高中 高二 化學(xué)選擇性必修2 第三章 第一節(jié) 第2課時(shí) 晶胞 晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定 教學(xué)課件

1、第三章 第一節(jié) 第2課時(shí)晶胞 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定人教版 選擇性必修2授課教師：趙繼海學(xué) 校：深圳科學(xué)高中復(fù)習(xí)回顧晶體不同于非晶體的特點(diǎn)有哪些？形成這些特性的微觀原因是什么？晶體特性自范性各向異性熔點(diǎn)固定晶體的構(gòu)成微粒呈周期性的有序排列晶態(tài)二氧化硅非晶態(tài)二氧化硅構(gòu)成微粒相同空間排列不同觀察如下晶體的微觀結(jié)構(gòu)模型，體會(huì)微粒的空間排列特點(diǎn)。觀察思考銅晶體 CaF2晶體 金剛石晶體 苯晶體宏觀可見(jiàn)的整塊晶體是由大量微粒聚集而成的。晶體的構(gòu)成微粒在空間周期性重復(fù)排列，呈現(xiàn)高度對(duì)稱性。要研究晶體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)如何入手呢？交流研討是否需要研究構(gòu)成晶體的所有部分？只需研究基本重復(fù)單元要研究晶體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)如何入手呢？

2、可否作為一個(gè)基本重復(fù)單元？晶體非晶體化學(xué)微粒周期性有序排列相對(duì)無(wú)序排列基本重復(fù)單元選取晶胞 具有一定形狀和大小，能表征晶體所含的微粒及微粒在空間的周期性有序排列特點(diǎn)。交流研討作為晶體的基本重復(fù)單元，晶胞應(yīng)滿足什么要求？ 在空間按一定周期性有序重復(fù)，堆積成整塊晶體。一、晶胞晶胞的形狀是單一的還是多樣的？相鄰晶胞之間有空隙嗎？如何體現(xiàn)周期性有序重復(fù)？能否選擇球體作為晶胞的形狀？單一形狀無(wú)隙堆積平移復(fù)原晶胞將任意晶胞沿著晶胞的周期性排列方向移動(dòng)到相鄰或其他晶胞時(shí)，能夠完全重合，過(guò)程中無(wú)須轉(zhuǎn)動(dòng)或改變方向。不滿足無(wú)隙堆積生活中常見(jiàn)的地面鋪磚問(wèn)題就是無(wú)隙堆積的典型應(yīng)用。如果用單一形狀鋪滿地面，需要選擇什么

3、形狀？這些形狀是否都能作為二維平面的基本重復(fù)單元的形狀？一、晶胞晶胞的形狀探究活動(dòng) 1平移復(fù)原?相鄰晶胞平移復(fù)原一、晶胞晶胞的形狀探究活動(dòng) 1周期性排列方向任意晶胞正三角形無(wú)隙堆積，是否滿足平移復(fù)原？重合時(shí)取向改變?nèi)∠蛳嗤叫兴倪呅螣o(wú)隙堆積，是否滿足平移復(fù)原？一、晶胞 有人說(shuō)，晶體中的晶胞就好比是蜂巢中的蜂室。那么，正六邊形能否作為二維平面的重復(fù)單元呢？ 正六邊形也不滿足平移復(fù)原的要求，不能作為二維平面的基本重復(fù)單元，請(qǐng)同學(xué)嘗試課后自己證明這一點(diǎn)。結(jié)論1晶胞在二維平面的形狀只能是平行四邊形。問(wèn)題解決聯(lián)想質(zhì)疑結(jié)論2晶胞在三維空間的形狀是平行六面體。三維形狀？一、晶胞 也有人常用方磚砌墻來(lái)類比晶體

4、中晶胞的堆積情況。請(qǐng)問(wèn)右圖中的長(zhǎng)方形磚可否作為重復(fù)單元？晶胞的排列方式探究活動(dòng) 2晶胞在二維平面如何排列，才能滿足平移復(fù)原要求？共頂角、共棱邊?觀察下圖，你能否小結(jié)出其排列特點(diǎn)？晶胞的排列方式探究活動(dòng) 2晶胞 實(shí)際晶體具有三維周期性結(jié)構(gòu)，你能想象出三維空間中晶胞是如何按照周期性排列規(guī)律堆積的嗎？各個(gè)晶胞的組成與結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)完全等同共頂角共棱共面晶體無(wú)隙并置堆積結(jié)論無(wú)數(shù)的晶胞無(wú)隙并置堆積成整塊晶體。研究一個(gè)晶胞，就可以獲知整塊晶體的信息。一、晶胞 同一晶體中的成千上萬(wàn)個(gè)晶胞的組成與結(jié)構(gòu)完全等同。怎樣判斷一個(gè)晶胞的化學(xué)組成呢？晶胞的組成與結(jié)構(gòu)探究活動(dòng) 3AB某化合物的晶胞如圖所示，其化學(xué)式為_(kāi)。ABA

5、原子數(shù) 8 181 1B原子數(shù)一、晶胞問(wèn)題解決整理歸納均攤法計(jì)算晶胞的組成晶胞不是孤立存在的晶胞表面的原子為相鄰晶胞所共用。晶胞的頂角原子為8個(gè)晶胞共用，對(duì)每個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/8。結(jié)論晶胞面上的原子為2個(gè)晶胞共用，對(duì)每個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/2。晶胞棱上的原子為4個(gè)晶胞共用，對(duì)每個(gè)晶胞的貢獻(xiàn)為1/4。一、晶胞學(xué)以致用 如圖是鐵的某種氧化物的晶胞球棍模型，請(qǐng)根據(jù)結(jié)構(gòu)判斷，該氧化物的化學(xué)式是什么？FeO有同學(xué)選取了更小的結(jié)構(gòu)單元作為該FeO晶體的晶胞，如下圖所示，你贊同他的選取方式嗎？OFeFeO 8 6 48121 12 1 441不能平移復(fù)原化學(xué)組成相同，幾何排列不同一、晶胞晶胞的組成與結(jié)構(gòu)探究活動(dòng)

6、 3化學(xué)上等同幾何上等同晶胞之間對(duì)晶胞的結(jié)構(gòu)提出了什么要求？ 同一晶體中的成千上萬(wàn)個(gè)晶胞的組成與結(jié)構(gòu)完全等同。結(jié)論1晶胞的8個(gè)頂角必須相同。所含微粒種類與數(shù)目完全相同所含微粒的幾何排列完全相同怎樣調(diào)整能使如圖的結(jié)構(gòu)單元與相鄰結(jié)構(gòu)單元平移重合？一、晶胞 若下圖是某晶胞的殘缺結(jié)構(gòu)，要使其恢復(fù)晶胞資格，你認(rèn)為應(yīng)該如何改動(dòng)？ 下圖兩種結(jié)構(gòu)單元能否視為晶胞？晶胞的組成與結(jié)構(gòu)探究活動(dòng) 3結(jié)論2晶胞的平行面必須完全相同。結(jié)論1晶胞的8個(gè)頂角必須完全相同。結(jié)論3晶胞的平行棱必須完全相同。一、晶胞平行六面體8個(gè)頂角相同3套各2個(gè)平行面分別相同3套各4根平行棱分別相同晶胞小結(jié)這些具體物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)是如何測(cè)定的呢？

7、觀察如下晶體結(jié)構(gòu)，體會(huì)晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。微粒取向也相同晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞化學(xué)組成相同幾何排列相同一、晶胞二、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定X射線衍射實(shí)驗(yàn)化學(xué)博覽發(fā)現(xiàn)X射線，獲1901年物理學(xué)獎(jiǎng)發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射效應(yīng)勞厄用X射線衍射研究晶體結(jié)構(gòu)布拉格父子倫琴19011914物理學(xué)獎(jiǎng)1915物理學(xué)獎(jiǎng)1936化學(xué)獎(jiǎng)1962化學(xué)獎(jiǎng)利用X射線等技術(shù)研究分子結(jié)構(gòu)X射線衍射法測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)1964化學(xué)獎(jiǎng)X射線衍射法測(cè)定復(fù)雜晶體與大分子結(jié)構(gòu)1980化學(xué)獎(jiǎng)X射線衍射確定DNA核苷酸順序與基因結(jié)構(gòu)1985化學(xué)獎(jiǎng)X射線衍射實(shí)驗(yàn)給我們提供了哪些關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息呢？發(fā)展了X射線衍射確定晶體與分子

8、結(jié)構(gòu)的方法。Hauptman與Karle 備受垂青的X射線衍射實(shí)驗(yàn) 當(dāng)單一波長(zhǎng)的X射線通過(guò)晶體時(shí)，X射線和晶體中的電子相互作用，在記錄儀上形成衍射圖譜。人們對(duì)衍射圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。學(xué)科前沿一種X射線衍射儀X射線管鉛板晶體樣品記錄儀二、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定X射線衍射實(shí)驗(yàn)衍射方向衍射強(qiáng)度X射線管鉛板晶體晶體能產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)二、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定X射線衍射實(shí)驗(yàn)1. 衍射方向晶胞的形狀、大小與取向非晶體衍射圖譜數(shù)據(jù)處理晶體的周期性結(jié)構(gòu)15 20 25 30 352/晶體能產(chǎn)生明銳的衍射峰二、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定X射線衍射實(shí)驗(yàn)2. 衍射強(qiáng)度原子的種類與位置晶態(tài)SiO2非晶態(tài)SiO2由X射線衍

9、射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還可以進(jìn)一步測(cè)定分子結(jié)構(gòu)。原子的種類與位置衍射強(qiáng)度綜合分析X射線衍射測(cè)定分子結(jié)構(gòu)衍射方向甲烷晶體a邊長(zhǎng)為a的立方晶胞C、H原子間的距離是否存在化學(xué)鍵確定鍵長(zhǎng)、鍵角問(wèn)題解決思路方法二、晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定X射線衍射實(shí)驗(yàn)課堂小結(jié)晶體X射線衍射實(shí)驗(yàn)周期性結(jié)構(gòu)晶胞平行六面體無(wú)隙并置堆積化學(xué)組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)頂角相同平行面相同平行棱相同均攤法分子結(jié)構(gòu)課堂練習(xí)1. 下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)最常用的儀器是X射線衍射儀B石英玻璃和水晶的衍射圖譜不同CX射線衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y(cè)定晶胞中含有的分子數(shù)，但不能確定青蒿素這樣復(fù)雜分子的空間結(jié)構(gòu)D單晶硅在X射線衍射圖譜上有明銳的衍射峰3右圖是某化合物的晶胞，有關(guān)說(shuō)法不正確的是AX原子對(duì)該晶胞組成的貢獻(xiàn)率為1/4BY原子對(duì)該晶胞組成的貢獻(xiàn)率有1/8和1兩種C晶胞中含有的Z原子最少D該化合物的化學(xué)式為XY2Z2下列有關(guān)晶胞的敘述，正確的是A晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中截取出的最小的平行六面體B晶胞排列時(shí)的取向相同C不同晶體中的晶胞大小和形狀均相同D要推知晶體的結(jié)構(gòu)，需要研究大量的晶胞課堂練習(xí)4某小組同學(xué)用A、B兩種小球搭建了幾類晶體的晶胞模型，如圖所示，有關(guān)說(shuō)法不正確的是A甲不是晶胞B乙中每個(gè)B球周圍有8個(gè)A球緊鄰C丙的夾角不是直角，但仍可無(wú)隙堆積成晶體D丁是一種復(fù)雜晶胞課堂練習(xí)5Ca