高二化学物质结构与性质优质学案3：3.1认识晶体

第3章物质的聚集状态与物质性质

第1节认识晶体

学习目标

1.了解晶体的重要特征。

2.通过等径圆球与非等径圆球的堆积模型认识晶体中微粒排列的周期性规律。

3.了解晶胞的概念，以及晶胞与晶体的关系，会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。

自主学习

知识点一晶体的特性

1.晶体的概念

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．晶体的特性

(1)晶体的自范性：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。

(2)晶体的各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。

(3)晶体的对称性：晶体具有规则的几何外形。

3．晶体的分类

根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，可以将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。

思考交流

1．晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？

2．晶体的自范性、各向异性及对称性是由哪些因素引起的？

知识点二晶体结构的堆积模型

1.等径圆球的密堆积

2.非等径圆球的密堆积

知识点三晶体结构的最小重复单元——晶胞

思考交流

3．由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？

探究学习

探究一晶体的特征与分类

【问题导思】

①晶体有哪些特点？

【提示】见1。

②晶体分几类？

【提示】分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体

1．晶体的特征

2．分类

【例1】下列叙述中，不正确的是()

A．具有规则几何外形的固体一定是晶体

B．晶体内部粒子按一定的规律周期性重复排列

C．具有各向异性的固体一定是晶体

D．依据构成微粒的作用力不同可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体

变式训练

1．下列性质不能用于鉴别晶体的是( ) A ．各向异性 B ．有无固定熔点 C ．无色透明固体

D ．X －射线衍射

探究二 晶体结构的堆积模型

【问题导思】

①等径圆球的密堆积有几种堆积方式？【提示】 A 1型和A 3型两种堆积方式。②不同晶体中的粒子的排序方式相同吗？【提示】 见3、4

1．面心立方最密堆积(A 1型)

将第一密置层记作A ，第二层记作B ，B 层的球心对准A 层中相邻三个球所围成的空隙的中心；第三层记作C ，C 层上的小球的球心正好落在A 层球所形成的另一类空隙的中心，以后各层分别重复A ，B ，C 等，这种排列方式三层为一周期，记作…ABCABC …，如图。

由于在这种排列中可以画出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密堆积。 2．六方最密堆积(A 3型)

将密置层按…ABAB

…方式做最密堆积，这时重复周期为两层，如图。由于在这种排列

方式中可画出密排六方晶胞，故称此排列为六方最密堆积。

由以上堆积可知，同一层上每个球与同层中周围6个球相接触，同时又与上下两层中各3个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，上述两种堆积方式的堆积密度(原子的空间利用率)最大。

3．离子晶体中的阴离子和没有氢键的分子晶体一般也采取密堆积。

4．原子晶体受共价键的方向性和饱和性的影响原子不再是密堆积。 【例2】关于晶体结构型式的说法正确的是( ) A ．所有的晶体的空间排列都服从紧密堆积原理 B ．晶体尽量采用紧密堆积方式，以使其变得比较稳定 C ．金属晶体的结构型式可以归结为非等径圆球的密堆积

D ．等径圆球的密堆积有A 1、A 3两种结构型式，其中Cu 属于A 3型密堆积 变式训练

2．下列说法中错误的是( )

A ．分子晶体中范德华力没有方向性和饱和性，所以分子晶体一般都采用密堆积，但要受到分子形状的影响

B ．离子晶体一般都是非等径圆球的密堆积

C ．由于共价键的方向性和饱和性，原子晶体堆积的紧密程度大大降低

D ．金属晶体采用非等径圆球的密堆积 探究三 晶胞中粒子数目的计算——切割法 【问题导思】

①晶胞中微粒数如何计算？

【提示】 位于顶角的粒子，对晶胞的贡献为18，位于棱上的粒子，对晶胞的贡献为1

4，

位于面上的粒子，对晶胞的贡献为1

2

，位于体内的粒子，完全属于晶胞。

②六棱柱晶胞顶点上的一个微粒，被几个晶胞共有？ 【提示】 6个。

1．长方体晶胞中不同位置的粒子数的计算

如某个粒子为n 个晶胞所共有，则该粒子有1

n

属于这个晶胞。

2．非长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，每个六边形占该粒子的1/3。

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。

【例3】ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如右图所示，其晶胞边长为540.0 pm，密度为________g·cm－3(列式并计算)，a位置S2－与b位置Zn2＋之间的距离为________pm(列式表示)。

变式训练

3．已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是()

A．ZXY3B．ZX2Y6

C．ZX4Y8D．ZX8Y12

随堂训练

1．氮氧化铝(AlON)属原子晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是()

A．AlON和石英的化学键类型相同

B．AlON和石英晶体类型相同