3.1.2 晶胞 晶体结构的测定 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修2

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 学习目标 1、了解晶体中粒子的空间排布存在周期明性，认识简单的晶胞，能计算简单晶胞中粒子的数目。 2、知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。 怎样描述晶体中的微粒在空间的排列规律？ 晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列 而构成的具有规则几何外形的固体。 氯化钠晶体结构 铜晶体结构 金刚石结构 三、晶胞 1、概念: 描述晶体结构的基本单元叫晶胞。 铜晶胞 晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 2、 晶体和晶胞的关系: 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。 平行 六面体 无隙并置 8个顶点相同 三套各4根平行棱分别相同 x z y 三套各两个平行面分别相同 共6个面 共8个顶点 共12根棱 常规晶胞是8个顶点相同、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、晶胞的基本结构（以铜晶胞为例）： 6 1、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？ 想一想 否，只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比。 2、下图中的晶胞是指”大立方体”？还是”小立方体”？为什么？ 晶胞是指”大立方体” 晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱 3、判断右图的六面体是否是晶胞？ 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。 想一想 铜晶体 铜晶胞 我们能计算出这个铜晶胞平均含有的铜原子数目吗？ “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 属于这个晶胞。 1 2 4 3 7 6 8 5 1 2 2 1 3 4 1 体心：1 4、晶胞中粒子个数的计算—— 均摊法 顶角： 1 8 棱边： 1 4 面心： 1 2 10 ① 长方体(平行六面体)晶胞 体心： 1 面心： 1/2 棱边： 1/4 顶角： 1/8 粒子数= 归纳小结 11 铜晶胞中含有8个顶角、6个面心 每个顶角： 1 8 每个面心： 1 2 金属铜一个晶胞的铜原子数：8× +6× =4 1 8 1 2 我们能计算出这个铜晶胞平均含有的铜原子数目吗？ 类型 结构特点 在平面六面体的8个顶角上有粒子 除8个顶角上有粒子外，平行六面体的体心上还有1个粒子 除8个顶角上有粒子外，平行六面体的6个面的面心上均有1个粒子 一个晶胞的原子数 计算下列立方晶胞中原子数: 简单立方 体心立方 面心立方 8× ＝1 8 1 8× ＋1＝2 8 1 8× ＋6× ＝4 2 1 8 1 1 2 4 常见的晶胞 Na晶胞 Zn晶胞 I2晶胞 8× ＋1＝2 8 1 8× ＋1＝2 8 1 金刚石晶胞 8× ＋6× +4＝8 8 1 2 1 1、 计算下列立方晶胞中原子数: （8× ＋6× )＝8 2 1 8 1 2× 2、请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。 Cl-：＝12× +1 ＝4 1 4 1 8 Na+：＝8× +6 × ＝4 1 2 Na+数: Cl-数=1:1 氯化钠的化学式为NaCl 一个晶胞含4个NaCl 应用：根据晶胞确定化学式。 3、根据离子晶体的晶胞结构，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： AB2 C 化学式： ABC3 晶胞不一定都取平行六面体 顶角：1/6 垂直棱：1/3 水平棱：1/4 面上：1/2 内部：1 ② 正六棱柱晶胞中不同位置粒子数目的计算方法： 4、晶胞中粒子个数的计算—— 均摊法 顶角：1/12 内部：1 垂直棱：1/6 水平棱：1/4 ③ 正三棱柱晶胞中不同位置粒子数目的计算方法： 4、晶胞中粒子个数的计算—— 均摊法 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 4、计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。 化学式：X2ZY4 化学式：MgB2 5、晶体密度的计算: 1个晶胞的体积为 v ，则 1mol 晶胞的体积为：v·NA 1个晶胞中若有 n 个微粒，则 1mol 晶胞的质量为n·M ρ＝ n×M v×NA （注意统一单位） 1m=102cm=109nm=1012pm ＝ n×M a3×NA n：晶胞中所占有的粒子数 M：晶体的摩尔质量 a：晶胞棱长 NA：阿伏伽德罗常数 5、某晶体的立方体晶胞如下图，计算其密度。 边长a pm 摩尔质量为M g/mol 该晶胞的密度： ρ＝ n×M v×NA 立方体晶胞中常用关系 面的对角线与边长关系： 边长 a L d 体的对角线与边长关系： d = L= 准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。是一种特殊的聚集状态。 准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。 探究——准晶： 银铝准晶体的原子模型 准晶具有独特的属性，坚硬又有弹性、非常平滑，而且与大多数金属不同的是其导电性、导热性很差，因此在日常生活中大有用武之地。 晶体的平面点阵只能有二、三、四、六重轴（重轴n=360/α，α为旋转角度）而准晶可以有五、八、十、十二重轴。 6、2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰他发现了准晶体。准晶体材料具有硬度高，不易损伤，使用寿命长等特点。下列叙述错误的是( ) A. 自然界中的固体可分为晶体、准晶体和非晶态物质 B. 准晶体是一种介于晶体和非晶态物质之间的固体 C. 准晶体材料的应用具有较大的发展空间 D. 化学式为Al63Cu24Fe13的准晶体不可与稀硝酸发生反应 D X射线管 铅板 晶体 1、测定晶体结构仪器、方法及原理 X射线衍射原理：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。 最常用的仪器是X射线衍射仪 四、晶胞结构的测定 15 20 25 30 35 2θ/° 晶体能产生明锐的衍射峰 晶态SiO2 非晶态SiO2 晶态和非晶态SiO2粉末衍射图谱的对比 27 衍射图 计算获得 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 ①X 射线衍射实验获得晶胞信息 晶体的周期性结构 2、X射线衍射图谱的应用 衍射图 计算获得 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 结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系 ② X射线衍射实验获得分子信息 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。 乙酸晶胞 7、下列有关说法正确的是（ ） A. 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 B. 石英玻璃和水晶的衍射图谱相同 C. 通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数， 不能推出乙酸分子的空间结构 D. 晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定 键长和键角 A 晶胞 概念： 计算原子个数—均摊法 特点： 结构的测定—X射线衍射实验 晶体 晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 8个顶角相同、3套各4根平行棱分别相同、3套各2个平行面分别相同的最小平行六面体 课堂小结 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 。 6 3∶1∶1 Ti O Ca O：12×1/4＝3 Ti: 8 ×1/8＝1 Ca：1 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（ ） A. Ti14C13 B. Ti4C4  C. TiC D. Ti13C14 A 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！ (2018年全国Ⅲ卷) 金属Zn晶体中的原子堆积方式如图，六棱柱底边边长为a cm，高为c cm，阿伏伽德罗常数的值为NA，Zn的密度为_______g·cm－3(列出计算式)。 ρ = N · M abc · NA 6×65 6× ×a2c×NA 3 4 √ = （2022•乙卷）α﹣AgI晶体中I﹣离子作体心立方堆积（如图所示），Ag+主要分布在由I﹣构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α﹣AgI晶体在电池中可作为 　 　。 已知阿伏加德罗常数为NA，则α﹣AgI晶体的摩尔体积 Vm＝　 　m3•mol﹣1（列出算式）。 电解质 高考真题 Lavf59.6.100 $