3.1.3晶胞结构的测定和相关计算 课件-2025-2026学年高二下学期化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦晶胞结构的测定和相关计算，涵盖X射线衍射原理及应用、晶体密度、配位数、原子分数坐标、微粒间距等核心知识点。通过“区分晶体与非晶体的可靠方法”问题导入，衔接晶体常识，以原理-应用-计算为脉络搭建学习支架。 其亮点在于结合X射线衍射实验原理培养科学探究能力，通过CsCl、Mo₂N等例题，用均摊法、单位换算等科学方法训练科学思维，对比NaCl、干冰等晶胞配位数构建模型。帮助学生提升空间想象与计算能力，为教师提供系统例题与清晰步骤，提高教学效率。

第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第三章 晶体结构与性质 第3课时 晶胞结构的测定和相关计算 1 晶体结构的测定 区分晶体与非晶体的最可靠的科学方法是什么？ —— X 射线衍射实验 X射线衍射仪 1、原理：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者明锐的衍射峰。 单晶衍射图 非晶态和晶态 SiO2 衍射图谱 2、X射线衍射图谱的应用 衍射图 晶胞的形状和大小 分子或原子在微粒空间 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 晶体周期性结构 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。 计算获得 例：X射线衍射测定乙酸分子结构 乙酸分子的空间结构 晶体结构的测定 乙酸晶体 乙酸晶胞 4个乙酸分子 晶体的密度 1、晶体密度的计算 m V n·M a3 N · M NA· a3 ＝ a3 ＝ ·M N NA ＝ ①先用均摊法求出一个晶胞中微粒个数N ②再确定一个晶胞的边长a，代入密度计算公式 单位换算： 1 nm=10-7 cm；1 pm=10-10 cm 计算步骤: N 表示晶胞中单质/化合物数目 晶胞的相关计算 ρ＝ 注意晶胞体积计算时的单位换算 1、晶体密度的计算 ρ＝ N · M NA· a3 例题：已知CsCl的摩尔质量为168.5gmol，其晶胞如图所示。晶胞边长为a pm。阿伏伽德罗常数为NA，则CsCl晶体的密度为 g·cm-3 (相对原子质量：Cs~133 Cl~35.5 ) a pm 1cm = 107nm = 1010pm ρ＝ N · M NA· a3 =1 8× Cs+ 个数： Cl﹣个数： 1 CsCl个数： 体积 V= (a×10-10)3 cm3 1 = 168.5 NA×a3×10-30 g·cm-3 6、钼(Mo)的氮化物的立方晶胞如图所示。已知晶胞参数为 a nm，则该晶体 化学式为　　　　，晶体的密度为　　 g·cm-3(NA表示阿伏伽德罗常数)  Mo2N = 4 8× + 6× 1 + 4× = 2 N 个数： Mo个数： Mo : N = 化学式为 Mo2N 2:1 Mo2N个数： 2 体积 V= (a×10-7)3 cm3 NA×(a×10-7)3 = 2×206 g·cm-3 ρ＝ N · M NA· a3 (相对原子质量：Mo~96 N ~14 ) 大本63页 5、铁的一种硫化物的晶胞如图所示。已知晶胞的边长为 n pm，NA为阿伏伽德罗常数的值。该晶体密度的计算表达式为__________ g·cm-3。 (相对原子质量：Fe~56 S~32 ) S2x- 个数： Fe2+个数： = 4 12× 1 + 8× + 6× = 4 Fe2+ : S2x- = 化学式为 FeS2 1:1 FeS2个数： 4 体积 V= NA×(a×10-10)3 = 4×120 g·cm-3 ρ＝ N · M NA· a3 (a×10-10)3 cm3 大本62页 2、配位数的计算 配位数：晶体中，某原子(或离子)周围最近且等距的原子(或离子)数目。 离子晶体：(如NaCl) 配位数 = 一个离子周围最近且等距的异电性离子数目 （带相反电荷离子） 金属晶体(如Cu)、分子晶体(如H2O、干冰)： 配位数 = 一个原子(或分子)周围最近且等距的原子(或分子)数目 离子晶体的配位数：一个离子周围最近且等距的异电性离子数目。 NaCl晶胞结构——简单立方体 配位数：6 每个Na+周围最近且等距的Cl-有 个，Na+的配位数为 。 每个Cl-周围最近且等距的Na+有 个，Cl- 的配位数为 。 每个Na+周围最近且等距的Na+有 个。 6 6 6 6 12 Na+ Cl- （3个面、1面4个） CsCl晶胞结构——体心立方体 配位数：8 每个Cs+周围最近且等距的Cl- 有 个，Cs+的配位数为 。 每个Cl- 周围最近且等距的Cs+有 个，Cl- 的配位数为 。 每个Cl- 周围最近且等距的Cl- 有 个。每个Cs+周围最近且等距的Cs+有 个。 8 8 8 8 （上下、左右、前后） 6 （上下、左右、前后） 6 干冰晶胞结构——面心立方体 配位数：12 每个CO2周围最近且等距的CO2共有 个。干冰的配位数为 。 干冰晶胞中平均含有的CO2分子个数为： = 4 8× + 6× 顶角：8个 面心：6个 12 12 8个CO2分子位于立方体顶点，6个CO2分子位于立方体面心。 CaF2晶胞结构——面心立方体 Ca2+呈面心立方密堆积，F-填充在四面体空隙中。 每个Ca2+周围最近且等距的F-有 个， Ca2+配位数为 。 每个F-周围最近且等距的Ca2+有 个，F- 配位数为 。 Ca2+周围最近且等距的Ca2+有 个。F- 周围最近且等距的 F- 有 个。 8 8 4 4 12 6 氟化钙结构又称萤石型结构， Ca2+ F- Ca2+配位数为 。 F- 配位数为 。 8 4 晶体配位数计算方法： ①先确定观察中心原子，分析一个晶胞，再向空间延伸 ②晶胞中不同原子的配位数之比等于该晶胞（化学式）中原子个数的反比 简单立方：配位数为6 体心立方：配位数为8 面心立方：配位数为12       小结：常见晶胞的配位数 14、如图是某活泼金属元素M与活泼非金属元素N形成的化合物晶体的 一个晶胞，该晶体中与 M 粒子最近且等距的 M 粒子有 个。 与 N 粒子距离最近的 M 粒子有 个。 4 12 小本161页 9、M是铁和碳组成的二元合金，其晶胞结构如图所示。连接面心上铁原子构成正八面体。每个铁原子周围与它相邻且等距离的铁原子有 个 12 小本160页 3、原子分数坐标参数 ——表示晶胞内部各原子的相对位置 原子分数坐标的确定方法： ①依据已知原子的坐标确定坐标系取向、原点。 ②一般以坐标轴所在正方体的棱长为1个单位。 A B C D E F G H x轴 y轴 z轴 A B C D E F G H 简单立方 A B C D E F G H (0,0,0) (1,0,0) (1,1,0) (0,1,0) (0,1,1) (0,0,1) (1,0,1) (1,1,1) 体心立方 x轴 y轴 z轴 M M( , , ) 1 2 1 2 1 2 面心立方 A x轴 y轴 z轴 C D B 俯视图 y轴 x轴 正视图 z轴 x轴 20、(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( ,0, )；C为( , ,0)。 则D的原子坐标参数为　　　　　　。  x y z ( , , ) D B C D B A C A 小本162页 a 设晶胞参数为a，原子间最近距离分别为： a a a a 简单立方晶胞 体心立方晶胞 面心立方晶胞 a 4、微粒间距的计算 体对角线的长度= 9、M是铁和碳组成的二元合金，其晶胞结构如图所示。连接面心上铁原子构成正八面体。已知掺入碳原子不改变铁原子间的距离，晶胞棱长为 a pm。该正八面体棱长为 pm。 a a a 小本160页 14、如图是某活泼金属元素M与活泼非金属元素N形成的化合物晶体的 一个晶胞。若晶胞边长为a，则该晶胞中M与N粒子之间的最短距离为 。 a a a M是体对角线的1/4 体对角线的长度= 小本161页 $