高中化学第三章晶体结构与性质1晶体的常识教学案新人教版选修3.docx

高中化学第三章晶体结构与性质1晶体的常识教学案新人教版选修3.docx

《高中化学第三章晶体结构与性质1晶体的常识教学案新人教版选修3.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学第三章晶体结构与性质1晶体的常识教学案新人教版选修3.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高中化学第三章晶体结构与性质1晶体的常识教学案新人教版选修3

第一节　晶体的常识

学习目标：

1.了解晶体的特点。

2.了解晶体与非晶体的差异。

3.掌握晶胞的概念，能运用“均摊法”计算晶胞中微粒的数目。

[知识回顾]

1．常见的物质聚集状态有哪些？

答：

气态、液态和固态。

2．根据有无固定熔点，固体怎么划分？

答：

分为晶体和非晶体。

[要点梳理]

1．晶体与非晶体

（1）晶体概念

具有规则的几何外形的固体，叫晶体。

如：

NaCl晶体，I2晶体……；不具有规则的几何外形的固体，叫非晶体（又称玻璃体）。

（2）获得晶体的三条途径

①熔融态物质凝固。

②气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。

③溶质从溶液中析出。

（3）晶体的特点

①自范性

a．定义：

在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现规则的多面体外形，这称为晶体的自范性。

非晶态物质没有这个特性。

b．形成条件：

晶体生长的速率适当。

c．本质原因：

晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。

②晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质即各向异性。

③晶体的熔点固定。

④外形和内部质点的高度有序性。

⑤晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。

（4）区分晶体和非晶体最可靠的科学方法：

对固体进行X射线衍射实验。

2．晶胞

（1）概念

晶胞是晶体中最小的结构重复单元。

（2）结构

晶胞一般都是平行六面体，晶体是由无数晶胞“无隙并置”而成。

①无隙：

相邻晶胞之间无任何间隙。

②并置：

所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

③所有晶胞的形状及内部的原子种类及几何排列是完全相同的。

知识点一　晶体与非晶体

1．晶体和非晶体在结构上的差异，导致它们在性质上有所不同。

通过固体的某些性质，可以判断某一固体是晶体还是非晶体。

二者的差异见下表：

固体　　　

性质

晶体

非晶体

自范性（本质区别）

有

无

是否均一

均一

不均一

固定熔沸点

有

无

某些物理性质

的各向异性

有

无

能否发生X射线衍射

（最科学的区分方法）

能

不能

（能发生散射）

举例

NaCl晶体、I2晶体、SiO2晶体、Na晶体等

玻璃、橡胶等

2.晶体和非晶体的鉴别

当不易从外形上判断一种固体是不是晶体时，可利用晶体具有固定的熔点这一特性来进行判断。

当然，最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验加以区分。

例如，将单一波长的X－射线分别通过晶体SiO2和非晶体SiO2时，晶体SiO2能使X－射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X－射线产生衍射，只有散射效应。

非晶态二氧化硅与晶态二氧化硅X－衍射图谱对比如下图所示。

[问题探究]

1．区分晶体与非晶体的最可靠的方法是什么？

[答案]　区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验。

2．在室温下，将一块不规则的CuSO4·5H2O固体，放入饱和CuSO4溶液中，经过一段时间后会发生什么变化？

为什么？

[答案]　CuSO4·5H2O固体会变成规则的立方体。

因为CuSO4·5H2O溶解和结晶是可逆过程。

根据晶体的自范性可知，在溶解和结晶的过程中，离子会自发地规则排列，形成规则的立方体。

1.

（1）晶体具有自范性的本质原因是：

晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。

（2）固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等都是非晶体（又称玻璃体），不属于晶体。

2．晶体与非晶体的本质区别在于构成固体的粒子在微观空间里是否呈现周期性的有序排列，有无固定熔点只是其结构的外在性质表现。

观察教科书中P62玻璃的结构示意图可知，构成玻璃的粒子无周期性的排列，即排列是无序的，所以玻璃是非晶体。

（1）晶体有规则的几何外形，但有规则几何外形的不一定是晶体。

如玻璃、塑料等相关制品。

（2）同一物质有时是晶体，有时也是非晶体。

如晶体SiO2和非晶体SiO2。

1．下列叙述中正确的是（　　）

A．具有规则几何外形的固体一定是晶体

B．晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形

C．具有各向异性的固体一定是晶体

D．晶体、非晶体均具有固定的熔点

[解析]　晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做周期性重复排列，B项错误；晶体所具有的规则几何外形、各向异性是其内部微粒规律性排列的外部反映。

有些人工加工而成的固体也具有规则的几何外形，但具有各向异性的固体一定是晶体，A项错误，C项正确；晶体具有固定的熔点而非晶体不具有固定的熔点，D项错误。

故选C。

[答案]　C

2．下列物质中，属于晶体的是________，具有固定的熔点的是________。

A．橡胶　B．玻璃　C．食盐　D．水晶　E．塑料　F．胆矾

G．陶瓷

[解析]　固体有晶体和非晶体之分，晶体是内部粒子（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的固体物质，如食盐、冰、金属、水晶等都是晶体；非晶体是内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质，如玻璃、橡胶等都是非晶体。

晶体有固定的熔沸点，非晶体无固定的熔沸点，据此可作出选择。

[答案]　CDF　CDF

结构决定性质，性质决定用途。

性质和用途的差异不是晶体和非晶体的本质差异。

知识点二　晶胞

1．晶胞

晶胞是构成宏观晶体的基石，也是连接宏观晶体与微观原子之间的桥梁。

晶胞是晶体微观结构的基本单元，要研究晶体，必须先了解晶胞。

在观察晶胞图时，切记晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上、下、左、右、前、后“无隙并置”地排列着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数以及几何排列都是完全相同的。

2．均摊法

（1）均摊法：

指每个晶胞平均拥有的粒子数目。

如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有

属于这个晶胞。

（2）中学中常见的晶胞为立方晶胞，原子在立方晶胞的顶点、棱、面上以及晶胞内时，一个晶胞平均占有的原子如下图所示。

立方晶胞中粒子数的计算方法如下：

如图所示的NaCl晶胞中，Na＋占据立方体的体心和12条棱的中心，Cl－占据立方体的顶点和面心，则Na＋在晶胞中的数目为：

12×

＋1×1＝4（个），Cl－在晶胞中的数目为：

8×

＋6×

＝4（个）。

因此，在NaCl晶胞中Na＋个数与Cl－个数比为1∶1，故NaCl晶体的化学式为NaCl。

（3）非长方体（正方体）晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占

。

（4）六棱柱晶胞

①处于顶点的微粒，同时为6个晶胞所共有，每个晶胞占有该微粒的1/6；

②处于侧棱上的微粒，同时为3个晶胞所共有，每个晶胞占有该微粒的1/3；

③处于底棱上的微粒，同时为4个晶胞所共有，每个晶胞占有该微粒的1/4；

④处于面上的微粒，同时为2个晶胞所共有，每个晶胞占有该微粒的1/2；

⑤处于晶胞内部的微粒，则完全属于该晶胞。

[问题探究]

1．晶胞是否全是平行六面体？

[答案]　不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。

2．晶胞是晶体的最小重复单位，也是物质最基本的构成微粒吗？

[答案]　不是，物质最基本的构成微粒可以看成原子、分子、离子或原子团。

不同晶胞中所含微粒的种类、个数不同。

并且根据粒子种类和作用力类型，把晶体分为：

分子晶体、原子晶体、金属晶体、离子晶体四类。

晶胞只是晶体微观结构里的一个基本单元，在它的上、下、左、右、前、后无隙并置地排列着无数晶胞，因此，确定晶胞中的粒子数目，必须考虑晶胞中的粒子是几个晶胞共有的，有几分之一属于这个晶胞。

如1个Cu晶胞中含有4个Cu原子，1个NaCl晶胞中含有4个Na＋、4个Cl－，1个CsCl晶胞中含有1个Cs＋、1个Cl－。

切不可简单而错误地认为一个铜晶胞中含有14个铜原子、1个NaCl晶胞中有14个Na＋（或Cl－）和13个Cl－（或Na＋）、1个CsCl晶胞中共有8个Cs＋（或Cl－）和1个Cl－（Cs＋）。

（1）晶体的晶胞不一定只是一个小立方体。

例如食盐晶体的晶胞是由8个小立方体构成的大立方体。

（2）晶胞中粒子个数的计算，要正确分析晶胞中任意位置上的一个粒子被几个晶胞所共用。

（3）对于独立原子构成的分子则不能用均摊法。

如由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面上的原子是M原子，棱中心和体心的原子是N原子，由于M、N原子并不存在共用关系，所以由气态团簇分子结构图可知，其分子式可由示意图查原子个数来确定，M原子共14个，N原子13个，即分子式为M14N13。

1．现有甲、乙、丙（如图）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________，一个丙晶胞中可以均摊到________个c离子，________个d离子。

[解析]　据均摊法规律：

甲中体心的x为1，顶点y为

×6，所以x∶y＝1∶

＝4∶3。

同理可算出乙中a、b个数比为1∶1；一个丙晶胞可以均摊到4个c离子，4个d离子。

[答案]　4∶3　1∶1　4　4

2．元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。

（1）该晶体的阳离子与阴离子个数比为________。

（2）该晶体中Xn＋离子中n＝________。

（3）X元素的原子序数是________。

（4）晶体中每个N3－被________个等距离的Xn＋离子包围。

[解析]　　

（1）Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×

＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×

＝1个，故其个数比为31；

（2）由晶体的化学式X3N知X所带电荷为1；

（3）因为K、L、M三个电子层充满，故为2、8、18，所以X的原子序数是29；

（4）N3－位于晶胞顶角，故其被6个Xn＋在上、下、左、右、前、后包围。

[答案]　

（1）3∶1　

（2）1　（3）29　（4）6

确定晶胞中的粒子数目时，首先要看给出的图形是否为晶体的晶胞，若是晶体的晶胞，再分析某个粒子为几个晶胞共有；若不是晶体的晶胞，则按实际结构找出相应的粒子的数目。

[知识脉络]

[核心要点]

1．晶体具有自范性、各向异性和固定的熔点。

2．晶胞都是平行六面体，相邻晶胞之间没有空隙，所有晶胞平行排列，取向相同。

3．立方晶胞顶点上的粒子为8个晶胞共有，面上的粒子为2个晶胞共有，棱上的粒子为4个晶胞共有。

1．下列物质都是固体，其中不是晶体的是（　　）

①橡胶　②水晶　③冰　④干冰　⑤冰醋酸　⑥石蜡　⑦玻璃

A．①⑥⑦B．①②⑦

C．②④⑤⑦D．①③⑥⑦

[解析]　橡胶、石蜡、玻璃都是混合物，不是晶体；水晶（SiO2）、冰、干冰、冰醋酸都是晶体。

[答案]　A

2．最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。

鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。

该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用•表示，镍原子用○表示，镁原子用●表示）如图所示。

则该晶体的化学式是（　　）

A．Mg2CNi3B．MgC2Ni

C．MgCNi2D．MgCNi3

[解析]　该晶体的结构单元中含Mg原子个数：

8×

＝1；含Ni原子个数：

6×

＝3；含C原子个数：

1。

[答案]　D

3．氢是重要而洁净的能源。

要利用氢气作为能源，必须解决好安全有效地储存氢气的问题。

化学家研究出利用合金储存氢气的方法，其中镧（La）镍（Ni）合金是一种储氢材料，这种合金的晶体结构已经测定，其基本结构单元如图所示，则该合金的化学式可表示为（　　）

A．LaNi5B．LaNi

C．La4Ni24D．La7Ni12

[解析]　根据题图物质的结构知La原子的数目为：

（12×

＋2）×

＝3，而Ni原子的数目为：

12×

＋6＋6×

＝15，所以La与Ni的原子个数比为3∶15＝1∶5。

[答案]　A

4．某晶胞结构如图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体的中心。

试分析：

（1）在一个晶胞中有________个X，________个Y，晶体的化学式为________。

（2）晶体中距离最近的两个X与一个Y所形成的夹角∠XYX角度为________（填角的度数）。

[解析]　

（1）Y的个数为1，X的个数为4×1/8＝1/2，所以X∶Y＝1∶2，因此化学式为XY2。

（2）X与Y之间的连接线构成一个正四面体，类似甲烷的分子结构，所以∠XYX角度等于甲烷中的键角，为109°28′。

[答案]　

（1）1/2　1　XY2　

（2）109°28′