人教版高中化学选修3 物质结构与性质 第三章 第一节 晶体的常识(第2课时)

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,Click to edit Master title style,第三章 晶体结构与性质,第一节 晶体的常识,第,2,课时,新课标人教版高中化学课件系列,选修,3,物质结构与性质,2024/9/20,1,教学目标：,知识与技能,1.,了解分子晶体和原子晶体的特征。,2.,通过,NaCl,、,CsCl,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。,3.,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,通过几种典型的晶体（干冰、金刚石、石墨、,NaCl,、,CsCl,、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。,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美和内在,美。,晶体的常识,2024/9/20,2,晶,体为什么具,有自己的特性呢,?,晶胞,2024/9/20,3,1.,晶胞：,晶体中的,最小重复,单元（基本单元）,3.,晶胞,的结构特,征：,一般来说,晶胞都是,平行六面体,(,其边长不一定相等也不一定垂直,)-,通,过上、下、左、右、前、后的,平移,能与下,一个晶胞完,全,重合,.,二,、,晶,胞,:,2.,晶胞的条件：,代表晶体的化学组成,（化学式）,及对称性,4.,晶胞和晶体的,关,系：,晶体可以看作是数量巨大的晶胞,“无隙并置”,而成,.(,蜂巢和蜂室的关系,-,教材,63,页图,3-7),晶胞,2024/9/20,4,“,并置,”,指所有晶胞都是平行排,列,的，取向相同。,一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动,“,无隙,”,指相邻的晶胞之间没有任何间隙；,一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共,棱边、共面,请理解：,“完全等同”,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同,晶胞,2024/9/20,5,平行六面体,无隙并置,晶胞,2024/9/20,6,5,.,三种典型立方晶胞结构：,简单立,方,体心立方,面心立方,晶胞,2024/9/20,7,铜,晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子,?,A: 14 B: 4,C: 8 D: 6,答案,: B,为什么呢,?,问题（,P63,图,3-7,）：,晶胞,2024/9/20,8,1,2,4,3,7,6,8,5,1,2,2,1,3,4,请看,:,1,体心：,1,面心：,1/2,顶点：,1/8,棱边：,1/4,晶胞,2024/9/20,9,6.,晶,胞,中微粒个,数的计算,体心：,1,面心：,1/2,顶点：,1/8,棱边：,1/4,方法：,均摊法,（或切割法）,原则：,若,微粒,被,n,个晶胞共用，均摊一个晶胞中为,1,n,规律：对,立方晶胞,晶胞,2024/9/20,10,晶,胞中粒子个数计算,规律（切割法）,棱上,晶,胞,顶,角,棱上,面上,中心,立方体,1/8,1/4,1/2,1,面上,顶角,晶胞,2024/9/20,11,各,4,个,绿色,：,8,1/8,+6,1/2,= 4,灰色：,12,+1=4,各,1/2,个,练,习,:,下面几种晶胞中分别含有几个原子,?,晶胞,2024/9/20,12,课 堂 练,习,1.,钛酸钡的热稳定性好,介电常数高,在小型变,压器、话筒和扩音器,中都有应用。其晶体,的结构示意图如右图,所示。则它的化学式,为（,）,A.BaTi,8,O,12,B. BaTi,4,O,6,C. BaTi,2,O,4,D. BaTiO,3,Ba,Ti,O,D,晶胞,2024/9/20,13,学,与问,P64,2,2,8,8,晶胞,2024/9/20,14,A,2,BC,2,看图写化学式,晶胞,2024/9/20,15,【,练习,】,最近发现一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,。,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，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。,答案为：,Ti,14,C,13,晶胞,2024/9/20,16,注意：,晶胞,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，晶胞中的微粒数视情况而定！,2024/9/20,17,石,墨,晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：,（,1,）图中平均每个正六边形占有,C,原子数为,_,个、占有的碳碳键数为,_,个。,碳原子数目与碳碳化学键数目之比为,_,。,练习：,2,：,3,2,3,晶胞,2024/9/20,18,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、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）,规律总结,三、,有关晶体的计算,晶胞,2024/9/20,19,思考,1.NaCl,晶体中，每个,Na,+,周,围最近距离的,Cl,-,有,个？,每个,Cl,-,周围最近距离的,Na,+,有,个？,2.,在,NaCl,晶体中，每个,Na,+,周,围最近距离的,Na,+,有,个？,3.,氯化钠的化学式用,“,NaCl,”,来表示，原因何在？能否,把,“,NaCl,”,称为分子式？,4.,每个晶胞中平均有,个,Na,+,？,个,Cl,-,？（位于顶,点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）,5.,该晶胞中，若,Na,+,和,Cl,-,间的最近距离为,0.5a,x,10,-10,m,，则,晶体的密度,=,6,6,12,4,4,039/a,3,（,g/cm,3,）,晶胞,2024/9/20,20,2,1,3,4,晶胞,2024/9/20,21,晶胞,2024/9/20,22,a,10,-8,cm,晶体中最小正方体中所含的,Na,+,和,Cl,的个数均为,:,（个）,8,4,=,1,2,1,6.0210,23,2,1,58.5g,即每个小正方体中平均含 个,“,NaCl,”,，质量为,:,2,1,解,法,2,：,而此小正方体体积为,(0.5a,10,-8,),3,3,6.0210,23,2,1,58.5g,(0.5a,10,-8,),3,3,0.39,a,3,g. ,-3,=,故,NaCl,晶体的密度为：,解,法,1,：,每个晶胞中所含的,Na,+,和,Cl,的个数均为,4,个，即含,4,个,“,NaCl,”,。,每个晶胞的质量为：,6.0210,23,58.5,4g,每个晶胞的体积为：,(a,10,-8,),3,3,故,NaCl,晶体的密度为：,6.0210,23,58.5,4,(a,10,-8,),3,=,0.39,a,3,g. ,-3,晶胞,2024/9/20,23,解,法,3,：依,=,m,/,v,每个晶胞中所含的,Na,+,和,Cl,的个数均为,4,个，即含,4,个,“,NaCl,”,。,每个,晶胞的体积为：,(a,10,-8,),3,3,故,NaCl,晶体的密度为：,=,0.39,a,3,g. ,-3,即含,4,个,“,NaCl,”,所占的体积为：,(a,10,-8,),3,3,那么,1,个,“,NaCl,”,所占的体积为：,(a,10,-8,),3,/4,3,则：,1molNaCl,所占的体积为：,6.0210,23,(a,10,-8,),3,/4,3,而,1molNaCl,的质量为：,58.5,g,6.0210,23,(a,10,-8,),3,/4,3,58.5g,6.0210,23,(a,10,-8,),3,3,58.5 4g,=,晶胞,2024/9/20,24,-Cs,+,-Cl,-,CsCl,的晶体结构示意图,晶胞,2024/9/20,25,Cl,-,1.,在,CsCl,晶体中，每个,Cs,+,周围最近距离的,Cs,+,有几个？每个,Cl,-,周围最近距离的,Cl,-,有几个？,2.,分析,“,CsCl,”,化学式的由来。,思考,6,5,8,7,2,1,3,4,1,6,个,晶胞,2024/9/20,26,晶胞,2024/9/20,27,二氧化碳及其晶胞,晶胞,2024/9/20,28,每,8,个,CO,2,构成立方体，且在,6,个面的中心又各占据,1,个,CO,2,。,每个晶胞中有,4,个,CO,2,分子，,12,个原子。,在每个,CO,2,周围等距离的最近的,CO,2,有,12,个,(,同层,4,个，上层,4,个、下层,4,个,),晶胞,2024/9/20,29,1.,晶体与非晶体的严格判别可采用,( ),A.,有否自范性,B.,有否各向异性,C.,有否固定熔点,D.,有否周期性结构,2.,某物质的晶体中含,A,、,B,、,C,三种元素，其排列方式如图所示,(,其中前后两面心上的,B,原子未能画出,),，晶体中,A,、,B,、,C,的中原子个数之比依次为,( ),A. 1:3:1 B. 2:3:1,C. 2:2:1 D. 1:3:3,【,课后巩固练习,】,D,A,晶胞,2024/9/20,30,3. 1987,年,2,月，未经武（,Paul Chu,）教授等发现钛钡铜氧化合物在,90K,温度下即具有超导性。若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是 （ ）,A. YBa,2,CuO,7,x,B. YBa,2,Cu,2,O,7,x,C. YBa,2,Cu,3,O,7,x,D. YBa,2,Cu,4,O,7,x,C,晶胞,2024/9/20,31,4.,白磷分子如图所示：则,31 g,白磷分子中存在的共价键数目为（ ）,A,4,N,A,B,N,A,C,1.5,N,A,D,0.25,N,A,C,晶胞,2024/9/20,32,5,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。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于,8,个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比是 （ ）,A,、,1,8 B,、,1,4,C,、,1,2 D,、,1,1,D,晶胞,2024/9/20,33,6.,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（ ）,A,、,2 B,、,3 C,、,4 D,、,6,A,晶胞,2024/9/20,34,7.,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、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为 （ ）,A,Ca,4,TiO,3,B,Ca,4,TiO,6,C,CaTiO,3,D,Ca,8,TiO,120,C,晶胞,2024/9/20,35,8.,下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正确的是 （ ）,A,单晶一般都有各向异性,B,晶体有固定的熔点,C,所有晶体都有一定的规整外形,D,多晶一般不表现各向异性,D,多晶,指的是多种晶形共存，单晶指只有一种晶形。,单晶,体,-,晶体内部的晶格方位完全一致,.,多晶体,许多晶粒组成,晶胞,2024/9/20,36,9.,晶体中最小的重复单元,晶胞，,凡处于立方体顶点的微粒，同时为,个晶胞共有；,凡处于立方体棱上的微粒，同时为,个晶胞共有；,凡处于立方体面上的微粒，同时为,个晶胞共有；,凡处于立方体体心的微粒，同时为,个晶胞共有。,8,4,2,1,晶胞,2024/9/20,37,10.,现有甲、乙、丙,(,如下图,三种晶体的晶胞：,(,甲中,x,处于晶胞的中心，乙中,a,处于晶胞的中心,),，可推知：甲晶体中,x,与,y,的个数比是,_,，乙中,a,与,b,的个数比是,_,，丙晶胞中有,_,个,c,离子，有,_,个,d,离子。,4 : 3,1 : 1,4,4,晶胞,2024/9/20,38,10.,解析：,x:y,4:3 a,：,b,1,：,1 4,个,c 4,个,d,处于晶胞中心的,x,或,a,为该晶胞单独占有，位于立方体顶点的微粒为,8,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,x:y,l:61,8,4:3,；,a:b,=1:81,8,1:1,；,丙晶胞中,c,离子为,121,4+1,4(,个,),；,d,离子为,81,8 + 61,2,4(,个,),晶胞,2024/9/20,39,11.,右图是超导化合物,钙钛矿晶体的晶胞结构。请回答：,(1),该化合物的化学式为,。,(2),在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且相等的其他钛离子共有,个,CaTiO,3,6,晶胞,2024/9/20,40,11.,解析：,这个晶胞对位于顶点上的每个钛原子占有的份额为,1/8,，所以，它单独占有的钛原子个数为,81/8=1,个；它对位于棱上的每个氧原子占有的份额为,1/4,，所以，它单独占有的氧原子个数为,121/4=3,个；它全部拥有体内的那一个钙原子，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：,1,、,3,、,1.,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,与它共棱的离子都是二个，所以，共,6,个。,晶胞,2024/9/20,41,12,右图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构，,其中硅、氧原子数之比为,。,原硅酸根离子,SiO,4,4,的结构可表示为,_,二聚硅酸根离子,Si,2,O,7,6,中，只有硅氧键，它的结构可表示为,。,1:2,晶胞,2024/9/20,42,干冰晶体结构分析图,CO,2,分子,中心,晶胞,2024/9/20,43,干冰晶体结构分析图,CO,2,分子,晶胞,2024/9/20,44,13.,在干冰晶体中每个,CO,2,分子周围紧邻的,CO,2,分子有,_,个,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到,CO,2,分子的中心，则在这个正方形的平面上有,_,个,CO,2,分子。,12,4,晶胞,2024/9/20,45,14.,如图为,NaCl,晶体结构图，图中直线交点处为,NaCl,晶体中,Na,+,与,Cl,-,所处的位置,(,不考虑体积的大小,),。,(1),请将其代表,Na,+,的用笔涂黑圆点，以完成,NaCl,晶体结构示意图。,(2),确定晶体的晶胞，分析其构成。,(3),从晶胞中分,Na,+,周围与它最近时且距离相等的,Na,+,共有多少个,?,晶胞,2024/9/20,46,14.,(1),含,8,个小立方体的,NaCl,晶体示意,图为一个晶胞,(2),在晶胞中,Na,+,与,Cl,-,个数比为,1:1.,(3) 12,个,晶胞,2024/9/20,47,拓展提高,1996,年诺贝化学奖授予对发现,C,60,有重大贡献的三位科学家。,C,60,分子是形如球状的多面体,(,如图,),，该结构的建立基于以下考虑：,C,60,分子中每个碳原子只跟相邻的,3,个碳原子形成化学键；,C,60,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，遵循欧拉定理：,顶点数面数棱边数,2,晶胞,2024/9/20,48,据上所述，可推知,C,60,分子有,12,个五边形和,20,个六边形，,C,60,分子所含的双键数为,30,。,请回答下列问题：,15.,固体,C,60,与金刚石相比较，熔点较高者应是,_,，理由是：,_,_.,16.,试估计,C,60,跟,F,2,在一定条件下，能否发生反应生成,C,60,F,60,(,填“可能”或“不可能”,),_,，并简述其理由：,_,_,。,金刚石属原子晶体,而固体,C,60,不是，故金刚石熔点较高。,金刚石,因,C,60,分子含,30,个双键，与极活泼的,F,2,发生加成反应即可生成,C,60,F,60,可能,晶胞,2024/9/20,49,17.,通过计算，确定,C,60,分子所含单键数。,C,60,分子所含单键数为,。,18. C,70,分子也已经制得,它的分子结构模型可以与,C,60,同样考虑面推知。通过计算确定,C,70,分子中五边形和六边形的数目。,C,60,分子形成的化学键数为：,1/2,（,3*60,）,=90,由欧拉定理计算键数,(,即棱边数,):60+(12+20)-2=90,90-30=60,晶胞,2024/9/20,50,18.,解析,:,设,C,70,分子中五边形数为,x,六边形数为,y.,依题意可得方程组,:,顶点数面数棱边数,2,解得,:,五边形数,x = 12,六边形数,y = 25,晶胞,2024/9/20,51,Thanks,谢谢您的观看！,2024/9/20,52,