第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)與晶體的常識

3.1.2晶胞學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)識物質(zhì)的聚集狀態(tài)會影響物質(zhì)的性質(zhì),通過改變物質(zhì)的聚集狀態(tài)可能獲得特殊的材料,培養(yǎng)變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)。2.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性,認(rèn)識簡單的晶胞,培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。3.知道晶體X射線衍射實驗是測定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實驗手段,培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。1.認(rèn)識簡單的晶胞。2.通過典型晶胞的學(xué)習(xí)，類推其他晶胞的分析方法。3.學(xué)會晶胞中微粒數(shù)的計算方法(均攤法)，能根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)確定晶體的化學(xué)式。這么多不同的晶體，如何描述其中原子的排列呢？銅晶體碘晶體結(jié)構(gòu)氯化鈉晶體金剛石晶體結(jié)構(gòu)情景引入蜂巢與蜂室銅晶體銅晶胞三、晶胞1.定義：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元。平行六面體無隙并置2、晶胞的特征：（1）晶胞一般是平行六面體，（2）整塊晶體可看作數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成（晶胞間無間隙，平行排列，取向相同）銅晶體銅晶胞金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖晶胞是無形的，是人為劃定的。體心立方簡單立方面心立方3、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu)【思考】晶胞都是平行六面體嗎？六棱柱（六方）晶胞三棱柱晶胞【思考】1個銅晶胞含有幾個銅原子呢？●●Cu：8×1/8+6×1/2=4銅晶胞含有4個銅原子，為什么不是14個？1內(nèi)部：112面上：1/22134棱邊：1/412437685頂角：1/84.晶胞中原子個數(shù)的計算（重點）4.晶胞中原子個數(shù)的計算晶胞頂角原子為8個晶胞共用，每個晶胞占1/8

晶胞棱上原子為4個晶胞共用，每個晶胞占1/4

晶胞面上原子為2個晶胞共用，每個晶胞占1/2

晶胞內(nèi)部的原子為1個晶胞獨自占有，即為1

——均攤法（1）長方體（或正方體）晶胞位置頂角棱上面上內(nèi)部份額1/81/41/21（1）長方體（或正方體）晶胞Cl-Na+氯化鈉晶胞氯化鈉晶胞中鈉離子與氯離子個數(shù)比為：1:1例1、現(xiàn)有甲、乙、丙、丁四種晶胞,可推知：甲晶體中A與B的離子個數(shù)比為

；乙晶體的化學(xué)式為

；丙晶體的化學(xué)式為______；丁晶體可能的化學(xué)式為______。1：1C2DEFXY3Z

下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘(I2)、金剛石(C)晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均含幾個原子?鈉、鋅晶胞都是：8×1/8+1=2；碘：(8×1/8+6×1/2)×2=8；金剛石：8×1/8+6×1/2+4=8。【探究】Na金剛石ZnI2金剛石：8×1/8+6×1/2+4=8。（2）六棱柱（六方）晶胞位置頂角水平棱豎直棱面上內(nèi)部份額1/61/41/31/21例2、2001年報道的硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)溫度的最高記錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有1個鎂原子，6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為（）A、MgBB、MgB2

C、Mg2B

D、Mg3B2Mg原子的數(shù)目：12×1/6+2×1/2=3B原子的數(shù)目：6故化學(xué)式可表示為：MgB2B（3）三棱柱晶胞位置頂角水平棱豎直棱面上內(nèi)部份額1/121/41/61/21如圖所示的晶體中，A、B、C三種粒子數(shù)之比是：

。1:4:2A.Ti14C13B.Ti4C4

C.TiCD.Ti13C14

特別注意：氣態(tài)團簇分子和納米小顆粒不采用無隙并置方式排列，故不能采用均攤法來確定化學(xué)式！A【例3】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子。如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，則它的化學(xué)式是（）【例4】下圖是石墨晶體的層面結(jié)構(gòu)圖，層面上每個正六邊形平均擁有的共價鍵數(shù)和碳原子數(shù)是分別（）A、6，6B、2，4C、2，3D、3，2D1、鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴音器中都有應(yīng)用。鈦酸鋇晶體的結(jié)構(gòu)示意圖為右圖，它的化學(xué)式是(

)A．BaTi8O12

B．BaTi4O6C．BaTi2O4

D．BaTiO3D題型1：計算晶胞原子個數(shù)→求化學(xué)式O：12×1/4=32、氯化銫晶體具有立方體結(jié)構(gòu)，如圖所示，立方體中的圓圈是Cl－所處位置，在該晶體中，每個Cs＋周圍與它最接近的且距離相等的Cs＋的個數(shù)共有(

)A．6個 B．8個C．12個D．16個A題型2：觀察晶胞某原子周圍與其等距離且最近的原子數(shù)目●●【思考1】Cu晶胞中與銅原子最近且等距離的銅原子有幾個？12個！晶體配位數(shù)計算點撥①先確定觀察中心原子，觀察一個晶胞，再向空間延伸②考慮是否重復(fù)計算練一練：1、在該物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)中，每個鈦離子周圍與它最近且距離相等的氧離子、鈣離子各有

個、

個。

68【思考2】一種鈷的化合物可用作石油脫硫的催化劑，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則晶體中與每個O2-緊鄰的O2-有幾個？

8個！與Ti緊鄰的O個數(shù)為

123.如圖是CsCl晶體的晶胞，已知晶體中2個最近的Cs+核間距離為acm，氯化銫的摩爾質(zhì)量為M，NA為阿伏加德羅常數(shù)，則CsCl晶體的密度為（）g/cm3。A、8M/a3NAB、a3M/8NAC、M/a3NAD、a3M/NA頂點-Cs＋中心-Cl﹣C方法：①計算一個晶胞所含晶體數(shù)→一個晶胞的質(zhì)量

②計算一個晶胞的體積

③公式：密度=質(zhì)量/體積題型3：計算晶胞的密度4、ZnS在熒光體顏料等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。立方ZnS晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其晶胞邊長為540.0pm，則該晶體密度為

g·cm-3（列式不必計算，ZnS相對分子質(zhì)量為97）。1m=103mm=106um=109nm=1012pm公式：密度=質(zhì)量÷體積ρ=4×97(540×10-10)3·NA5.若CaTiO3的相對分子質(zhì)量為M，密度為Ag/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則晶體中鈣離子與鈦離子之間的最短距離為_______。題型4：計算晶胞微粒間的距離6、某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如右圖所示，X位于立方體的頂點，Y位于立方體的中心，晶體中距離最近的兩個X與一個Y形成的夾角∠XYX的角度為：A.90°B.60°C.120°D.109°28′題型4：計算晶胞微粒間的距離

測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀，在晶體的X射線衍射實驗中，當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點（如圖）或者明銳的衍射峰（如圖）。而在同一條件下攝取的非晶體圖譜中卻看不到分立的斑點或明銳的衍射峰。例如，石英玻璃（非晶態(tài)二氧化硅）和水晶（晶態(tài)二氧化硅）研成粉末攝取的X射線衍射圖譜是不同的。四、晶體結(jié)構(gòu)的測定非晶態(tài)和晶態(tài)SiO2粉末衍射圖譜的對比晶態(tài)SiO2非晶態(tài)SiO2單晶衍射圖

通過晶體的X射線衍射實驗獲得衍射圖后，經(jīng)過計算可以從衍射圖形獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息，包括晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等，以及結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系。

乙酸晶體乙酸晶胞乙酸分子空間結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的測定思考：如何鑒別晶體和非晶體?

（1）性質(zhì)差異——如外形、硬度、熔點、折光率（2）區(qū)分晶體和非晶體最科學(xué)的方法是對固體進行X-射線衍射實驗。準(zhǔn)晶體亦稱為準(zhǔn)晶或擬晶，是一種介于晶體和非晶體之間的固體。具有與晶體相似的長程有序的原子排列，但是不具備晶體的平移對稱性。普通晶體只能具有二次、三次、四次或六次旋轉(zhuǎn)對稱性，