学年高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 3.1 认识晶体课件 鲁科选修3.ppt

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1、第一节认识晶体认识晶体2021/8/8 星期日11、食盐、冰、金属、宝石、水晶大部分矿石等、食盐、冰、金属、宝石、水晶大部分矿石等 都是晶体，那么什么样的物质才能称为晶体？都是晶体，那么什么样的物质才能称为晶体？2、晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同？、晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同？3、为什么晶体具有明显不同于非晶体的特性？、为什么晶体具有明显不同于非晶体的特性？一、晶体的特性2021/8/8 星期日21.晶体的特性晶体的特性 （1）具有规则的几何外形。）具有规则的几何外形。在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。的、规则的多面体外形

2、。（自范性）（自范性）（2）各向异性：晶体在不同方向上表现）各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。出不同的物理性质。（3）对称性：晶体的外形和内部结构都）对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。具有特有的对称性。（4）有固定的熔、沸点，而非晶体没有。）有固定的熔、沸点，而非晶体没有。2021/8/8 星期日32.晶体的概念：晶体的概念：内部微粒（原子、离子或分子）在空内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。的固体物质。内部原子或分子的排列呈杂乱无章的内部原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的固体成为分布状态的

3、固体成为非晶体非晶体。如。如玻璃玻璃沥青石蜡沥青石蜡。2021/8/8 星期日43.晶体的种类晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间的相互根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同，将晶体分为离子晶体、金作用不同，将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。属晶体、原子晶体和分子晶体。晶体类型晶体类型微粒种类微粒种类微粒间相互作用微粒间相互作用实例实例离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体阴、阳离子阴、阳离子离子键离子键金属原子金属原子原子原子分子分子金属键金属键共价键共价键分子间作用力分子间作用力氯化钠氯化钠铜铜金刚石金刚石冰冰2021/8/8 星期日5二、晶体结

4、构的堆积模型二、晶体结构的堆积模型 你已经知道，晶体具有的规则几何外你已经知道，晶体具有的规则几何外形源于组成晶体的微粒按照一定规律周期形源于组成晶体的微粒按照一定规律周期性地重复排列。那么，晶体中的微粒是如性地重复排列。那么，晶体中的微粒是如何排列的？如何认识晶体内部微粒排列的何排列的？如何认识晶体内部微粒排列的规律？规律？2021/8/8 星期日62021/8/8 星期日72021/8/8 星期日82021/8/8 星期日92021/8/8 星期日102021/8/8 星期日11最最紧密堆积紧密堆积非非紧密堆积紧密堆积密置层密置层非密置层非密置层采用密置层排列能够降低体系的能量采用密置层排

5、列能够降低体系的能量采用密置层排列能够降低体系的能量采用密置层排列能够降低体系的能量请你比较请你比较请你比较请你比较1.金属晶体属等径圆球的密堆积方式：金属晶体属等径圆球的密堆积方式：2021/8/8 星期日12金属晶体原子平面排列方式有金属晶体原子平面排列方式有两两种种：(配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子数目)非密置层非密置层A143213642A5密置层密置层配位数为配位数为4配位数为配位数为62021/8/8 星期日13（1）金属晶体的非密堆积模型分析2021/8/8 星期日14体心立方堆积体心立方堆积A2A2型型（钾钾型）型）配位数配位数8 8（1）金属原子非密置层堆积：非

6、最紧密堆积，非最紧密堆积，空间利用率低空间利用率低2021/8/8 星期日15（2）金属晶体的密堆积模型分析2021/8/8 星期日16123456 第二层第二层 相对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准相对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456 关键是第三层，相对第一、二层来说，第三层可以有两种最关键是第三层，相对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。紧密的堆积方式。AB，（2）金属原子密置层堆积：2021/8/8 星期日17 下图是下图是A3型六方型六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前

7、视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 ABAB 堆积方式，形堆积方式，形成成六方紧密堆积六方紧密堆积-A3型型。2021/8/8 星期日18123456B BA AA AA AB B六方最六方最密堆积密堆积（Mg型）型）配位数配位数1212A3型型2021/8/8 星期日19 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。1234561234561234562021/8/8

8、 星期日20123456面心立方紧密堆积的前视图面心立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABCABC 三层一三层一个周期。个周期。得到得到面心立方堆面心立方堆积积A1型型。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)2021/8/8 星期日21123456A AA AB BC C面心立方最密堆积（面心立方最密堆积（Cu型）型）2021/8/8 星期日22 这两种堆积都是最紧密堆积这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为空间利用率为 74.05%。六方紧密堆积六方紧密堆积 （A3）面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积(A1)立方体心堆积立方体心

9、堆积 （A2）金属的金属的堆积方堆积方式式2021/8/8 星期日232.离子晶体属非等径圆球的密堆积方式：离子晶体属非等径圆球的密堆积方式：配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子数目。或离子数目。大球大球先按一定先按一定的方式做等径的方式做等径圆球密堆积圆球密堆积小球小球再填充到再填充到大球所形成的大球所形成的空隙中空隙中2021/8/8 星期日24NaCl：离离子先以子先以A1型紧型紧密堆积，密堆积，离离子再填充到空子再填充到空隙中。隙中。ZnS：离子离子先以先以A1型紧密型紧密堆积，堆积，离离子再填充到空子再填充到空隙中。隙中。ClNaS2Zn

10、22021/8/8 星期日25分子晶体属非等径圆球密堆积方式：分分子子晶晶体体尽尽可可能能采采取取紧紧密密堆堆积积的的方方式式，但但受受到到分分子子形形状状的的影影响响。例例如：如：干冰采用干冰采用A A1 1型紧密堆积方式型紧密堆积方式 而冰中水分子的堆积受到而冰中水分子的堆积受到 的影响的影响原子晶体原子晶体不服从紧密堆积方式：不服从紧密堆积方式：共价键具有共价键具有 性和性和 性，因此一个原子周围结合性，因此一个原子周围结合其它原子的数目是其它原子的数目是 （有限、无限）的，方向是（有限、无限）的，方向是 （一定、不固定）的。（一定、不固定）的。氢键氢键饱和饱和方向方向有限有限一定一定2

11、021/8/8 星期日26三、晶体结构的基本单元三、晶体结构的基本单元晶胞晶胞简单立方晶胞简单立方晶胞认识几种晶胞：认识几种晶胞：面心立方晶胞面心立方晶胞2021/8/8 星期日27体心立方晶胞体心立方晶胞2021/8/8 星期日28A3型最密堆积及其六方晶胞：型最密堆积及其六方晶胞：2021/8/8 星期日29A1型最密堆积及其面心立方晶胞型最密堆积及其面心立方晶胞立方最密堆积立方最密堆积2021/8/8 星期日30 1.晶胞是晶胞是晶体中最小结构重复单元晶体中最小结构重复单元。2.晶胞必须符合两个条件：晶胞必须符合两个条件：一是代表晶体的化学组成一是代表晶体的化学组成 二是代表晶体的对称性

12、二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相同的对称，即与晶体具有相同的对称 元素元素 对称轴，对称面和对称中心对称轴，对称面和对称中心)。晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同的平行六面体。的平行六面体。3.晶胞按其周期性在三维空间重复排列（无隙并晶胞按其周期性在三维空间重复排列（无隙并置堆砌）成晶体。置堆砌）成晶体。划分晶胞要遵循划分晶胞要遵循2 2个原则：一是尽可能反映个原则：一是尽可能反映 晶体内结构的对称性；二是尽可能小。晶体内结构的对称性；二是尽可能小。2021/8/8 星期日31晶胞中微粒数目的计算晶胞中微粒数目的计算晶胞中的不同位置

13、的微粒是被一个或几个相邻晶胞分享的，晶胞中的不同位置的微粒是被一个或几个相邻晶胞分享的，因此一个晶胞所包含的实际内容是因此一个晶胞所包含的实际内容是“切割切割”以后的部分以后的部分计算方法：切割法计算方法：切割法2021/8/8 星期日32氯化钠晶体氯化钠晶体面心面心体心体心棱上棱上顶点顶点氯离子氯离子钠离子钠离子思考：思考：氯化钠晶体氯化钠晶体中钠离子和氯离子中钠离子和氯离子分别处于晶胞的什分别处于晶胞的什么位置？么位置？2021/8/8 星期日33氯化钠晶体结构氯化钠晶体结构思考：思考：与一个钠离子相与一个钠离子相邻最近且距离相邻最近且距离相等的氯离子有多等的氯离子有多少个？距离是多少个？

14、距离是多少？（图示距离少？（图示距离为为a）123456a2021/8/8 星期日34氯化钠晶体结构氯化钠晶体结构思考：思考：与一个钠离子与一个钠离子相邻最近且距相邻最近且距离相等的钠离离相等的钠离子有多少个？子有多少个？距离是多少？距离是多少？（图示距离为（图示距离为a）a1234567891011122021/8/8 星期日35氯化铯晶体氯化铯晶体 氯化铯的小晶胞铯离子：氯离子：思考：氯化铯晶体思考：氯化铯晶体中氯离子和铯离子中氯离子和铯离子分别处于晶胞的什分别处于晶胞的什么位置？么位置？2021/8/8 星期日36晶胞中微粒的计算晶胞中微粒的计算思考：思考：处于晶处于晶胞顶点上、棱胞顶点

15、上、棱上、面上的离上、面上的离子分别被多少子分别被多少个晶胞共用？个晶胞共用？顶点：顶点：8个个面心：面心：2个个棱心：棱心：4个个2021/8/8 星期日37NaCl晶胞晶胞CsCl晶胞晶胞计算：计算：NaCl晶胞、晶胞、CsCl晶胞中含有的晶胞中含有的阴、阳离子数目分别是多少？阴、阳离子数目分别是多少？钠离子：钠离子：1121/4 4 氯离子：氯离子：8 1/861/2 4 铯离子：铯离子：1氯离子：氯离子：8 1/8 12021/8/8 星期日38方法小结方法小结(对于立方体结构对于立方体结构)n位于位于顶点顶点的微粒，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/8。n位于位于面心面心的微粒

16、，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/2。n位于位于棱上棱上的微粒，晶胞完全拥有其的微粒，晶胞完全拥有其1/4。n位于位于体心体心上的微粒，微粒上的微粒，微粒完全属于完全属于该晶胞。该晶胞。结束2021/8/8 星期日39例例题题：下下图为高温超导领域的一种化合物钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个2）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的个数比是 。63 3 1 1 1 1TiOCaO：121/43Ti:8 1/81Ca：1 2021/8/8 星期日40感悟升华1、某离子晶体晶胞结构如图所示，X位于立方体的

17、顶点，Y位于立方体的中心。试分析：（1）在在一一个个晶晶胞胞中中有有 个个X，个个Y，所所以以该该晶晶体体的化学式为的化学式为_。（2）晶晶体体中中距距离离最最近近的的2个个X与与一一个个Y所所形形成成的的夹夹角角XYX角角度为度为_（填角的度数）（填角的度数）2021/8/8 星期日412、美国科学杂志评选2001年世界科技十大成就中，名列第五的日本青山学院大学教授秋光纯发现的金属间化合物硼化镁超导转变温度高达39K，该金属间化合物的晶体结构如上图。则它的化学式为（）A.MgB B.Mg2B C.MgB2 D.Mg2B32021/8/8 星期日42现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示）

18、，可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为_；乙晶体的化学式为_；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。1:1XY2ZEFC2D2021/8/8 星期日43 某晶胞结某晶胞结构如图所示，构如图所示，晶胞中各微粒晶胞中各微粒个数分别为：个数分别为：铜铜_个个 钡钡_个个 钇钇_个个巩固练习：巩固练习：2312021/8/8 星期日44 、在、在CsCl晶体中晶体中,每个每个Cs+同时吸引着同时吸引着_个个Cl-?每每个个Cl-同时吸引着同时吸引着_个个Cs+?、在、在CsCl晶体中晶体中,每个每个Cs+周围与之等距离且最近的周围与之等距离且最近的Cs+有有_个个?这些这些Cs+可围成怎样的几何图形？可围成怎样的几何图形？、Cs+和和Cl-的数目之比为的数目之比为 、整个晶体中是否存在单个的、整个晶体中是否存在单个的CsCl分子分子_ 5 5、找出、找出CsCl晶体的晶胞，并计算晶体的晶胞，并计算CsCl的一个晶胞中的的一个晶胞中的Cs+和和Cl-个数？个数？8811否否6正八面体正八面体均为均为1练习：练习：右图为氯右图为氯化铯结构化铯结构的一部分：的一部分：2021/8/8 星期日452021/8/8 星期日46