3.1 认识晶体（教学课件）化学鲁科版选择性必修2

该高中化学课件聚焦晶体特性与晶胞结构，以生活中晶体和非晶体实例导入，通过“晶体与非晶体区别”问题驱动，从宏观自范性、各向异性到微观X射线衍射原理，再过渡到晶胞定义及切割法，搭建宏观到微观的学习支架。 其亮点在于采用“问题驱动→概念建构→应用迁移”模型，结合X射线衍射实验史渗透科学探究，通过切割法计算晶胞微粒数培养科学思维，典型例题与技能实战题巩固。助力学生建立“结构决定性质”化学观念，为教师提供清晰教学路径与实例，提升教学效率。

第三章 不同聚集状态的物质与性质 第一节　 认识晶体 课时1 认识晶体 鲁科版选择性必修2 晶体的特性 1 知识导航 晶体结构的基本重复单元——晶胞 2 知识导航 重点：晶胞结构的思维模型，根据晶胞结构确定微粒个数及化学式。 难点：根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。 1.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的特点判断晶体与非晶体。 明·教学目标 教学模型：问题驱动→概念建构→应用迁移 2.了解晶胞的概念，形成分析晶胞结构的思维模型（切割法），能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。 思考：固态物质通常又分为晶体和非晶体两大类。那么，晶体和非晶体的主要区别是什么？晶体有哪些基本特征？ 引·新课导入 生活中常见的晶体和非晶体 问题驱动 情景导入 认识晶体 01 晶体的特性 探·知识奥秘 对于晶体，你一点也不陌生，食盐、冰、金属、宝石、大部分矿石等都是晶体。那么，究竟什么样的物质才能称为晶体？晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同？晶体为什么具有不同于非晶体的明显特性？ 一、晶体的特性 玻璃 橡胶 晶体 非晶体 探·知识奥秘 究竟什么样的物质才能称为晶体？ 一、晶体的特性 人们很早就注意到自然界里的许多物质具有规则的几何外形，并将具有多面体外形的固体称为晶体。 探·知识奥秘 一、晶体的特性 1.晶体的特征 ⑴具有自发形成的、 规则的几何外形是晶体最重要的特征之一。 硫酸铜结晶 醋酸钠结晶 自范性 ⑵在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形，晶体的外形往往还表现出一定的对称性。 探·知识奥秘 一、晶体的特性 1.晶体的特征 ⑶晶体的另一个重要特征是在不同的方向上表现出不同的物理性质，这称作晶体的各向异性。 石墨在与层平行的 方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的 1 万倍。 如导电性、导热性、膨胀系数、折光率、硬度、光学性质等，因研究角度不同而产生差异，即为各向异性。 探·知识奥秘 一、晶体的特性 1.晶体的特征 ⑶晶体的另一个重要特征是在不同的方向上表现出不同的物理性质，这称作晶体的各向异性。 云母片上的长轴方向与短轴方向传热速度不同，热导率有各向异性。 玻璃片的蜡熔成圆形 云母片的蜡熔成椭圆形 探·知识奥秘 ⑴晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。 2.晶体与非晶体 一、晶体的特性 ⑵非晶体：把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体。 橡胶、石蜡、玻璃、沥青等 探·知识奥秘 怎样判断固体是否是晶体呢？ 一、晶体的特性 探·知识奥秘 3.X 射线衍射与晶体结构 一、晶体的特性 1895 年，德国物理学家伦琴（W.Röntgen）在研究气体放电时发现了一种新的射线， 由于当时对其本质认识不清而称其为 X 射线。 1912 年，德国科学家劳厄（M.Laue）根据光线通过直径与波长相当的空隙会发生衍射现象这一实验事实，联想到如果X射线的波长相当于晶体中原子之间的距离，那么它通过晶体时也应该发生衍射现象。 英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯·布拉格（W.L.Bragg）于 1913 年首次用 射线衍射法测定了氯化钠的晶体结构，开创了利用X射线衍射测定晶体结构的先河（图3-1-3）。 1914 年，英国伦敦大学的亨利·布拉格（W.H.Bragg）提出了衍射强度的定义和测量方法， 使得人们能够测定晶体中原子的坐标。 探·知识奥秘 3.X 射线衍射与晶体结构 利用 X 射线进行物质结构分析是测定物质中原子空间排布的重要途径（图 3-1-4），而越来越多的物质微观结构的测定也促进了化学键理论的发展。 一、晶体的特性 探·知识奥秘 一、晶体的特性 3.X 射线衍射与晶体结构 ①对固体进行X射线衍射实验判断是否是晶体的方法是最可靠的科学方法。 ②非晶态物质没有周期性结构,不能使X射线产生衍射现象,只有散射现象。 非晶体SiO2 当单一波长的X射线通过晶体时 单晶衍射图 晶体SiO2 非晶态和晶态SiO2 粉末衍射图谱的对比 探·知识奥秘 一、晶体的特性 3.X 射线衍射与晶体结构 ②非晶态物质没有周期性结构,不能使X射线产生衍射现象,只有散射现象。 二氧化硅晶体 晶态结构示意图 二氧化硅非晶体 非晶态结构示意图 探·知识奥秘 请结合图 3-1-5 说明氯化钠、铜、金刚石、冰各由什么微粒构成以及微粒间的相互作用各属于什么类型，并体会构成微粒空间排列的特点。 一、晶体的特性 探·知识奥秘 ⑴分类依据：晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的不同。 4.晶体的分类 一、晶体的特性 ⑵晶体类型 晶体类型 构成微粒种类 微粒间的相互作用 实例 离子晶体 阴、阳离子 离子键 NaCl 金属晶体 金属原子 金属键 Cu 共价晶体 原子 共价键 金刚石 分子晶体 分子 分子间作用力 冰 探·知识奥秘 5.晶体与非晶体的用途 ⑴晶体: ①把机械能变成电能; 一、晶体的特性 ②制作红外夜视仪; ③做电子元件。 ⑵非晶体: ①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高; ②某些非晶态合金在中性盐溶液或酸性溶液中耐腐蚀性比不锈钢好得多 ③非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大,可以有效吸收阳光。 探·知识奥秘 6.准晶体 一种介于晶体和非晶体之间的固体，其具有与晶体相似的原子排列的有序性，但是不具备晶体中原子的周期性重复排列，因而被称为“准晶体”。 自准晶体被发现以来，科学家发现或创造了数百种各个类型的准晶体，并于2009 年首次发现了纯天然准晶体。准晶体正在被开发为有用的材料。例如，组成为铝-铜-铁-铬的准晶体，具有摩擦系数低、硬度高、传热性低等优点，常被用作某些器件的镀层。我国的准晶体研究居于世界前列。 一、晶体的特性 析·典型范例 【例1】下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中，正确的是( ) A.是否为具有规则几何外形的固体 B.是否具有各向异性 C.是否具有美观、对称的外形 D.内部微粒在空间是否呈周期性有序排列 D 一、晶体的特性 02 晶体结构的基本重复单元——晶胞 探·知识奥秘 晶体可以看成是微粒按照一定规律无限堆积而得到的，整个晶体里排列着无数个微粒。那么，如何研究晶体内部微粒的排列规律呢？ 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 通过X射线衍射等实验证明晶体是微粒按照一定规律可重复的周期型排列而无限堆积得到的。我们研究晶体的结构只需找出其中的基本的重复单元并加以分析，就可以了解整个晶体。 晶胞 探·知识奥秘 找出其中的基本的重复单元并加以分析 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 乙酸晶体 乙酸晶胞 乙酸分子的空间结构 探·知识奥秘 1.晶胞 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。 从晶体中选取晶胞的方式有很多种，科学家通常会在保证对称性的前提下，依据晶胞 尽量简洁（如所含的原子尽量少、优选棱的夹角为直角）的原则，在晶体中选取晶胞。将 一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体结构。 探·知识奥秘 排布原则——无隙并置 1.晶胞 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 无隙并置 无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。 并置：所有晶胞平行排列取向相同。 探·知识奥秘 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 既然了解晶胞内微粒的组成，也就能知道整个晶体的组成，那么，应该如何分析一个晶胞中包含的微粒数呢？请讨论铜的晶胞中包含的微粒数。 通常可以用 “切割法”（图 3-1-11）来计算一个晶胞中实际包含的微粒数。 探·知识奥秘 2.晶胞中粒子数目的计算方法——切割法 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 探·知识奥秘 2.晶胞中粒子数目的计算方法——切割法 ②顶点： 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 位于顶点的微粒，同时为8个晶胞共有,晶胞完全拥有其1/8。 ①体心： 位于体心上的微粒，为1个晶胞所有,晶胞完全拥有其1。 探·知识奥秘 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 2.晶胞中粒子数目的计算方法——切割法 ③棱上： 位于棱上的微粒，同时为4个晶胞共有,晶胞完全拥有其1/4。 ④面心： 位于面心上的微粒，同时为2个晶胞共有,晶胞完全拥有其1/2。 探·知识奥秘 3. 举例计算晶胞中包含的微粒数 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 ①铜晶胞中包含的微粒数 8× 8 1 ＋ 8× 1 2 =4 探·知识奥秘 3. 举例计算晶胞中包含的微粒数 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 ②镁晶胞中包含的微粒数。 8× 8 1 ＋ 1 =2 ③金刚石晶胞中包含的微粒数。 8×1/8+6×1/2+4=8 析·典型范例 【例1】计算晶胞中粒子的数目 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 ⑴ ⑵ ⑶ ⑶ 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6 ⑴ 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4 ⑵ 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2 探·知识奥秘 4.晶体缺陷及其应用 在实际晶体中，或多或少总会存在空位、错位、含杂质原子等缺陷，这些因素导致实际晶体偏离理想的周期性重复排列，人们将其称为晶体缺陷（图 3-1-12）。 半导体材料单晶硅和单晶锗中就存在晶体缺陷。 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 含杂质原子 空位 探·知识奥秘 4.晶体缺陷及其应用 二、晶体结构的基本重复单元——晶胞 晶体缺陷会影响晶体的性质。 有的晶体材料需要人们克服晶体缺陷，更多的晶体材料则需要人们有计划、有目的地利用或制造晶体缺陷，从而得到性能优异的晶体材料来满足人 们的需要。 例如，如果向白色硫化锌晶体中掺入大约 0.000 1% 的氯化（AgCl），Ag+ 和 Cl- 将分别占据硫化锌晶体中部分 Zn2+ 和 S2- 的位置，造成晶体缺陷。由于缺陷周围的电 子能级与正常位置原子周围的电子能级不同，这种材料在阴极射线激发下会放出波长为 450 nm 的蓝色荧光，是一种蓝色荧光粉。 理·核心要点 认识晶体 晶体的特性 晶体结构的基本重复单元——晶胞 晶体的特征 晶体与非晶体 晶胞 晶胞中粒子数目的计算方法——切割法 举例计算晶胞中包含的微粒数 X 射线衍射与晶体结构 晶体缺陷及其应用 晶体的分类 晶体与非晶体的用途 准晶体 练·技能实战 1. 下列有关晶体的特征及结构的叙述不正确的是 （　　） A.晶体一般都有各向异性 B.水晶在不同方向上硬度不一定相同 C.有规则几何外形的固体不一定都是晶体 D.将液态的玻璃冷却可以得到晶体 D 练·技能实战 2．下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是 (　　) ①晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现规则的多面体几何外形 ②晶体的各向异性和对称性是矛盾的 ③晶体的对称性是微观粒子无序排列的必然结果 ④晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ B 练·技能实战 3.某离子化合物的晶胞结构如图所示，晶胞是整个晶体中最基本的重复单元。阴离子位于此晶胞的中心，阳离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数之比是 A.1：8 B.1：4 C.1：2 D.1：1 D 练·技能实战 4.最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示,则该晶体的化学式为(　　) A.Mg2CNi3 B.MgC2Ni C.MgCNi2 D.MgCNi3 D 练·技能实战 5.硼和镁可形成超导化合物。如图是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为(　　) A．MgB　　　　　B．Mg3B2 C．MgB2 D．Mg2B3 B 感谢 您的聆听 THANKS 人教版2019必修第一册 https://www.zxxk.com/user/13354804 $