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1、第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质第一节第一节 晶体的常识晶体的常识第第2 2、3 3课时课时选修选修3 3 物质结构与性质物质结构与性质2023/1/241教学目标：教学目标：知识与技能知识与技能 1.1.了解分子晶体和原子晶体的特征。了解分子晶体和原子晶体的特征。2.2.通过通过NaClNaCl、CsClCsCl的晶体结构，学生知道晶体中粒子的晶体结构，学生知道晶体中粒子的排列规律。了解离子晶体的特征。的排列规律。了解离子晶体的特征。3.3.通过对晶胞的分析，学生会计算晶胞中粒子的个数通过对晶胞的分析，学生会计算晶胞中粒子的个数。过程与方法过程与方法 通过几种典型的晶体（干冰、金刚
2、石、石墨、通过几种典型的晶体（干冰、金刚石、石墨、NaClNaCl、CsClCsCl、金属）结构的分析，学生能从三维的角度考虑粒、金属）结构的分析，学生能从三维的角度考虑粒子在空间的分布。子在空间的分布。情感态度与价值观情感态度与价值观 通过晶体结构课件的展示，学生能感受晶体的外在通过晶体结构课件的展示，学生能感受晶体的外在美和内在美。美和内在美。晶体的常识晶体的常识2023/1/242晶体为什么具有自晶体为什么具有自己的特性呢己的特性呢?晶胞晶胞2023/1/2431.晶胞：晶胞：晶体中的晶体中的最小重复最小重复单元（基本单元）单元（基本单元）3.晶胞的结构特征：晶胞的结构特征：一般来说一般
3、来说,晶胞都是晶胞都是平行六面体平行六面体(其边长不一定其边长不一定相等也不一定垂直相等也不一定垂直)-通过上、下、左、右、前、通过上、下、左、右、前、后的后的平移平移能与下一个晶胞完全重合能与下一个晶胞完全重合.二二、晶胞晶胞:2.晶胞的条件：晶胞的条件：代表晶体的化学组成代表晶体的化学组成（化学式）（化学式）及对称性及对称性4.晶胞和晶体的关系：晶胞和晶体的关系：晶体可以看作是数量巨大的晶胞晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无无隙并置隙并置”而成而成.(蜂巢和蜂室的关系蜂巢和蜂室的关系-教材教材63页图页图3-7)晶胞晶胞2023/1/244“并置并置”指所有晶胞都是平行排指所有晶胞都是平行排
4、列列的，的，取向相同。取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动“无隙无隙”指相邻的晶胞之间没有任何指相邻的晶胞之间没有任何间隙；间隙；一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱边、共面棱边、共面棱边、共面棱边、共面请理解：“完全等同完全等同”指所有晶胞的形状、指所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全相内部的原子种类、个数及几何排列完全相同同晶胞晶胞2023/1/245平行六面体平行六面体无隙并置无隙并置晶胞晶胞2023/1/2465.三种典型立方晶胞结构：三种典型立方晶胞结构：简单立方简单立方体心立方体心立方
5、面心立方面心立方晶胞晶胞2023/1/247铜晶体的一个晶胞中含有铜晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子多少个铜原子?A:14B:4C:8D:6答案答案:B为什么呢为什么呢?问题（问题（P63图图3-7）：）：晶胞晶胞2023/1/2481 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 4请看请看:1 1体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4晶胞晶胞2023/1/2496.6.晶胞中微粒个数的计算晶胞中微粒个数的计算体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4方法：方法：均摊法均摊法（或切割法）（或切割法）原则：
6、原则：若若微粒微粒被被n个晶胞共用，个晶胞共用，均摊一个晶胞中为均摊一个晶胞中为1n规律：对规律：对立方晶胞立方晶胞晶胞晶胞2023/1/2410晶胞中粒子个数计算规律（切割法）晶胞中粒子个数计算规律（切割法）棱棱棱棱上上上上晶胞晶胞 顶角顶角 棱上棱上 面上面上 中心中心立方体 1/8 1/4 1/2 1面面面面上上上上顶顶顶顶角角角角晶胞晶胞2023/1/2411各各4个个绿色：绿色：81/8+61/2=4灰色：灰色：12+1=4各各1/2个个 练习练习:下面几种晶胞中分别含有几个原子下面几种晶胞中分别含有几个原子?晶胞晶胞2023/1/2412课课 堂堂 练练 习习1.钛酸钡的热稳定性好
7、钛酸钡的热稳定性好,介电常数高介电常数高,在小型变在小型变压器、话筒和扩音器压器、话筒和扩音器中都有应用。其晶体中都有应用。其晶体的结构示意图如右图的结构示意图如右图所示。则它的化学式所示。则它的化学式为（为（）A.BaTiA.BaTi8 8O O1212 B.BaTi B.BaTi4 4O O6 6 C.BaTi C.BaTi2 2O O4 4 D.BaTiO D.BaTiO3 3BaTiOD晶胞晶胞2023/1/2413学与问学与问 P642 288晶胞晶胞2023/1/2414A2 2BC2 2看图写化学式晶胞晶胞2023/1/2415【练习练习】最近发现一种由钛原子和碳原子构最近发现一
8、种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是是碳原子，它的化学式是。解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，
9、所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可以了。以了。以了。以了。答案为：答案为：答案为：答案为：TiTi1414C C1313晶胞晶胞2023/1/2416注意：注意：晶胞晶胞在使用均摊法计算规律时一定先看清楚晶在使用均摊法计算规律时一定先看清楚晶胞构型；若晶胞构型不是立方体，晶胞中胞构型；若晶胞构型不是立方体，晶胞中的微粒数视情况而定！的微粒数视情况而定！2023/1/2417 石墨石墨晶体的层状结构，层晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如内为平面正
10、六边形结构（如图），试回答下列问题：图），试回答下列问题：（1 1）图中平均每个正六边）图中平均每个正六边形占有形占有C C原子数为原子数为_个、个、占有的碳碳键数为占有的碳碳键数为_个。个。碳原子数目与碳碳化学键数碳原子数目与碳碳化学键数目之比为目之比为_。练习：练习：2 2：3 32 23 3晶胞晶胞2023/1/2418 在晶体结构中确定一个具有代表性在晶体结构中确定一个具有代表性的最小重复单元为研究对象，运用点、的最小重复单元为研究对象，运用点、线、面的量进行解答。线、面的量进行解答。（摩尔质量、阿伏加德罗常数与密度的关系）（摩尔质量、阿伏加德罗常数与密度的关系）三、有关晶体的计算三、
11、有关晶体的计算晶胞晶胞2023/1/2419思考思考1.NaCl1.NaCl晶体中，每个晶体中，每个NaNa+周周 围最近距离的围最近距离的ClCl-有有 个？个？每个每个ClCl-周围最近距离的周围最近距离的 NaNa+有有 个？个？2.2.在在NaClNaCl晶体中，每个晶体中，每个NaNa+周周 围最近距离的围最近距离的NaNa+有有 个？个？3.3.氯化钠的化学式用氯化钠的化学式用“NaClNaCl”来表示，原因何在？能来表示，原因何在？能否否 把把“NaClNaCl”称为分子式？称为分子式？4.4.每个晶胞中平均有每个晶胞中平均有 个个NaNa+？个个ClCl-？（位于顶？（位于顶
12、点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）5.5.该晶胞中，若该晶胞中，若NaNa+和和ClCl-间的最近距离为间的最近距离为0.5a0.5ax1010-10-10m m，则晶体的密度，则晶体的密度=6 66 6121244039/a3 （g/cm3）晶胞晶胞2023/1/24202 21 13 34 4晶胞晶胞2023/1/2421晶胞晶胞2023/1/2422a a1010-8-8cmcm晶体中最小正方体中所含的晶体中最小正方体中所含的NaNa+和和ClCl的个数均为的个数均为:（个）（个）84 4=1216.0210232158.5g 即每个
13、小正方体中平均含即每个小正方体中平均含 个个“NaClNaCl”，质量为，质量为:21解解法法2 2：而此小正方体体积为而此小正方体体积为(0.5a(0.5a1010-8-8)3 33 36.0210232158.5g(0.5a(0.5a1010-8-8)3 33 30.39a3g.-3=故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为：解解法法1 1：每个晶胞中所含的每个晶胞中所含的NaNa+和和ClCl的个数均为的个数均为4 4个，即含个，即含4 4个个“NaClNaCl”。每个晶胞的质量为：每个晶胞的质量为：6.02102358.54g 每个晶胞的体积为：每个晶胞的体积为：(a(a1010
14、-8-8)3 33 3故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为：6.02102358.54(a(a1010-8-8)3 3=0.39a3g.-3晶胞晶胞2023/1/2423解解法法3 3：依：依=m m/v v每个晶胞中所含的每个晶胞中所含的NaNa+和和ClCl的个数均为的个数均为4 4个，即含个，即含4 4个个“NaClNaCl”。每个晶胞的体积为：每个晶胞的体积为：(a(a1010-8-8)3 33 3故故NaClNaCl晶体的密度为：晶体的密度为：=0.39a3g.-3即含即含4 4个个“NaClNaCl”所占的体积为：所占的体积为：(a(a1010-8-8)3 33 3那么那
15、么1 1个个“NaClNaCl”所占的体积为：所占的体积为：(a(a1010-8-8)3 3/4/4 3 3则：则：1molNaCl1molNaCl所占的体积为：所占的体积为：6.021023(a(a1010-8-8)3 3/4/4 3 3而而1molNaCl1molNaCl的质量为：的质量为：58.5g6.021023(a(a1010-8-8)3 3/4/4 3 358.5g6.021023(a(a1010-8-8)3 3 3 358.54g=晶胞晶胞2023/1/2424-Cs+-Cl-CsClCsCl的晶体结构示意图的晶体结构示意图晶胞晶胞2023/1/2425ClCl-1.1.在在Cs
16、ClCsCl晶体中，每个晶体中，每个CsCs+周围最近距离的周围最近距离的CsCs+有几个？每个有几个？每个ClCl-周围最近距离的周围最近距离的ClCl-有几个？有几个？2.2.分析分析“CsClCsCl”化学式的由来。化学式的由来。思考思考6587213416个个晶胞晶胞在晶体中，每个在晶体中，每个Cs+吸引着吸引着8个个Cl-离子，每个离子，每个Cl-离子吸引着离子吸引着8个个Cs+离子，离子，故可用故可用“CsCl”来表示其化学组成，称之为化学式。来表示其化学组成，称之为化学式。2023/1/2426每每8个个CO2构成立构成立方体，且在方体，且在6个面个面的中心又各占据的中心又各占据
17、1个个CO2。每个晶胞每个晶胞中有中有4个个CO2分子，分子，12个原子。个原子。在每个在每个CO2周围等周围等距离的最近的距离的最近的CO2有有12个个(同层同层4个，个，上层上层4个、下层个、下层4个个)晶胞晶胞2023/1/2427二氧化碳及其晶胞二氧化碳及其晶胞晶胞晶胞2023/1/2428晶胞晶胞2023/1/24291.晶体与非晶体的严格判别可采用晶体与非晶体的严格判别可采用()A.有否自范性有否自范性B.有否各向异性有否各向异性C.有否固定熔点有否固定熔点 D.有否周期性结构有否周期性结构2.某物质的晶体中含某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排三种元素，其排列方式如图所示列方
18、式如图所示(其中前后两面心上的其中前后两面心上的B原子未原子未能画出能画出)，晶体中，晶体中A、B、C的原子个数之比依的原子个数之比依次为次为()A.1:3:1B.2:3:1C.2:2:1D.1:3:3【课后巩固练习课后巩固练习】DA晶胞晶胞2023/1/24305某离子化合物的晶胞如右图所示立体结某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是是（）A、18B、14C、12D、11
19、D晶胞晶胞2023/1/24314.白磷分子如图所示：则白磷分子如图所示：则31g白磷分子中存白磷分子中存在的共价键数目为（在的共价键数目为（）A4NABNAC1.5NAD0.25NAC晶胞晶胞2023/1/24327.许多物质在通常条件下是以晶体的形式存许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，
20、则该物质的化学式为示，则该物质的化学式为（）ACa4TiO3BCa4TiO6CCaTiO3DCa8TiO120C晶胞晶胞2023/1/24336.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（小的正六边形占有碳原子数目为（）A、2B、3C、4D、6A晶胞晶胞2023/1/24348.晶体中最小的重复单元晶体中最小的重复单元晶胞，晶胞，凡处凡处于立方体顶点的微粒，同时为于立方体顶点的微粒，同时为个晶胞个晶胞共有；共有；凡处于立方体棱上的微粒，同时为凡处于立方体棱上的微粒，同时为个晶胞共有；个晶胞共有；凡处于立方体面上的凡处于立方体面上的
21、微粒，同时为微粒，同时为个晶胞共有；个晶胞共有；凡处于凡处于立方体体心的微粒，同时为立方体体心的微粒，同时为个晶胞共个晶胞共有。有。8421晶胞晶胞2023/1/24359.现有甲、乙、丙现有甲、乙、丙(如下图如下图三种晶体的晶胞：三种晶体的晶胞：(甲中甲中x处于晶胞的中心，乙中处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中处于晶胞的中心心)，可推知：甲晶体中，可推知：甲晶体中x与与y的个数比是的个数比是_，乙中，乙中a与与b的个数比是的个数比是_，丙晶胞中有，丙晶胞中有_个个c离子，离子，有有_个个d离子。离子。4:31:144晶胞晶胞2023/1/24369.解析：解析：x:y4:3a：b1：14个个
22、c4个个d处处于晶胞中心的于晶胞中心的x或或a为该晶胞单独占有，位于为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为立方体顶点的微粒为8个立方体共有，位于立个立方体共有，位于立方体棱边的微粒为四个立方体共有，位于立方体棱边的微粒为四个立方体共有，位于立方体面的微粒为两个立方体共有，所以方体面的微粒为两个立方体共有，所以x:yl:6184:3；a:b=1:8181:1；丙晶胞中丙晶胞中c离子为离子为1214+14(个个)；d离子为离子为818+6124(个个)晶胞晶胞2023/1/243710.右图是超导化合物右图是超导化合物钙钛矿晶体钙钛矿晶体的晶胞结构。请回答：的晶胞结构。请回答：(1)该化合物的化
23、学式为该化合物的化学式为。(2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有最近且相等的其他钛离子共有个个CaTiO36晶胞晶胞2023/1/243811.在干冰晶体中每个在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的分子周围紧邻的CO2分子有分子有_个个在晶体中截取一在晶体中截取一个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落个最小的正方形；使正方形的四个顶点部落到到CO2分子的中心，则在这个正方形的平面分子的中心，则在这个正方形的平面上有上有_个个CO2分子。分子。124晶胞晶胞2023/1/243910.解析：解析：这个晶胞对位于顶点上的每个钛原这个晶胞对
24、位于顶点上的每个钛原子占有的份额为子占有的份额为1/8，所以，它单独占有的钛，所以，它单独占有的钛原子个数为原子个数为81/8=1个；它对位于棱上的每个个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为氧原子占有的份额为1/4，所以，它单独占有，所以，它单独占有的氧原子个数为的氧原子个数为121/4=3个；它全部拥有体个；它全部拥有体内的那一个钙原子，所以，该晶胞中单独占内的那一个钙原子，所以，该晶胞中单独占有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：有的钛原子、氧原子和钙原子的个数分别为：1、3、1.钛位于立方体的顶点上，与一个钛离钛位于立方体的顶点上，与一个钛离子距离最近的钛离子是与它共棱的子距离最近的
25、钛离子是与它共棱的,与它共棱与它共棱的离子都是二个，所以，共的离子都是二个，所以，共6个。个。晶胞晶胞2023/1/2440干冰晶体结构分析图CO2 分子中心晶胞晶胞2023/1/2441干冰晶体结构分析图CO2 分子晶胞晶胞2023/1/244212.如图为如图为NaCl晶体结构图，图中直线交点处晶体结构图，图中直线交点处为为NaCl晶体中晶体中Na+与与Cl-所处的位置所处的位置(不考虑体不考虑体积的大小积的大小)。(1)请将其代表请将其代表Na+的用笔涂黑圆点，以完成的用笔涂黑圆点，以完成NaCl晶体结构示意图。晶体结构示意图。(2)确定晶体的晶胞，分析其构成。确定晶体的晶胞，分析其构成
26、。(3)从晶胞中分从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相周围与它最近时且距离相等的等的Na+共有多少个共有多少个?晶胞晶胞2023/1/244312.(1)含含8个小立方体的个小立方体的NaCl晶体示意晶体示意图为一个晶胞图为一个晶胞(2)在晶胞中在晶胞中Na+与与Cl-个数比为个数比为1:1.(3)12个个晶胞晶胞2023/1/2444拓展提高拓展提高1996年诺贝化学奖授予对发现年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献有重大贡献的三位科学家。的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体分子是形如球状的多面体(如图如图)，该结构的建立基于以下考虑：，该结构的建立基于以下考虑：C60分子中每个碳原
27、子只跟相邻的分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子个碳原子形成化学键；形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；分子只含有五边形和六边形；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：遵循欧拉定理：顶点数面数棱边数顶点数面数棱边数2晶胞晶胞2023/1/2445据上所述，可推知据上所述，可推知C60分子有分子有12个五边形和个五边形和20个六边形，个六边形，C60分子所含的双键数为分子所含的双键数为30。请回答下列问题：请回答下列问题：13.固体固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应与金刚石相比较，熔点较高者应是是_，理由是：，理由是：_.14.试估计试
28、估计C60跟跟F2在一定条件下，能否发生反在一定条件下，能否发生反应生成应生成C60F60(填填“可能可能”或或“不可能不可能”)_，并简述其理由：，并简述其理由：_。金刚石属原子晶金刚石属原子晶体体,而固体而固体C60不是，故金刚石熔点较高。不是，故金刚石熔点较高。金刚石金刚石因因因因C C6060分子含分子含分子含分子含3030个个个个双键，与极活泼的双键，与极活泼的双键，与极活泼的双键，与极活泼的F F2 2发生加成反应即可生成发生加成反应即可生成发生加成反应即可生成发生加成反应即可生成C C6060F F6060 可能可能晶胞晶胞2023/1/244615.通过计算，确定通过计算，确定
29、C60分子所含单键数。分子所含单键数。C60分子所含单键数为分子所含单键数为。16.C70分子也已经制得分子也已经制得,它的分子结构模型它的分子结构模型可以与可以与C60同样考虑面推知。通过计算确定同样考虑面推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。分子中五边形和六边形的数目。C C6060分子形成的化学键数为：分子形成的化学键数为：分子形成的化学键数为：分子形成的化学键数为：1/21/2（3*603*60）=90=90由欧拉定理计算键数由欧拉定理计算键数由欧拉定理计算键数由欧拉定理计算键数(即棱边数即棱边数即棱边数即棱边数):60+(12+20)-2=90):60+(12+20)-2=9090-30=60晶胞晶胞2023/1/244717.解析解析:设设C70分子中五边形数为分子中五边形数为x,六边形数六边形数为为y.依题意可得方程组依题意可得方程组:顶点数面数棱边数顶点数面数棱边数2解得解得:五边形数五边形数x=12六边形数六边形数y=25 晶胞晶胞2023/1/2448Thanks 谢谢您的观看！2023/1/2449