2022-2023學(xué)年魯科版選擇性必修二 3.1 認識晶體 學(xué)案

1、3.1 認識晶體學(xué)習(xí)目標：1.通過生活中常見晶體和非晶體的實例，了解晶體的特征，認識晶體與非晶體的區(qū)別。培養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。2.了解晶體中微粒的空間排布存在周期性，認識簡單的晶胞，會用切割法確定晶胞微粒數(shù)目及晶體化學(xué)式。建立晶體結(jié)構(gòu)認知模型。學(xué)習(xí)過程：一、晶體的特性1晶體的概念(1)晶體：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。(2)非晶體：內(nèi)部微粒無周期性重復(fù)排列的固體物質(zhì)。2晶體的特性晶體的特性具體表現(xiàn)舉例或應(yīng)用自范性在適宜的條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形水晶，晶體完好時呈六棱柱狀對稱性由于晶體內(nèi)部的微粒在空間按照一定規(guī)

2、律做周期性重復(fù)排列，使晶體在生長過程中依據(jù)內(nèi)部微粒的規(guī)則排列形成規(guī)則的多面體幾何外形，從而具有特定的對稱性規(guī)則的食鹽晶體具有立方體外形，它既有對稱軸也有對稱面各向異性在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)(如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、膨脹系數(shù)、折光率等)石墨在與層平行的方向上的電導(dǎo)率數(shù)值約為在與層垂直的方向上的1萬倍固定的熔、沸點加熱晶體，溫度達到熔點時即開始熔化，在沒有全部熔化之前，繼續(xù)加熱，溫度不再升高，完全熔化后，溫度才繼續(xù)升高氯化鈉、冰等都具有固定的熔、沸點能使X射線產(chǎn)生衍射當入射光的波長與光柵縫隙大小相當時，能產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象。X射線的波長與晶體中原子之間的距離大小相近，所以晶體是理想的光柵，它能

3、使X射線產(chǎn)生衍射利用這種性質(zhì)人們建立了測定晶體結(jié)構(gòu)的重要實驗方法(1)晶體一定是固體，固體一定是晶體嗎？提示：晶體一定是固體，固體不一定是晶體，如玻璃、橡膠等。(2)晶體的各向異性及對稱性是由哪些因素引起的？提示：晶體內(nèi)部微粒在空間按照一定規(guī)律作周期性重復(fù)排列，使晶體具有規(guī)則幾何外形和對稱性；內(nèi)部微粒在各個方向上的不同排列是晶體具有各向異性的本質(zhì)原因。3晶體的分類(1)分類標準：根據(jù)晶體內(nèi)部微粒的種類和微粒間相互作用的不同。(2)分類晶體類型構(gòu)成微粒微粒間的相互作用實例離子晶體陰、陽離子離子鍵NaCl金屬晶體金屬陽離子、自由電子金屬鍵銅共價晶體(原子晶體)原子共價鍵金剛石分子晶體分子分子間作用

4、力冰4晶體與非晶體的用途(1)晶體：把機械能變成電能。制作紅外夜視儀。做電子元件。(2)非晶體：某些非晶態(tài)合金的強度和硬度比相應(yīng)的晶態(tài)合金的強度和硬度高。非晶態(tài)硅對陽光的吸收系數(shù)比單晶硅大，可以有效吸收陽光。二、晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單元晶胞概念晶體結(jié)構(gòu)中基本的重復(fù)單元形狀大小、形狀完全相同的平行六面體晶體中晶胞的排列方式無隙并置“切割法”計算某晶胞中的微粒，如果被n個晶胞所共有，則微粒的1/n屬于該晶胞注意：晶胞的形狀大多數(shù)是平行六面體，但也有其他形狀，如三棱柱、八面體等。(1)區(qū)分晶體與非晶體最可靠的方法是確定有沒有固定的熔點。()(2)粉末狀固體也可能是晶體。()(3)由晶胞組成的晶體，其化

5、學(xué)式表示一個分子中原子的數(shù)目。()答案(1)(2)(3)如圖所示，銅晶胞中含有的銅原子數(shù)為_。銅晶胞中的原子及其切割示意圖提示：8eq f(1,8)6eq f(1,2)4。學(xué)習(xí)探究：正確區(qū)別晶體和非晶體明礬石蠟1如圖所示，明礬和石蠟均有規(guī)則的幾何外形，兩者均為晶體嗎？提示：明礬是晶體，石蠟是非晶體。利用外形區(qū)別晶體和非晶體不可靠。2晶體與非晶體的本質(zhì)區(qū)別是什么？提示：物質(zhì)內(nèi)部的微粒是否有序排列。3晶體的特征有哪些？提示：自范性，各向異性，對稱性，規(guī)則的幾何外形。固體外觀微觀結(jié)構(gòu)自范性各向異性熔點晶體具有規(guī)則的幾何外形微粒在三維空間周期性有序排列有各向異性固定非晶體不具有規(guī)則的幾何外形微粒排列相

6、對無序沒有各向同性不固定本質(zhì)區(qū)別微觀粒子在三維空間是否呈現(xiàn)周期性有序排列例題分析：1(2021四川樂山高二期末)區(qū)別晶體與非晶體的最科學(xué)的方法是()A觀察各向異性BX射線衍射實驗C測定熔點高低 D觀察自范性B多晶體沒有各向異性，A不符合題意；晶體與非晶體最本質(zhì)的區(qū)別是組成物質(zhì)的粒子在微觀空間是否有序排列，構(gòu)成晶體的粒子在微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列，晶體的這一結(jié)構(gòu)特征可以通過X射線衍射圖像反映出來，B符合題意；有些晶體的熔點較低，如Na等金屬晶體，C不符合題意；只有在適宜的條件下晶體才能表現(xiàn)出自范性，D不符合題意。2下列敘述正確的是()A固體SiO2一定是晶體B晶體有固定的組成，非晶體沒有固

7、定的組成C晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律呈周期性有序排列D冰和固體碘晶體中相互作用力相同CSiO2的存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，故固體SiO2不一定是晶體，A錯誤；晶體有固定的組成，但一些非晶體，如無定形SiO2也具有固定組成，B錯誤；晶體內(nèi)部的微粒按一定規(guī)律呈周期性有序排列，C正確；冰晶體中水分子間存在氫鍵和范德華力，碘晶體中碘分子之間只有范德華力，二者晶體中相互作用力不相同，D錯誤。切割法計算晶胞中微粒數(shù)目1計算晶胞中的微粒數(shù)目為什么采用切割法？提示：整塊晶體可以看做是數(shù)量巨大的晶胞堆積而成。位于晶胞頂點、棱上、面上的微粒并不為一個晶胞所獨占，因此，需采用切割法。2晶體與晶胞的關(guān)系是怎樣的？

8、提示：將一個個晶胞及其包含的微粒上、下、前、后、左、右并置，就構(gòu)成了整個晶體結(jié)構(gòu)。因此，知道了晶胞的大小和形狀以及晶胞中包含的微粒的種類、數(shù)目和空間位置，就可以了解整個晶體的結(jié)構(gòu)。晶體與晶胞的關(guān)系好比蜂巢與蜂室的關(guān)系。1平行六面體晶胞中不同位置的微粒數(shù)的計算某個微粒為n個晶胞所共有，則該微粒有eq f(1,n)屬于這個晶胞。2非平行六面體形結(jié)構(gòu)單元若結(jié)構(gòu)單元不是平行六面體形，則微粒對結(jié)構(gòu)單元的貢獻視情況而定，與平行六面體形晶胞不同的是計算頂點以及側(cè)棱上的微粒情況。以右圖的三棱柱形結(jié)構(gòu)單元為例，要12個三棱柱才能將一個頂點完全蓋住，所以頂點為12個結(jié)構(gòu)單元共用，相應(yīng)的其側(cè)棱被6個結(jié)構(gòu)單元共用，上

9、下邊為4個結(jié)構(gòu)單元所有，中間為一個結(jié)構(gòu)單元獨有：A：4eq f(1,12)eq f(1,3)B：3eq f(1,6)6eq f(1,4)2C：111因此，A、B、C三種微粒的個數(shù)比為163。3氣態(tài)團簇分子不能用切割法如圖所示，由金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子，頂角和面上的原子是M原子，棱中心和體心的原子是N原子，則分子式可表示為M14N13或N13M14。1某離子化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞是整個晶體中最基本的重復(fù)單元。陰離子位于此晶胞的中心，陽離子位于8個頂點，該離子化合物中，陰、陽離子個數(shù)之比是()A18 B14 C12 D11D根據(jù)切割法，由題圖結(jié)合題給信息可知陰離子位于此

10、晶胞的中心，數(shù)目為1，陽離子位于8個頂點，數(shù)目為8eq f(1,8)1，所以陰、陽離子個數(shù)之比是11，D項正確。2硼和鎂可形成超導(dǎo)化合物。如圖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、下面還各有一個鎂原子；6個硼原子位于棱柱的側(cè)棱上，則該化合物的化學(xué)式可表示為()AMgBBMg3B2 CMgB2 DMg2B3B根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)單元可知，在正六棱柱頂點上的鎂原子被6個正六棱柱所共用，在上、下面上的鎂原子被2個正六棱柱所共用，側(cè)棱上的硼原子被3個正六棱柱所共用，根據(jù)均攤法可知晶胞中Mg原子個數(shù)為2eq f(1,2)26eq f(1,6)3，B原子的個數(shù)為6eq f(1,3)2，所以晶

11、體中Mg原子和B原子的個數(shù)比為32，化學(xué)式為Mg3B2，B正確。3如圖所示的甲、乙、丙三種晶體：甲乙丙試推斷甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為_，乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比是_，丙晶體中每個D周圍結(jié)合E的個數(shù)是_個。解析甲中X位于立方體體心，有1個，Y位于立方體的頂點，實際有eq f(1,8)4eq f(1,2)個，N(X)N(Y)1eq f(1,2)21，故甲的化學(xué)式為X2Y；乙中A有eq f(1,8)81個，B有eq f(1,2)63個，C在體心，有1個，故N(A)N(B)N(C)131；丙中D被8個同樣的晶胞共用，故結(jié)合E的個數(shù)是8個。答案X2Y1318與晶胞的有關(guān)的計算1計算類型(

12、1)計算晶胞中微粒的數(shù)目，進而求化學(xué)式。(2)計算晶胞的質(zhì)量，進而計算晶體的密度。(3)計算晶胞的空間利用率。(4)計算晶胞中微粒間的距離或晶胞參數(shù)。2計算原理(1)求化學(xué)式：根據(jù)切割法計算出一個晶胞中所含微粒數(shù)目，求出晶胞所含微粒個數(shù)的最簡整數(shù)比，從而寫出晶體的化學(xué)式。(2)計算密度：利用公式eq f(NM,NAV) g/cm3，式中N與晶胞的組成有關(guān)，M為晶體的摩爾質(zhì)量，NA為阿伏加德羅常數(shù)，V為晶胞的體積，其單位為cm3，為晶體的密度，其單位為g/cm3。如圖所示為NaCl晶體的晶胞，圖中晶胞的邊長為a cm，則eq f(m,V)eq f(458.5,NAa3) g/cm3。(3)晶胞的

13、空間利用率eq f(晶胞所含粒子的總體積,晶胞的體積)100%。(4)計算晶胞參數(shù)：立方晶胞中可利用公式Veq f(m,)eq f(NM,NA)，Va3，得aeq r(3,f(NM,NA)。1已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結(jié)構(gòu)單元密置堆積而成，下列關(guān)于該化合物的敘述錯誤的是()A1 mol該化合物中含有1 mol YB1 mol該化合物中含有3 mol CuC1 mol該化合物中含有2 mol BaD該化合物的化學(xué)式是YBa2Cu3O6D由圖可知，白球代表的Y原子位于長方體的八個頂點上，大黑球代表的鋇原子位于長方體的四條棱上，灰球代表的銅原子位于長方體的內(nèi)部，小黑球代表的氧原子有的位于長

14、方體的內(nèi)部、有的位于長方體的面上，運用均攤法可計算出Y原子個數(shù)為8eq f(1,8)1，鋇原子個數(shù)為8eq f(1,4)2，銅原子個數(shù)為3，氧原子個數(shù)為10eq f(1,2)27，故該化合物的化學(xué)式為YBa2Cu3O7。綜上可知，D項錯誤。2如圖是CsCl晶體的一個晶胞，相鄰的兩個Cs的核間距為a cm，NA為阿伏加德羅常數(shù)，CsCl的相對分子質(zhì)量用M表示，則CsCl晶體的密度(gcm3)為()Aeq f(8M,NAa3)Beq f(6M,NAa3)Ceq f(4M,NAa3)Deq f(M,NAa3)D由均攤法求得CsCl晶胞含有1個CsCl微粒，其質(zhì)量是M/NA g，再由相鄰的兩個Cs的核

15、間距為a cm，求出該晶胞的體積是a3cm3，所以晶胞的密度是eq f(M,NAa3)gcm3，晶體的密度和晶胞的密度是一樣的。課堂小結(jié)：當堂檢測：1仔細觀察右圖，它表示()A晶體B晶體或非晶體C非晶體D不能確定C觀察最右側(cè)一個空隙中有2個大球，而左上角一個空隙中有1個大球，因此此固體的構(gòu)成微粒排列無序，為非晶體。2下列有關(guān)晶胞的敘述，正確的是()A晶胞的結(jié)構(gòu)就是晶體的結(jié)構(gòu)B不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同C晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞D已知晶胞的組成就可推知晶體的組成D構(gòu)成晶體的基本重復(fù)單元稱為晶胞，晶胞的結(jié)構(gòu)并不是晶體的結(jié)構(gòu)，A錯誤；相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同，不同晶體的

16、晶胞大小和形狀不一定相同，B錯誤；晶體中的大部分粒子被若干個晶胞所共有，不完全屬于某個晶胞，C錯誤；已知晶胞的組成，利用切割法即可推知晶體的組成，D正確。3某物質(zhì)的晶體中含A、B、C三種元素，其晶胞中原子的排列方式如圖所示，晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為()A131B231C121D133C由題圖可知，該晶胞中A原子個數(shù)為8eq f(1,8)1，B原子個數(shù)為4eq f(1,2)2，C原子個數(shù)為1，所以晶體中A、B、C的原子個數(shù)比為121，C正確。4某晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，這種晶體中A、B、C三種原子的數(shù)目比為()A394B142C294 D385B該晶胞中含A原子個數(shù)為6eq f(1,12)eq f(1,2)，B原子個數(shù)為6eq f(1,4)3eq f(1,6)2，C原子個數(shù)為1，則A、B、C原子的個數(shù)比為eq f(1,2)21142。5Na3OCl晶體屬于立方晶系，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知：晶胞參數(shù)為a nm，密度為d gcm3。(1)Na3OCl晶胞中，氯離子位于各頂點位置，鈉離子位于_位置，兩個鈉離子之間的最短距離為_nm。(2)用a、d表示阿伏加德羅常數(shù)的值NA_(列計算式)。解析(1)Na3OCl晶胞結(jié)構(gòu)中