高中化學：3.1.2《晶胞及晶胞中微粒個數(shù)的確定》課件（新人教版選修3）.ppt

高中 化學 新人教版選修3系列課件 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 3 1 晶體的常識 第二課時3 1 2 晶胞及晶胞中微粒個數(shù)的確定 二 晶胞 二 晶胞 定義 晶體中重復出現(xiàn)的最基本的結(jié)構(gòu)單元 體心立方 簡單立方 面心立方 三種典型立方晶體結(jié)構(gòu) 1 簡單立方 又稱簡立方 自然界中簡單立方晶體比較少見 via族元素晶體釙po在室溫時是簡單立方結(jié)構(gòu) 簡立方的配位數(shù)為6 2 體心立方 堿金屬li na k等是體心立方結(jié)構(gòu) 體心立方的配位數(shù)是8 3 面心立方 cu ag au等金屬晶體的結(jié)構(gòu)是面心立方 面心立方的配位數(shù)為12 這是簡單晶體可能具有的最高配位數(shù) 面心立方是自然界最密集的堆積方式之一 稱為面心立方密堆積 簡稱立方密堆積或立方密積 晶胞中粒子數(shù)的計算方法 晶體結(jié)構(gòu)類習題最常見的題型就是已知晶胞的結(jié)構(gòu)而求晶體的化學式 解答這類習題首先要明確一個概念 由晶胞構(gòu)成的晶體 其化學式不一定是表示一個分子中含有多少個原子 而是表示每個晶胞中平均含有各類原子的個數(shù) 即各類原子的最簡個數(shù)比 解答這類習題 通常采用分攤法 在一個晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的多個原子 這些原子并不是只為這個晶胞所獨立占有 而是為多個晶胞所共有 那么 在一個晶胞結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的每個原子 這個晶體能分攤到多少比例呢 這就是分攤法 分攤法的根本目的就是算出一個晶胞單獨占有的各類原子的個數(shù) 分攤法的根本原則是 晶胞任意位置上的一個原子如果是被x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 x 在立體晶胞中 原子可以位于它的頂點 也可以位于它的棱上 還可以在它的面上 不含棱 當然 它的體內(nèi)也可以有原子 每個頂點被8個晶胞共有 所以晶胞對自己頂點上的每個原子只占1 8份額 每條棱被4個晶胞共有 所以晶胞對自己棱上的每個原子只占1 4份額 每個面被2個晶胞共有 所以晶胞對自己面上 不含棱 的每個原子只占1 2份額 晶胞體內(nèi)的原子不與其他晶胞分享 完全屬于該晶胞 體心 1 面心 1 2 頂點 1 8 棱邊 1 4 晶胞中原子個數(shù)的計算 1 每個晶胞涉及同類a數(shù)目m個 每個a為n個晶胞共有 則每個晶胞占有a m 1 n 2 計算方法 例1 水的狀態(tài)除了氣 液和固態(tài)外 還有玻璃態(tài) 它是由液態(tài)水急速冷卻到165k時形成的 玻璃態(tài)的水無固態(tài)形狀 不存在晶體結(jié)構(gòu) 且密度與普通液態(tài)水的密度相同 有關玻璃態(tài)水的敘述正確的是 a 水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài) 體積縮小b 水由液態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài) 體積膨脹c 玻璃態(tài)是水的一種特殊狀態(tài)d 玻璃態(tài)水是分子晶體 c 例2 最近發(fā)現(xiàn)一種由鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)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 解析 由于本題團簇分子指的是一個分子的具體結(jié)構(gòu) 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(shù)出該結(jié)構(gòu)內(nèi)兩種原子的數(shù)目就可以了 答案為 ti14c13 例3 鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好 介電常數(shù)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(jié)構(gòu)示意圖為下圖 它的化學式是 a bati8o12b bati4o6c bati2o4d batio3 d 解題關鍵 ba在立方體的中心 完全屬于該晶胞 ti處于立方體的8個頂點 每個ti為與之相連的8個立方體所共用 即只有1 8屬于該晶胞 o處于立方體的12條棱的中點 每條棱為四個立方體共用 故每個o只有1 4屬于該晶胞 即晶體中 ba ti o 1 8 1 8 12 1 4 1 1 3易錯剖析 如果以為鈦酸鋇晶體就是一個個孤立的如題圖所示的結(jié)構(gòu) 就會錯選c 石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu) 層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu) 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(shù)為 個 占有的碳碳鍵數(shù)為 個 碳原子數(shù)目與碳碳化學鍵數(shù)目之比為 練習一 2 3 2 3 學與問 p66 二氧化碳及其晶胞 p67習題第三題 干冰晶體結(jié)構(gòu)示意 結(jié)束 回分子晶體 由此可見 每個二氧化碳分子周圍有12個二氧化碳分子 1 晶體與非晶體的嚴格判別可采用 a 有否自范性b 有否各向異性c 有否固定熔點d 有否周期性結(jié)構(gòu) 2 某物質(zhì)的晶體中含a b c三種元素 其排列方式如圖所示 其中前后兩面心上的b原子未能畫出 晶體中a b c的中原子個數(shù)之比依次為 a 1 3 1b 2 3 1c 2 2 1d 1 3 3 課后鞏固練習 d a 3 1987年2月 未經(jīng)武 paulchu 教授等發(fā)現(xiàn)鈦鋇銅氧化合物在90k溫度下即具有超導性 若該化合物的結(jié)構(gòu)如右圖所示 則該化合物的化學式可能是 a yba2cuo7 xb yba2cu2o7 xc yba2cu3o7 xd yba2cu4o7 x c 4 白磷分子如圖所示 則31g白磷分子中存在的共價鍵數(shù)目為 a 4nab nac 1 5nad 0 25na c 5 某離子化合物的晶胞如右圖所示立體結(jié)構(gòu) 晶胞是整個晶體中最基本的重復單位 陽離子位于此晶胞的中心 陰離子位于8個頂點 該離子化合物中 陰 陽離子個數(shù)比是 a 1 8b 1 4c 1 2d 1 1 d 6 如右圖石墨晶體結(jié)構(gòu)的每一層里平均每個最小的正六邊形占有碳原子數(shù)目為 a 2b 3c 4d 6 a 7 許多物質(zhì)在通常條件下是以晶體的形式存在 而一種晶體又可視作若干相同的基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成 這些基本結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)化學中被稱作晶胞 已知某化合物是由鈣 鈦 氧三種元素組成的晶體 其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 則該物質(zhì)的化學式為 a ca4tio3b ca4tio6c catio3d ca8tio120 c 8 下列有關晶體的特征及結(jié)構(gòu)的陳述中不正確的是 a單晶一般都有各向異性b晶體有固定的熔點c所有晶體都有一定的規(guī)整外形d多晶一般不表現(xiàn)各向異性 d 多晶指的是多種晶形共存 單晶指只有一種晶形 單晶體 晶體內(nèi)部的晶格方位完全一致 多晶體 許多晶粒組成 9 晶體中最小的重復單元 晶胞 凡處于立方體頂點的微粒 同時為個晶胞共有 凡處于立方體棱上的微粒 同時為個晶胞共有 凡處于立方體面上的微粒 同時為個晶胞共有 凡處于立方體體心的微粒 同時為個晶胞共有 8 4 2 1 10 現(xiàn)有甲 乙 丙 如下圖 三種晶體的晶胞 甲中x處于晶胞的中心 乙中a處于晶胞的中心 可推知 甲晶體中x與y的個數(shù)比是 乙中a與b的個數(shù)比是 丙晶胞中有 個c離子 有 個d離子 4 3 1 1 4 4 10 解析 x y 4 3a b 1 14個c4個d處于晶胞中心的x或a為該晶胞單獨占有 位于立方體頂點的微粒為8個立方體共有 位于立方體棱邊的微粒為四個立方體共有 位于立方體面的微粒為兩個立方體共有 所以x y l 6 1 8 4 3 a b 1 8 1 8 1 1 丙晶胞中c離子為12 1 4 1 4 個 d離子為8 1 8 6 1 2 4 個 11 右圖是超導化合物 鈣鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu) 請回答 1 該化合物的化學式為 2 在該化合物晶體中 與某個鈦離子距離最近且相等的其他鈦離子共有個 catio3 6 11 解析 這個晶胞對位于頂點上的每個鈦原子占有的份額為1 8 所以 它單獨占有的鈦原子個數(shù)為8 1 8 1個 它對位于棱上的每個氧原子占有的份額為1 4 所以 它單獨占有的氧原子個數(shù)為12 1 4 3個 它全部擁有體內(nèi)的那一個鈣原子 所以 該晶胞中單獨占有的鈦原子 氧原子和鈣原子的個數(shù)分別為 1 3 1 鈦位于立方體的頂點上 與一個鈦離子距離最近的鈦離子是與它共棱的 與它共棱的離子都是二個 所以 共6個 12 右圖是石英晶體平面示意圖 它實際上是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 其中硅 氧原子數(shù)之比為 原硅酸根離子sio44 的結(jié)構(gòu)可表示為 二聚硅酸根離子si2o76 中 只有硅氧鍵 它的結(jié)構(gòu)可表示為 1 2 干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖 co2分子 干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖 co2分子 13 在干冰晶體中每個co2分子周圍緊鄰的co2分子有 個在晶體中截取一個最小的正方形 使正方形的四個頂點部落到co2分子的中心 則在這個正方形的平面上有 個co2分子 12 4 14 如圖為nacl晶體結(jié)構(gòu)圖 圖中直線交點處為nacl晶體中na 與cl 所處的位置 不考慮體積的大小 1 請將其代表na 的用筆涂黑圓點 以完成nacl晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2 確定晶體的晶胞 分析其構(gòu)成 3 從晶胞中分na 周圍與它最近時且距離相等的na 共有多少個 14 1 含8個小立方體的nacl晶體示意圖為一個晶胞 2 在晶胞中na 與cl 個數(shù)比為1 1 3 12個 拓展提高 1996年諾貝化學獎授予對發(fā)現(xiàn)c60有重大貢獻的三位科學家 c60分子是形如球狀的多面體 如圖 該結(jié)構(gòu)的建立基于以下考慮 c60分子中每個碳原子只跟相鄰的3個碳原子形成化學鍵 c60分子只含有五邊形和六邊形 多面體的頂點數(shù) 面數(shù)和棱邊數(shù)的關系 遵循歐拉定理 頂點數(shù) 面數(shù) 棱邊數(shù) 2 據(jù)上所述 可推知c60分子有12個五邊形和20個六邊形 c60分子所含的雙鍵數(shù)為30 請回答下列問題 15 固體c60與金剛石相比較 熔點較高者應是 理由是 16 試估計c60跟f2在一定條件下 能否發(fā)生反應生成c60f60 填 可能 或 不可能 并簡述其理由 金剛石屬原子晶體 而固體c60不是 故金剛石熔點較高 金剛石 因c60分子含30個雙鍵 與極活潑的f2發(fā)生加成反應即可生成c60f60 可能 17 通過計算 確定c60分子所含單鍵數(shù) c60