物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)·晶體的常識(shí)

1、20222022年年4 4月月2929日星期五日星期五4/29/2022 8:04 PM第一節(jié)第一節(jié) 晶體的常識(shí)晶體的常識(shí)目目 錄錄的定義的定義的分類(lèi)的分類(lèi)無(wú)隙并置無(wú)隙并置晶體形成的途徑晶體形成的途徑典型立方晶體結(jié)構(gòu)典型立方晶體結(jié)構(gòu)晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算學(xué)學(xué).科科.網(wǎng)網(wǎng)自然界中美麗的雪花自然界中美麗的雪花膽膽礬礬 明明礬礬晶晶體體冰冰糖糖晶晶體體 水水晶晶水晶石水晶石祖祖 母母 綠綠紫水晶紫水晶 黃黃 水水 晶晶 金剛石金剛石宏觀晶體的形貌宏觀晶體的形貌 立方一、晶體與非晶體一、晶體與非晶體1.1.晶體與非晶體晶體與非晶體（1 1）晶體：）晶體： 在結(jié)晶過(guò)程中形成的具有規(guī)則幾

2、何外形的固體。在結(jié)晶過(guò)程中形成的具有規(guī)則幾何外形的固體。（2 2）非晶體：）非晶體： 沒(méi)有規(guī)則幾何外形的固體。沒(méi)有規(guī)則幾何外形的固體。(3) (3) 常見(jiàn)的晶體和非晶體常見(jiàn)的晶體和非晶體: : 晶體：晶體： 食鹽食鹽( (離子化合物的固態(tài)一般為晶體離子化合物的固態(tài)一般為晶體) )、冰、金屬、寶石、水晶、大部分礦石。冰、金屬、寶石、水晶、大部分礦石。 非晶體：非晶體： 玻璃及玻璃態(tài)物質(zhì)、橡膠、塑料。玻璃及玻璃態(tài)物質(zhì)、橡膠、塑料。4/29/2022 8:04 PM2 2、分類(lèi)分類(lèi)：思考：思考： 為什么晶體呈現(xiàn)規(guī)則的幾何外形，為什么晶體呈現(xiàn)規(guī)則的幾何外形，而非晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何外形呢？你而非晶體沒(méi)有

3、規(guī)則的幾何外形呢？你認(rèn)為可能和什么因素有關(guān)？認(rèn)為可能和什么因素有關(guān)？3.3.晶體的自范性晶體的自范性（1 1）自范性：）自范性： 晶體能自發(fā)地呈多面體幾何外形的性質(zhì)晶體能自發(fā)地呈多面體幾何外形的性質(zhì)（2 2）晶）晶體自范性的本體自范性的本質(zhì)質(zhì): : 晶體中粒子周期性有序排列的宏觀表像晶體中粒子周期性有序排列的宏觀表像瑪瑙瑪瑙水晶水晶（3 3）晶體自范性的條件）晶體自范性的條件: :適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶速率適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶速率4 4、晶體與、晶體與非晶體的本質(zhì)差異非晶體的本質(zhì)差異自范性自范性微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)晶體晶體有（有（能自發(fā)能自發(fā)呈現(xiàn)多面體呈現(xiàn)多面體外形）外形）原子在三維空間里呈原子在三維空間里呈周期性有序

4、排列周期性有序排列非晶非晶體體沒(méi)有（沒(méi)有（不能自發(fā)不能自發(fā)呈現(xiàn)多呈現(xiàn)多面體外形）面體外形）原子排列相對(duì)無(wú)序原子排列相對(duì)無(wú)序4/29/2022 8:04 PM5.5.晶體形成的途徑晶體形成的途徑4/29/2022 8:04 PM4/29/2022 8:04 PM各向異性：各向異性：在不同的方向上有不同的物理性質(zhì)。在不同的方向上有不同的物理性質(zhì)。如：如：的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)石蠟、塑料、玻璃受熱到一定溫度開(kāi)始軟化、流動(dòng)性增強(qiáng)，石蠟、塑料、玻璃受熱到一定溫度開(kāi)始軟化、流動(dòng)性增強(qiáng)，直至完全變成液體，整個(gè)過(guò)程溫度不斷升高。直至完全變成液體，整個(gè)過(guò)程溫度不斷升高。非晶態(tài)和晶態(tài)石英的非晶態(tài)和晶態(tài)石英的X-射線(xiàn)粉末衍射

5、圖譜射線(xiàn)粉末衍射圖譜晶態(tài)石英的譜圖晶態(tài)石英的譜圖非晶態(tài)石英的譜圖非晶態(tài)石英的譜圖4/29/2022 8:04 PM學(xué)與問(wèn)學(xué)與問(wèn)非晶體非晶體A.A.采采用用X X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)，當(dāng)射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)，當(dāng)X X射線(xiàn)照射假寶射線(xiàn)照射假寶石時(shí)，石時(shí)， 不不能使能使X X射線(xiàn)產(chǎn)生衍射，只有散射效應(yīng)。射線(xiàn)產(chǎn)生衍射，只有散射效應(yīng)。B.B.觀觀看是否具有對(duì)稱(chēng)性，在外形上假寶石沒(méi)有相看是否具有對(duì)稱(chēng)性，在外形上假寶石沒(méi)有相等的晶面、晶棱和頂角重復(fù)出現(xiàn)。等的晶面、晶棱和頂角重復(fù)出現(xiàn)。C.C.用用它來(lái)刻劃玻璃，真寶石硬度大，可刻劃玻璃；它來(lái)刻劃玻璃，真寶石硬度大，可刻劃玻璃；而假寶石硬度小，不能用來(lái)刻劃玻璃。而假寶石硬度小，

6、不能用來(lái)刻劃玻璃。D D、加熱，真寶石沸點(diǎn)很高，而假寶石無(wú)固定的熔、加熱，真寶石沸點(diǎn)很高，而假寶石無(wú)固定的熔沸點(diǎn)，在一定的范圍內(nèi)便開(kāi)始熔化。沸點(diǎn)，在一定的范圍內(nèi)便開(kāi)始熔化。E.E.可可利用寶石的折光率鑒別利用寶石的折光率鑒別4/29/2022 8:04 PM固體固體外觀外觀微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)自范性自范性各向異性各向異性熔點(diǎn)熔點(diǎn)晶體晶體非晶非晶體體本質(zhì)本質(zhì)區(qū)別區(qū)別鑒別鑒別4/29/2022 8:04 PM無(wú)形無(wú)形4/29/2022 8:04 PM4/29/2022 8:04 PM4/29/2022 8:04 PM平行六平行六面體面體無(wú)隙并置無(wú)隙并置無(wú)隙并無(wú)隙并置置NaCl晶體結(jié)構(gòu)和晶胞晶體結(jié)構(gòu)和晶

7、胞通過(guò)上、下、左、右、前、后的通過(guò)上、下、左、右、前、后的平移平移能與下一能與下一個(gè)完個(gè)完全重合全重合 晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞無(wú)隙并置無(wú)隙并置而成而成4/29/2022 8:04 PM3 3、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu)、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu)4/29/2022 8:04 PM體心：體心：1面心：面心：1/2頂點(diǎn)：頂點(diǎn)：1/8棱心：棱心：1/44.4.晶胞中粒子個(gè)數(shù)的計(jì)算晶胞中粒子個(gè)數(shù)的計(jì)算1 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 4請(qǐng)看請(qǐng)看:1 1體心：體心：1面心：面心：1/2頂點(diǎn)：頂點(diǎn)：1/8棱心：棱心：1/4晶晶胞中粒子個(gè)

8、數(shù)計(jì)算規(guī)律胞中粒子個(gè)數(shù)計(jì)算規(guī)律晶胞晶胞頂角頂角 棱心棱心 面心面心 體心體心立方體立方體 1/81/8 1/4 1/4 1/2 1/2 1 1常見(jiàn)晶胞微粒數(shù)的計(jì)算常見(jiàn)晶胞微粒數(shù)的計(jì)算微粒數(shù)微粒數(shù)=81/8 = 1微粒數(shù)微粒數(shù)=8=81 1/8 +1 /8 +1 1 1/1 = 2/1 = 2微粒數(shù)微粒數(shù)=81/8 + 61/2 = 4微粒數(shù)微粒數(shù)=121/6 + 21/2 + 31/1 = 64/29/2022 8:04 PM第一節(jié)第一節(jié) 晶體的常識(shí)晶體的常識(shí)小小 結(jié)結(jié)的定義的定義的分類(lèi)的分類(lèi)無(wú)隙并置無(wú)隙并置晶體形成的途徑晶體形成的途徑典型立方晶體結(jié)構(gòu)典型立方晶體結(jié)構(gòu)晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算晶胞中

9、原子個(gè)數(shù)的計(jì)算4/29/2022 8:04 PM1 1C2DEFXY3Z2、下圖依次是金屬鈉、下圖依次是金屬鈉(Na)、金屬鋅金屬鋅(Zn)、碘、碘(12)、金剛石金剛石(C)晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均晶胞的示意圖，數(shù)一數(shù)，它們分別平均含有幾個(gè)原子含有幾個(gè)原子?NaZnI2金剛石金剛石Na Z = 2 Zn Z = 2金剛石金剛石 C Z= 8 I2 Z = 44/29/2022 8:04 PM3、鈣、鈣-鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。觀察鈣鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。觀察鈣-鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)，求該晶體中，鈣、鈦、氧鈦礦晶胞結(jié)構(gòu)，求該晶體中，鈣、鈦、氧的微粒個(gè)數(shù)比為多少？的微粒個(gè)數(shù)比為多少？CaTiO3

10、1 1 34 4、在碳單質(zhì)的成員中還有一種混合型晶體、在碳單質(zhì)的成員中還有一種混合型晶體石墨，石墨，如圖所示。它是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間依靠作用力相結(jié)如圖所示。它是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間依靠作用力相結(jié)合。每層內(nèi)部碳原子與碳原子之間靠作用力相結(jié)合，其合。每層內(nèi)部碳原子與碳原子之間靠作用力相結(jié)合，其鍵角為鍵角為120120 ? 1。分析圖中每個(gè)六邊形含有。分析圖中每個(gè)六邊形含有 個(gè)碳原子，個(gè)碳原子， 2占有的碳碳鍵數(shù)為占有的碳碳鍵數(shù)為_(kāi)個(gè)，碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)個(gè)，碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)鍵數(shù)目之比為鍵數(shù)目之比為_(kāi)。32 34/29/2022 8:04 PM5、下列是、下列是NaCl晶胞示意圖，晶胞中晶胞示

11、意圖，晶胞中Na+和和Cl的個(gè)數(shù)比是多少？的個(gè)數(shù)比是多少？1 14/29/2022 8:04 PM(8 + 6 )3 =1281216、下圖是、下圖是CO2分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，其中有多少個(gè)原子？其中有多少個(gè)原子？4/29/2022 8:04 PMTi14C13 8.NiO晶體結(jié)構(gòu)如圖，晶體結(jié)構(gòu)如圖，Ni2與鄰近的與鄰近的O2-核間距核間距為為a10-8 ，計(jì)算，計(jì)算NiO晶體密度（已知晶體密度（已知NiO摩摩爾質(zhì)量為爾質(zhì)量為74.7gmol-1)9.20019.2001年報(bào)道的硼和鎂形成的化合物刷新了金年報(bào)道的硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)溫度的最高記錄

12、。如圖所示的是屬化合物超導(dǎo)溫度的最高記錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元：鎂原子間形成正六該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有棱柱，且棱柱的上下底面還各有1 1個(gè)鎂原子，個(gè)鎂原子，6 6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為表示為( )( ) A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2Mg原子的數(shù)目：原子的數(shù)目：121/6+21/2=3B原子的數(shù)目：原子的數(shù)目：6故化學(xué)式可表示為：故化學(xué)式可表示為：MgB210.10.晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正晶體硼的基本結(jié)構(gòu)單元都是由硼原子組成的正

13、二十面體二十面體, ,其中含有其中含有2020個(gè)等邊三角形和一定數(shù)目的個(gè)等邊三角形和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)原子，試觀察圖形回答。頂角，每個(gè)頂角各有一個(gè)原子，試觀察圖形回答。這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元由這個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元由 _ _ _個(gè)硼原子組成，共個(gè)硼原子組成，共含有含有_ _ 個(gè)個(gè)B-BB-B鍵。鍵。1212303020203 3606060605 5121260602 23030注意注意： 在使用均攤法計(jì)算規(guī)律時(shí)一定先看清楚晶胞構(gòu)型；若晶胞構(gòu)型不是立方體，晶胞中的微粒數(shù)視情況而定！ 在晶體結(jié)構(gòu)中確定一個(gè)具有代表性在晶體結(jié)構(gòu)中確定一個(gè)具有代表性的最小重復(fù)單元為研究對(duì)象，運(yùn)用點(diǎn)、的最小重復(fù)單元為

14、研究對(duì)象，運(yùn)用點(diǎn)、線(xiàn)、面的量進(jìn)行解答。線(xiàn)、面的量進(jìn)行解答。（摩爾質(zhì)量、阿伏加德羅常數(shù)與密度的關(guān)系）（摩爾質(zhì)量、阿伏加德羅常數(shù)與密度的關(guān)系）有有關(guān)晶體的計(jì)算關(guān)晶體的計(jì)算思考思考1.NaCl1.NaCl晶體中，每個(gè)晶體中，每個(gè)NaNa+ +周周 圍最近距離的圍最近距離的ClCl- -有有 個(gè)？個(gè)？ 每個(gè)每個(gè)ClCl- -周?chē)罱嚯x的周?chē)罱嚯x的 NaNa+ +有有 個(gè)？個(gè)？2.2.在在NaClNaCl晶體中，每個(gè)晶體中，每個(gè)NaNa+ +周周 圍最近距離的圍最近距離的NaNa+ +有有 個(gè)？個(gè)？3.3.氯化鈉的化學(xué)式用氯化鈉的化學(xué)式用“NaCl”NaCl”來(lái)表示，原因何在？能來(lái)表示，原因何在？

15、能否否 把把“NaCl”NaCl”稱(chēng)為分子式？稱(chēng)為分子式？ 4.4.每個(gè)晶胞中平均有每個(gè)晶胞中平均有 個(gè)個(gè)NaNa+ +？ 個(gè)個(gè)ClCl- -？（位于頂？（位于頂 點(diǎn)、棱邊、面心、體心上的粒子對(duì)該晶胞的貢獻(xiàn)）點(diǎn)、棱邊、面心、體心上的粒子對(duì)該晶胞的貢獻(xiàn)）5.5.該晶胞中，若該晶胞中，若NaNa+ +和和ClCl- -間的最近距離為間的最近距離為0.5a0.5ax1010-10-10m m， 則晶體的密度則晶體的密度= = 6 66 6121244039/a3 （g/cm3）2 21 13 34 4a a1010-8-8cmcm晶體中最小正方體中所含的晶體中最小正方體中所含的NaNa+ +和和Cl

16、Cl的個(gè)數(shù)均為的個(gè)數(shù)均為: :（個(gè)）（個(gè)）84 4= =1216.0210232158.5g 即每個(gè)小正方體中平均含即每個(gè)小正方體中平均含 個(gè)個(gè)“NaCl”NaCl”，質(zhì)量為，質(zhì)量為: :21解解法法2 2： 而此小正方體體積為而此小正方體體積為(0.5a(0.5a1010-8-8) )3 33 36.0210232158.5g(0.5a(0.5a1010-8-8) )3 33 30.39a3g. -3=故故NaClNaCl晶體的密度為：晶體的密度為：解解法法1 1： 每個(gè)晶胞中所含的每個(gè)晶胞中所含的NaNa+ +和和ClCl的個(gè)數(shù)均為的個(gè)數(shù)均為4 4個(gè)，即含個(gè)，即含4 4個(gè)個(gè)“NaCl”Na

17、Cl”。 每個(gè)晶胞的質(zhì)量為：每個(gè)晶胞的質(zhì)量為：6.02102358.54g 每個(gè)晶胞的體積為：每個(gè)晶胞的體積為：(a(a1010-8-8) )3 33 3故故NaClNaCl晶體的密度為：晶體的密度為：6.02102358.54(a(a1010-8-8) )3 3= =0.39a3g. -3解解法法3 3：依：依= = m m/ /v v每個(gè)晶胞中所含的每個(gè)晶胞中所含的NaNa+ +和和ClCl的個(gè)數(shù)均為的個(gè)數(shù)均為4 4個(gè)，即含個(gè)，即含4 4個(gè)個(gè)“NaCl”NaCl”。 每個(gè)每個(gè)晶胞的體積為：晶胞的體積為： (a(a1010-8-8) )3 33 3故故NaClNaCl晶體的密度為：晶體的密度

18、為：= =0.39a3g. -3即含即含4 4個(gè)個(gè)“NaCl”NaCl”所占的體積為：所占的體積為：(a(a1010-8-8) )3 33 3那么那么1 1個(gè)個(gè)“NaCl”NaCl”所占的體積為：所占的體積為：(a(a1010-8-8) )3 3 /4/4 3 3則：則：1molNaCl1molNaCl所占的體積為：所占的體積為： 6.021023 (a(a1010-8-8) )3 3 /4/4 3 3而而1molNaCl1molNaCl的質(zhì)量為：的質(zhì)量為：58.5g6.021023(a(a1010-8-8) )3 3 /4/4 3 358.5g6.021023(a(a1010-8-8) )3

19、 3 3 358.5 4g=-Cs+-Cl-CsClCsCl的晶體結(jié)構(gòu)示意圖的晶體結(jié)構(gòu)示意圖 返回原處ClCl- - 1.1.在在CsClCsCl晶體中，每個(gè)晶體中，每個(gè)CsCs+ +周?chē)罱嚯x的周?chē)罱嚯x的CsCs+ + 有幾個(gè)？每個(gè)有幾個(gè)？每個(gè)ClCl- -周?chē)罱嚯x的周?chē)罱嚯x的ClCl- -有幾個(gè)？有幾個(gè)？2.2.分析分析“CsCl” CsCl” 化學(xué)式的由來(lái)。化學(xué)式的由來(lái)。思考思考6587213416個(gè)個(gè)2 21 13 34 4二氧化碳及其晶胞 每8個(gè)CO2構(gòu)成立方體，且在6個(gè)面的中心又各占據(jù)1個(gè)CO2。每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子，12個(gè)原子。 在每個(gè)CO2周?chē)染嚯x的最近的

20、CO2有12個(gè)(同層4個(gè)，上層4個(gè)、下層4個(gè))SiSiOOOOOOO 6-干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖CO2 分子中心干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖干冰晶體結(jié)構(gòu)分析圖CO2 分子 19.如如圖是圖是CsCl晶體的晶胞（晶體中最小的重復(fù)單元）晶體的晶胞（晶體中最小的重復(fù)單元）已知晶體中已知晶體中2個(gè)最近的個(gè)最近的Cs+核間距離為核間距離為acm，氯化銫，氯化銫的相對(duì)分子質(zhì)量為的相對(duì)分子質(zhì)量為M，NA為阿佛加德為阿佛加德羅常數(shù)，則羅常數(shù)，則CsCl晶體的密度為晶體的密度為（單位：克（單位：克/cm3）A、8M/a3NA B、a3M/8NAC、M/a3NA D、a3M/NA20.下下列關(guān)于晶體與非晶體的說(shuō)法正確的是列關(guān)于晶體與非晶體的說(shuō)法正確的是 A、晶體一定比非晶體的熔點(diǎn)高、晶體一定比非晶體的熔點(diǎn)高 B、晶體有自范性但排列無(wú)序、晶體有自范性但排列無(wú)序 C、非晶體無(wú)自范性而且排列無(wú)序、非晶體無(wú)自范性而且排列無(wú)序 D、固體、固體SiO2一定是晶體一定是晶體21.區(qū)區(qū)別晶體與非晶體最可靠的科學(xué)方法是別晶體與非晶體最可靠的科學(xué)方法是 A、熔沸點(diǎn)、熔沸點(diǎn) B、硬度、硬度 C、顏色、顏色 D、x-射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)CD2