教學(xué)目標(biāo)：知識(shí)與技能 1.了解分子晶體和原子晶體的特征。 2.通過(guò)NaCl、CsCl的晶體結(jié)構(gòu)，學(xué)生知道晶體中粒子的排列規(guī)律。了解離子晶體的特征。 3.通過(guò)對(duì)晶胞的分析，學(xué)生會(huì)計(jì)算晶胞中粒子的個(gè)數(shù)。過(guò)程與方法 通過(guò)幾種典型的晶體（干冰、金剛石、石墨、NaCl、CsCl、金屬）結(jié)構(gòu)的分析，學(xué)生能從三維的角度考慮粒子在空間的分布。情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)課件的展示，學(xué)生能感受晶體的外在美和內(nèi)在美。
江西省鷹潭市第一中學(xué) 桂耀榮
晶體為什么具有自己的特性呢?
1.晶胞：晶體中的最小重復(fù)單元（基本單元）
一般來(lái)說(shuō),晶胞都是平行六面體(其邊長(zhǎng)不一定相等也不一定垂直)------通過(guò)上、下、左、右、前、后的平移能與下一個(gè)晶胞完全重合.
代表晶體的化學(xué)組成（化學(xué)式）及對(duì)稱性
4.晶胞和晶體的關(guān)系：
晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞“無(wú)隙并置”而成.(蜂巢和蜂室的關(guān)系---教材63頁(yè)圖3-7)
“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一個(gè)晶胞到另一個(gè)晶胞只需平移，不需轉(zhuǎn)動(dòng)
“無(wú)隙”指相鄰的晶胞之間沒(méi)有任何間隙；一個(gè)晶胞與相鄰的晶胞完全共頂點(diǎn)、共棱邊、共面
“完全等同”指所有晶胞的形狀、內(nèi)部的原子種類、個(gè)數(shù)及幾何排列完全相同
5.三種典型立方晶胞結(jié)構(gòu)：
銅晶體的一個(gè)晶胞中含有多少個(gè)銅原子? A: 14 B: 4 C: 8 D: 6
問(wèn)題（P63 圖3-7）：
6.晶胞中微粒個(gè)數(shù)的計(jì)算
方法：均攤法（或切割法）
若微粒被n個(gè)晶胞共用，均攤一個(gè)晶胞中為1／n
晶胞中粒子個(gè)數(shù)計(jì)算規(guī)律（切割法）
各4個(gè)綠色：8× 1/8+6×1/2 = 4灰色：12× ?+1=4
練習(xí): 下面幾種晶胞中分別含有幾個(gè)原子?
1.鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好, 介電常數(shù)高,在小型變 壓器、話筒和擴(kuò)音器 中都有應(yīng)用。其晶體 的結(jié)構(gòu)示意圖如右圖 所示。則它的化學(xué)式 為（ ） A.BaTi8O12 B. BaTi4O6 C. BaTi2O4 D. BaTiO3
【練習(xí)】最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如下圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式是 。
解析：由于本題團(tuán)簇分子指的是一個(gè)分子的具體結(jié)構(gòu)，并不是晶體中的最小的一個(gè)重復(fù)單位，不能采用均攤法分析，所以只需數(shù)出該結(jié)構(gòu)內(nèi)兩種原子的數(shù)目就可以了。答案為：Ti14C13
在使用均攤法計(jì)算規(guī)律時(shí)一定先看清楚晶胞構(gòu)型；若晶胞構(gòu)型不是立方體，晶胞中的微粒數(shù)視情況而定??！
石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu)（如圖），試回答下列問(wèn)題：（1）圖中平均每個(gè)正六邊形占有C原子數(shù)為_(kāi)___個(gè)、占有的碳碳鍵數(shù)為_(kāi)___個(gè)。碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)鍵數(shù)目之比為_(kāi)______。
在晶體結(jié)構(gòu)中確定一個(gè)具有代表性的最小重復(fù)單元為研究對(duì)象，運(yùn)用點(diǎn)、線、面的量進(jìn)行解答。（摩爾質(zhì)量、阿伏加德羅常數(shù)與密度的關(guān)系）
1.NaCl晶體中，每個(gè)Na+周 圍最近距離的Cl-有 個(gè)？ 每個(gè)Cl-周圍最近距離的 Na+有 個(gè)？2.在NaCl晶體中，每個(gè)Na+周 圍最近距離的Na+有 個(gè)？3.氯化鈉的化學(xué)式用“NaCl”來(lái)表示，原因何在？能否 把“NaCl”稱為分子式？ 4.每個(gè)晶胞中平均有 個(gè)Na+？ 個(gè)Cl-？（位于頂 點(diǎn)、棱邊、面心、體心上的粒子對(duì)該晶胞的貢獻(xiàn)）5.該晶胞中，若Na+和Cl-間的最近距離為0.5ax10-10m，則晶體的密度?=
0·39/a3 （g/cm3）
解法3：依ρ= m/v
每個(gè)晶胞中所含的Na+和Cl－的個(gè)數(shù)均為4個(gè)，即含4個(gè)“NaCl”。
每個(gè)晶胞的體積為： (a×10-8)3㎝3
故NaCl晶體的密度為：
即含4個(gè)“NaCl”所占的體積為：(a×10-8)3㎝3那么1個(gè)“NaCl”所占的體積為：(a×10-8)3 /4 ㎝3則：1mlNaCl所占的體積為： 6.02×1023 · (a×10-8)3 /4 ㎝3而1mlNaCl的質(zhì)量為：58.5g
CsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖
1.在CsCl晶體中，每個(gè)Cs+周圍最近距離的Cs+ 有幾個(gè)？每個(gè)Cl-周圍最近距離的Cl-有幾個(gè)？2.分析“CsCl” 化學(xué)式的由來(lái)。
每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體，且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2。每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，12個(gè)原子。在每個(gè)CO2周圍等距離的最近的CO2有12個(gè)(同層4個(gè)，上層4個(gè)、下層4個(gè))
1.晶體與非晶體的嚴(yán)格判別可采用 ( ) A. 有否自范性 B.有否各向異性 C.有否固定熔點(diǎn) D.有否周期性結(jié)構(gòu)
2.某物質(zhì)的晶體中含A、B、C三種元素，其排列方式如圖所示(其中前后兩面心上的B原子未能畫(huà)出)，晶體中A、B、C的中原子個(gè)數(shù)之比依次為 ( ) A. 1:3:1 B. 2:3:1 C. 2:2:1 D. 1:3:3
3. 1987年2月，未經(jīng)武（Paul Chu）教授等發(fā)現(xiàn)鈦鋇銅氧化合物在90K溫度下即具有超導(dǎo)性。若該化合物的結(jié)構(gòu)如右圖所示，則該化合物的化學(xué)式可能是 （ ） A. YBa2CuO7－x B. YBa2Cu2O7－x C. YBa2Cu3O7－x D. YBa2Cu4O7－x
4.白磷分子如圖所示：則31 g白磷分子中存在的共價(jià)鍵數(shù)目為（　 ）
A．4 NA B．NA　 C．1.5 NA D．0.25 NA
5．某離子化合物的晶胞如右圖所示立體結(jié)構(gòu)，晶胞是整個(gè)晶體中最基本的重復(fù)單位。陽(yáng)離子位于此晶胞的中心，陰離子位于8個(gè)頂點(diǎn)，該離子化合物中，陰、陽(yáng)離子個(gè)數(shù)比是 （ ） A、1∶8 B、1∶4 C、1∶2 D、1∶1
6.如右圖石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個(gè)最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為（ ）A、2 B、3 C、4 D、6
7. 許多物質(zhì)在通常條件下是以晶體的形式存在，而一種晶體又可視作若干相同的基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，這些基本結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)化學(xué)中被稱作晶胞。已知某化合物是由鈣、鈦、氧三種元素組成的晶體，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則該物質(zhì)的化學(xué)式為 （ ） A．Ca4TiO3 B．Ca4TiO6 C．CaTiO3 D．Ca8TiO120
8.下列有關(guān)晶體的特征及結(jié)構(gòu)的陳述中不正確的是 （ ）?? A 單晶一般都有各向異性 ?? B 晶體有固定的熔點(diǎn)?? C 所有晶體都有一定的規(guī)整外形 D 多晶一般不表現(xiàn)各向異性
多晶指的是多種晶形共存，單晶指只有一種晶形。 單晶體- 晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致. 多晶體—許多晶粒組成
9. 晶體中最小的重復(fù)單元——晶胞，①凡處于立方體頂點(diǎn)的微粒，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有；②凡處于立方體棱上的微粒，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有；③凡處于立方體面上的微粒，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有；④凡處于立方體體心的微粒，同時(shí)為 個(gè)晶胞共有。
10. 現(xiàn)有甲、乙、丙(如下圖》三種晶體的晶胞：(甲中x處于晶胞的中心，乙中a處于晶胞的中心)，可推知：甲晶體中x與y的個(gè)數(shù)比是__________，乙中a與b的個(gè)數(shù)比是__________，丙晶胞中有_______個(gè)c離子，有____________個(gè)d離子。
10.解析：x:y＝4:3 a：b＝1：1 4個(gè)c 4個(gè)d 處于晶胞中心的x或a為該晶胞單獨(dú)占有，位于立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)立方體共有，位于立方體棱邊的微粒為四個(gè)立方體共有，位于立方體面的微粒為兩個(gè)立方體共有，所以x:y＝l:6×1／8＝4:3；a:b=1:8×1／8＝1:1；丙晶胞中c離子為12×1／4+1＝4(個(gè))；d離子為8×1／8 + 6×1／2＝4(個(gè))
11.右圖是超導(dǎo)化合物————鈣鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu)。請(qǐng)回答：(1)該化合物的化學(xué)式為????????? 。(2)在該化合物晶體中，與某個(gè)鈦離子距離最近且相等的其他鈦離子共有???? ?? 個(gè)
11.解析：這個(gè)晶胞對(duì)位于頂點(diǎn)上的每個(gè)鈦原子占有的份額為1/8，所以，它單獨(dú)占有的鈦原子個(gè)數(shù)為8×1/8=1個(gè)；它對(duì)位于棱上的每個(gè)氧原子占有的份額為1/4，所以，它單獨(dú)占有的氧原子個(gè)數(shù)為12×1/4=3個(gè)；它全部擁有體內(nèi)的那一個(gè)鈣原子，所以，該晶胞中單獨(dú)占有的鈦原子、氧原子和鈣原子的個(gè)數(shù)分別為：1、3、1.鈦位于立方體的頂點(diǎn)上，與一個(gè)鈦離子距離最近的鈦離子是與它共棱的,與它共棱的離子都是二個(gè)，所以，共6個(gè)。
12．右圖是石英晶體平面示意圖，它實(shí)際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中硅、氧原子數(shù)之比為 。原硅酸根離子SiO44－的結(jié)構(gòu)可表示為_(kāi)______ 二聚硅酸根離子Si2O76－中，只有硅氧鍵，它的結(jié)構(gòu)可表示為 。
13. 在干冰晶體中每個(gè)CO2分子周圍緊鄰的 CO2分子有___________個(gè) 在晶體中截取一個(gè)最小的正方形；使正方形的四個(gè)頂點(diǎn)部落到CO2分子的中心，則在這個(gè)正方形的平面上有___________個(gè)CO2分子。
14.如圖為NaCl晶體結(jié)構(gòu)圖，圖中直線交點(diǎn)處為NaCl晶體中Na+與Cl-所處的位置(不考慮體積的大小)。(1)請(qǐng)將其代表Na+的用筆涂黑圓點(diǎn)，以完成 NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖。(2)確定晶體的晶胞，分析其構(gòu)成。(3)從晶胞中分Na+周圍與它最近時(shí)且距離相等的 Na+共有多少個(gè)?
14. (1) 含8個(gè)小立方體的NaCl晶體示意 圖為一個(gè)晶胞
(2) 在晶胞中Na+與Cl-個(gè)數(shù)比為1:1.
[拓展提高]1996年諾貝化學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)發(fā)現(xiàn)C60有重大貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。C60分子是形如球狀的多面體(如圖)，該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮：①C60分子中每個(gè)碳原子只跟相鄰的3個(gè)碳原子形成化學(xué)鍵；②C60分子只含有五邊形和六邊形；③多面體的頂點(diǎn)數(shù)、面數(shù)和棱邊數(shù)的關(guān)系，遵循歐拉定理：頂點(diǎn)數(shù)＋面數(shù)－棱邊數(shù)＝2
據(jù)上所述，可推知C60分子有12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形，C60分子所含的雙鍵數(shù)為30。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：15.固體C60與金剛石相比較，熔點(diǎn)較高者應(yīng)是____________，理由是：________________________________________________.16.試估計(jì)C60跟F2在一定條件下，能否發(fā)生反應(yīng)生成C60F60(填“可能”或“不可能”)__________，并簡(jiǎn)述其理由：______________________________________________。
金剛石屬原子晶體,而固體C60不是，故金剛石熔點(diǎn)較高。
因C60分子含30個(gè)雙鍵，與極活潑的F2發(fā)生加成反應(yīng)即可生成C60F60
17.通過(guò)計(jì)算，確定C60分子所含單鍵數(shù)。C60分子所含單鍵數(shù)為 。18. C70分子也已經(jīng)制得,它的分子結(jié)構(gòu)模型可以與C60同樣考慮面推知。通過(guò)計(jì)算確定C70分子中五邊形和六邊形的數(shù)目。
C60分子形成的化學(xué)鍵數(shù)為：1/2（3*60）=90 由歐拉定理計(jì)算鍵數(shù)(即棱邊數(shù)):60+(12+20)-2=90
18.解析:設(shè)C70分子中五邊形數(shù)為x,六邊形數(shù)為y.依題意可得方程組:
頂點(diǎn)數(shù)＋面數(shù)－棱邊數(shù)＝2
解得: 五邊形數(shù) x = 12 六邊形數(shù) y = 25

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第一節(jié) 晶體的常識(shí)

版本： 人教版 (新課標(biāo))

年級(jí)： 選修3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

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