3.1.2晶胞 晶体结构测定 课件-2026-2027学年高二化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦晶胞及晶体结构测定，涵盖晶胞概念、特点、计算（均摊法、密度、配位数等）及X射线衍射仪应用。课堂从自然晶体实例切入，通过“以小见大”思路引出晶胞，搭建从宏观晶体到微观结构的学习支架。 其亮点在于通过“思考与讨论”“探究课堂”等环节，结合均摊法计算铜、NaCl晶胞原子数等实例，培养科学思维与探究能力。强化物质结构决定性质的化学观念，为教师提供清晰教学逻辑，助力学生深化对晶体微观结构的理解。

第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第2课时 晶胞 晶体结构测定 第三章　晶体结构与性质 人教版化学 选择性必修2 物质结构与性质 自然形成的晶体多种多样，千姿百态，鬼斧神工： 晶体是内部微粒(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 金刚石 干冰 自然界中，有很多不同的晶体，如何描述晶体中的微粒在空间的排列规律呢？ “以小见大”：在晶体微观空间里取出一个基本重复单元。 氯化钠 新课导入 任务一 晶胞 1、概念 点阵图：能清晰展示粒子在晶胞中的相对位置，有利于分析点、线、面、角的关系。 堆积图：能展示粒子的相对大小，晶胞对粒子的占有率，粒子与粒子的堆积接触和空隙。 注意：晶胞是人为划定的。 铜晶胞 铜晶体结构 铜晶胞 描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 晶胞： 晶体与晶胞的关系类似蜂巢与峰室的关系 晶体中所有晶胞的______及其内部的_________、_____及_________是完全相同的。 形状 原子种类 个数 几何排列 任务一 晶胞 描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的结构重复单元。 注意：晶胞是人为划定的。 铜晶胞 铜晶体结构 铜晶胞 晶胞： 1、概念 任务一 晶胞 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。 问题1： 思考晶体和晶胞有什么关系呢？ 2、晶胞与晶体的关系 无隙并置 晶体 晶胞 “无隙”是指相邻晶胞之间___________。 “并置”是指所有晶胞都是______排列的，取向________。 无任何间隙 平行 相同 晶体中所有晶胞的______及其内部的___________、_______及___________是完全相同的。 形状 原子种类 个数 几何排列 只能通过平移能使两个晶胞完全重叠 共用棱、面和顶点 1、整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是( ) A．相邻晶胞之间没有任何间隙 B．晶体是晶胞简单、随意堆积而成 C．晶胞排列时，取向相同 D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的 B 如何判断一个结构是否是晶胞呢？ 学习评价 任务一 晶胞 3、晶胞的特点 8个顶角相同 1 2 3 4 5 6 7 8 顶点 思考与讨论：常规的晶胞一般是平行六面体。观察下列晶胞，从顶点、棱、面三个方面，分析平行六面体晶胞满足的条件？ 金刚石晶胞 CO2晶胞 NaCl晶胞 铜晶胞 任务一 晶胞 3、晶胞的特点 8个顶角相同 1 2 3 4 5 6 7 8 顶点 棱 三套各4根平行棱分别相同 (共12根棱) 任务一 晶胞 3、晶胞的特点 平行面 三套各两个平行面分别相同 (共6个面) 任务一 晶胞 4、三种典型的立方晶胞 简单立方 体心立方 面心立方 仅在平行六面体的8个顶角上有粒子 除了8个顶角上有粒子外，平行六面体的体心上还有一个粒子 除了8个顶角上有粒子外，平行六面体的6个面的面心上均有一个粒子 【思考与讨论】1、所有的晶胞都是平行六面体吗？ 六棱柱（六方）晶胞 三棱柱晶胞 晶胞不一定都取平行六面体。 探究课堂 √ × × × 不满足晶胞 ”8个顶角相同” 不满足晶胞 “三套各4根平行棱分别相同” 不满足晶胞 “三套各两个平行面分别相同” 平移后，无法进行“无隙并置”，不是晶胞 【思考与讨论】2、判断下列六面体是否是晶胞？ 探究课堂 晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱 不是晶胞 是晶胞 【思考与讨论】3.下图中的晶胞是指”大立方体”呢？还是”小立方体”？ 探究课堂 【思考与讨论】4、铜晶胞是一个典型的面心立方晶胞，一个铜晶胞中有多少个铜原子 ？ 14个 均摊法计算晶胞所含微粒数 探究课堂 任务二 晶胞的计算 1、晶胞中粒子数目的计算 ——均摊法 观察晶胞图时，千万不能忘记，晶胞只是晶体微观空间结构里的一个基本单元，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(包括取向)是完全相同的。 “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。 ①平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算 1 2 4 3 7 6 8 5 1 2 2 1 3 4 1 体心：1 面心： 顶点： 棱边： 8 1 4 1 2 1 任务二 晶胞的计算 1、晶胞中粒子数目的计算 ——均摊法 【思考与讨论】4、铜晶胞是一个典型的面心立方晶胞，一个铜晶胞中有多少个铜原子 ？ 6 =4 均摊法计算晶胞所含微粒数 探究课堂 任务二 晶胞的计算 1、晶胞中粒子数目的计算 ——均摊法 ②六方晶胞中粒子的计算方法 顶角：1/6 上、下棱：1/4 侧棱：1/3 面上：1/2 内部：1 18 任务二 晶胞的计算 1、晶胞中粒子数目的计算 ——均摊法 ③正三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶点：1/12 侧棱：1/6 内部：1 上下棱：1/4 面上：1/2 19 任务二 晶胞的计算 1、晶胞中粒子数目的计算 —均摊法 ①正六棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角：1/6 上、下棱：1/4 侧棱：1/3 面上：1/2 内部：1 ②正三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶点：1/12 侧棱：1/6 内部：1 上下棱：1/4 面上：1/2 任务二 晶胞的计算 任务二 晶胞的计算 22 9、科学家发现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、TiC B、Ti6C7 C、Ti14C13 D、Ti13C14 它是一个气态团簇分子，气态团簇分子（纳米颗粒）， 其所含微粒为其本身所有，不与其他分子或者颗粒共用，其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。 C 学习评价 23 一个原子对晶胞的贡献 二、晶胞中粒子数目的计算 均摊法：晶胞任意位置上的一个原子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x 顶点 棱上 面心 体心 1 8 1 4 1 2 1 任务二 晶胞的计算 2、在金属铜的晶胞中含有几个铜原子? 8×1/8＋6×1/2＝4 铜晶胞 3、数一数，它们分别平均含有几个原子？ 金属钠（Na） 金属锌（Zn） 碘（I2） 金刚石（C） 学习评价 学习评价 26 2、在金属铜的晶胞中含有几个铜原子? 8×1/8＋6×1/2＝4 铜晶胞 3、数一数，它们分别平均含有几个原子？ 金属钠（Na） 金属锌（Zn） 碘（I2） 金刚石（C） 学习评价 CaF2 学习评价 28 2、在金属铜的晶胞中含有几个铜原子? 8×1/8＋6×1/2＝4 铜晶胞 3、数一数，它们分别平均含有几个原子？ 金属钠（Na） 金属锌（Zn） 碘（I2） 金刚石（C） 学习评价 4、请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数 ② Na+位于 和 ，共有 个 8× ＋ 6× ＝4 2 1 8 1 12× ＋1 ＝4 4 1 ① Cl－ 位于 和 ，共有 个 顶点 面心 4 棱边 体心 4 一个晶胞含4个NaCl Cl－ Na+ Na+：Cl-=1:1 离子晶体化学式只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比 化学式为NaCl 学习评价 任务三 晶体密度的计算 三、晶胞密度计算公式 g cm3 [方法]：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= = = = 计算晶胞棱长时，pm、nm与cm之间的换算：1 m = 102 cm = 109 nm = 1012 pm 单位：g·cm-3 = ρ：晶体的密度(一般是g·cm−3) N：1个晶胞中化学式数目 M：化学式的摩尔质量(g·mol−1) V： 1个晶胞的体积(一般是cm3) NA：阿伏伽德罗常数(mol−1) abc：晶胞参数即晶胞边长(一般是pm或nm) 31 任务三 晶体密度的计算 【例3】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 任务四 原子分数坐标参数 四、晶胞的原子分数坐标参数 原子分数坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置。 2、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。 ③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。 1、概念： 任务四 原子坐标参数 A B C D E F G H y轴 z轴 x轴 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) A B C D E F G H 简单立方 体心立方 M点坐标参数 x轴 y轴 z轴 M M( , , ) 1 2 1 2 1 2 任务四 原子坐标参数 1 1号原子分数坐标为： ； x y z (0,0,0) 2 3 4 5 6 2号原子分数坐标为： ； 3号原子分数坐标为： ； 4号原子分数坐标为： ； 5号原子分数坐标为： ； 6号原子分数坐标为： ； (0,0,1) (0,1,1) (0,1,0) (1/2,1,1/2) (1,1/2,1/2) 面心立方 5、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________。 ( ， ， ) 学习评价 任务二 晶胞中微粒配位数的计算 二 、晶胞中微粒配位数的计算 1、晶体学中的配位数是指晶体中一个粒子周围最近且等距的粒子数目。 2、离子晶体中的配位数是指一个离子周围最近且等距的异电性离子数目。 常见晶胞的配位数如下： 简单立方：配位数为6 面心立方：配位数为12 体心立方：配位数为8       任务二 晶胞中微粒配位数的计算 【例2】NaCl的晶胞模型如图，Na＋配位数为 _____ ，Cl－配位数为____ 6 6 2、某晶体结构模型如图所示。该晶体的化学式是__________，在晶体中1个Ti原子、1个Co原子周围距离最近的O原子数目分别为___个、____个。 CoTiO3 6　 12　 3、CaTiO3的晶胞如图所示，Ca2＋的配位数是______。 12 学习评价 任务三 晶体结构的测定 问题2： 科学家们，如何测定具体物质的晶体结构呢？ 三、晶体结构的测定 1、测定仪器 X射线衍射仪 X射线管 铅板 晶体样品 记录仪 衍射图 当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的______相互作用，会在记录仪上产生 或者 。 电子 分立的斑点 明锐的衍射峰 任务三 晶体结构的测定 单晶衍射图 非晶态和晶态SiO2 粉末衍射图谱 (水晶) 晶态SiO2 (石英玻璃) 非晶态SiO2 注意：同一条件下摄取的非晶体图谱中却看不到分立的斑点或明锐的衍射峰 任务三 晶体结构的测定 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 衍射图 计算获得 2、获得晶胞及分子信息 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。 任务三 晶体结构的测定 乙酸晶体 乙酸分子 的空间结构 示例：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，晶胞中含有4个乙酸分子。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 乙酸 晶胞 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。 探究课堂 5、下列有关说法错误的是（ ） 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不同 C、X射线衍射实验能测定晶胞中含有的分子数，但不能确定青蒿素这样复杂分子的空间结构 D、单晶硅在X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰 C 学习评价 6、下列关于晶体和晶胞的叙述中，正确的是（ ） A．不同晶体中的晶胞的大小和形状均相同 B．晶胞是晶体中最小的平行六面体 C．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形 D．由晶体X射线衍射图经过计算可以获得晶胞的形状、大小以及微粒在晶胞里的位置 D 学习评价 测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪 晶胞内原子数的计算 晶胞 测定 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 平行六面体 位于顶角 8 1 位于棱上 4 1 位于面上 2 1 位于晶胞内 1 课堂小结 7、如图是某化合物的晶胞，下列有关说法不正确的是（ ） A、X原子对该晶胞组成的贡献率为 B、Y原子对该晶胞组成的贡献率有 和1两种 C、晶胞中含有的Z原子最少 D、该化合物的化学式为XY2Z C 4 1 8 1 学习评价 8、钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图为右图，它的化学式是(　　) A．BaTi8O12　　　　　　 B．BaTi4O6 C．BaTi2O4 D．BaTiO3 D O：12×1/4= 3 学习评价 9、科学家发现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、TiC B、Ti6C7 C、Ti14C13 D、Ti13C14 它是一个气态团簇分子，气态团簇分子（纳米颗粒）， 其所含微粒为其本身所有，不与其他分子或者颗粒共用，其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。 C 学习评价 50 10、下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单元的排列方式，图中： —X， —Y， —Z。其中对应的化学式不正确的是（ ） B 学习评价 11、某晶体的晶胞如图所示，这种晶体中A、B、C三种粒子数目之比是________________ 1:4:2 晶胞类型 位置 顶角 面上 棱上 内部 侧棱 上下棱 正三棱柱 共用该微粒的晶胞数 12 2 6 4 1 正六棱柱 共用该微粒的晶胞数 6 2 3 4 1 晶胞类型 位置 顶角 面上 棱上 内部 侧棱 上下棱 正三棱柱 共用该微粒的晶胞数 正六棱柱 共用该微粒的晶胞数 学习评价 任务二 晶胞的计算 ②六方晶胞中粒子的计算方法 顶角：1/6 上、下棱：1/4 侧棱：1/3 面上：1/2 内部：1 ③正三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶点：1/12 侧棱：1/6 内部：1 上下棱：1/4 1、晶胞中粒子数目的计算 ——均摊法 $