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第三章 晶體結構與性質
第一節 物質的聚集狀態與晶體的常識
第2課時
非晶態二氧化硅
晶態二氧化硅
◆晶體不同于非晶體的特點有哪些
◆形成這些特性的微觀原因是什么
自范性
各向異性
熔點固定
晶體的構成微粒呈周期性的有序排列
構成微粒相同 空間排列不同
復習回顧
晶體特性
銅晶體 CaF 晶體 金剛石晶體 苯晶體
◆宏觀可見的整塊晶體是由大量微粒聚集而成的。
◆晶體的構成微粒在空間周期性重復排列，呈現高度對稱性。
思考 觀察如下晶體的微觀結構模型，體會微粒的空間排列特點。
要研究晶體的結構，應當如何入手呢
只需研究基本重復單元
化學微粒
周期性 相對無序
有序排列 排列
晶體 非晶體
選取 晶胞
基本重復單元
◆是否需要研究構成晶體的所有部分
◆ 可否作為一個基本重復單元
一、晶胞
1.晶胞：描述晶體結構的基本單元，即晶體中最小的結構重復單元.
晶體與晶胞的關系可用蜂巢與峰室的關系比喻，然而蜂巢是有形的， 晶胞是無形的，是人為劃定的。
蜂巢與蜂室 銅晶體 銅晶胞
金剛石結構
晶胞示意圖
平行六面體
2.晶體與晶胞的關系
一般來說，晶胞都是平行六面體，晶體可以看作是數量巨大的晶胞 “無隙并置”而成
①無隙：指相鄰的晶胞之間沒有任何間隙；一個晶胞與相鄰的晶胞 完全共頂點、共棱邊、共面
②并置：指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一個晶胞到另一 個晶胞只需平移，不需轉動
③完全等同：指所有晶胞的形狀、內部的原子種類、個數及幾何排 列完全相同。
3.特征：
一般來說，晶胞都是平行六面體(其邊長不一定相等也不一定垂直) 通過上、下、左、右、前、后的平移能與下一個晶胞完全重合。
Simple cubic Tetragonal
=b≠c
α=β- γ-
Monoclinic
≠α=β=9 0°
Orthorhombic
Triclinic
α≠β≠γ≠90°
Rhombohedral
Hexagonal
α=β=9 03y=120°
a-β-γ- 90
【思考】下圖中晶胞是實線小立方體呢 還是虛線大立方體
簡單立方 體心立方 面心立方
4.三種典型立方晶胞結構
【課堂練習1】
銅晶體的一個晶胞中含有多少個銅原子
A:14
C:8
B:4
D:6
頂點：1/8
棱邊：1/4
面心：1/2
體心：1
晶胞 頂角 棱邊 面心
體心
立方體 1/8 1/4 1/2
1
頂角
棱邊
面心
二、晶胞中粒子數目的計算
1.立方晶胞
均攤法：如某個粒子為x個晶胞所共有，則該粒子有1/x屬于一個晶胞。
頂點 棱邊 面心 體心
【課堂練習T1】
銅晶體的一個晶胞中含有多少個銅原子
A:14
C:8
B:4
D:6
【課堂練習T2】下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅(Zn)、碘 (I )、金 剛石(C)晶胞的示意圖，數一數，它們分別平均含有幾個原子
Cl- 各1/2個
一個大NaCl 晶胞包含4個NaCl
氯化鈉的化學式用“NaCl”來表示，原因何在 能否把“NaCl”稱為分子式
【課堂練習T3】 Na+:Cl-=1:1
●
Na+
O
Cl-
每個C Cl晶 胞 中 有 1 個Cs+, 有 1 個CI。
一個CsCl 晶胞包含1個CsCl
氯化銫化學式推導
A 與B離子的個數比等于 1 : ,該物質化學式可表示為 AB 。
【課堂練習T4】
A+
B-
【課堂練習T5】
石墨晶體的層狀結構，層內為平面正六邊形結 構(如圖),試回答下列問題：
(1)圖中平均每個正六邊形占有C原子數為
2 個、占有的碳碳鍵數為_3 個。
碳原子數目與碳碳化學鍵數目之比為 2:3 。
【課堂練習T6】
鈦酸鋇的熱穩定性好，介電常數高，在小型變壓器、話筒和擴音 器中都有應用。鈦酸鋇晶體的結構示意圖為下圖，它的化學式是
( D)
A.BaTi O 2
C.BaTi O
B.BaTi O
D.BaTiO
【課堂練習T7】
現有甲、乙、丙、丁四種晶胞，可推知：甲晶體中A與B的離子個數 比為1:1 ;乙晶體的化學式為C D ; 丙晶體的化學式為EF ; 丁 晶體的化學式為x Y Z 。
8.最近發現一種由鈦原子和碳原子構成的氣態團簇分子，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， 它的化學式是Ti C 。
解析：由于本題團簇分子指的是一個分子的具 體結構，并不是晶體中的最小的一個重復單位， 不能采用均攤法分析，所以只需數出該結構內 兩種原子的數目就可以了。
晶胞有幾套平行棱 有幾套平行面
晶胞的結構特點：
①8個頂點相同
②三套各4根平行的棱相同
③三套各2個平行的面相同
頂點 1/12
棱邊水平1/4豎1/6
面心1/2
體心 1
2.三方晶胞
三棱柱
頂點 1/6
棱邊 水平1/4豎1/3 面心 1/2
體心 1
3.六方晶胞
六棱柱
【課堂練習2】
某晶體的一部分如圖所示，這種晶體中A、B、C 三種粒子數之比是( B )
A.3:9:4
C.2:9:4
B.1:4:2
D.3:8:4
頂點1/12
棱邊水平1/4
三棱柱 豎1/6
面心1/2
體心1
頂點1/8
棱邊 1/4 面心 1/2 體心 1
常見晶胞中微粒數的計算
面心 1/2
體心1
水平1/4 豎1/3
頂點1/6
六棱柱
立方體
棱邊
從衍射圖中經計算可獲取晶體的結構信息，如晶胞的形狀、 大小，微粒空間對稱性類型，原子的數目和位置等。
三、晶體結構的測定——X射線衍射法
根據晶胞結構確定各種粒子的數目
晶胞質量
晶胞體積
根據晶胞的邊長或微粒間的距離
四、晶體密度p求算
= m/
求
求
該晶胞中，若Na+和C1-間的最近距離為0.5a×10-10m,則晶體的密度d=
【課堂練習3】
1.如圖是CsCl晶體的晶胞(晶體中最小的重復單元)已知晶體中2個 最近的Cs+核間距離為acm, 氯化銫的相對分子質量為M,NA 為阿佛 加德羅常數，則CsCl晶體的密度為( C ) (單位：克/cm )
B.a M/8NA
D.a M/NA
A.8M/a NA
C.M/a NA
頂點一Cs+
中 心 -c1-
2.已知CsCl晶體的密度為p g·cm-3,NA為阿伏加德羅常數，相鄰
的兩個Cs+的核間距為a cm,如圖所示，則CsCl的相對分子質量
可以表示為( A )
A.NA·a ·p B.
. D.
五、晶胞某原子周圍與其等距離且最近的原子數目(稱為配位數 )
【方法】晶體配位數計算：
①先確定并觀察中心原子，觀察一個晶胞，再向空間延伸
②考慮是否重復計算
1.①NaCl晶體中，每個Na+周圍最近距離的Cl-有 6 個 ，
每個Cl-周圍最近距離的Na+有 6 個。
②每個Na+周圍最近距離的Na+有12 _ 個 。
2.如圖所示，CsCl晶體具有立方體結構，
①每個Cs+周圍最近距離的Cs+有 6 個 ，每個Cl-周圍最近距離的Cl-有 6個。
②每個Cs+周圍最近距離的Cl-有 8 個 ，每個Cl-周圍最近距離的Cs+有8 個。
3.①CO 晶體結構，CO 分子處于立方體的 面心 位置，一個立方體中含 有4 個CO 分子。②在同一平面上與一個CO 分子距離最近的CO 分子有
個。③三維立體中，與一個CO 分子距離最近的CO 有4 個。
12
距離最近的分子的位置
2
8
12個
0○
0○
○
○
O
》
4.Cu晶胞中與銅原子最近且等距離的銅原子有12 個。
六、計算晶胞微粒間的距離
【例題】若CaTiO 的相對分子質量為M, 密度為 A g/cm ,阿伏加德羅常數
【題型5】原子坐標參數
【方法】①由已知坐標確定晶胞參數值和坐標原點
②由原子在晶胞中的相對位置確定原子與坐標原點的距離
③確定原子在晶胞中的坐標【例】系統集成 P71: 探究題目T4 P72:T5

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