鲁科版高中化学选修物质结构与性质第三章第一节认识晶体

42
1．下列晶体按 A1 型进行紧密堆积的是( ) A．干冰、NaCl、金属铜 B．ZnS、金属镁、氮化硼 C．水晶、金刚石、晶体硅 D．ZnS、NaCl、金属镁 【解析】 干冰、NaCl、Cu 、ZnS 均为 A1 型紧密堆积，Mg 为 A3 型紧密堆积，水晶、金刚石、氮化硼、晶体硅为原子晶体，不遵循紧密堆 积原则，故只有 A 正确。 【答案】 A
23
2、密置层基础上的两种紧密堆积方式：
2
1
3
64
4
5
24
第二层 对第二层来讲最紧密的堆积方式是 将球对准1，3，5 位。----密置双层
，
12
6
3
54
12
6
3
54
AB
若 对准 2，4，6 位，其情形是一样的吗?
密置双层只有一种
每个球都与周围9个球相切
25
认真观察两层球形成的空隙种类。
A B
26
4
导 电 性 差
导电性强 5
③对称性：晶体具有 规则 的几何外形。 ④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。 ⑤能使X射线产生衍射：利用这种性质，人们建立了测定晶 体的重要实验方法。
6
2．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
子再填充到空
隙中。
38
3. 分子晶体的堆积方式－服从紧密堆积方式
由于范德华力没有方向性和 饱和性，因此分子间尽可能采 取紧密排列方式，但分子的排 列方式与分子的形状有关。如： CO2作为直线型分子的二氧化碳 在空间是以A1型密堆积方式形 成晶体的。
而冰中水分子的堆积受到 氢键 的影响,不服从密堆积。
微观结构
自范性 各向异性 熔点
具有规则的几 粒子在三维空间周
晶体
何外形
期性有序排列
有 各向异性 固定
不具有规则的
不固
非晶体
粒子排列相对无序 没有 各向同性
几何外形
定
本质区别 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列
9
[ 特别提醒] (1)有规则几何外形或美观、对称外形的固体，不一定是晶体。 如玻璃制品既可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观、对称 的外形。 (2)具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也 有固定的组成。 (3)晶体和非晶体的本质区别在于晶体中的微观粒子在三维空 间呈现周期性有序排列。
思考
3. 扩展到三层，有几种排列方式，并寻找 重复性排列的规律。
在最紧密堆积方式中每个等径圆球与周围 几个球相接触？
27
1
C
28
C
29
第三层 对第一、二层来说，第三层可以有两种最
紧密的堆积方式。 第一种排列方式:将球对准第一层
下图是A3型六方 紧密堆积的前视图
的球。
A
12
B
6
3
54
A
B
于是每两层形成一个周期，
第 1 节 认识晶体
1
学习目标：
1.能区分晶体与非晶体；认识晶体的重要特征。 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。(重难点)
2
Cu晶 体结 构示 意图
B. BaTi4O6 D. BaTiO3
59
5： 1）NaCl晶体中，每个Na+周
围最近距离的Cl-有 6 个？ 每Na个+有Cl6-周个围？最近距离的
2）在NaCl晶体中，每个Na+周 围最近距离的Na+有 12个？
3）每个晶胞中平均有4 个Na+？4 个Cl-？
60
31
42
61
62
6．某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴
（2）计算晶胞质量，进而计算晶胞密度
ρ= M / 晶NA胞×的晶体胞积所含粒子数
晶胞含有粒子的体积
（3）晶胞空间利用率= 晶胞体积
×100%
(4)计算晶胞中微粒间距离或者晶胞参数
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晶胞中原子个数的计算
切割法：晶胞任意位置上的一个原子如果是 被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个 原子分得的份额就是1/x
金刚石是由碳原子通过共价键结合形成的原子晶体；D项，金属是由金属阳离
子和自由电子通过金属键结合形成的金属晶体。 【答案】 B
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4．下列晶体熔化时不需要破坏化学键的是( )
A．金刚石
B．食盐
C．干冰
D．金属钾
【解析】 熔化时金刚石断裂共价键，食盐断裂离子键，干冰断裂分子间 作用力(范德华力)，金属钾断裂金属键。
NaCl 铜
金刚石 冰7
与此相对，把内部微粒无周期性重复排列的固体物质成为非 晶体。晶体和非晶体最大的区别在于物质内部的微粒能否有序排 列。
橡胶、玻璃、石蜡、沥青、塑料等固体，内部微粒无序排列， 均属于非晶体。非晶体没有规则的外形，缺少晶体所具有的对称 性和各向异性。
8
晶体和非晶体的区别
固体
外观
离子位于晶胞的 8 个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子
的个数比为
()
A．1∶8 B．1∶4
C．1∶2
D．1∶1
解析：阴离子位于晶胞的 8 个顶点上，个数为 8×18＝1，阳离子 位于晶胞的中心，个数为 1。答案：D
63
(2)非平行六面体的计算 如正六棱柱形计算，顶点上的每个微粒对晶胞的贡献
_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 金属晶体 原子晶体 分子晶体
阴__、__阳__离__子___ 金__属__阳__离__子_、
自__由__电__子__ 原__子__ _分_子__
_离__子__键_ _金__属__键__ _共__价__键__ 分__子__间__作__用__力_
由于阴阳离子的半径不相同，故离子晶体 可以视为不等径圆球的密堆积，即：将不同半 径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等 径圆球的密堆积，小球再填充在大球所形成的 空隙中。
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NaCl：Cl－ 离 子先以A1型紧 密堆积，Na＋离
子再填充到空 隙中。
ZnS： S2－离子
先以A1型紧密 堆积，Zn2＋ 离
【答案】 C
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二、晶体结构的堆积模型
晶体为什么大都服从紧密堆积？
金属晶体、离子晶体、分子晶体的结构中， 金属键、离子键、分子间作用力均没有方向 性，一般趋向于使原子、离子或分子吸引尽 可能多的微粒分布于周围，并以密堆积的方 式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定
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（一）金属晶体的密堆积结构
-----等径圆球的密堆积
43
三、晶胞
概念 形状
晶体结构中最小的 重复单元 晶胞一般是平行六面体， 如：简单立方、体心立
方、面心立方。晶体是由数量巨大的晶胞“无隙并
置”而成
特点
一种晶体所有晶胞的形状及内部的原子种类、个数、
集合排列是完全相同的
类型
微粒数目 计算（切 割法）
A3型—— 六方最密堆积—— 六方晶胞 A1型——面心立方 最密堆积—— 面心立方晶胞 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
NaCl晶 体结构 示意图
构成晶体与非晶体的微粒在空间的排列有何不同?
3
一、晶体的特性
1．晶体 (1)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。如食盐、冰、金属、宝石、水 晶、大部分矿石等。 (2)晶体的特性 ①自范性：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。 ②各向异性：晶体在不同的方向上表现出 不同 的物理性质。
答案: 2 2 4×2 8
57
3: 下面几种晶胞中分别含有几个原子?
各1/2个
各4个 绿色：8× 1/8+6×1/2 = 4 灰色：12× ¼+1=4
58
4：
钛酸钡的热稳定性好,
介电常数高,在小型变
Ba
压器、话筒和扩音器
中都有应用。其晶体
Ti
的结构示意图如右图
O
所示。则它的化学式
为（D）
A.BaTi8O12 C. BaTi2O4
密置层间堆积方式
表达符号
举例
A3型最密堆积 A1型最密堆积
…ABAB… …ABCABC…
晶体镁 晶体铜
34
配位数:在密堆积中，一个原子或离子周围所邻接 的原子或离子数目。
A3型最密堆积（配位数为12）（例如镁） 35
A1型最密堆积（配位数为12）（例如铜）
36
2. 离子晶体的密堆积结构---非等径圆球的密堆积
特点：晶胞一般是平 行六面体.晶胞在晶 体中“无隙并置”.
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CsCl的晶体结构
---Cs+ ---Cl-
返回原处
47
铜晶体
铜晶胞
48
金刚石晶体结构
晶胞示意图
49
CO2晶胞
NaCl晶体结构和晶胞
50
51
三种典型立方晶胞结构
简单立方
体心立方 面心立方
52
晶胞有关计算类型
（1）计算晶胞中微粒数目，求化学式
39
4. 原子晶体堆积方式－不服从紧密堆积方式
原因：共价键具 有饱和性和方向性， 因此就决定了一个 原子周围的其他原 子的数目不仅是有 限的，而且堆积方 向是一定的，所以 不是密堆积。
40
小结：不同晶体的堆积方式
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【规律方法】 晶体类型不同，堆积模型不同 (1)金属晶体采用等径圆球的密堆积。 (2)离子晶体采用不等径圆球密堆积，大球先做等径圆球密堆积，小 球再填充空隙。 (3)原子晶体不是紧密堆积。 (4)分子晶体尽可能采用紧密堆积。
44
通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最小单元 （即晶胞）完全重合 晶体和晶胞的关系： 晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成.
“并置”：所有晶胞都是平行排列、取向相同
晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比 喻然而蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为 划定的。
45
无隙并置
平行六 面体
A
即 AB AB 堆积方式，形成
六方紧密堆积--- A3型
30
第二种排列方式: 是将球对准第一层的 2，4，6 位，不同 于 AB 两层的位置， 这是 C 层。
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
31
第四层再排 A，于是
形成 ABC ABC 三
A
层一个周期。 得到
C
面心立方堆积—A1型
B
A 12
19
在一个平面上的密堆积排列：
一种常见的非密置层 （配位数4）
密置层 （配位数6）
20
思考
将球扩展到两层有几种方式，认真观察两 层球形成的空隙种类。
在最紧密堆积方式中每个等径圆球与周围 几个球相接触？
21
1、非密置层基础上的两种堆积 （1）简单立方堆积(Po)
22
（2）体心立方堆积(碱金属)
6
3
C
54
B
A
面心立方紧密堆积的前视图 32
配位数:在密堆积中，一个原子或离子周围所 邻接的原子或离子数目.
A3型密堆积
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A1型密堆积
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
33
(1)列——等径圆球同一列上进行紧密堆积的方式只有一种， 即所有的圆球都在一条直线上排列。 (2)层——等径圆球在一个平面上进行最紧密堆积的方式只 有一种，即每个等径圆球与周围其他六个球相接触，这样形 成的层称为密置层。 (3)密置层间堆积方式
• 由于金属键没有方向性，每个金属原子中 的电子分布基本是球对称的，所以可以把 金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维 空间堆积而成的。
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等径圆球的排列在一列上进行紧密堆积的 方式只有一种,即
所有的圆球都在一条直线上排列
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思考
等径圆球在同一平面上的堆积方式是唯一 的吗？最紧密堆积有几种排列？
在最紧密堆积方式中每个等径圆球与周围 几个球相接触？
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[题组·冲关]
题组 1 晶体
1．下列物质具有自范性、各向异性的是( )
A．钢化玻璃
B．塑料
C．水晶
D．陶瓷
【解析】 晶体具有自范性和各向异性，钢化玻璃、塑料、陶瓷均不属于
晶体。
【答案】 C
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2．普通玻璃和水晶的根本区别在于( ) A．外形不一样 B．普通玻璃的基本构成粒子无规则地排列，水晶的基本构成粒子按 一定规律做周期性重复排列 C．水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点 D．水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换
12
【解析】 晶体和非晶体的本质区别就是粒子(原子、离子或分子)在微观 空间里是否呈现周期性的有序排列。
【答案】 B
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题组 2 晶体的分类
3．下列晶体中由原子直接构成的分子晶体是( )
A．氯化钠
B．氦气C．金刚石D．金属【解析】 A项，氯化钠是由Na＋和Cl－通过离子键结合形成的离子晶体；
B项，氦气是由氦气原子(分子)通过分子间作用力结合形成的分子晶体；C项，
(1)平行六面体晶胞
体心：1
面心：1/2 棱边：1/4 顶点：1/8
54
请看:
84 51
棱边：1/4
31 73
62
42
面心：1/2
2
顶点：1/8
1
体心：1
1
55
问题1: 观察下图并计算
铜晶体的一个晶胞中
含有多少个铜原子?
A: 14 B: 4
C: 8
D: 6
56
2.下图依次是金属钠、锌、碘（I2）和金刚 石的晶胞示意图，数一数，它们分别平均含几 个原子？