3.1 物质的聚集状态与晶体的常识 第2课时（教学课件）化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦晶胞的概念、分析与计算及晶体结构测定，通过“如何描述晶体中原子排列”的问题导入，衔接晶体常识，以晶胞“无隙并置”特点为支架，构建从概念理解到均摊法应用、密度计算的知识脉络。 其亮点在于结合钙钛矿晶体粒子比计算等典型范例与不同晶胞原子数探究活动，运用科学思维（模型建构、均摊法推理）和科学探究与实践（实例分析），通过案例教学和问题驱动，帮助学生掌握晶胞计算方法，提升逻辑推理能力，也为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

第2课时 晶胞的分析 与计算 人教版选择性必修2 第一节　 物质聚集状态与晶体常识 第3章 晶体的结构与性质 晶胞的分析与计算 2 晶胞的概念 1 知识导航 晶体结构的测定 3 知识导航 明·学习目标 1.了解晶体的概念。 2.掌握测定晶体结构的方法。 3.掌握晶胞的分析与计算。 铜晶体 氯化钠晶体 这么多不同的晶体，如何描述其中原子的排列呢？ 引·新课导入 01 晶胞的概念 晶胞 晶胞是描述晶体结构的基本单元。 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。 “无隙”：相邻晶胞之间没有任何　　。 “并置”：所有晶胞都是　　 排列的，取向　　。 间隙 平行 相同 所有晶胞的　　 及其内部的　　　 　、 　　及　　 　　是完全相同的。 形状 原子种类 个数 几何排列 探·知识奥秘 晶胞 平行六面体 无隙并置 探·知识奥秘 晶胞 铜晶体 铜晶胞 铁晶体 铁晶胞 探·知识奥秘 晶胞 一般来说,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”是相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”是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。 晶体与晶胞的关系 探·知识奥秘 1.判断下列六面体是否是晶胞？ 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。 析·典型范例 10 2．下列有关晶胞的叙述，正确的是（ ） A．晶胞是从晶体结构中截取出的最小的平行六面体 B．晶胞排列时的取向相同 C．不同晶体中的晶胞大小和形状均相同 D．要推知晶体的结构，需要研究大量的晶胞 B 析·典型范例 11 3．下列有关晶胞的叙述中正确的是(　　) A．晶胞的结构是晶体的结构 B．不同的晶体中，晶胞的大小和形状都相同 C．晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞 D．已知晶胞的组成就可推知晶体的组成 D 析·典型范例 12 02 晶胞的分析 与计算 晶胞的分析与计算 (1)晶胞是否全是平行六面体？ (2)由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？ (1)不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。 (2)不表示，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 思考？ 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。 整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。 晶胞的特点 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 均摊法 “均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用,则该粒子有1/n属于这个晶胞。 长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(如右图) 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 顶角位置： 8× ＝1 8 1 均摊法 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 面上位置：6× ＝3 2 1 均摊法 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 棱上位置：12× ＝3 4 1 均摊法 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶胞内位置：1×1＝1 均摊法 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 思考？ 试计算钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目。 钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图 1.金属钠的一个晶胞的原子数= 2.金属锌的一个晶胞的原子数= 3.碘的一个晶胞的原子数= 4.金刚石的一个晶胞的原子数= 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 均摊法 非长方体(含正方体)晶胞的分析： 三棱柱 体心 1 面心 1/2 棱边 水平方向1/4 竖直方向1/6 顶点 1/12 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 均摊法 非长方体(含正方体)晶胞的分析： 顶角：1/6 上、下棱：1/4 侧棱：1/3 面上：1/2 内部：1 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶胞化学式的分析 A B 化学式： AB 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶胞化学式的分析 A B 化学式： A2B BA2 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶胞化学式的分析 B 化学式： A C ABC3 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 常见的晶胞类型 非密置层 简单立方晶胞 晶胞原子数：8 × =1 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 常见的晶胞类型 面心立方晶胞 晶胞原子数：8 × + 6× = 4 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 常见的晶胞类型 体心立方晶胞 晶胞原子数：8 × + 1 = 2 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！ 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶体密度的计算 密度计算公式： n：一个晶胞中的微粒数目 M：晶胞中微粒的相对分子质量 V：晶胞的体积 NA：阿伏伽德罗常数 注意：晶体密度的单位一般为g·cm-3，所以根据晶胞参数计算密度时，注意将其单位换算为cm。 常用的换算方法为1nm=10-7cm，1pm=10-10cm 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶体密度的计算 氯化钠晶胞 试计算NaCl晶体的密度。 a cm 58.5 2a3NA g/ cm3 思考？ 探·知识奥秘 晶胞的分析与计算 晶体密度的计算 晶体密度的计算流程 第一步：依据“均摊法”计算出每个晶胞实际构成物质微粒数目 第二步：计算晶胞体积 第三步：代入密度公式进行计算 探·知识奥秘 1.下图为高温超导领域的一种化合物——钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。 （1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个 （2）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的个数比是 。 3∶1∶1 Ti O C O：12×1/4＝3 Ti: 8 ×1/8＝ 1 Ca：1 6 析·典型范例 34 D 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 析·典型范例 35 A A.Ti14C13 B.Ti4C4  C.TiC D.Ti13C14 3.科学家发现了一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子。如图所示，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，则它的化学式是（ ） 析·典型范例 36 4.晶胞边长为a pm。阿伏伽德罗常数为NA，Cu2O的摩尔质量为Mg/mol，则晶体的密度为 g/cm3 2M×1030 a3NA 析·典型范例 37 03 晶体结构的测定 晶体结构的测定 测定晶体结构最常用什么仪器？ X射线衍射仪 X射线衍射仪 探·知识奥秘 晶体结构的测定 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(如图1)或者明锐的衍射峰(如图2) 。而在同一条件下摄取的非晶体图谱中却看不到分的斑点或明锐的衍射峰。 例如，石英(非晶态二氧化硅)和(晶态二氧化硅)研成粉末的X射线衍射图谱是不同的(如图2)。 测定晶体结构的原理： 探·知识奥秘 晶体结构的测定 图1 单晶衍射图 图2 非晶态和晶态SiO2粉末X射线衍射图谱的对比 探·知识奥秘 晶体结构的测定 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。 X射线衍射图所能获得的信息有哪些？ 例如：通过晶体X射线衍射实验，对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，晶胞含有4个乙酸分子(如图3) ，并且，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算出原子间的距离，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(如图4) 。 探·知识奥秘 晶体结构的测定 图3 乙酸晶体和晶胞 乙酸晶胞 图4乙酸分子的空间结构 乙酸晶体 探·知识奥秘 3.1 物质的聚集状态与晶体的常识 第2课时 晶胞 晶胞的分析与计算 晶胞的概念 晶体与晶胞的关系 均摊法分析 晶胞结构 晶胞密度的计算 气态团簇分子 与纳米颗粒 理·核心要点 晶体结构的测定 X射线衍射仪 1.判断下列说法的正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)晶体具有各向同性,非晶体具有各向异性(　　) (2)熔融态物质快速冷却即可得到晶体(　　) (3)粉末状的固体也有可能是晶体(　　) (4)不同晶体中晶胞的大小和形状都相同(　　) (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(　　) × × √ × × 练·技能实战 A 2.下图是某晶体的晶胞示意图,其中X粒子位于此晶胞的中心,Y粒子位于8个顶点,该晶体中粒子X和Y的个数比是(　　) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.1∶8 练·技能实战 3.如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图。 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　　　　 。  X3Y 1∶3∶1 练·技能实战 4.晶胞有两个基本要素: （1）原子坐标参数,表示晶胞内部各原子的相对位置。如图为Ge单晶的晶胞,其中原子坐标参数A为(0,0,0);B为 。则D原子的坐标参数为　　　　。  （2）晶胞参数,描述晶胞的大小和形状。 已知Ge单晶的晶胞参数a=565.76 pm， 其密度为　　　　 g·cm-3 (列出计算式即可)。  练·技能实战 感谢 您的聆听 THANKS 人教版选择性必修2 (,0,);C为(,0) $