第三章

晶體結構與性質第一節物質的聚集狀態與晶體的常識

第2課時

晶胞、晶體結構的測定1.認識簡單的晶胞。2.通過典型晶胞的學習，類推其他晶胞的分析方法。3.學會晶胞中微粒數的計算方法(均攤法)，能根據晶胞的結構確定晶體的化學式。【課程目標】【思考】怎樣描述晶體中的微粒在空間的排列規律？→晶體是由內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性重復排列而構成的具有規則幾何外形的固體。課本P73銅的晶體結構模型銅的晶胞模型三、晶胞P73鐵晶體1.概念：描述晶體結構的基本單元叫做晶胞銅晶體三、晶胞P732、晶胞的特征：②整塊晶體可看作數量巨大的晶胞“無隙并置”而成①常規的晶胞一般是平行六面體“無隙”：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。“并置”：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

正方體

或

長方體平行六面體“無隙并置”三、晶胞P732、晶胞的特征：（晶胞間無間隙，平行排列，取向相同）金剛石注意：晶胞是無形的，是人為劃定的。銅晶體銅晶胞金剛石晶胞同一個晶體中，所有晶胞的形狀及其內部的原子種類、個數及幾何排列是完全相同的。

晶胞是8個頂角相同、三套各4根平行棱分別相同、三套各兩個平行面分別相同的最小平行六面體。問題：一個平行六面體(長方體或正方體)中，一共有多少個頂點？多少條棱？多少個面？課本P738個頂角相同xzy三套各4根平行棱分別相同xzy三套各4根平行棱分別相同xzy三套各4根平行棱分別相同(共12根棱)xzy三套各兩個平行面分別相同xzy三套各兩個平行面分別相同xzy三套各兩個平行面分別相同(共6個面)想一想判斷下列六面體是否是晶胞？提示D圖:不滿足“三套各兩個平行面分別相同”的要求，無法進行“無隙并置”.C圖:不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無法進行“無隙并置”B圖:不滿足晶胞“8個頂角相同”的要求，無法進行“無隙并置”.A圖中的晶體結構滿足晶胞的特點，是晶胞。①簡單立方③面心立方②體心立方3、三種典型立方晶體結構【問題】晶胞都是平行六面體嗎？六棱柱(六方)晶胞三棱柱晶胞銅晶胞(屬于面心立方)晶胞不一定都取平行六面體中學要求掌握平行六面體晶胞【思考】1個銅晶胞平均含有幾個銅原子呢？→1個銅晶胞含有4個，還是14個銅原子？銅晶胞(屬于面心立方)體心12面心2134棱邊12437685頂點4.晶胞中原子個數的計算(重點)

：1：1/2：1/4：1/8→晶胞頂點原子為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

→晶胞面心原子為2個晶胞共用，每個晶胞占1/2

→晶胞體心的原子為1個晶胞獨自占有，即為1

——均攤法→長方體(或正方體)晶胞4.晶胞中原子個數的計算(重點)

立方晶胞體心：1面心：1/2棱邊：1/4頂點：1/8小結：晶胞對質點的占有率——均攤法4.晶胞中原子個數的計算(重點)

棱邊面心頂點切割法體心1/81/41/21金屬銅的一個晶胞的原子數2181【思考】1個銅晶胞平均含有幾個銅原子呢？→銅晶胞含有4個銅原子，為什么不是14個？=8×＋6×＝4銅晶胞銅晶體頂點原子被8個晶胞共用，面心原子被2個晶胞共用，棱邊原子被4個晶胞共用。→常見的立方晶胞中原子數的計算簡單立方體心立方面心立方8×＝1818×＋1＝2818×＋6×＝42181Cl-Na+氯化鈉晶胞=1:11.計算一個NaCl晶胞中含多少Na+和Cl-？Na+：Cl-8×＋6×＝4218112×＋1＝441→離子晶體化學式只表示每個晶胞或晶體中各類粒子的最簡整數比思考與討論立方晶胞①Cl－位于

和

，共有

個②Na＋位于

和

，共有

個頂點面心4棱邊體心41.金屬鈉的一個晶胞的原子數=2.金屬鋅的一個晶胞的原子數=3.I2的一個晶胞的分子數=4.金剛石的一個晶胞的原子數=思考與討論2.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，數一數，它們分別平均含幾個原子？8×＋6×＝42181面心立方體心立方8個頂點課本P74

個體心

個面心？→原子數為8晶胞中，E點位于體心，C、D、B點位于面心，A點位于頂點1.金屬鈉的一個晶胞的原子數=2.金屬鋅的一個晶胞的原子數=3.I2的一個晶胞的分子數=4.金剛石的一個晶胞的原子數=思考與討論2.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，數一數，它們分別平均含幾個原子？8×＋6×＝42181面心立方體心立方8個頂點課本P74→原子數為8

個體心

個面心？468×

+6×

+4=82181金剛石晶胞→幾種常見的晶胞結構及晶胞含有的粒子數目A.NaCl(含4個Na+,4個Cl-)B.干冰(含4個CO2)C.CaF2(含4個Ca2+,8個F-)D.金剛石(含8個C)E.體心立方(含2個原子)F.面心立方(含4個原子)NaCl干冰CaF2金剛石體心立方面心立方1.下列各項是晶體結構中具有代表性的最小重復單元的排列方式，圖中：○—X，●—Y，—Z。其中對應的化學式不正確的是B典例分析XYX4×1/8+1=3/2Y4×1/8=1/2Y6×1/2=3X8×1/8=1Z1√√√典例分析2.如圖所示為高溫超導領域里的一種化合物——鈣鈦礦晶胞結構。(1)在該晶體中每個鈦離子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子有____個。6(2)該晶胞中元素氧、鈦、鈣的粒子個數比是__________。3∶1∶1xzyxzyOTiCa12×1/4=38×1/8=11同步練習1．對于某晶胞(如圖所示)的下列描述錯誤的是(

)A.該晶胞是所在晶體內最小的平行六面體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C2.已知某晶體晶胞如圖所示，則該晶體的化學式為(

)同步練習CA．XYZ

B．X2Y4ZC．XY4Z

D．X4Y2Z3.如圖為離子晶體空間結構示意圖：(●：陽離子，ο：陰離子)以M表示陽離子，以N表示陰離子，寫出各離子晶體的組成表達式：同步練習M4×1/8+1=3/2N1B:4×1/2+2+4×1/8=9/2MNC:M4×1/8=1/2NMN3MN2這些具體物質的晶體結構是如何測定的呢？CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞【問題導學】四、晶體結構的測定P75X射線衍射實驗化學博覽發現X射線，獲1901年物理學獎發現X射線在晶體中的衍射效應勞厄用X射線衍射研究晶體結構布拉格父子倫琴19011914物理學獎1915物理學獎1936化學獎1962化學獎利用X射線等技術研究分子結構X射線衍射法測定蛋白質晶體結構1964化學獎X射線衍射法測定復雜晶體與大分子結構1980化學獎X射線衍射確定DNA核苷酸順序與基因結構1985化學獎……X射線衍射實驗給我們提供了哪些關于晶體結構的信息呢？發展了X射線衍射確定晶體與分子結構的方法。Hauptman與Karle備受垂青的X射線衍射實驗

當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，在記錄儀上形成衍射圖譜。人們對衍射圖的數據進行處理，即可獲得晶體結構的有關信息。一種X射線衍射儀X射線管鉛板晶體樣品記錄儀晶體結構的測定——X射線衍射實驗衍射方向衍射強度X射線管鉛板晶體晶體能產生分立的斑點1.衍射方向——晶胞的形狀、大小與取向非晶體衍射圖譜數據處理晶體的周期性結構晶體結構的測定——X射線衍射實/°晶體能產生明銳的衍射峰2.衍射強度——原子的種類與位置晶態SiO2非晶態SiO2→由X射線衍射實驗的結果還可以進一步測定分子的空間結構。晶體結構的測定——X射線衍射實驗原子的種類與位置衍射強度綜合分析衍射方向甲烷晶體a邊長為a的立方晶胞C、H原子間的距離是否存在化學鍵確定鍵長、鍵角→X射線衍射測定甲烷分子結構乙酸晶體乙酸晶胞乙酸分子的空間結構→X射線衍射測定乙酸分子結構(含4個乙酸分子)→從衍射圖中經計算可獲取晶體的結構信息，如晶胞的形狀、大小，微粒空間對稱性類型，原子的數目和位置等。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,會在記錄儀上產生分立的斑點或明銳的衍射峰。【課堂小結】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的對稱類型、原子在晶胞里的數目和位置等,以及結合晶體化學組成的信息推出原子之間的相互關系。→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),根據原子坐標,可以計算原子間的距離,判斷哪些原子之間存在化學鍵,確定鍵長和鍵角,得出分子的空間結構。

判斷正誤：(1)晶胞是晶體的最小的結構重復單元(

)(2)不同的晶體中，晶胞的大小和形狀都相同(

)(3)晶胞中任何一個粒子都屬于該晶胞(

)(4)一般地，晶體的化學式表示晶體中各類原子或離子的最簡整數比(

)√√××1．關于測定晶體結構錯誤的是(

)A．對乙酸晶體進行測定，晶胞中含有1個乙酸分子B．經過計算可以從衍射圖形獲得晶胞形狀和大小C．經過計算可以從衍射圖形獲得分子或原子在微觀空間有序排列呈現的對稱類型D．經過計算可以從衍射圖形獲得原子在晶胞里的數目和位置A2．不能夠支持石墨是晶體這一事實的選項是(

)A．石墨和金剛石是同素異形體B．石墨中的碳原子呈周期性有序排列C．石墨的熔點為3625℃D．在石墨的X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰A3．下列有關晶胞的敘述正確的是(

)A．晶胞是晶體結構中的基本結構單元B．根據晶體的不同，晶胞可以是多種形狀C．習慣采用的晶胞是正方體D．晶胞都是正八面體A4.最近發現，只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導性。鑒于這三種元素都是常見元素，從而引起廣泛關注。該新型超導晶體的一個晶胞如圖所示，則該晶體的化學式為(

)A．Mg2CNi3

B．MgC2NiC．MgCNi2

D．MgCNi3D5.在化學上，常用一條短線表示一個化學鍵，如圖所示的有關結構中，有直線(包括虛線)不表示化學鍵或分子間作用力的是(

)A．石墨的結構

B．白磷的結構C．CCl4的結構

D．立方烷(C8H8)的結構C6．已知某化合物的晶體是由如圖所示的最小結構單元密置堆積而成，下列關于該化合物的敘述錯誤的是(

)A．1mol該化合物中含有1molYB．1mol該化合物中含有3molCuC．1mol該化合物中含有3molBaD．該化合物的化學式是YBa2Cu3O6CD則該分子的化學式為

。7.由金屬原子M和非金屬原子N構成的氣態團簇分子，如圖所示M14N13團簇分子所含微粒都屬于該分子,不與其他分子共用特別注意：氣態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式！→若該圖是一個晶胞，則可用均攤法計算，但它是一個氣態團簇分子，其化學式就是其分子式，應直接數出原子數。8.如圖是一種鎳基合金儲氫后的晶胞結構示意圖。該合金儲氫后，含1molLa的合金含有Ni的數目為

。5NA或3.01×1024解析：該晶胞中La原子個數＝8×1/8＝1Ni原子個數＝4×1/2＋1＋4×1/2＝5則該晶胞中La、Ni原子個數之比為1∶59.元素X的某價態離子Xn＋中所有電子正好充滿K、L、M三個電子層，它與N3－形成的晶體的晶胞結構如圖所示。(1)該晶體的陽離子與陰離子個數比為

。

(2)該晶體中，Xn＋中的n＝

。

(3)X元素的原子序數是

。3∶1129三棱柱體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/6頂點1/12【拓展】①正三棱柱晶胞中粒子的計算方法六棱柱體心1面心1/2棱邊水平1/4豎1/3頂點1/6【拓展】②六方晶胞中粒子的計算方法10.請仔細觀察下列幾種物質的結構示意圖，判斷下列說法正確的是(

)A.硼鎂超導物質的晶體結構單元如圖所示，則這種超導材料的化學式為Mg3B2B.鋰的某種氧化物的晶胞如圖所示，則該氧化物的化學式為Li2OB10.請仔細觀察下列幾種物質的結構示意圖，判斷