新教材2024版高中化學(xué)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)與晶體的常識第2課時晶胞晶體結(jié)構(gòu)的測定學(xué)生用書新人教版選擇性必修2

第2課時晶胞晶體結(jié)構(gòu)的測定課程目標1．了解晶胞的概念，相識晶胞的結(jié)構(gòu)特點。2．理解晶胞與晶體的關(guān)系。3．能夠運用均攤法計算晶胞中的微粒數(shù)。4．了解晶體結(jié)構(gòu)的常用測定方法。圖說考點必備基礎(chǔ)——自學(xué)·嘗試一、晶胞1．概念描述晶體結(jié)構(gòu)的____________。2．結(jié)構(gòu)常規(guī)的晶胞都是____________，晶體是由多數(shù)晶胞“____________”而成。(1)無隙：相鄰晶胞之間無任何________。(2)并置：全部晶胞都是________排列的，取向________。(3)全部晶胞的________及內(nèi)部的原子________、個數(shù)及幾何排列(包括取向)是完全相同的。3．一個晶胞平均占有的原子數(shù)：二、晶體結(jié)構(gòu)的測定1．測定方法測定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是____________。2．測定結(jié)果通過對乙酸晶體進行測定，可以得出乙酸晶胞，每個晶胞中含有________個乙酸分子，并可通過計算分析，確定________和________，從而得出分子的空間結(jié)構(gòu)。[即學(xué)即練]1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)晶胞是晶體的最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。()(2)不同的晶體中晶胞的大小和形態(tài)都相同。()(3)晶胞中的任何一個粒子都完全屬于該晶胞。()(4)已知晶胞的組成就可推知晶體的組成。()(5)由晶胞構(gòu)成的晶體，其化學(xué)式表示一個分子中原子的數(shù)目。()2．確定一種固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，最牢靠的科學(xué)方法是()A．測定它的熔點B．干脆視察它的顆粒的形態(tài)C．測定它的溶解熱D．對它進行X射線衍射試驗3．依據(jù)晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)，推斷下列晶體的化學(xué)式不正確的是()A．AB2B．C2DC．EFD．XY3Z4.某晶體的一部分如圖所示。這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)之比是()A．3∶9∶4 B．1∶4∶2C．2∶9∶4 D．3∶8∶45.元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。X與Y所形成化合物晶體的晶胞如圖所示。(1)在1個晶胞中，X離子的數(shù)目為________。(2)該化合物的化學(xué)式為________。核心素養(yǎng)——合作·共享提升點一晶胞結(jié)構(gòu)的理解與晶體結(jié)構(gòu)的測定例1下列說法中不正確的是()A．晶體的X射線衍射試驗中，單一波長的X射線通過晶體，記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或明銳的衍射峰B．分析X射線衍射圖可獲得晶胞形態(tài)和大小、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等信息C．依據(jù)原子坐標可以計算原子間的距離D．通過晶體X射線衍射圖不能獲得鍵長、鍵角等有關(guān)化學(xué)鍵的信息狀元隨筆晶體結(jié)構(gòu)測定方法X射線衍射儀發(fā)出單一波長的X射線通過晶體→記錄儀留意：X射線衍射試驗是探討晶體結(jié)構(gòu)最牢靠的科學(xué)方法。[提升1]下列有關(guān)晶胞的敘述正確的是()A．晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的基本重復(fù)單元B．不同的晶體中晶胞的大小和形態(tài)都相同C．晶胞中的任何一個粒子都屬于該晶胞D．已知晶胞的組成就可推知晶體的分子式狀元隨筆圖解無隙并置的結(jié)構(gòu)特點當把晶胞還原到晶體中去時，該晶胞周邊的原子實際是與相鄰晶胞共享的?！娟P(guān)鍵實力】晶體結(jié)構(gòu)測定方法1．干脆法干脆通過試驗得到X射線衍射強度，利用一系列數(shù)學(xué)處理，推引出結(jié)構(gòu)因子的相角，實現(xiàn)了干脆和自動化測定晶體結(jié)構(gòu)，成為當前測定中小分子結(jié)構(gòu)的主流方法。2．試差法(模型法)試差法是利用晶體的對稱性和其他性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)規(guī)則，對所探討的結(jié)構(gòu)提出合理的模型，然后從理論上計算晶體的衍射強度，再把計算值與試驗值進行比較，并經(jīng)過多次修正模型，使計算值與試驗值盡可能符合實際。提升點二晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學(xué)式的確定例2元素X的某價態(tài)離子Xn＋中全部電子正好充溢K、L、M三個電子層，它與N3－形成的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示。(1)該晶體的陽離子與陰離子個數(shù)比為_________________________________________。(2)該晶體中Xn＋離子中n＝________。(3)X元素的原子序數(shù)是_____________________________________________________。(4)晶體中每個N3－被______個等距離的Xn＋離子包圍。狀元隨筆晶胞形態(tài)均攤法計算陰、陽離子的個數(shù)→確定晶體化學(xué)式→確定n值→由位置確定與N3-等距離緊鄰的X[提升2]如圖所示的甲、乙、丙三種晶體：試推斷甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)：________；乙晶體中A、B、C三種微粒的個數(shù)比是________；丙晶體中每個D四周結(jié)合E的個數(shù)是________?！娟P(guān)鍵實力】晶胞中粒子數(shù)目及晶體化學(xué)式的確定1．晶體化學(xué)式含義一般地，晶體的化學(xué)式表示的是晶體(也可以說是晶胞)中各類原子或離子的最簡整數(shù)比。2．均攤法確定晶胞中粒子的個數(shù)如晶胞中某個粒子為n個晶胞所共用，則該粒子有1n(1)長方體形(正方體形)晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻。(2)六方晶胞中不同位置粒子對晶胞的貢獻。(3)晶胞中粒子數(shù)目的計算要先依據(jù)詳細狀況分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及為幾個晶胞所共有，然后運用均攤法詳細計算。如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點碳原子被三個六邊形共有，每個六邊形占有該原子的13，則每個六元環(huán)占有的碳原子數(shù)為6×1狀元隨筆晶體的化學(xué)式表示的是晶體(或晶胞)中各類原子或離子的最簡整數(shù)比，由晶胞構(gòu)成的晶體，其化學(xué)式并不是表示一個分子中含有多少個原子。素養(yǎng)形成——自測·自評1.對于某晶胞(如圖所示)的描述錯誤的是()A．該晶胞是所在晶體內(nèi)最小的平行六面體B．該晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有一個原子C．平均每個晶胞中有14個原子D．平均每個晶胞中有4個原子2．鉛、鋇、氧形成的某化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。Pb4＋處于立方晶胞頂角，Ba2＋處于晶胞中心，O2－處于晶胞面心，則該化合物的化學(xué)式為()A．BaPbO3 B．BaPb2O3C．BaPbO D．BaPbO43.科學(xué)家把C60和K摻雜在一起制造出的物質(zhì)具有超導(dǎo)性能，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該物質(zhì)中K和C60的個數(shù)之比為()A．1∶1 B．2∶1C．3∶1 D．4∶14.晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中可重復(fù)出現(xiàn)的最小的結(jié)構(gòu)單元，C60晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，下列說法正確的是()A．C60摩爾質(zhì)量是720B．C60與苯互為同素異形體C．在C60晶胞中有14個C60分子D．每個C60分子四周與它距離最近等距離的C60分子有12個5.釔鋇銅氧是一種新型節(jié)能高溫超導(dǎo)體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。探討發(fā)覺，此高溫超導(dǎo)體中的Cu元素有兩種價態(tài)，分別為＋2和＋3，Y元素的化合價為＋3，Ba元素的化合價為＋2。(1)該物質(zhì)的化學(xué)式為____________。(2)該物質(zhì)中Cu2＋與Cu3＋的個數(shù)比為________。第2課時晶胞晶體結(jié)構(gòu)的測定必備基礎(chǔ)一、1．基本單元2．平行六面體無隙并置(1)間隙(2)平行相同(3)形態(tài)種類3．842二、1．X射線衍射儀2．4鍵長鍵角即學(xué)即練1．(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×2．答案：D3．解析：在立方晶胞中，只有處于晶胞內(nèi)部的粒子才完全屬于該晶胞，處于面上的微粒有12屬于該晶胞，處于棱上的微粒有14屬于該晶胞，處于各頂點上的微粒只有18屬于該晶胞。據(jù)此可以算出各晶體的化學(xué)式分別是AB、C2答案：A4．解析：這不是一個立方晶胞結(jié)構(gòu)，而是一個正三棱柱結(jié)構(gòu)，那么依據(jù)實際狀況來計算，原子的分攤數(shù)頂點為112，水平棱上為14，豎棱上為16，內(nèi)部為1。A、B、C三種粒子數(shù)之比為6答案：B5．解析：X為Zn元素、Y為S元素，從晶胞圖分析，一個晶胞中含有X離子的數(shù)目為8×18＋6×12答案：(1)4(2)ZnS核心素養(yǎng)例1解析：A對，單一波長的X射線通過晶體，X射線和晶體中的電子相互作用，會在記錄儀上產(chǎn)生分立的斑點或明銳的衍射峰。B對，分析X射線衍射圖可獲得晶胞形態(tài)和大小、分子或原子在三維空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型、原子在晶胞里的數(shù)目和位置等信息。C對，通過X射線衍射試驗，測定晶胞中各個原子的位置(坐標)，依據(jù)原子坐標，可以計算原子間的距離。D錯，依據(jù)X射線衍射圖可以推斷出晶體中哪些原子之間存在化學(xué)鍵，確定鍵長和鍵角，從而得出分子的空間結(jié)構(gòu)。答案：D提升1解析：A對，晶胞是能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間分布的、具有化學(xué)結(jié)構(gòu)特征的基本單元。B錯，不同晶體的構(gòu)成微粒不同，微粒的半徑不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形態(tài)可能相同。C錯，處于晶胞內(nèi)部的粒子完全屬于該晶胞，處于頂角、面心和棱上的微粒為多個晶胞共用。D錯，因為晶胞能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間的分布，也是晶體結(jié)構(gòu)中的基本單元，所以已知晶胞的組成就可推知晶體的組成，而不是能推知晶體的分子式。答案：A例2解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其數(shù)目為12×14＝3個，N3－位于晶胞的頂角，其數(shù)目為8×1(2)由晶體的化學(xué)式X3N知X所帶的電荷數(shù)為1。(3)因為K、L、M三個電子層充溢，故為2、8、18，所以X的原子序數(shù)是29。(4)N3－位于晶胞頂角，故其被6個X＋在上、下、左、右、前、后包圍。答案：(1)3∶1(2)1(3)29(4)6提升2解析：X位于立方體體心，該晶胞中含有1個X，Y位于頂角，該晶胞中Y的個數(shù)＝4×18＝12，則該晶胞中X、Y的個數(shù)之比是2∶1，又X為陽離子，所以甲晶體的化學(xué)式為X2Y；乙晶胞中A的個數(shù)＝8×18＝1，B的個數(shù)＝6×1答案：X2Y1∶3∶18素養(yǎng)形成1．解析：晶胞是最小的重復(fù)單元，為六方面心結(jié)構(gòu)，A正確；該晶胞是六方面心結(jié)構(gòu)，在晶胞的每個頂點上和每個面的面心上都各有一個原子，B正確；由于頂點為8個晶胞所共有，面為2個晶胞所共有，所以平均每個晶胞中含有的原子個數(shù)為8×18＋6×1答案：C2．解析：1個晶胞中有1個Ba2＋，Pb4＋的個數(shù)為8×18＝1，O2－的個數(shù)為6×12＝3，故化學(xué)式為BaPbO答案：A3．解析：依據(jù)均攤法可知，該晶胞中K的個數(shù)為2×6×12＝6，C60的個數(shù)為1＋8×18＝2，所以該物質(zhì)中K和C答案：C4．答案：D5．解析：本題的疑難之處一是不會計算晶胞中氧原子