心立方晶胞 体心立方晶胞 六方晶胞 4.晶胞的特点—判断晶胞依据 ①8个顶角相同 ③三套各4根平行棱分别相同 ②三套各两个平行面分别相同 【问题】一个平行六面体中，一共有多少个顶点？多少条面？多少个棱？ 随堂练习 1.判断下列4个图中结构，属于晶胞的是（ ） A 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。 提示：晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无隙并置地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列均完全相同的。 【问题】一个金属铜晶胞中平均含有几个铜原子？ 二、晶胞的相关计算 1.晶胞中粒子数目的计算 1 2 4 3 7 6 8 5 1 2 2 1 3 4 1 顶点：1/8 棱边：1/4 面心：1/2 体心：1 ①平行六面体晶胞中粒子的计算方法 —均摊法 ②六方晶胞中粒子的计算方法 顶角： 上、下棱： 侧棱： 面上： 内部1 顶点： 侧棱： 内部：1 上下棱： ③正三棱柱晶胞中粒子的计算方法 随堂练习 根据晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式（A表示阳离子） A B 化学式： AB 化学式： AB C 化学式： ABC3 2.晶胞分子式的确定—粒子最简整数比 晶胞1 晶胞2 X：6/12=1/2 Y：6/4+3/6=2 Z：1 Mg：12/6+2/2=3 B:（在体内） 6 1.计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。 化学式：XY4Z2 化学式：MgB2 随堂练习 计算公式 ①先确定一个晶胞中微粒个数N（均摊法） ②再确定一个晶胞中微粒的总质量 ③最后求晶胞的密度 𝛒= = = = 晶胞棱长单位换算： 1m＝102 cm＝103mm＝106μm ＝109 nm＝1012 pm 3.晶胞密度的计算 LOGO 类型 图示 粒子数 晶胞边长(a)与原子半径(r)的关系 简单立方体 体心立方体 面心立方体 1 2 4 a=2r 棱长计算 【例】1.Cs＋核间距为a cm，氯化铯的摩尔质量为M g·mol－1，NA为阿伏加德罗常数的值，计算氯化铯晶体的密度。 ρ = g·cm-3 M a3·NA ρ = m V Cs＋： 8× = 1 1 8 Cl－： 1 2.已知晶体中Na+和Cl-间最小距离为a cm，计算NaCl晶体的密度。 Na+：12× + 1 = 4 1 4 Cl-：8× + 6× = 4 1 8 1 2 3.某氧化物超导材料钙钛矿晶胞结构如图所示，该化合物的化学式为__________，已知正方体的边长为a pm，该晶体的摩尔质量为136 g·mol－1，则该晶体的密度可表示为__________g·cm-3。 CaTiO3 O2-：6×1/2＝3 Ti4+: 1 Ca2+：8×1/8＝1 4.空间利用率的计算 1.定义 空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占的体积百分比，也叫空间占有率。 2.计算式 例1.金属铜是面心立方晶体，有较多的滑移面，所以有很好的延展性。其晶胞结构如图乙所示。已知铜原子的半径为rcm，铜的密度为ρ g∙cm−3，阿伏加德罗常数为NAmol−1，该晶胞中铜原子的空间利用率为___________________(用含r、ρ、NA的代数式表示)。 例2.在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是___原子。设Cr原子和Al原子的半径分别为x和y，则金属原子的空间占有率为_____________%（列出计算式）。 Al 19 A B C D E F G H 5.原子坐标参数 1.一般以坐标轴所在立体图形的棱长为1个单位。 2.从原子所在位置分别向x、y、z轴作垂线，所得坐标轴上的截距即为该原子的分数坐标。 x轴 y轴 z轴 A(0,0,0) B(1,0,0) C(1,1,0) D(0,1,0) E(0,1,1) F(0,0,1) G(1,0,1) H(1,1,1) 体心立方 面心立方 x轴 y轴 z轴 M M( , , ) 1 2 1 2 1 2 x轴 y轴 z轴 A B C D E F A( 0 , , ) 1 2 1 2 B( , 0 , ) 1 2 1 2 C( 1 , , ) 1 2 1 2 D( , 1 , ) 1 2 1 2 E( , , 1 ) 1 2 1 2 F( , , 0 ) 1 2 1 2 1.钴的一种化合物的晶胞结构如图所示，已知A点的原子坐标参数为(0,0,0)，B点为( ，0， )，则C点的原子坐标参数为________。 ( ， ， ) 随堂练习 2.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标，如图中原子1的坐标为 ，则原子2和3的坐标分别为_________、__________。 3.某晶体的晶胞结构如图所示，该晶体的化学式为 。若该晶体中A原子和B原子的坐标分别为(0,0,0)、(0,0， )，则C原子的坐标为__________。 CuInSe2 1.X射线衍射实验 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。会在记录仪上看到分立的斑点或者明锐的衍射峰 X射线管 铅板 晶体样品 记录仪 X射线衍射仪 三、晶体结构的测定 明锐的衍射峰 分立的斑点 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。 例：X射线衍射测定甲烷分子结构 衍射方向 甲烷晶体 a 边长为a的立方晶胞 原子的种类与位置 衍射强度 综合分析 C、H原子间的距离 是否存在 化学键 确定键长、键角 小结：X射线衍射测定分子结构 衍射图 计算 晶胞信息 结合晶体化学组成 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 原子在晶胞中的数目和位置 推出原子之间的相互关系 分子信息 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,判断哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,得出分子的空间结构 晶体结构信息 $$