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第三章 晶體結構與性質
第1節 物質聚集狀態與晶體常識
課時二 晶胞 晶體結構的測定
學習目標
01.認識簡單的晶胞，通過典型晶胞的學習，類推其他晶胞的分析方法
02.學會晶胞中微粒數的計算方法(均攤法)，能根據晶胞的結構確定微粒個數和化學式
03.知道X射線衍射實驗是測定晶體結構的常用方法
04.初步學習晶體密度計算的方法
晶胞
01
晶胞
晶體為什么具有如此漂亮完美的外形？
內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構成的
01
晶胞
概念
為了描述晶體在微觀空間里原子的排列，無須畫出千千萬萬個原子，只需在晶體微觀空間里取出一個基本單元即可。這種描述晶體結構的基本單元叫做晶胞
銅晶體
銅晶胞
01
晶胞
一般來說，晶胞都是____________體，整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成。
晶胞與晶體的關系
平行六面
01
晶胞
晶胞與晶體的關系
所有晶胞的_____________及其內部的原子 ___________及幾何排列是完全相同的
“無隙”是指相鄰晶胞之間___________。
“并置”是指所有晶胞都是_______排列的，取向________。
無任何間隙
平行
相同
形狀
種類、個數
要點說明
01
晶胞
判斷方法
晶胞是8個頂角相同
01
晶胞
x
y
z
x方向的四根平行棱
y方向的四根平行棱
z方向的四根平行棱
棱上無任何原子且都相同
判斷方法
三套各4根平行棱分別相同
01
晶胞
x
y
z
x-z坐標軸形成的平面及其平行平面
x-y坐標軸形成的平面及其平行平面
y-z坐標軸形成的平面及其平行平面
面上都有一個原子且都相同
判斷方法
三套各兩個平行面分別相同的最小平行六面體
01
晶胞
結合所學內容并判斷下列4個圖中結構，屬于晶胞的是________
A
01
晶胞
晶胞示意圖
常見的三類晶胞
類型一：簡單立方晶胞
結構特點
僅在平行六面的8個頂角上有粒子
01
晶胞
晶胞示意圖
常見的三類晶胞
類型二：面心立方晶胞
結構特點
除8個頂角上有粒子外
平行六面體的6個面的面心上均有1個粒子
01
晶胞
晶胞示意圖
常見的三類晶胞
類型三：體心立方晶胞
結構特點
除8個頂角上有粒子外
平行六面體的體心有1個粒子
01
晶胞
思考：銅晶胞平均含有的銅原子數目能計算嗎？
01
晶胞
晶胞中粒子數目的計算
觀察晶胞圖時，千萬不能忘記，晶胞只是晶體微觀空間結構里的一個基本單元，在它的上下、左右、前后無隙并置地排列著無數晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內部的原子種類、個數及幾何排列(包括取向)是完全相同的。
01
晶胞
晶胞中粒子數目的計算——均攤法
晶胞內時，1個晶胞平均占有的原子
晶胞棱上的原子是4個晶胞共用的
晶胞的頂角原子是8個晶胞共用的
晶胞面上的原子是2個晶胞共用的
晶胞內
晶胞棱
晶胞的頂角
晶胞面
01
晶胞
立方晶胞中粒子數目的計算
頂角位置：
銅晶胞平均含有的銅原子數目
8
1
8× ＝1
01
晶胞
面上位置：
2
1
6× ＝3
銅晶胞平均含有的銅原子數目
立方晶胞中粒子數目的計算
01
晶胞
金屬銅的一個晶胞的原子數
2
1
8
1
＝ 8× ＋6× ＝4
銅晶胞平均含有的銅原子數目
立方晶胞中粒子數目的計算
01
晶胞
棱上位置：12× ＝3
4
1
NaCl晶胞
棱上
體心
Na＋位于_______和_______
晶胞內位置：1×1＝1
氯化鈉的一個晶胞的鈉離子數＝12× ＋1×1＝4
4
1
下圖所示是NaCl的晶胞，它含有幾個鈉離子和氯離子？晶胞中鈉離子和氯離子的個數比是多少？密度？
01
晶胞
下圖所示是NaCl的晶胞，它含有幾個鈉離子和氯離子？晶胞中鈉離子和氯離子的個數比是多少？密度？
頂點
面心
Cl－位于_______和_______
頂點位置：8× ＝1
8
1
面心位置：6× ＝3
2
1
氯化鈉的一個晶胞的氯離子數=8× ＋6× ＝4
8
1
2
1
晶胞中鈉離子和氯離子的個數比是 1∶1
NaCl晶胞
01
晶胞
下圖所示是NaCl的晶胞，它含有幾個鈉離子和氯離子？晶胞中鈉離子和氯離子的個數比是多少？密度？
設晶胞的邊長為a cm
NaCl晶胞
V
m
ρ＝
m＝n·M
NA
N
n＝
ρ＝
N ·M
NA ·V
＝
4×58.5
NA·a3
g · cm-3
01
晶胞
正六棱柱晶胞中粒子數目的計算
示意圖 位置 頂角 面上 棱上 內部
側棱 上下棱 共用該微粒的晶胞數
每個晶胞分攤的微粒數
6
2
3
4
1
1
6
1
2
1
3
1
4
1
正六邊形度數為120°，每個頂點6個晶胞共用
01
晶胞
正三棱柱晶胞中粒子數目的計算
示意圖 位置 頂角 面上 棱上 內部
側棱 上下棱 共用該微粒的晶胞數
每個晶胞分攤的微粒數
12
2
6
4
1
1
12
1
2
1
6
1
4
1
正三邊形度數為60°，每個頂點12個晶胞共用
01
晶胞
計算晶胞中含有微粒數目的一般步驟
按照位置關系的平均占有數及同一位置的微粒數目進行計算
明確微粒在晶胞中的位置關系
晶體結構的測定
02
晶體結構的測定
自然形成的晶體多種多樣，千姿百態，鬼斧神工：
思考：如何測定這些晶體的結構呢？
02
晶體結構的測定
常用儀器：_____________
X射線衍射儀
X射線單晶衍射儀
02
晶體結構的測定
測定過程：
當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的______相互作用，會在記錄儀上產生 或者 。
電子
分立的斑點
明銳的衍射峰
單晶衍射圖
非晶態和晶態SiO2 粉末衍射圖譜
(水晶)
晶態SiO2
(石英玻璃)
非晶態SiO2
注意：同一條件下攝取的非晶體圖譜中卻看不到分立的斑點或明銳的衍射峰
02
晶體結構的測定
衍射圖
計算獲得
晶胞形狀和大小
分子或原子在微觀空間有序排列呈現的對稱類型
原子在晶胞里的數目和位置
結合晶體化學組成的信息推出原子之間的相互關系
02
晶體結構的測定
乙酸晶體
乙酸分子
的空間結構
示例：通過晶體X射線衍射實驗，對乙酸晶體進行測定，可以得出乙酸晶胞，晶胞中含有4個乙酸分子。并且，測定晶胞中各個原子的位置(坐標)，根據原子坐標，可以計算原子間的距離，判斷出晶體中哪些原子之間存在化學鍵，確定鍵長和鍵角，從而，得出分子的空間結構
乙酸
晶胞
課堂總結
03
課堂總結
晶胞 晶體結構的測定
晶體結構的測定
晶胞
X射線衍射法
信息：晶胞形狀和大小、分子或原子在微觀空間有序排列呈現的對稱類型、原子在晶胞里的數目和位置等，以及結合晶體化學組成的信息推出原子之間的相互關系
概念
晶胞與晶體的關系
晶胞中粒子數目的計算
判斷方法
計算晶胞中含有微粒數目的一般步驟
課堂練習
04
課堂練習
1．整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成。對這句話的理解錯誤的是
A．相鄰晶胞之間沒有任何間隙
B．晶體是晶胞簡單、隨意堆積而成
C．晶胞排列時，取向相同
D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的
【答案】B
【詳解】晶體并不是晶胞簡單、隨意堆積而成，而是晶胞平行排列而成的，且相鄰晶胞之間沒有任何間隙。故答案選擇B。
04
課堂練習
2．下列關于晶體和晶胞的敘述中，正確的是
A．不同晶體中的晶胞的大小和形狀均相同
B．晶胞是晶體中最小的平行六面體
C．晶體與非晶體的根本區別在于固體是否具有規則的兒何外形
D．由晶體X射線衍射圖經過計算可以獲得晶胞的形狀、大小以及微粒在晶胞里的位置
04
課堂練習
【答案】D
【詳解】A．不同晶體的構成微粒不同，微粒的半徑不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形狀可能相同，也可能不同，A錯誤；
B．晶胞是從晶體上取出的一個具有代表性的基本單元，不一定是平行六面體，B錯誤；
C．晶體與非晶體的根本區別在于晶體有自范性，非晶體也可以有規則幾何外形，如玻璃，C錯誤；
D．X射線衍射圖經過計算可以獲得晶胞的形狀、大小，分子或原子在微觀空間有序列排列呈現的對稱類型、原子在晶胞里的數目、位置等，D正確；
04
課堂練習
3．已知某化合物是由鈣、鈦、氧三種元素組成的晶體，其晶胞結構如圖所示，則該物質的化學式為
A．CaTiO3 B．CaTiO6
C．Ca4TiO3 D．CaTiO12
04
課堂練習
【答案】A
【詳解】利用均攤法確定化學式，處于晶胞中心的原子被一個晶胞占有，處于頂點上的原子被8個晶胞占有，處于棱上的原子被4個晶胞占有。所以鈣原子有一個，鈦原子的個數為8×1/8-=1，氧原子的個數為12×1/4=3個，故該物質的化學式為CaTiO3，所以本題選擇A。
04
課堂練習
4．某晶體的晶胞如圖所示，這種晶體中A、B、C三種粒子數目之比是
A．3∶9∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
04
課堂練習
04
課堂練習
04
課堂練習
04
課堂練習
6.科學家發現了一種由鈦原子和碳原子構成的氣態團簇分子。如圖所示，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，則它的化學式是（ ）
A.Ti14C13 B.Ti4C4 C.TiC D.Ti13C14
A
04
課堂練習
7.話筒是聲電轉換的換能器，在話筒中有一種材料的結構如圖所示，它的主要成分是鈦酸鋇，根據晶胞的結構示意圖，可知它的化學式是（ ）
A、BaTi8O12
B、BaTi4O6
C、BaTi2O4
D、BaTiO3
D
04
課堂練習
8.金屬Zn晶體中的原子堆積方式如圖，六棱柱底邊邊長為a cm，高為c cm，阿伏伽德羅常數的值為NA，Zn的密度為_______g·cm－3(列出計算式)。
ρ =
M
abc · NA
6×65
6× ×a2c×NA
3
4
√
感謝觀看
THANK YOU

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