1、第1节认识晶体基础课时11认识晶体学 习 任 务1.通过生活中常见晶体和非晶体的实例，了解晶体的特征，认识晶体与非晶体的区别。培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞，会用切割法确定晶胞微粒数目及晶体化学式。建立晶体结构认知模型。一、晶体的特性1晶体的概念(1)晶体：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的固体物质。(2)非晶体：内部微粒无周期性重复排列的固体物质。2晶体的特性晶体的特性具体表现举例或应用自范性在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形水晶，晶体完好时呈六棱柱状对称性由于晶体内部的微粒在空
2、间按照一定规律做周期性重复排列，使晶体在生长过程中依据内部微粒的规则排列形成规则的多面体几何外形，从而具有特定的对称性规则的食盐晶体具有立方体外形，它既有对称轴也有对称面各向异性在不同的方向上表现出不同的物理性质(如导电性、导热性、膨胀系数、折光率等)石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的1万倍固定的熔、沸点加热晶体，温度达到熔点时即开始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高，完全熔化后，温度才继续升高氯化钠、冰等都具有固定的熔、沸点能使X射线产生衍射当入射光的波长与光栅缝隙大小相当时，能产生光的衍射现象。X射线的波长与晶体中原子之间的距离大小相近，所以晶体是理想
3、的光栅，它能使X射线产生衍射利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法(1)晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？提示：晶体一定是固体，固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等。(2)晶体的各向异性及对称性是由哪些因素引起的？提示：晶体内部微粒在空间按照一定规律作周期性重复排列，使晶体具有规则几何外形和对称性；内部微粒在各个方向上的不同排列是晶体具有各向异性的本质原因。3晶体的分类(1)分类标准：根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同。(2)分类晶体类型构成微粒微粒间的相互作用实例离子晶体阴、阳离子离子键NaCl金属晶体金属阳离子、自由电子金属键铜共价晶体(原子晶体)原子共价键金刚石分子晶体分
4、子分子间作用力冰4晶体与非晶体的用途(1)晶体：把机械能变成电能。制作红外夜视仪。做电子元件。(2)非晶体：某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高。非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大，可以有效吸收阳光。二、晶体结构的基本重复单元晶胞概念晶体结构中基本的重复单元形状大小、形状完全相同的平行六面体晶体中晶胞的排列方式无隙并置“切割法”计算某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，则微粒的1/n属于该晶胞注意：晶胞的形状大多数是平行六面体，但也有其他形状，如三棱柱、八面体等。(1)区分晶体与非晶体最可靠的方法是确定有没有固定的熔点。()(2)粉末状固体也可能是晶体。()(3)由晶胞组成
5、的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。()答案(1)(2)(3)如图所示，铜晶胞中含有的铜原子数为_。铜晶胞中的原子及其切割示意图提示：864。正确区别晶体和非晶体明矾石蜡1如图所示，明矾和石蜡均有规则的几何外形，两者均为晶体吗？提示：明矾是晶体，石蜡是非晶体。利用外形区别晶体和非晶体不可靠。2晶体与非晶体的本质区别是什么？提示：物质内部的微粒是否有序排列。3晶体的特征有哪些？提示：自范性，各向异性，对称性，规则的几何外形。固体外观微观结构自范性各向异性熔点晶体具有规则的几何外形微粒在三维空间周期性有序排列有各向异性固定非晶体不具有规则的几何外形微粒排列相对无序没有各向同性不固定本质区别微
6、观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列1(2021四川乐山高二期末)区别晶体与非晶体的最科学的方法是()A观察各向异性BX射线衍射实验C测定熔点高低 D观察自范性B多晶体没有各向异性，A不符合题意；晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列，构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图像反映出来，B符合题意；有些晶体的熔点较低，如Na等金属晶体，C不符合题意；只有在适宜的条件下晶体才能表现出自范性，D不符合题意。2下列叙述正确的是()A固体SiO2一定是晶体B晶体有固定的组成，非晶体没有固定的组成C晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有
7、序排列D冰和固体碘晶体中相互作用力相同CSiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类，故固体SiO2不一定是晶体，A错误；晶体有固定的组成，但一些非晶体，如无定形SiO2也具有固定组成，B错误；晶体内部的微粒按一定规律呈周期性有序排列，C正确；冰晶体中水分子间存在氢键和范德华力，碘晶体中碘分子之间只有范德华力，二者晶体中相互作用力不相同，D错误。切割法计算晶胞中微粒数目1计算晶胞中的微粒数目为什么采用切割法？提示：整块晶体可以看做是数量巨大的晶胞堆积而成。位于晶胞顶点、棱上、面上的微粒并不为一个晶胞所独占，因此，需采用切割法。2晶体与晶胞的关系是怎样的？提示：将一个个晶胞及其包含的微粒上、下、前、
8、后、左、右并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中包含的微粒的种类、数目和空间位置，就可以了解整个晶体的结构。晶体与晶胞的关系好比蜂巢与蜂室的关系。1平行六面体晶胞中不同位置的微粒数的计算某个微粒为n个晶胞所共有，则该微粒有属于这个晶胞。2非平行六面体形结构单元若结构单元不是平行六面体形，则微粒对结构单元的贡献视情况而定，与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况。以右图的三棱柱形结构单元为例，要12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住，所以顶点为12个结构单元共用，相应的其侧棱被6个结构单元共用，上下边为4个结构单元所有，中间为一个结构单元独有：A：4B：36
9、2C：111因此，A、B、C三种微粒的个数比为163。3气态团簇分子不能用切割法如图所示，由金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，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，则分子式可表示为M14N13或N13M14。1某离子化合物的晶胞结构如图所示，晶胞是整个晶体中最基本的重复单元。阴离子位于此晶胞的中心，阳离子位于8个顶点，该离子化合物中，阴、阳离子个数之比是()A18 B14 C12 D11D根据切割法，由题图结合题给信息可知阴离子位于此晶胞的中心，数目为1，阳离子位于8个顶点，数目为81，所以阴、阳离子个数之比是11，D项正确。2硼和镁可形成超导化合物。如图是该化合物的
10、晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为()AMgBBMg3B2 CMgB2 DMg2B3B根据晶体结构单元可知，在正六棱柱顶点上的镁原子被6个正六棱柱所共用，在上、下面上的镁原子被2个正六棱柱所共用，侧棱上的硼原子被3个正六棱柱所共用，根据均摊法可知晶胞中Mg原子个数为2263，B原子的个数为62，所以晶体中Mg原子和B原子的个数比为32，化学式为Mg3B2，B正确。3如图所示的甲、乙、丙三种晶体：甲乙丙试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)为_，乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是_，丙晶体中每个D周围结合E的
11、个数是_个。解析甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体的顶点，实际有4个，N(X)N(Y)121，故甲的化学式为X2Y；乙中A有81个，B有63个，C在体心，有1个，故N(A)N(B)N(C)131；丙中D被8个同样的晶胞共用，故结合E的个数是8个。答案X2Y1318与晶胞的有关的计算1计算类型(1)计算晶胞中微粒的数目，进而求化学式。(2)计算晶胞的质量，进而计算晶体的密度。(3)计算晶胞的空间利用率。(4)计算晶胞中微粒间的距离或晶胞参数。2计算原理(1)求化学式：根据切割法计算出一个晶胞中所含微粒数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。(2)计算密度：利用公式
12、g/cm3，式中N与晶胞的组成有关，M为晶体的摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数，V为晶胞的体积，其单位为cm3，为晶体的密度，其单位为g/cm3。如图所示为NaCl晶体的晶胞，图中晶胞的边长为a cm，则 g/cm3。(3)晶胞的空间利用率100%。(4)计算晶胞参数：立方晶胞中可利用公式V，Va3，得a。1已知某化合物的晶体是由如图所示的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是()A1 mol该化合物中含有1 mol YB1 mol该化合物中含有3 mol CuC1 mol该化合物中含有2 mol BaD该化合物的化学式是YBa2Cu3O6D由图可知，白球代表的Y原子位于长方体
13、的八个顶点上，大黑球代表的钡原子位于长方体的四条棱上，灰球代表的铜原子位于长方体的内部，小黑球代表的氧原子有的位于长方体的内部、有的位于长方体的面上，运用均摊法可计算出Y原子个数为81，钡原子个数为82，铜原子个数为3，氧原子个数为1027，故该化合物的化学式为YBa2Cu3O7。综上可知，D项错误。2如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的相对分子质量用M表示，则CsCl晶体的密度(gcm3)为()ABCDD由均摊法求得CsCl晶胞含有1个CsCl微粒，其质量是M/NA g，再由相邻的两个Cs的核间距为a cm，求出该晶胞的体积是a3c
14、m3，所以晶胞的密度是gcm3，晶体的密度和晶胞的密度是一样的。1仔细观察右图，它表示()A晶体B晶体或非晶体C非晶体D不能确定C观察最右侧一个空隙中有2个大球，而左上角一个空隙中有1个大球，因此此固体的构成微粒排列无序，为非晶体。2下列有关晶胞的叙述，正确的是()A晶胞的结构就是晶体的结构B不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞D已知晶胞的组成就可推知晶体的组成D构成晶体的基本重复单元称为晶胞，晶胞的结构并不是晶体的结构，A错误；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体的晶胞大小和形状不一定相同，B错误；晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有，不完全属于某
15、个晶胞，C错误；已知晶胞的组成，利用切割法即可推知晶体的组成，D正确。3某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其晶胞中原子的排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数比为()A131B231C121D133C由题图可知，该晶胞中A原子个数为81，B原子个数为42，C原子个数为1，所以晶体中A、B、C的原子个数比为121，C正确。4某晶体的晶胞结构如图所示，这种晶体中A、B、C三种原子的数目比为()A394B142C294 D385B该晶胞中含A原子个数为6，B原子个数为632，C原子个数为1，则A、B、C原子的个数比为21142。5Na3OCl晶体属于立方晶系，其晶胞结构如图所示。已知：晶胞参数为a nm，密度为d gcm3。(1)Na3OCl晶胞中，氯离子位于各顶点位置，钠离子位于_位置，两个钠离子之间的最短距离为_nm。(2)用a、d表示阿伏加德罗常数的值NA_(列计算式)。解析(1)Na3OCl晶胞结构中空心白球数目为63，顶点阴影球(氯离子)数目为81，实心黑球数目为111，根据化学式Na3OCl，可判断钠离子应为空心白球，处在晶胞的面心，两个钠离子之间的最短距离为晶胞中边长的倍，即a nm。(2)已知晶胞参数为a nm，密度为d gcm3，则d gcm3，解得：NA。答案(1)面心a(2)