3.1.2晶胞晶胞結(jié)構(gòu)的測定課件高二化學(xué)人教版選擇性必修2

第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)和晶體的常識第三章晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第二課時晶胞、晶胞結(jié)構(gòu)的測定學(xué)習(xí)目標(biāo)1.認(rèn)識簡單的晶胞，通過典型晶胞的學(xué)習(xí)，類推其他晶胞的分析方法。2.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)確定微粒個數(shù)和化學(xué)式。3.知道X射線衍射實驗是測定晶體結(jié)構(gòu)的常用方法。4.初步學(xué)習(xí)晶體密度計算的方法。怎樣描述晶體中的微粒在空間的排列規(guī)律？氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)銅晶體結(jié)構(gòu)晶體：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體。金剛石結(jié)構(gòu)思路：“以小見大”一、晶胞1、概念：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫晶胞。銅晶胞銅晶體結(jié)構(gòu)晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。銅的晶體結(jié)構(gòu)模型銅的晶胞模型

晶體與晶胞的關(guān)系可用蜂巢與峰室的關(guān)系比喻，然而蜂巢是有形的，晶胞是無形的，是人為劃定的。蜂巢與蜂室銅晶胞銅晶體思考：作為晶體的基本重復(fù)單元，晶胞應(yīng)滿足什么要求？

在空間按一定周期性有序重復(fù)，堆積成整塊晶體。晶胞的形狀是單一的還是多樣的？相鄰晶胞之間有空隙嗎？如何體現(xiàn)周期性有序重復(fù)？能否選擇球體作為晶胞的形狀？單一形狀無隙堆積平移復(fù)原晶胞將任意晶胞沿著晶胞的周期性排列方向移動到相鄰或其他晶胞時，能夠完全重合，過程中無須轉(zhuǎn)動或改變方向。不滿足無隙堆積晶胞堆積方式展示晶胞晶體無隙并置平移復(fù)原將任意晶胞沿著晶胞的周期性排列方向移動到相鄰或其他晶胞時，能夠完全重合，過程中無須轉(zhuǎn)動或改變方向。各晶胞之間無縫隙平行排列，取向相同各個晶胞完全等同（組成和幾何空間），且晶胞間共頂角、共棱、共面另一種表述2、晶體和晶胞的關(guān)系

一般來說,常規(guī)的晶胞都是平行六面體,整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。(1)“無隙”：是相鄰晶胞之間沒有任何間隙。(2)“并置”：是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)完全等同：所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。平行六面體無隙并置正方體

或

長方體3、晶胞的特征：注意：晶胞是無形的，是人為劃定的。同一個晶體中，所有晶胞的形狀及其內(nèi)部的原子種類、個數(shù)及幾何排列是完全相同的。一般來說，晶胞都是平行六面體(其邊長不一定相等也不一定垂直)。通過上、下、左、右、前、后的平移能與下一個晶胞完全重合。晶胞的形狀和大小由具體晶體的結(jié)構(gòu)所決定。晶胞不是孤立存在的。晶胞平行六面體8個頂角相同3套各2個平行面分別相同3套各4根平行棱分別相同金剛石晶胞CO2晶胞NaCl晶胞銅晶胞Na＋Cl－討論：分析以下幾種晶胞，總結(jié)平行六面體晶胞滿足的條件：練習(xí)：判斷下列4個圖中結(jié)構(gòu)，屬于晶胞的是√8個頂角不相同3套各4根平行棱不相同3套各2個平行面不相同判斷是否是晶胞的方法一：頂點(diǎn)/平行面/平行棱是否完全相同練習(xí)：下面是從NaCl晶體最小平行六面體，是否可以作為晶胞？8個頂角不相同不能平移復(fù)原判斷是否是晶胞的方法二：能否平移復(fù)原練習(xí)：若下圖是某晶胞的殘缺結(jié)構(gòu)，要使其恢復(fù)晶胞資格，你認(rèn)為應(yīng)該如何改動？4、判斷是否是晶胞的方法：①頂點(diǎn)/平行面/平行棱是否完全相同②能否平移復(fù)原課堂練習(xí)：判斷下列六面體是否是晶胞？A圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)，是晶胞。B圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“8個頂角相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。C圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。D圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足“三套各兩個平行面分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。59-2.下列各項是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元的排列方式，圖中：

—X，

—Y，

—Z。其中對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是√下圖AC均不是晶胞，不能重復(fù)，題目本身就是錯題討論：我們能計算出這個銅晶胞平均含有的銅原子數(shù)目嗎？每個頂點(diǎn):1/8每個面心:1/2金屬銅一個晶胞的銅原子數(shù)：8×1/8+6×1/2=4銅晶胞中含有8個頂點(diǎn)、6個面心◆平行六面體晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計算(如下圖)

體心：18個晶胞共用一個頂點(diǎn)：每個分?jǐn)?/84個晶胞共用一條棱邊：每個分?jǐn)?/42個晶胞共用一個面棱：每個分?jǐn)?/2面心：1/2體心：1棱邊：1/4頂點(diǎn)：1/85、晶胞中粒子個數(shù)的計算——均攤法

“均攤法”是計算每個晶胞平均擁有的粒子數(shù)目的常用方法。其基本理念是每個粒子被n個晶胞所共用，則該粒子有1/n屬于這個晶胞。④頂點(diǎn):由8個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/8③棱上:由4個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/4①體心:由1個晶胞擁有，該晶胞獨(dú)自擁有該粒子②面心:由2個晶胞共同擁有，各晶胞各分享其1/2（1）平行六面體晶胞中粒子的計算方法（2）六方（六棱柱）晶胞中粒子的計算方法頂角：1/6上、下棱：1/4側(cè)棱：1/3面上：1/2內(nèi)部：1六棱柱(六方)晶胞（3）正三棱柱晶胞中粒子的計算方法頂點(diǎn)：1/12側(cè)棱：1/6內(nèi)部：1上下棱：1/4三棱柱晶胞練習(xí)：如圖是NaCl晶胞，數(shù)數(shù)Na+

和Cl-個數(shù)？Cl-Na+8×

＋6×＝4812112×

＋1

＝441Cl-位于_______和_________Na+位于_______和_________面心頂角體心棱上該晶胞中包含4個Na+和4個Cl-步驟一：先明確微粒在晶胞中的位置關(guān)系步驟二：采用均攤法計算①明確微粒在晶胞中的位置關(guān)系（體、面、棱、頂）。②基于位置采用均攤法進(jìn)行計算。方法技巧：計算晶胞中含有微粒數(shù)目--均攤法頂角1/8面1/2棱1/4內(nèi)1頂角1/6面1/2上、下棱1/4側(cè)棱1/3內(nèi)1頂角1/12面1/2上、下棱1/4側(cè)棱1/6內(nèi)1六棱柱三棱柱立方體ABABA原子數(shù)8×

＝1811B原子數(shù)問：下列晶胞中A和B原子各有多少個?你能寫出化學(xué)式嗎？球棍模型比例填充模型A原子數(shù)B原子數(shù)頂角體心晶胞1晶胞2X：6/12=1/2Y：6/4+3/6=2Z：1Mg：12/6+2/2=3B:（在體內(nèi)）6計算下列晶胞中原子數(shù)目，確定化學(xué)式。X2ZY4MgB2晶體化學(xué)式的確定:觀察確認(rèn)粒子種類→確定各粒子在晶胞中的位置→用均攤法求晶胞均攤各粒子的數(shù)目→求各粒子數(shù)目的最簡比→確定化學(xué)式。對點(diǎn)訓(xùn)練科學(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(tuán)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（）A.Ti14C13B.Ti4C4

C.TiCD.Ti13C14

A特別注意：氣態(tài)團(tuán)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！一個氣態(tài)團(tuán)簇分子，其化學(xué)式就是其分子式，應(yīng)直接數(shù)出原子數(shù)。晶體化學(xué)式的含義：一般地，晶體的化學(xué)式表示的是晶體(也可以說是每個晶胞)中各類原子或離子數(shù)目的最簡整數(shù)比。拓展訓(xùn)練堆積圖特點(diǎn)：能展示粒子的相對大小，晶胞對粒子的占有率，粒子與粒子的堆積接觸和空隙。點(diǎn)陣圖特點(diǎn)：能清晰展示粒子在晶胞中的相對位置，有利于分析點(diǎn)、線、面、角的關(guān)系。兩種晶胞圖

思考與討論：(1)晶胞有幾套平行棱？有幾套平行面？(2)數(shù)一數(shù)，它們分別平均含有幾個原子？晶胞有三套各4根平行棱，有3套各兩個平行面金屬鈉（Na）

金屬鋅（Zn）

碘（I2）

金剛石（C）晶胞不一定都取平行六面體1、晶體密度計算公式：m:一個晶胞質(zhì)量（g)

V：一個晶胞體積（cm3)）二、晶體的密度的計算2、計算步驟(1)晶胞質(zhì)量m的計算①選取一個晶胞。②用“均攤法”確定晶胞（或所截取的結(jié)構(gòu)單元）中所含的原子、分子或離子數(shù)目，進(jìn)而確定組成單質(zhì)或化合物“粒子”的數(shù)目，設(shè)為N。③計算晶胞中所含“粒子”的物質(zhì)的量④計算晶胞的質(zhì)量：

（M為該微粒的摩爾質(zhì)量）。Na+Cl－(3)由

計算晶胞的密度，即晶體的密度。(2)計算晶胞的體積V。注意單位換算:1m=102cm=109nm=1010?=1012pm練習(xí)：該晶胞中，若兩個距離最近的Na＋核間距為a

cm，則晶體的密度ρ

=_______g·cm-3。晶胞的邊長:b=√2acm晶胞分?jǐn)?個NaClρ

==N·M

b3·NA

4×58·5(√2a)3

×NA=58·5√2a3·NAg·cm－3課堂練習(xí)3：根據(jù)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，判斷下列離子晶體的化學(xué)式：(A表示陽離子)AB化學(xué)式：AB化學(xué)式：AB2C化學(xué)式：ABC3準(zhǔn)晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體。是一種特殊的聚集狀態(tài)。準(zhǔn)晶具有完全有序的結(jié)構(gòu),然而又不具有晶體所應(yīng)有的平移對稱性,因而可以具有晶體所不允許的宏觀對稱性。探究——準(zhǔn)晶：銀鋁準(zhǔn)晶體的原子模型準(zhǔn)晶具有獨(dú)特的屬性,堅硬又有彈性、非常平滑,而且與大多數(shù)金屬不同的是其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性很差,因此在日常生活中大有用武之地。晶體的平面點(diǎn)陣只能有二、三、四、六重軸（重軸n=360/α，α為旋轉(zhuǎn)角度）而準(zhǔn)晶可以有五、八、十、十二重軸。課堂練習(xí)6：2011年諾貝爾化學(xué)獎授予以色列科學(xué)家達(dá)尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶體。準(zhǔn)晶體材料具有硬度高，不易損傷，使用壽命長等特點(diǎn).下列敘述錯誤的是(

)A.自然界中的固體可分為晶體、準(zhǔn)晶體和非晶態(tài)物質(zhì)B.準(zhǔn)晶體是一種介于晶體和非晶態(tài)物質(zhì)之間的固體C.準(zhǔn)晶體材料的應(yīng)用具有較大的發(fā)展空間D.化學(xué)式為Al63Cu24Fe13的準(zhǔn)晶體不可與稀硝酸發(fā)生反應(yīng)DX射線管鉛板晶體三、晶胞結(jié)構(gòu)的測定1、測定晶體結(jié)構(gòu)儀器、方法及原理X射線衍射原理：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(diǎn)或明銳的衍射峰。最常用的儀器是X射線衍射儀單晶衍射圖非晶態(tài)和晶態(tài)SiO2粉末X射線衍射圖譜的對比2、X射線衍射圖譜的應(yīng)用①X射線衍射實驗獲得晶胞信息②X射線衍射實驗獲得分子信息衍射圖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)目和位置計算獲得結(jié)合晶體化學(xué)組成的信息推出原子之間的相互關(guān)系根據(jù)原子坐標(biāo)，可以計算原子間的距離，判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長和鍵角，得出分子的空間結(jié)構(gòu)。◆衍射方向——晶胞的形狀、大小與取向◆衍射強(qiáng)度——原子的種類與位置1.X射線衍射原理

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(diǎn)或明銳的衍射峰?！菊n堂小結(jié)】2.X射線衍射實驗獲得晶胞信息3.X射線衍射實驗獲得分子信息

晶體的X射線衍射實驗圖經(jīng)過計算,可以獲得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。

通過晶體X射線衍射實驗,可以測定晶胞中各個原子的位置(坐標(biāo)),根據(jù)原子坐標(biāo),可以計算原子間的距離,判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長和鍵角,得出分子的空間結(jié)構(gòu)。課堂練習(xí)7：下列有關(guān)說法正確的是（

）A.測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀B.石英玻璃和水晶的衍射圖譜相同C.通過乙酸晶體的X射線衍射實驗，只能測定晶胞中含有的乙酸分子數(shù)，

不能推出乙酸分子的空間結(jié)構(gòu)D.晶體的X射線衍射實驗不能判斷晶體中存在哪些化學(xué)鍵，也不能確定

鍵長和鍵角ANa+Cl－課堂練習(xí)8：(1)每個晶胞中平均有____個Na＋，____個Cl－；(2)在NaCl晶體中，每個Na＋周圍最近距離的Cl－有___個；每個Cl－周圍最近距離的Na＋有___個。(3)在NaCl晶體中，每個Na＋周圍最近距離的Na＋有____個。(4)該晶胞中，若兩個距離最近的Na＋核間距為a

cm，則晶體的密度ρ

=_______g·cm-3。446612課堂小結(jié)晶胞概念計算原子個數(shù)—均攤法特點(diǎn)結(jié)構(gòu)的測定—X射線衍射實驗晶體晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成。8個頂角相同、3套各4根平行棱分別相同、3套各2個平行面分別相同的最小平行六面體1、下列各項是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元的排列方式，圖中：○—X，●—Y，—Z。其中對應(yīng)的化學(xué)式不正確的是（

）

課堂達(dá)標(biāo)B2、某晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是()A.3:9:4B.1:4:2C.2:9:4D.3:8:4B3.話筒是聲電轉(zhuǎn)換的換能器,在話筒中有一種材料的結(jié)構(gòu)如圖所示,它的主要成分是鈦酸鋇,根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)示意圖,可知它的化學(xué)式是(

)A.BaTi8O12 B.BaTi4O6C.BaTi2