高中 化學(xué) 選擇性必修2 第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)《專(zhuān)題突破 (四)關(guān)于晶胞結(jié)構(gòu)的三個(gè)?？键c(diǎn)》課件

專(zhuān)題突破(四)關(guān)于晶胞結(jié)構(gòu)的三個(gè)?？键c(diǎn)

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)一、晶胞參數(shù)及相關(guān)計(jì)算1二、晶胞中坐標(biāo)系的構(gòu)建及原子坐標(biāo)的確定方法2隨堂演練3內(nèi)容索引課時(shí)測(cè)評(píng)4三、俯視圖有關(guān)的晶體分析3一、晶胞參數(shù)及相關(guān)計(jì)算晶胞參數(shù)：晶胞的形狀和大小可以用6個(gè)參數(shù)來(lái)表示，包括晶胞的3組棱長(zhǎng)a、b、c和3組棱相互間的夾角α、β、γ，此即晶格特征參數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)晶胞參數(shù)。1．晶胞參數(shù)的計(jì)算方法方法整合2．晶體密度的計(jì)算方法若1個(gè)晶胞中含有n個(gè)微粒，則1mol該晶胞中含有nmol微粒，其質(zhì)量為nMg(M為微粒的相對(duì)分子質(zhì)量)；又1個(gè)晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3g(a3為晶胞的體積)，則1mol晶胞的質(zhì)量為ρa(bǔ)3NAg，因此有nM＝ρa(bǔ)3NA。1．一種由Cu、In、Te組成的晶體屬四方晶系，晶胞參數(shù)如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°，晶體中Te原子填充在Cu、In圍成的四面體空隙中，以晶胞參數(shù)為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱(chēng)為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如A點(diǎn)、B點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0，0，0)、

，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．該晶體的化學(xué)式為CuInTe2B．C點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為C．晶胞中四面體空隙的占有率為50%D．晶胞中C、D間距離d＝

pm應(yīng)用體驗(yàn)√2.73號(hào)元素鉭(Ta)與砷(As)形成的晶體在室溫下?lián)碛谐叩目昭ㄟw移率和較低的電子遷移率，其長(zhǎng)方體晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．基態(tài)As原子核外N層有4種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子B．該晶胞中As的配位數(shù)為4C．該晶體的化學(xué)式為T(mén)aAsD．TaAs的晶體密度ρ＝g·cm－3√A.基態(tài)As原子的價(jià)層電子排布式為4s24p3，一個(gè)原子軌道即為一種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，N層電子共4種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，A項(xiàng)正確；B.該晶胞中As的配位數(shù)為6，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C.由晶胞結(jié)構(gòu)可知，該晶體的化學(xué)式為T(mén)aAs，C項(xiàng)正確；D.m(晶胞)＝ρa(bǔ)2b×10－21g＝

g，則ρ＝

×1021

g·cm－3，D項(xiàng)正確；故選B。3.M原子的價(jià)層電子排布式為3s23p5，與銅形成化合物的晶胞如圖所示(黑點(diǎn)代表銅原子)。(1)該晶體的化學(xué)式為_(kāi)_______。根據(jù)價(jià)層電子排布式判斷出M原子為Cl原子，由晶胞結(jié)構(gòu)可知，Cu原子處于晶胞內(nèi)部，晶胞中含有4個(gè)Cu原子，Cl原子處于頂點(diǎn)與面心上，晶胞中含有Cl原子數(shù)目為8×

＝4，故化學(xué)式為CuCl。CuCl(2)已知該晶體的密度為dg·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該晶體中銅原子和M原子之間的最短距離為_(kāi)_______________cm(只寫(xiě)計(jì)算式)。

4.某離子晶體晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示。X(·)位于立方體頂點(diǎn)，Y()位于立方體中心。試分析：(1)晶體的化學(xué)式為_(kāi)_____________。晶胞中，X的個(gè)數(shù)＝4×

，Y在體內(nèi)，個(gè)數(shù)是1個(gè)，則X與Y的個(gè)數(shù)比是1∶2。XY2(或Y2X)(2)晶體中距離最近的2個(gè)X與1個(gè)Y形成的夾角∠XYX是__________。若將4個(gè)X連接，構(gòu)成1個(gè)正四面體，Y位于正四面體的中心，可聯(lián)系CH4的鍵角，知∠XYX＝109°28′。109°28′(3)設(shè)該晶體的摩爾質(zhì)量為Mg/mol，晶體的密度為ρ

g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則晶體中兩個(gè)距離最近的X之間的距離為_(kāi)____________cm。返回二、晶胞中坐標(biāo)系的構(gòu)建及原子坐標(biāo)的確定方法1．構(gòu)建坐標(biāo)原點(diǎn)、坐標(biāo)軸和單位長(zhǎng)度立體模型(1)最簡(jiǎn)單的晶胞——簡(jiǎn)單立方堆積的晶胞模型，坐標(biāo)系的構(gòu)建。簡(jiǎn)單立方堆積的晶胞中8個(gè)頂點(diǎn)的微粒是完全一致的，因此可以任意選擇一個(gè)原子為坐標(biāo)原點(diǎn)，以立方體的三個(gè)棱延長(zhǎng)線構(gòu)建坐標(biāo)軸，以晶胞邊長(zhǎng)為1個(gè)單位長(zhǎng)度，由此可得如圖所示的坐標(biāo)系。方法整合(2)其他晶胞也可以采用這種方式構(gòu)建。如六方最密堆積模型按此法構(gòu)建x軸和y軸，只不過(guò)夾角不是90°，而是120°。2．幾種典型晶胞結(jié)構(gòu)模型的原子坐標(biāo)(1)簡(jiǎn)單立方體模型原子坐標(biāo)：若1(0，0，0)，2(0，1，0)，則確定3(1，1，0)，7(1，1，1)。(2)體心晶胞結(jié)構(gòu)模型原子坐標(biāo)：若1(0，0，0)，3(1，1，0)，5(0，0，1)，則6(0，1，1)，7(1，1，1)，9。(3)面心立方晶胞結(jié)構(gòu)模型1．氟元素可形成多種有工業(yè)價(jià)值和科研價(jià)值的化合物，如OF2、NF3、XeF2等。其中XeF2的四方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中M點(diǎn)原子坐標(biāo)參數(shù)為

，Xe和F的最短距離為bnm，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．OF2分子中鍵角小于NF3分子中的B．XeF2中Xe的雜化方式為spC．基態(tài)N、F原子核外電子均有5種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)D．Q點(diǎn)原子坐標(biāo)參數(shù)為

應(yīng)用體驗(yàn)√A.OF2中O原子有2個(gè)孤電子對(duì)，NF3中N原子有1個(gè)孤電子對(duì)，孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力大于成鍵電子對(duì)對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥力，故OF2分子中鍵角小于NF3分子中的，A正確；B.XeF2中Xe的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為5，不可能為sp雜化，B錯(cuò)誤；C.基態(tài)N、F原子核外電子均占據(jù)5個(gè)原子軌道，故均有5種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，C正確；D.由信息，Q點(diǎn)原子坐標(biāo)參數(shù)為

，D正確；故答案為B。2．氮化鈦晶體的立方晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，該晶胞中N、N之間的最近距離為apm，以晶胞邊長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度建立坐標(biāo)系，原子A的坐標(biāo)參數(shù)為(0，0，0)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．原子B的坐標(biāo)參數(shù)為B．晶胞邊長(zhǎng)是

a

pmC．該物質(zhì)的化學(xué)式為T(mén)iND．Ti的配位數(shù)為6√3．鈦(Ti)被譽(yù)為“21世紀(jì)金屬”，Ti的部分晶體結(jié)構(gòu)如圖Ⅰ所示，原子坐標(biāo)可用圖Ⅱ表示。設(shè)圖Ⅱ原子坐標(biāo)系中A點(diǎn)原子的坐標(biāo)為(1，0，0)，C點(diǎn)原子的坐標(biāo)為(0，1，0)，D點(diǎn)原子的坐標(biāo)為(0，0，1)，則B點(diǎn)原子的坐標(biāo)為_(kāi)___________。

4.以晶胞參數(shù)為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱(chēng)作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如圖中原子1的坐標(biāo)為

，則原子2和3的坐標(biāo)分別為_(kāi)__________、___________。返回三、俯視圖有關(guān)的晶體分析從晶體正上方向下看可得晶胞的俯視圖如：(1)

的俯視圖為

。(2)

的俯視圖為

。方法整合例如：BaFe2As2的晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖2是該晶胞的俯視圖，將圖補(bǔ)充完整。答案：1．砷化鎵與金剛石結(jié)構(gòu)相似，其晶胞結(jié)構(gòu)如下圖甲所示，砷化鎵的晶胞參數(shù)為xpm，密度為ρg·cm－3。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．晶胞中離As原子距離最近且相等的As原子有8個(gè)B．Ga和As的最近距離是

x

pmC．沿體對(duì)角線a→b方向投影圖如題圖乙，若c在11處，則As的位置為7、9、11、13D．1mol砷化鎵中配位鍵的數(shù)目是NA應(yīng)用體驗(yàn)√A.根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)可知，晶胞中離As原子距離最近且相等的As原子有12個(gè)，A錯(cuò)誤；B.由砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)可知，Ga和As的最近距離為晶胞體對(duì)角線的

，Ga和As的最近距離是

xpm，B正確；C.由砷化鎵晶胞結(jié)構(gòu)可知，c位于側(cè)面的面心，沿體對(duì)角線a→b方向投影圖如題圖乙，則As的位置為7、9、11、13，C正確；D.由甲可知砷化鎵的化學(xué)式為GaAs，砷化鎵中砷提供孤電子對(duì)，鎵提供空軌道形成配位鍵，平均1個(gè)GaAs配位鍵的數(shù)目為1，則1mol砷化鎵中配位鍵的數(shù)目是NA，D正確；故選A?！?．Fe的一種晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如甲、乙所示，若按甲中虛線方向切乙，得到的切面圖正確的是________(填字母)。√圖甲中Fe位于頂點(diǎn)和體心，乙由8個(gè)甲組成，按虛線方向切乙形成的截面邊長(zhǎng)不等，排除B、D，由于每個(gè)小立方體的體心有一個(gè)鐵原子，故A正確。4．立方氮化硼晶體的晶胞如圖1所示，圖2是該晶胞的俯視投影圖，則該圖中表示硼原子相對(duì)位置的是________(填序號(hào))。34個(gè)B在底面上的投影分別位于面對(duì)角線

處，該圖中表示硼原子相對(duì)位置的是3。返回隨堂演練1．銻—鉀合金可用作鉀離子電池的電極材料，圖a為其晶胞結(jié)構(gòu)，圖b為晶胞的一部分，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A．晶胞密度為

g·cm－3B．Sb原子的配位數(shù)為6C．最鄰近的Sb原子構(gòu)成的最小空間結(jié)構(gòu)為正四面體D．從電子排布推斷，K的第一電離能比Sb大√2．鈷的一種化合物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，已知A點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為(0，0，0)，B點(diǎn)為

。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．化合物中Co2＋價(jià)層電子排布式為3d7B．鈷的周?chē)?個(gè)等距且最近的O2－C．C點(diǎn)的原子坐標(biāo)參數(shù)為D．該物質(zhì)的化學(xué)式為T(mén)iCoO2√3.某氧化物超導(dǎo)材料鈣鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，已知正方體的邊長(zhǎng)為apm，該晶體的密度為ρg·cm－3，則阿伏加德羅常數(shù)的值可表示為_(kāi)_________(用含a、ρ的式子表示)。返回課時(shí)測(cè)評(píng)題點(diǎn)一晶胞計(jì)算1.(2023·浙江諸暨中學(xué)高二期中)某晶體的晶胞如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數(shù)目之比是A．3∶9∶4B．1∶4∶2C．2∶9∶4D．3∶8∶4√

2．下列各項(xiàng)是晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單元(晶胞)的排列方式，圖中：

—X，●—Y，

—Z。其中對(duì)應(yīng)的化學(xué)式不正確的是√3.(2023·廣東中學(xué)高二階段練習(xí))納米材料的表面粒子數(shù)占總粒子數(shù)的比例極大，這是它具有許多特殊性質(zhì)的原因。假設(shè)某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰好與氯化鈉晶胞的大小和形狀相同(如圖所示)，則這種納米顆粒的表面粒子數(shù)與總粒子數(shù)的比值為A．7∶8 B．13∶14C．1∶1 D．26∶27√表面粒子數(shù)＝8＋6＋12＝26，總粒子數(shù)＝表面粒子數(shù)＋中心粒子數(shù)＝26＋1＝27，D項(xiàng)正確。4．認(rèn)真觀察下列示意圖，有關(guān)敘述不正確的是A．圖1表示由Li、Al、Si構(gòu)成的某三元化合物固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)，該化合物化學(xué)式可表示為L(zhǎng)iAlSiB．圖2表示某藍(lán)色晶體[MxFey(CN)6]的陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元，該晶體的化學(xué)式為MFe2(CN)6，M呈＋2價(jià)C．圖3表示金屬鎳與鑭(La)形成的合金晶胞結(jié)構(gòu)，該合金的化學(xué)式為L(zhǎng)aNi5D．圖4表示某種鐵化合物的晶胞(硫原子均在晶胞內(nèi))，該物質(zhì)化學(xué)式為CuFeS2√題點(diǎn)二晶胞坐標(biāo)計(jì)算5．(2023·遼寧沈陽(yáng)二中?？寄M預(yù)測(cè))一種可用于配制無(wú)機(jī)防銹顏料的復(fù)合氧化物的晶胞結(jié)構(gòu)如圖，下列說(shuō)法中不正確的是A．該復(fù)合氧化物的化學(xué)式為CaCrO3B．若圖中A的原子坐標(biāo)為(0，0，0)，則B的原子坐標(biāo)為(0，0.5，0.5)C．若該晶體密度為ρg·cm－3，鈣和氧的最近距離為anm，則阿伏加德羅常數(shù)NA＝

mol－1D．由晶胞結(jié)構(gòu)可知，與1個(gè)鈣原子等距離且最近的氧原子有8個(gè)√A.Ca位于頂點(diǎn)，個(gè)數(shù)為8×＝1，Cr位于體內(nèi)，個(gè)數(shù)為1，O位于面上，個(gè)數(shù)為6×＝3，化學(xué)式為CaCrO3，A正確；B.根據(jù)晶胞圖可知，B位于面心，因此B的坐標(biāo)為(0，0.5，0.5)，B正確；√

√題點(diǎn)三晶胞投影8.鈣鈦礦類(lèi)雜化材料甲胺鉛碘[(CH3NH3)PbI3]是新型太陽(yáng)能電池的敏化劑；其晶胞結(jié)構(gòu)如圖1所示。已知(CH3NH3)PbI3的摩爾質(zhì)量為Mg·mol－1，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是A．若B代表Pb2＋，則C代表I－B．距離A最近且等距離的C有3個(gè)C．NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，則該晶體的密度為

g·cm－3D．若沿z軸向xy平面投影，則其投影圖如圖2所示√

D.若沿z軸向xy平面投影，晶胞的八個(gè)頂點(diǎn)在圖2的四邊形四個(gè)角，晶胞的上面、下面面心在圖2的中心，晶胞的四個(gè)側(cè)面面心在圖2的四個(gè)邊的中點(diǎn)，因此其投影圖如圖2所示，故D正確。綜上所述，答案為B。9．XeF2晶體屬四方晶系，晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，晶胞棱邊夾角均為90°。以晶胞棱邊為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱(chēng)為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)，如A點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為(0，0，0)，B點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為

。已知Xe—F鍵鍵長(zhǎng)為rpm，則C點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為_(kāi)___________。(1)若晶胞底邊的邊長(zhǎng)均為apm、高為cpm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，晶體的密度為_(kāi)___________g·cm－3(寫(xiě)出表達(dá)式)。

(2)晶胞在x軸方向的投影圖為_(kāi)____(填字母)。由圖(a)、(b)、(c)可知，晶胞在x軸方向的投影圖為B。B11．

我國(guó)科學(xué)家發(fā)明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑，其組成為ZnO/ZrO2固溶體。四方ZrO2晶胞如圖所示。Zr4＋離子在晶胞中的配位數(shù)是______，晶胞參數(shù)為apm、apm、cpm，該晶體密度為_(kāi)______________g·cm－3(寫(xiě)出表達(dá)式)。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學(xué)式可表示為ZnxZr1－xOy，則y＝_________(用x表達(dá))。以晶胞中右側(cè)面心的Zr4＋為例，同一晶胞中與Zr4＋連接最近且等距的O2－數(shù)為4，同理可知右側(cè)晶胞中有4個(gè)O2－與Zr4＋相連，因此Zr4＋離子在晶胞中的配位數(shù)是4＋4＝8；1個(gè)晶胞中含有4個(gè)ZrO2微粒，82－x12．(1)利用“鹵化硼法”可合成含B和N兩種元素的功能陶瓷，如圖為其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，則每個(gè)晶胞中含有B原子的個(gè)數(shù)為_(kāi)_____，該功能陶瓷的化學(xué)式為_(kāi)_____。每個(gè)氮化硼晶胞中白球表示的原子個(gè)數(shù)為8×＋1＝2，灰球表示的原子個(gè)數(shù)為1＋4×＝2，所以每個(gè)晶胞中含有N原子和B原子各2個(gè)；N的電負(fù)性大于B，所以該陶瓷的化學(xué)式為BN。2BN(2)有一種鈦原子和碳原子構(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，它的化學(xué)式為_(kāi)_____(填字母)。A．Ti14C13

B．TiCC．Ti14C4

D．Ti4C3由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子，故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子，由14個(gè)Ti原子和13個(gè)C原子構(gòu)成。選項(xiàng)A正確。A13．(1)一個(gè)Cu2O晶胞(見(jiàn)圖1)中，Cu原子的數(shù)目為_(kāi)_______。白球位于頂點(diǎn)和內(nèi)部，屬于該晶胞的個(gè)數(shù)8×＋1＝2，黑球全部位于晶胞內(nèi)部，屬于該晶胞的個(gè)數(shù)為4，化學(xué)式為Cu2O，因此白球?yàn)镺原子，黑球?yàn)镃u原子，即Cu原子的數(shù)目為4。4(2)一種Pt、Co金屬間化合物可作為質(zhì)子交換膜燃料電池的催化劑，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，該金屬間化合物的化學(xué)式為_(kāi)_______。由圖可知，Pt位于面心，該晶胞中Pt的數(shù)目為3，Co位于頂點(diǎn)，該晶胞中Co的數(shù)目為1，所以化學(xué)式為Pt3Co。Pt3Co(3)室溫下，[Cu(NH3)4](NO3)2與液氨混合并加入Cu可制得一種黑綠色晶體。黑綠色晶體的晶胞如圖3所示，寫(xiě)出該晶體的化學(xué)式________。由晶胞圖可知，該晶胞中含Cu原子個(gè)數(shù)為12×＝3，含N原子個(gè)數(shù)為8×＝1，則N、Cu原子個(gè)數(shù)之比為1∶3，故該晶體化學(xué)式為