資源簡介

(共69張PPT)
2024
授課：×××
高考一輪復習
第20講 晶體結構與性質
一
復習目標
二
網絡構建
三
知識梳理
題型歸納
四
真題感悟
目錄
CONTENTS
內容索引
考點要求 考題統計 考情分析
物質的組成、性質、分類 2023**卷**題，**分
2022**卷**題，**分
2021**卷**題，**分 ……
傳統文化中的性質與變化 2023**卷**題，**分
2022**卷**題，**分
2021**卷**題，**分
考情分析
考點要求 考題統計 考情分析
物質的聚集狀態與晶體常識 2023全國乙卷35題，6分2022山東卷5題，2分2021山東卷16題，4分 分析近三年全國卷試題，高考命題在本講有以下規律：
1．從考查題型和內容上看，高考命題以非選擇題呈現，考查內容主要有以下兩個方面：(1)晶體類型的判斷，晶體熔沸點大小的判斷。(2)晶體的密度、晶胞參數、核間距計算、晶體中原子的空間位置判斷。
2．從命題思路上看，側重以陌生物質的晶胞結構為情境載體考查晶體的密度、晶胞參數計算、晶體中原子的空間位置判斷等。
3．根據高考命題的特點和規律，復習時要注意以下幾個方面：(1)晶胞中配位數、微粒間距離及原子分數坐標判斷。(2)晶體化學式的計算及晶體密度的計算。(3)晶體類型的判斷、熔點差異原因及熔沸點高低的比較等。
幾種簡單的晶體結構 2023湖南卷11題，3分2022湖北卷9題，3分2021山東卷9題，2分 過渡晶體與混合型晶體　液晶 2022江蘇卷7題，3分2022天津卷12題，3分
網絡構建
01
晶體與晶胞
PART ONE
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02
夯基·必備基礎知識
1.物質三態的相互轉化
2.物質的聚集狀態
知識點1 物質的聚集狀態
（1）氣態：
①普通氣體
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02
夯基·必備基礎知識
②等離子體：
A.定義：等離子體是由電子、陽離子和電中性粒子(分子或原子)組成的整體上呈電中性的氣態物質。
知識點1 物質的聚集狀態
D.性質：具有良好的導電性和流動性
B.產生途徑：高溫、紫外線、x射線、y射線、高能電磁波的照射及大自然的天體現象等都能使氣體變成等離子體。
C.存在：存在于日光燈和霓虹燈的燈管里、蠟燭火焰里、極光和雷電里等
E.運用等離子體顯示技術可以制造等離子體顯示器，利用等離子體可以進行化學合成、核聚變等。
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夯基·必備基礎知識
（2）液態：
①普通液體
知識點1 物質的聚集狀態
①塑晶：在一定溫度條件下，能保持固態晶體典型特征但具有一定塑性（即物體發生永久形變的性質）的一種物質聚集狀態。
②離子液體：離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質。
（3）介乎晶態和非晶態之間的塑晶態、液晶態
②液晶：
A.定義：在由固態向液態轉化過程中存在的取向有序流體狀態。
B.分類：分為熱致液晶（只存在于某一溫度范圍內的液晶相）和溶致液晶（某些化合物溶解于水或有機溶劑后而呈現的液晶相）。
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夯基·必備基礎知識
C.性質:具有液體的某些性質（如流動性、黏度、形變性等）和晶體的某些性質（如導熱性、各向異性等）。
知識點1 物質的聚集狀態
（4）固態：
D.用途：手機、電腦和電視的液晶顯示器，合成高強度液晶纖維已廣泛用于飛機、火箭、坦克、艦船、防彈衣、防彈頭盔等。
①晶體：內部粒子(原子、離子或分子)在三維空間按一定規律呈周期性重復排列構成的固體物質，絕大多數常見的固體都是晶體。如：高錳酸鉀、金剛石、干冰、金屬銅、石墨等。
②非晶體：內部原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態的固體物質。如：玻璃、松香、硅藻土、橡膠、瀝青等。
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夯基·必備基礎知識
【名師提醒】
知識點1 物質的聚集狀態
(2)物質的聚集狀態除了氣態、液態和固態，還有晶態、非晶態，以及介于晶態和非晶態之間的塑晶態、液晶態等。
（1)構成物質三態的粒子不一定都是分子，還可以是原子或離子等，如水的三態都是由分子構成的，離子液體是熔點不高的僅由離子組成的液體物質。
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夯基·必備基礎知識
1.晶體與非晶體的比較
知識點2 晶體與非晶體
①熔融態物質凝固。
2.得到晶體的途徑
晶體 非晶體
結構特征 結構微粒周期性有序排列 結構微粒無序排列
性質特征 自范性 有 無
熔點 固定 不固定
異同表現 各向異性 各向同性
二者區別方法 間接方法 看是否有固定的熔點 科學方法 對固體進行X 射線衍射實驗 ②氣態物質冷卻不經液態直接凝固(凝華)。
注：升華與凝華：固態物質受熱不經過液態直接到氣態的過程叫做升華；氣態物質冷卻不經過液態直接到固態的過程叫做凝華。升華和凝華都屬于物理變化。
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夯基·必備基礎知識
③溶質從溶液中析出。
知識點2 晶體與非晶體
①概念：描述晶體結構的基本單元。
3.晶胞
②晶體中晶胞的排列——無隙、并置
A.無隙：相鄰晶胞之間沒有任何間隙。
B.并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
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夯基·必備基礎知識
1.原則：晶胞任意位置上的一個原子如果是被n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個原子分得的份額就是1/n。
知識點3 晶胞組成的計算——均攤法
2.方法
①長方體(包括立方體)晶胞中不同位置的粒子數的計算。
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夯基·必備基礎知識
知識點3 晶胞組成的計算——均攤法
②非長方體晶胞中粒子視具體情況而定
三棱柱 六棱柱 平面型 石墨晶胞每一層內碳原子排成六邊形，其頂點(1個碳原子)被三個六邊形共有，每個六邊形占
02
夯基·必備基礎知識
3.晶胞中粒子配位數的計算
知識點3 晶胞組成的計算——均攤法
一個粒子周圍最鄰近的粒子的數目稱為配位數
(1)晶體中原子(或分子)的配位數：若晶體中的微粒為同種原子或同種分子，則某原子(或分子)的配位數指的是該原子(或分子)最接近且等距離的原子(或分子)的數目。
(2)離子晶體的配位數：指一個離子周圍最接近且等距離的異種電性離子的數目。
【特別提醒】(1)判斷某種微粒周圍等距且緊鄰的微粒數目時，要注意運用三維想象法。如NaCl晶體中，Na＋周圍的Na＋數目(Na＋用“○”表示)：每個面上有4個，共計12個。
02
夯基·必備基礎知識
(2)常考的幾種晶體主要有干冰、冰、金剛石、SiO2、石墨、CsCl、NaCl、K、Cu等，要熟悉以上代表物的空間結構。當題中信息給出與某種晶體空間結構相同時，可以直接套用某種結構。
知識點3 晶胞組成的計算——均攤法
4.晶胞計算公式(立方晶胞)
（1）晶體密度：a3ρNA＝NM
(a：棱長；ρ：密度；NA：阿伏加德羅常數的值；N：1 mol晶胞所含基本粒子或特定組合的物質的個數；M：基本粒子或特定組合的摩爾質量)。
（2）金屬晶體中體心立方堆積、面心立方堆積中的幾組公式(設棱長為a)
①面對角線長＝ a。②體對角線長＝ a。③體心立方堆積4r＝ a(r為原子半徑)。
④面心立方堆積4r＝ a(r為原子半徑)。
02
夯基·必備基礎知識
知識點3 晶胞組成的計算——均攤法
5.有關晶胞的計算方法
（1）計算晶體密度的方法
以一個晶胞為研究對象，根據m＝ρ·V，其一般的計算規律和公式可表示為：（N/NA）×M＝ρ×a3，其中M為晶體的摩爾質量，N為晶胞所占有的粒子數，NA為阿伏加德羅常數，ρ為晶體密度，a為晶胞參數。
(2)計算晶體中微粒間距離的方法
（3）空間利用率＝ ×100%。
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02
提升·必備題型歸納
考向1 考查晶體與非晶體
D
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提升·必備題型歸納
考向1 考查晶體與非晶體
C
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考向1 考查晶體與非晶體
D
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提升·必備題型歸納
考向2 考查有關晶胞的計算
A
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考向2 考查有關晶胞的計算
D
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考向2 考查有關晶胞的計算
A
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提升·必備題型歸納
考向3 考查晶胞中粒子配位數的計算
A
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提升·必備題型歸納
考向3 考查晶胞中粒子配位數的計算
C
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提升·必備題型歸納
考向3 考查晶胞中粒子配位數的計算
A
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常見晶體的
結構與性質
PART ONE
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夯基·必備基礎知識
1.概念：只含分子的晶體稱為分子晶體。
2.粒子間的相互作用力：分子晶體內相鄰分子間以分子間作用力相互吸引，分子內原子之間以共價鍵結合。
知識點1 分子晶體
3.常見的分子晶體
①所有非金屬氫化物，如水、硫化氫、氨、甲烷等。
②部分非金屬單質，如鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60等。
③部分非金屬氧化物，如CO2、SO2、P4O6、P4O10等。
④幾乎所有的酸，如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。
⑤絕大多數有機化合物的晶體，如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。
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4.物理性質:分子晶體熔、沸點較低，硬度較小。
5.分子晶體的結構特征
知識點1 分子晶體
①分子間作用力只是范德華力：晶體中分子堆積方式為分子密堆積。
②分子間還有其他作用力：水分子之間的主要作用力是氫鍵，在冰的每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。冰的晶體結構如圖：
6.結構模型
①干冰晶體中，每個CO2分子周圍等距且緊鄰的CO2分子有12個。
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夯基·必備基礎知識
②冰的結構模型中，每個水分子與相鄰的4個水分子以氫鍵相連接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氫鍵”。
知識點1 分子晶體
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1.構成微粒及其相互作用
知識點2 共價晶體
2.物理性質
①共價晶體中，由于各原子均以強的共價鍵相結合，因此一般熔點高，硬度大。
②結構相似的共價晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點越高。
3.常見的共價晶體。
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知識點2 共價晶體
①金剛石晶體中，每個C與另外相鄰4個C形成共價鍵，C—C鍵之間的夾角是109°28′，最小的環是六元環。含有1 mol C的金剛石中，形成的共價鍵有2 mol。
②SiO2晶體中，每個Si原子與4個O原子成鍵，每個O原子與2個硅原子成鍵，最小的環是十二元環，在“硅氧”四面體中，處于中心的是Si原子，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O鍵。
4.結構模型
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知識點3 金屬晶體
③金屬鍵的強弱和對金屬性質的影響：
a．金屬鍵的強弱主要取決于金屬元素的原子半徑和價電子數，原子半徑越大，價電子數越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強。
1.金屬鍵
①概念：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子共用，從而把所有金屬原子維系在一起。
②成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。
b．金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高，硬度越大。
2.金屬晶體
①在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相結合。
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夯基·必備基礎知識
知識點3 金屬晶體
②金屬晶體的性質：優良的導電性、導熱性和延展性。
③用電子氣理論解釋金屬的性質：
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知識點3 金屬晶體
3.結構模型
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夯基·必備基礎知識
知識點4 離子晶體
4.離子晶體結構的決定因素
①幾何因素：晶體中正負離子的半徑比。
1.構成粒子：陰離子和陽離子。
2.作用力：離子鍵。
3.配位數：一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數目。
②電荷因素：晶體中正負離子的電荷比。
5.離子晶體的性質
③鍵性因素：離子鍵的純粹程度。
熔、沸點 熔、沸點較高，難揮發
硬度 硬度較大，難以壓縮
溶解性 一般在水中易溶，在非極性溶劑中難溶
導電性 固態時不導電，熔融狀態或在水溶液中能導電
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夯基·必備基礎知識
知識點4 離子晶體
①NaCl型：在晶體中，每個Na＋同時吸引6個Cl－，每個Cl－同時吸引6個Na＋，配位數為6。每個晶胞含4個Na＋和4個Cl－。
6.結構模型
②CsCl型：在晶體中，每個Cl－吸引8個Cs＋，每個Cs＋吸引8個Cl－，配位數為8。
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知識點5 石墨的結構特點
3.石墨晶體中，既有共價鍵，又有金屬鍵和范德華力，屬于混合晶體。
4.結構模型
1.同層內，碳原子采用sp2雜化，以共價鍵相結合形成正六邊形平面網狀結構。所有碳原子的p軌道平行且相互重疊，p軌道中的電子可在整個平面中運動。
2.層與層之間以范德華力相結合。
石墨層狀晶體中，層與層之間的作用是分子間作用力，平均每個正六邊形擁有的碳原子個數是2，C原子采取的雜化方式是sp2。
02
夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
1．四種晶體類型比較
類型比較　　 分子晶體 原子晶體 金屬晶體 離子晶體
構成粒子 分子 原子 金屬陽離子和自由電子 陰、陽離子
粒子間的相互作用力 分子間作用力 共價鍵 金屬鍵 離子鍵
硬度 較小 很大 有的很大，有的很小 較大
熔、沸點 較低 很高 有的很高，有的很低 較高
溶解性 相似相溶 難溶于任何溶劑 常見溶劑難溶 大多易溶于水等極性溶劑
導電、傳熱性 一般不導電，溶于水后有的導電 一般不具有導電性 電和熱的良導體 晶體不導電，水溶液或熔融態導電
02
夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
2.離子晶體的晶格能
(1)定義:氣態離子形成1 mol離子晶體釋放的能量，通常取正值，單位：kJ·mol－1。
(2)影響因素
①離子所帶電荷數：離子所帶電荷數越多，晶格能越大。
②離子的半徑：離子的半徑越小，晶格能越大。
(3)與離子晶體性質的關系
晶格能越大，形成的離子晶體越穩定，且熔點越高，硬度越大。
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夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
3、晶體熔、沸點的比較
1）不同類型晶體熔、沸點的比較
(1)不同類型晶體的熔、沸點高低的一般規律:原子晶體>離子晶體>分子晶體。
(2)金屬晶體的熔、沸點差別很大,如鎢、鉑等熔、沸點很高,汞、銫等熔、沸點很低。
2）同種晶體類型熔、沸點的比較
(1)原子晶體
原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大→熔、沸點越高，如熔點:金剛石>碳化硅>硅。
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夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
(2)離子晶體
①一般地說,陰、陽離子的電荷數越多,離子半徑越小,則離子間的作用力就越強,其離子晶體的熔、沸點就越高,如熔點:MgO>NaCl>CsCl。
②衡量離子晶體穩定性的物理量是晶格能。晶格能越大,形成的離子晶體越穩定,熔、沸點越高,硬度越大。
(3)分子晶體
①分子間作用力越大,物質的熔、沸點越高;具有氫鍵的分子晶體熔、沸點反常得高,如H2O>H2Te>H2Se>H2S。
②組成和結構相似的分子晶體,相對分子質量越大,熔、沸點越高,如SnH4>GeH4>SiH4>CH4。
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夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
③組成和結構不相似的物質(相對分子質量接近),分子的極性越大,其熔、沸點越高,如CO>N2、CH3OH>CH3CH3。
④同分異構體支鏈越多,熔、沸點越低。如CH3CH2CH2CH2CH3>CH3CH(CH3)CH2CH3>CH3C(CH3)2CH3。
(4)金屬晶體
金屬離子半徑越小,離子電荷數越多,其金屬鍵越強,金屬熔、沸點就越高,如熔、沸點:Na4.晶體類型的判斷——依據性質判斷晶體類型的方法
(1)依據構成晶體的粒子和粒子間的作用判斷
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知識點6 四種晶體的性質與判斷
①離子晶體的構成粒子是陰、陽離子，粒子間的相互作用是離子鍵。
③分子晶體的構成粒子是分子，粒子間的相互作用為分子間作用力。
④金屬晶體的構成粒子是金屬陽離子和自由電子，粒子間的相互作用是金屬鍵。
(2)依據物質的類別判斷
①活潑金屬氧化物(如K2O、Na2O2等)、強堿(NaOH、KOH等)和絕大多數的鹽類是離子晶體。
②大多數非金屬單質(除金剛石、石墨、晶體硅等)、氣態氫化物、非金屬氧化物(除SiO2外)、酸、絕大多數有機物(除有機鹽外)是分子晶體。
②原子晶體(共價晶體)的構成粒子是原子，粒子間的相互作用是共價鍵。
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夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
③常見的原子晶體(共價晶體)單質有金剛石、晶體硅、晶體硼等，常見的原子晶體(共價晶體)化合物有碳化硅、二氧化硅等。
④金屬單質與合金是金屬晶體。
(3)依據晶體的熔點判斷
②原子晶體(共價晶體)熔點高，常在一千至幾千攝氏度。
③分子晶體熔點低，常在數百攝氏度以下至很低溫度。
①離子晶體的熔點較高，常在數百至一千攝氏度以上。
④金屬晶體多數熔點高，但也有相當低的，如汞。
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夯基·必備基礎知識
知識點6 四種晶體的性質與判斷
(4)依據導電性判斷
②原子晶體(共價晶體)一般為非導體。
③分子晶體為非導體，而分子晶體中的電解質(主要是酸和強極性非金屬氫化物)溶于水，使分子內的化學鍵斷裂形成自由離子也能導電。
④金屬晶體是電的良導體。
(5)依據硬度和機械性能判斷
①離子晶體的硬度較大或略硬而脆。
①離子晶體水溶液或熔融態時能導電。
②原子晶體(共價晶體)的硬度大。
③分子晶體的硬度小且較脆。
④金屬晶體多數硬度大，但也有硬度較小的，且具有延展性。
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提升·必備題型歸納
考向1 考查常見晶體的比較與晶體類型判斷
C
D
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提升·必備題型歸納
考向2 考查晶體熔沸點高低的比較
A
B
C
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晶體中原子坐標
PART ONE
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夯基·必備基礎知識
從最簡單的晶胞——簡單立方堆積的晶胞模型入手，構建坐標原點、坐標軸和單位長度立體幾何模型。
簡單立方堆積的晶胞中8個頂點的微粒是完全一致的，因此可以任意選擇一個原子為坐標原點。以立方體的三個棱延長線構建坐標軸，以晶胞邊長為1個單位長度。由此可得如圖所示的坐標系。
知識點1 構建坐標原點、坐標軸和單位長度立體幾何模型
其他晶胞也可以采用這種方式構建。如六方最密堆積模型的晶胞按此法構建x軸和y軸，只不過夾角不是90°，而是120°。
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02
夯基·必備基礎知識
1.概念:原子分數坐標參數，表示晶胞內部各原子的相對位置。
2.原子分數坐標的確定方法
知識點2 典型晶胞結構模型的原子分數坐標
(1)依據已知原子的坐標確定坐標系取向。
(2)一般以坐標軸所在正方體的棱長為1個單位。
(3)從原子所在位置分別向x、y、z軸作垂線，所得坐標軸上的截距即為該原子的分數坐標。
3.金剛石晶胞中碳原子坐標的確定
以金剛石晶胞結構為例，金剛石晶體整體上是正四面體立體網狀結構。每個碳原子L能層的4個電子采用sp3雜化，形成4個等同的雜化軌道，相鄰的兩個碳原子之間形成σ鍵。這樣每個碳原子與周圍4個碳原子形成4個σ鍵，每個碳原子都是直接相連的4個碳原子的重心。
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02
夯基·必備基礎知識
知識點2 典型晶胞結構模型的原子分數坐標
在一個金剛石晶胞中有8個碳原子位于立方體的頂點，6個碳原子位于面心，4個碳原子位于晶胞內部。每個晶胞中8個頂點中有4個頂點、6個面心和4個晶胞內部的碳原子形成4個正四面體，每個正四面體的4個頂點分別是一個晶胞頂點和這個頂點所在平面的面心，正四面體中心是晶胞內的1個碳原子。
用解析幾何知識研究晶體中各個微粒間的位置關系更具體更直接。以底面一個頂點的碳原子(通常取后左下)為原點建立一個三維坐標系。
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02
夯基·必備基礎知識
知識點2 典型晶胞結構模型的原子分數坐標
原點上的原子坐標為(0，0，0)，晶胞邊長參數看作1，并據此分析坐標參數。在晶胞進行“無隙并置”時，可以看出，8個頂點的原子都可以作為原點，注意看清楚，與這個原點原子重合的是晶胞上哪一個頂點的碳原子。所以頂點上的8個原子坐標都是(0，0，0)，這與純粹立體幾何不同，所以高中階段我們只標注頂點以外的晶胞內和晶胞上點的坐標；棱心和面心坐標點中數據中不會出現“1”。
以下是晶胞中各點碳原子對應的三維坐標和晶體中坐標的對應關系。
(1)6個面心坐標
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知識點2 典型晶胞結構模型的原子分數坐標
(2)12個棱中心坐標
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(3)晶胞內部4個碳原子的坐標
金剛石晶胞有兩種取向，由于金剛石晶胞內部有4個碳原子，在空間分布是不對稱的，所以從不同方向觀察晶胞時，內部的4個碳原子的位置是不相同的。我們把左邊的圖叫作取向1，右邊的圖叫作取向2
它們各自繞豎直中心軸旋轉90°，就能夠變為對方。金剛石晶胞內4個碳原子坐標：
所以金剛石晶胞的取向不同時，晶胞內部不對稱的4個原子的坐標會發生改變。
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知識點2 典型晶胞結構模型的原子分數坐標
4.常見晶胞的原子坐標
(1）金剛石晶胞的原子坐標
（a）取向一：
金剛石晶胞中碳原子的坐標：
8個頂點碳原子的坐標：0，0，0；
6個面中心碳原子的坐標：1/2，0，1/2；1/2，1/2，0；0，1/2，1/2；
4個內部碳原子的坐標：1/4，1/4，3/4；3/4，1/4，1/4；3/4，3/4，3/4；1/4，3/4，1/4；
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4.常見晶胞的原子坐標
(1）金剛石晶胞的原子坐標
（b）取向二：
金剛石晶胞中碳原子的坐標：
8個頂點碳原子的坐標：0，0，0；
6個面中心碳原子的坐標：1/2，0，1/2；1/2，1/2，0；0，1/2，1/2；
4個內部碳原子的坐標：1/4，1/4，1/4；3/4，3/4，1/4；3/4，1/4，3/4；1/4，3/4，3/4；
注：金剛石晶胞的取向不同時，即使都是取前左下的頂點原子作原點，晶胞內部不對稱的4個碳原子的坐標，也會發生改變。
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4.常見晶胞的原子坐標
(2）氟化鈣晶體：
Ca2＋： 0，0，0 1/2，1/2，0 1/2，0，1/2 0，1/2，1/2
F－： 1/4，1/4，1/4 3/4，1/4，1/4 1/4，3/4，1/4 1/4，1/4，3/4
3/4，3/4，1/4 3/4，1/4，3/4 1/4，3/4，3/4 3/4，3/4，3/4
每個CaF2晶胞有4個Ca2＋和8個F－原子分數坐標如下：
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4.常見晶胞的原子坐標
(3）氯化鈉晶胞：
每個晶胞含有4個Cl－和4個Na＋，它們的原子分數坐標為：
Na＋： 1/2，1/2，1/2 1/2，0，0 0，1/2，0 0，0，1/2
Cl－： 0，0，0 1/2，1/2，0 0，1/2，1/2 1/2，0，1/2
注：堿金屬的鹵化物、氫化物，堿土金屬的氧化物、硫化物、硒化物、碲化物，過渡金屬的氧化物、硫化物，以及間隙型碳化物、氮化物都屬NaCl型結構。
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