第26讲 晶体结构与性质—物质聚集状态、晶胞、晶胞计算 课件-2027届高三化学一轮复习

最适合真实课堂教学的课件！ 简洁、启智！ 1.7.2013 ‹#› 晶体结构与性质 物质的聚集状态和晶胞 物质的聚集状态 1.通常物质有三态：_____态、 _____态和_____态 固 液 气 2.现代科技发现物质的聚集状态还有更多，如____________、离子液体、晶态、非晶态，以及介乎晶态和非晶态之间的________态、________态等 等离子体 塑晶 液晶 一、物质的聚集状态 物质的聚集状态 二、等离子体 1. 概念：是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈 的气态物质。 2. 存在： 电子 阳离子 电中性 雷电 极光 在日光灯和霓虹灯的灯管里，在蜡烛的火焰里，在极光和雷电里，都能找到等离子体。 物质的聚集状态 二、等离子体 1. 概念：是由 、 和电中性粒子(分子或原子)组成的整体上呈 的物质聚集起。 电子 阳离子 电中性 等离子体中含有带电粒子且能够自由运动，使等离子体具有良好的 性和流动性。 日光灯和霓虹灯的灯管里，蜡烛的火焰里，在极光和雷电里 3. 特点： 2. 存在： 导电 ①利用等离子体显示技术可以制造 ； ②利用等离子体可以进行化学合成； ③核聚变也是在 状态下发生的； 4. 应用： 等离子体显示器 等离子体 【练】判断下列说法是否正确。 A. 等离子体是物质的一种聚集状态 B. 等离子体是一种混合物存在状态 C. 等离子体具有导电性 D. 等离子体基本构成微粒只有阴、阳离子 E. 等离子体通过电场时，所有粒子的运动方向都发生改变 F. 等离子体性质稳定，不易发生化学反应 物质的聚集状态 二、等离子体 √ √ √ × × × 室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物。 如高温下的KCl，KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。 称为室温离子液体，也称为低温熔融盐。 物质的聚集状态 三、离子液体 3. 应用： 难挥发、有良好的导电性。 1. 定义： 2. 性质： 作溶剂。用作电化学研究的电解质（原电池的电解质）；有机合成的溶剂和催化剂等 液晶 既具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有晶体的某些物理性质，如导热性、光学性质等，表现出类似晶体的各向异性 用途 液晶显示器 分类 热致液晶 溶致液晶 （胶束） 性 质 介于 和 之间的物质状态 定 义 液态 晶态 物质的聚集状态 四、液晶 固体 T1(熔点) T2(澄清点) 液晶的温度范围 液晶 液体 温度逐渐升高 液晶的形成 物质的聚集状态 四、液晶 晶体与非晶体 构成物质的粒子(原子、离子或分子)在三维空间里呈 而构成的具有 的固体。 1. 概念： 注意：晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列。 晶体 2. 分类： 根据组成晶体的粒子和粒子间的相互作用，可分为 晶体、 晶体、 晶体、 晶体。 离子 共价 分子 金属 周期性重复排列 规则几何外形 非晶体 1. 概念： 构成物质的粒子(分子、原子、离子)在三维空间里呈相对无序排列而构成的不具有规则几何外形的固体。 玻璃、炭黑、橡胶、石蜡、沥青、塑料等 2. 常见的非晶体： 晶体与非晶体的本质差异 自范性 晶体 非晶体 （能自发地呈现多面体外形） （不能自发呈现多面体外形） 微观结构 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 有 没有 晶体SiO2 非晶体SiO2 晶体与非晶体本质区别 【测】图中a、b是两种硅的部分结构，请指出哪种是晶体硅，哪种是非晶硅？ 非晶硅 晶体硅 自范性： 晶体在适当条件下能自发地呈现 的性质。 晶体与非晶体的本质差异 自范性 晶体 非晶体 （能自发呈现多面体外形） （不能自发呈现多面体外形） 微观结构 原子在三维空间里呈周期性有序排列 原子排列相对无序 有 没有 多面体外形 【练】缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块，原因是 。 晶体有自范性 【思考】晶体呈现自范性的条件之一是 。 晶体生长的速率适当 【思考】岩浆中的SiO2侵入地壳的空洞冷却后形成的水晶球，其外层是非晶态的玛瑙，内部是呈现晶体外形的水晶。原因是什么？ 图3-4 天然水晶球里的玛瑙和水晶 玛瑙 水晶 水晶 晶体生长速率适当是保持自范性的条件之一，外层凝固速率过快，常得到粉末或没有规则几何外形的块状物，内层冷却慢，速率适当形成的是规则几何外形的水晶。 注意事项： 1. 常见的晶体大多是具有光泽的块状或颗粒状固体，但粉末状的固体依然是晶体； 2. 同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如水晶和石英玻璃； 3. 有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体，如玻璃制品(非晶体)可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称的外观； 4.具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成； 5. 晶体不一定都有规则的几何外形。（多晶体：由许多杂乱无章排列着的小晶体组成的物质） 晶体和非晶体物理性质上的不同 晶体的强度、导热性、 导电性、光学性质等，常常表现出 各向 ，而非晶体常常表现出各向 。 不同方向上具有不同的物理性质 异性 同性 【例】在水晶和玻璃表面涂一层蜡，用一根红热的铁针刺中凝固的石蜡，观察到玻璃上的石蜡熔化呈圆形，水晶上的石蜡熔化呈椭圆形，说明了生么？ 说明水晶在不同方向的导热能力不同，呈现各向异性，而非晶体玻璃则呈现各向同性。 晶体和非晶体物理性质上的不同 晶体各向异性；非晶体各向同性。 【例】石墨中，与层平行方向上的导电率比与层垂直方向上的导电率大一万倍，说明了什么？ 石墨是晶体，在不同方向上导电能力不同，表现出各向异性。 区分晶体和非晶体的方法 ①测熔点。 晶体有固定熔点，非晶体没有固定熔点 ②最可靠的科学方法是对固体进行 实验。 X射线衍射 晶体经X射线衍射实验后，会在记录仪上产生 或 。 分立的斑点 明锐的衍射峰 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 个乙酸分子。并且，测定晶胞中各个 的位置（坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间的 ，判断出晶体中哪些原子之间存在 ，确定 和 。从而，得出分子的空间结构。 4 原子 距离 化学键 键长 键角 区分晶体和非晶体的方法 乙酸晶胞 晶体X射线衍射实验能获得的信息 测定分子中含有的化学键和官能团； 测定相对分子质量； 测定晶体结构； 测定氢原子种类。 红外光谱 质谱 分子结构的测定 X射线衍射实验 核磁共振氢谱 获得晶体的三种途径 实验步骤 实验现象 (1)用研钵把硫黄粉末研细，放入蒸发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后，观察实验现象。 (2)在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上小火加热，观察实验现象 (3)在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察实验现象。 硫加热融化，自然冷却结晶后，得到黄色晶体 固体直接变成紫色蒸气，蒸气遇冷又重新凝聚成紫黑色的固体 有白色细小晶体析出 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华) 溶质从溶液中析出 3.下列关于晶体和非晶体的说法正确的是 A.晶体在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 B.晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高 C.普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 D.晶体和非晶体之间不可以相互转化 C 各向异性 晶体的熔点是固定的 各向同性 在一定条件下晶体和非晶体是可以相互转化的 4.玻璃是常见的非晶体，在生产生活中有着广泛的用途，如图是玻璃的结构示意图，下列有关玻璃的说法错误的是 A.玻璃内部微粒排列是无序的 B.玻璃熔化时吸热，温度不断上升 C.光导纤维和玻璃的主要成分都可看成是SiO2， 二者都是非晶体 D.利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶 C 光导纤维属于晶体 【测】判断下列说法是否正确。 （1）构成晶体的粒子在三维空间里呈周期性有序排列，因此在各个不同的方向上具有相同的物理性质 （2）晶体在熔化过程中需要不断地吸热，温度不断地升高 （3）普通玻璃在各个不同的方向上力学、热学、电学、光学性质相同 （4）晶体和非晶体之间不可以相互转化 （5）玻璃内部微粒排列是无序的 （6）玻璃熔化时吸热，温度不断上升 （7）光导纤维和玻璃的主要成分都可看成是SiO2，二者都是非晶体 （8）利用X射线衍射实验可以鉴别石英玻璃和水晶 × × √ × √ √ × √ 晶胞 1.概念：描述晶体结构的基本单元叫做晶胞 2. 晶胞的特征 ②整块晶体可看作数量巨大的晶胞 而成。 ①常规的晶胞一般是平行六面体。 正方体 或 长方体 晶胞 “无隙并置” “无隙”是指：相邻晶胞之间没有 。 任何间隙 “并置”：所有晶胞都是 排列的， 相同。　　 平行 取向 ③同一个晶体中，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。 晶胞 “无隙并置” 均摊法 晶胞中原子个数的计算 晶胞 某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有 属于这个晶胞 ① 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 2 1/2 8 1/8 4 1/4 整个原子都属于该晶胞 面上原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 顶角原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 体心原子： 棱上原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 每个晶胞所含粒子数= 顶角粒子数× 8 1 + 面上粒子数× 2 1 + 棱上粒子数× 4 1 + 晶胞内粒子数 ① 长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算 2 1/2 8 1/8 4 1/4 整个原子都属于该晶胞 面上原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 顶角原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 体心原子： 棱上原子： 个晶胞所共用，该粒子的 属于该晶胞； 【测】元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图所示，该氯化物的化学式是 。 CuCl 【例1】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。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。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 有关粒子数和化学式的计算 三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角： 。 侧棱 。 晶体内： 。 上下棱： 。 1/12 三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角： 。 侧棱 。 晶体内： 。 上下棱： 。 1/12 1 三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角： 。 侧棱 。 晶体内： 。 上下棱： 。 1/12 1 1/6 三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角： 。 侧棱 。 晶体内： 。 上下棱： 。 1/12 1 1/6 1/4 六棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶角： 。 上、下棱： 。 侧棱： 。 面上： 。 晶胞内： 。 1/6 六棱柱晶胞中粒子的计算方法 1/6 1 顶角： 。 上、下棱： 。 侧棱： 。 面上： 。 晶胞内： 。 六棱柱晶胞中粒子的计算方法 1/6 1 1/3 1/4 1/2 顶角： 。 上、下棱： 。 侧棱： 。 面上： 。 晶胞内： 。 六棱柱晶胞中粒子的计算方法 1/6 1 1/3 1/4 1/2 顶角： 。 上、下棱： 。 侧棱： 。 面上： 。 晶胞内： 。 六棱柱晶胞中粒子的计算方法 1/6 1 1/3 1/4 1/2 顶角： 。 上、下棱： 。 侧棱： 。 面上： 。 晶胞内： 。 MnBi Mn 12×1/6＋6×1/3+ 2×1/2＋1 ＝6 Bi 6 有关粒子数和化学式的计算 【例3】某物质晶胞如图所示，该物质化学式为 。 【例2】某物质晶胞如图所示，该物质化学式为 。 MgB2 有关粒子数和化学式的计算 【练】某晶胞如图所示，该物质的化学式为 。 120° A原子 B原子 AB 有关粒子数和化学式的计算 【例4】一种气态团簇分子,其分子结构如图所示,则该分子的化学式为　　 　。 【注意】团簇分子所含微粒都属于该分子，不与其他分子共用 A8B6C 【例5】如图是一种镍基合金储氢后的晶胞结构示意图。该合金储氢后，含1 mol La的合金含有Ni的数目为 。 5NA 解析：该晶胞中La原子个数＝8×1/8＝1 Ni原子个数＝4×1/2＋1＋4×1/2＝5 则该晶胞中La、Ni原子个数之比为1∶5 有关粒子数和化学式的计算 【例6】硼化镁晶体在39 K时呈超导性。在硼化镁晶体中，镁原子和硼原子是分层排布的，下图是该晶体微观结构的透视图，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。则硼化镁的化学式为 。 MgB2 每个Mg周围有6个B，而每个B周围有3个Mg，所以其化学式为MgB2。 解析一： 解析二：均摊法 正六边形中， 平均含Mg： 6×1/3＋1＝3 B：6 所以其化学式为MgB2。 有关粒子数和化学式的计算 【例7】在硼酸盐中，阴离子有链状、环状等多种结构形式。如图是一种链状结构的多硼酸根，则多硼酸根离子符号为_____。 BO2- 从图可看出，每个 单元中，都有一个B和一个O完全属于这个   单元，剩余的2个O分别被两个结构单元共用， 所以B∶O＝1∶(1＋2×1/2)＝1∶2，化学式为BO2- 有关粒子数和化学式的计算 【例8】将V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠(Na3VO4)，也可以得到偏钒酸钠，偏钒酸钠阴离子呈现如图所示的无限链状结构： 则偏钒酸钠的化学式为　　　　。 NaVO3 偏钒酸钠阴离子中，每个　　 　含有1个V，2＋2×=3个O，再根据V为＋5价，O为－2价、Na为＋1价，可知偏钒酸钠的化学式为NaVO3。 有关粒子数和化学式的计算 1. 一种锰氧化物的晶胞结构如图所示， 该锰氧化物的化学式为 。 MnO2 有关粒子数和化学式的计算 【经典试题】 2.如图是一种由Y(与Sc同族)、Fe、Ba、O组成的晶体，晶胞棱上的球代表Ba，顶点的球代表Y，四方锥中心和八面体中心的球代表Fe，其余小球代表O。该晶体的化学式为 。 YBa2Fe3O8 由晶胞结构可知， Y位于顶点，原子数为1/8×8＝1； Ba位于棱上，原子数为1/4×8＝2； O原子有12个位于面上，2个位于晶胞内，原子数为1/2×12＋2＝8； 3个Fe原子位于晶胞内； 该晶体的化学式为YBa2Fe3O8。 有关粒子数和化学式的计算 【经典试题】 Ba Fe O Y 有关粒子数和化学式的计算 【经典试题】 3.(2024·青岛一模)C60与碱金属形成的盐具有特别的意义，它们能在低温时转变为超导材料。K与C60形成的一种超导材料的晶胞如图所示，图中白球表示C60，黑球表示钾原子。该材料的化学式为　　　　。 K3C60 晶胞中粒子配位数的计算 晶胞中粒子配位数的计算 晶体中原子(或分子)的配位数： 若晶体中的微粒为同种原子（或同种分子），则某原子(或分子)的配位数指的是与该原子(或分子)最近且等距离的原子(或分子)的数目。 晶胞中粒子配位数是指：一个粒子周围最邻近的粒子的数目 2. 离子晶体的配位数： 指一个离子周围最近且等距离的异种电性离子的数目。 常见的配位数——顶角原子的配位原子在棱心上 ①顶角原子的配位原子在棱心上，配位数为 。 6 晶胞中粒子配位数的计算 思考：面心原子的配位原子在顶角，则面心原子的配位数是 。 4 晶胞不同原子的配位数之比等于该晶胞中原子个数的反比 晶胞中粒子配位数的计算 【思考】顶角原子的配位原子在面心，则顶角原子的配位数为 。 12 晶胞中粒子配位数的计算 【思考】顶角原子的配位原子在体心，则顶角的配位数为 。 8 晶胞中粒子配位数的计算 【练】某晶体结构模型如图所示。回答下列问题： （1）1个钛（Ti）原子周围距离最近的氧原子数目为 。 （2）1个钴（Co）原子周围距离最近的氧原子数目为 。 （3）1个氧原子周围距离最近的钴原子数目为 。 （4）1个氧原子周围距离最近的钛原子数目为 。 6 12 4 2 【测】硅化镁是一种窄带隙n型半导体材料，在光电子器件、能源器件、激光、半导体制造等领域具有重要应用前景。硅化镁的晶胞参数a＝0.639 1 nm，属于面心立方晶胞，结构如图所示。Si原子的配位数为_____。 8 晶 胞 参 数 计 算 晶胞参数 1. 晶胞参数 立方晶胞： a = b = c α = β = γ =90° 晶胞的3组棱长a、b、c 3组棱相互间的夹角α、β、γ x y z α β γ a b c 【例1】如图所示，若该晶体中A原子分子坐标为A(0，0，0)，H原子分数坐标为H(0，0，1/2)。 （1）写出下列原子坐标。 x y z A B C D E G H F I K J L M x轴 y轴 z轴 D( ， ， )； E( ， ， )； F( ， ， )； G( ， ， )； I ( ， ， )； L( ， ， )； M ( ， ， )； 1 0 0 0 1 1/2 1 1 1/2 1 0 1/2 0 1 1 1 1 1 1/2 1/2 1/2 原子分数坐标与投影图 x y z A B C D E G H F I K J L M 原子分数坐标与投影图 【例1】如图所示，若该晶体中A原子坐标为A(0，0，0)，H原子坐标为H(0，0，1/2)。 （2）画出x、y平面上的投影图。 x y z A B C D E G H F I K J L M 原子分数坐标与投影图 【例1】如图所示，若该晶体中A原子坐标为A(0，0，0)，H原子坐标为H(0，0，1/2)。 （2）画出x、z平面上的投影图。 体心立方晶胞： 如图2号原子的分数坐标为 (0，0，0)，9号原子分数坐 标为______________； 画出x、y平面上的投影图。 (， ， ) 原子分数坐标与投影图 （1）原子分数坐标： 0号原子分数坐标为(0，0，0)，2号原子分数坐标为 ，5号原子分数坐标为 。 (1， ，) （2）画出x、y平面上的投影图。 (，， 1) 面心立方晶胞： 原子分数坐标与投影图 原子分数坐标与投影图 金刚石晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图。 （1）若a原子为坐标原点，晶胞边长的单位为1： 则原子1、2、3、4的分数坐标分别 为 、 、 、 。 (， ， ) ( ， ) (， ， ) (， ， ) 原子分数坐标与投影图 金刚石晶胞结构模型的原子分数坐标与投影图。 （2）x、y平面上的投影图 【测】如图晶胞中A原子和B原子的坐标分别为(0，0，0)、(0，0，1/2)，则C原子的坐标为 。 (1/4，3/4，1/8) 体对角线投影 体对角线投影：将晶胞内连接最远两个顶点的体对角线，按指定方向投射到某一平面上，最终得到的图形。 1 2 3 4 7 5 6 8 A B C D E F 【思考】画出面心立方晶胞体对角线投影最外侧轮廓图，并标出1~8号原子位置（按8号和5号原子体对角线投影）。 1 2 3 4 6 7 A B C D E 5 F 8 A B C D E F 1 2 3 4 7 6 5 1 2 3 4 7 5 6 8 A B C D E F 【思考】画出面心立方晶胞体对角线投影最外侧轮廓图，并标出1~8号原子位置（按8号和5号原子体对角线投影）。 1 2 3 4 6 7 A B C D E 5 F 8 A B C D E F 1 2 3 4 7 6 5 A B C D E F 1 2 3 4 7 6 5 1 2 3 4 7 5 6 8 A B C D E F A B C D E F 1 2 3 4 7 6 5 1 2 3 4 7 5 6 8 A B C D E F A B C D E F 1 2 3 4 7 6 5 【思考】画出体心立方晶胞体对角线投影轮廓图，并标出1~8号原子位置（按8号和5号原子体对角线投影）。 1 2 3 4 7 5 6 8 9 1 2 3 4 7 6 ZnS晶胞结构如图，该晶胞若沿体对角线投影，则Zn2+的投影图为（ ） A B C D B 金刚石晶胞沿其体对角线垂直在纸平面上的投影图为 （ ） D 晶体密度的相关计算 晶体密度的计算 计算晶体密度的方法： 计算公式：ρ= 1. 计算一个晶胞所含的粒子数目N 2. 计算一个晶胞所含粒子的质量m 3. 计算晶胞的体积v。 （注意单位：1pm=10-10cm； 1nm=10-7cm ） 4. 计算晶胞的密度。 （2024·重庆卷）储氢材料MgH2的晶胞结构如图所示，MgH2的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为 g/cm3。 （2024·江西卷）NbO的立方晶胞如图，晶胞参数为anm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体密度为 g/cm3 （Nb-93）。 晶体密度的计算 计算晶体密度的方法： 计算公式：ρ= 1. 计算一个晶胞所含的粒子数目N 2. 计算一个晶胞所含粒子的质量m 3. 计算晶胞的体积v。 （注意单位：1pm=10-10cm； 1nm=10-7cm ） 4. 计算晶胞的密度。 3.247×1023 NA·a3 （2023•河北卷）下图是某种锆（Zr）的氧化物晶体的立方晶胞，NA为阿伏加德罗常数的值。此晶体的密度为 g/cm3 。（Zr-91） 4.92×1032 NA·a3 （2023·湖南卷）科学家合成了一种高温超导材料，其晶胞结构如图所示，该立方晶胞参数为a pm，此晶体的密度为 g/cm3 。 晶胞中粒子间距离的相关计算 晶胞中粒子间距离的相关计算 （2024·吉林卷）下图晶胞中S与S的最短距离为 。 （2021·湖北卷）某立方晶系的锑钾(Sb—K)合金可作为钾离子电池的电极材料，图a为该合金的晶胞结构图，图b表示晶胞的一部分。K和Sb之间的最短距离为 pm 晶胞中粒子间距离的相关计算 晶胞中粒子间距离的相关计算 （2025·湖北卷）SO2晶胞是长方体，边长 ，如图所示。 1号和2号S原子间的核间距为 。 晶胞中粒子间距离的相关计算 （2025·河北卷）晶胞参数 、 ，原子Q到体心的距离为 pm。 晶胞中粒子间距离的相关计算 （2025·陕晋青宁卷）一种负热膨胀材料的立方晶胞结构如图，晶胞密度为d g/cm3，阿伏加德罗常数的值为NA， Ag和B的最短离为 pm。（Ag-108 B-11 N-14 C-12） 223 EVCapture5.0.7软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn EVCapture5.0.7软件录制 Lavf58.33.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制, www.ieway.cn $