高中化学 3.1 认识晶体课件 鲁科版选修3.ppt

一 二 三 一 晶体的特性1 概念和特征晶体是内部微粒 原子 离子或分子 在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质 晶体具有三个基本特征 自范性 各向异性和特定的对称性 晶体的各向异性是指晶体在不同方向上表现出不同的物理性质 晶体具有各向异性的本质原因是内部微粒在各个方向上的不同排列 四 一 二 三 2 分类根据晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同 可以将晶体分为离子晶体 金属晶体 原子晶体和分子晶体 对于常见的晶体 例如 氯化钠是na 与cl 通过离子键形成的晶体 属于离子晶体 金属铜是以金属键为基本作用所形成的晶体 属于金属晶体 金刚石是碳原子间完全通过共价键形成的晶体 属于原子晶体 冰是水分子间通过分子间作用力形成的晶体 属于分子晶体 四 一 二 三 二 晶体结构的堆积模型x射线衍射实验测定的结果表明 组成晶体的金属原子 离子或分子在没有其他因素 如氢键 影响时 在空间的排列大都服从紧密堆积原理 这是因为在金属晶体 离子晶体和分子晶体的结构中 金属键 离子键和分子间作用力均没有方向性 因此都趋向于使原子 离子或分子吸引尽可能多的其他原子 离子或分子分布于周围 并以密堆积的方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 四 一 二 三 四 三 晶体结构的堆积模型1 等径圆球的密堆积金属晶体的结构型式可归结为等径圆球的密堆积 其中 每一层都是最紧密堆积 也就是每个等径球与周围6个球相接触 而层与层之间堆积时有多种方式 一种是 abab 重复方式 配位数为12 同层6个 上下各3个 叫a3型最密堆积 另一种是 abcabc 重复方式 配位数为12 同层6个 上下各3个 叫a1型最密堆积 2 非等径圆球的密堆积离子晶体中 由于阴 阳离子的半径不同 因此离子晶体可以视为非等径圆球的密堆积 比如nacl晶体中的cl 按a1型方式进行最密堆积 na 填在cl 所形成的空隙中 zns晶体中的s2 按a1型方式进行最密堆积 zn2 填在s2 所形成的空隙中 一 二 三 四 四 晶体结构的最小重复单元 晶胞晶体结构中最小的重复单元称为晶胞 晶胞都是从晶体结构中截取下来的大小 形状完全相同的平行六面体 由a3型最密堆积中可以划分出六方晶胞 从a1型最密堆积中可以划分出面心立方晶胞 金属镁的晶胞为六方晶胞 金属铜的晶胞为面心立方晶胞 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 探究一晶体与非晶体晶体与非晶体在本质上有哪些差异呢 提示 晶体与非晶体的本质差异 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 晶体的特征晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的 1 自范性指晶体自发地呈现多面体外形的性质 2 均一性指晶体的化学组成 密度等性质在晶体中各部分都是相同的 3 各向异性同一晶格构造中 在不同方向上内部微粒的排列一般是不一样的 因此 晶体的性质也随方向的不同而有所差异 4 特定的对称性晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性 在外形上 常有相等的晶面 晶棱和顶角重复出现 这种相同的性质在不同的方向和位置上做有规律的重复 就是对称性 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 5 最小内能在相同的热力学条件下 晶体与同种物质的非晶体 液体 气体相比较 其内能最小 6 稳定性晶体由于有最小内能 因而结晶状态是一种相对稳定的状态 7 有确定的熔点给晶体加热 当温度升高到某温度便立即熔化 8 能使x射线产生衍射当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时 能产生光的衍射现象 x射线的波长与晶体结构的周期大小相近 所以晶体是个理想的光栅 它能使x射线产生衍射 利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法 非晶态物质没有周期性结构 不能使x射线产生衍射现象 只有散射现象 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 例题1 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是 a 测定熔点 沸点b 观察外形c 对固体进行x射线衍射实验d 通过比较硬度确定解析 从外形和某些物理性质可以初步鉴别晶体和非晶体 但并不一定可靠 区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行x射线衍射实验 所以只有c选项正确 答案 c方法技巧依据晶体的特性判断固体是不是晶体 存在一定的不确定性 应从本质特征上进行把握 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练1下列关于晶体的说法不正确的是 a 粉末状的固体肯定不是晶体b 晶胞是晶体结构的基本单元c 晶体有规则的几何外形是晶体内部的粒子按一定规律做周期性的有序排列的结果d 晶体尽量采取紧密堆积方式 以使其变得比较稳定解析 在晶体中 不管固体颗粒的大小 只要其组成粒子在三维空间里呈现周期性的有序排列 就属于晶体 晶体规则的几何外形是内部粒子有规律周期性有序排列的结果 否则为非晶体 所以a项不正确 答案 a 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 探究二晶体结构的堆积模型1 晶体为什么大都服从紧密堆积 提示 金属晶体 离子晶体 分子晶体的结构中 金属键 离子键 分子间作用力均没有方向性 都趋向于使原子 离子或分子吸引尽可能多的微粒分布于周围 并以紧密堆积的方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 2 原子晶体堆积方式为什么不服从紧密堆积方式 提示 共价键具有饱和性和方向性 因此就决定了一个原子周围的其他原子的数目不仅是有限的 而且堆积方向是一定的 所以不是密堆积 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 晶体结构的堆积模型 一 等径圆球的密堆积由于金属键没有方向性 每个金属原子中的电子分布基本是球对称的 所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球在三维空间堆积而成的 等径圆球的密堆积方式有a3型最密堆积和a1型最密堆积两种 1 等径圆球在一列上进行紧密堆积的方式只有一种 即所有的圆球都在一条直线上排列 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 2 等径圆球在一个平面上的堆积方式很多 下图给出了两种模式 进行最紧密堆积排列有一种 即只有当每个等径圆球与周围其他六个球相接触时 才能做到最紧密堆积 这称为密置层 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 3 取a b两个等径圆球密置层 将b层放在a层上面 要做最密堆积使空隙最小也只有一种堆积方式 就是将两个密置层平行地错开一点 使b层每个球的球心恰好对应于a层中相邻三个球所围成的空隙的中心 并使两层紧密接触 称为密置双层 见右图 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 4 在密置双层的基础上再堆积第三层时 一种堆积方式是第3层与第1层相同 第3层与第1层的圆球球心相对应 第3层相当于第1层 之后的第4 6 8 个密置层的圆球正好与b层相对应 第5 7 9 个密置层的圆球都与a层相对应 这样形成了 ababab 堆积 称为六方堆积 又称为a3型最密堆积 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 另一种堆积方式是c层小球的球心正好落在a层球形成的另一类空隙的中心 这样形成了 abcabcabc 堆积 称为面心立方堆积 又称为a1型最密堆积 在密堆积中 一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为配位数 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 二 非等径圆球的密堆积非等径圆球的密堆积由于阴 阳离子的半径是不相同的 故离子晶体可以视为不等径圆球的密堆积 即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积 小球再填充在大球所形成的空隙中 如图所示 如nacl晶体 cl 先以a1型方式进行最密堆积 na 再填充到cl 所形成的空隙中 zns晶体中 s2 先以a1型方式进行最密堆积 zn2 再填充到s2 所形成的空隙中 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 在分子晶体中 由于范德华力没有方向性和饱和性 因此分子间尽可能采取紧密堆积方式 但分子的堆积与分子形状有关 例如 干冰中直线形的二氧化碳分子在空间是以a1型最密堆积方式形成晶体的 注意 1 密堆积模型适合于靠无方向性的化学键或分子间作用力形成的晶体 2 有些分子晶体分子间靠氢键结合形成晶体 如苯甲酸晶体 冰等 氢键是有方向性的 因此与原子晶体类似 一个分子周围其他分子的数目和位置是一定的 不采取密堆积结构 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 例题2 下列叙述中不正确的是 a 氯化钠的晶体结构为非等径圆球密堆积b 晶体尽量采取紧密堆积方式 以使其变得比较稳定c 因为共价键有饱和性和方向性 所以原子晶体不遵循 紧密堆积 原则d 金属铜和镁均以 abab 方式堆积 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 解析 在nacl晶体中 半径较大的cl 按a1型方式进行最密堆积 na 填在cl 所构成的空隙中 因此nacl晶体结构为非等径圆球密堆积 a选项正确 密堆积原理适合于没有方向性的金属键 离子键和分子间作用力相互作用形成的金属晶体 离子晶体和分子晶体 而不适合于具有方向性和饱和性的共价键所形成的原子晶体以及氢键所形成的分子晶体 采用密堆积的方式可降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 b和c两选项都正确 金属铜采用 abcabc 方式堆积 金属镁采用 abab 方式堆积 所以d选项错误 答案 d 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 方法技巧在a1和a3型结构的金属单质晶体中 每个金属原子的配位数均为12 即每个原子是与12个原子 同一密置层中六个原子 上 下层中各三个原子 相邻接 这两种堆积方式是在等径圆球密堆积中最紧密的 配位数最高 空隙最小 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 变式训练2有关a1型密堆积与a3型密堆积的说法中正确的是 a a1型密堆积是最密堆积 a3型密堆积不是最密堆积b 两者都是最密堆积 其中a3型密堆积是一 三 五 各层球心重合 二 四 六 各层球心重合 a1型密堆积是四 五 六各层球心分别和一 二 三各层球心重合c 原子晶体一般都采用a1型密堆积或a3型密堆积d 只有金属晶体才可能采用a1型密堆积或a3型密堆积解析 a1 a3均属于最密堆积 原子晶体不采用密堆积 离子晶体 分子晶体 金属晶体都可能采用a1或a3型密堆积 只有b正确 答案 b 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 探究三晶体结构的最小重复单元 晶胞1 晶胞必须符合哪两个条件 我们又如何去划分晶胞呢 提示 晶胞必须符合两个条件 一是代表晶体的化学组成 二是代表晶体的对称性 划分晶胞要遵循两个原则 一是尽可能反映晶体内结构的对称性 二是尽可能小 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 2 以金属铜为例 说明 abcabc 形式的堆积 为什么是面心立方最密堆积 探究一 探究二 探究三 问题引导 名师精讲 即时检测 提示 如图所示为金属铜晶体所对应的一个晶胞 此晶胞中有8个原子位于顶点 6个原子位于面心位置 因此称为面心立方晶胞 也正是基于这个原因 我们称a1型最密堆积为面心立方最密堆积 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 1 晶胞的定义晶体结构中最小的重复单元称为晶胞 注意 1 晶胞必须为平行六面体 2 晶胞是晶体结构的基本重复单元 3 同一晶体所截取下来的同类晶胞的大小和形状完全相同 4 a1型为面心立方晶胞 a3型为六方晶胞 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 2 晶胞与晶体的关系将一个个晶胞上 下 前 后 左 右并置起来 就构成整个晶体结构 因此 知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中微粒的种类 数目和微粒所处的空间位置 就可以了解整个晶体的结构了 晶体与晶胞的关系好比蜂巢与蜂室的关系 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 3 晶胞中微粒数的计算方法 切割法如某个粒子为n个晶胞所共有 则该粒子有属于这个晶胞 1 中学中常见的晶胞为平行六面体晶胞 如图所示 立方晶胞中微粒数的计算方法如下 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 因此 在nacl晶胞中 na 个数与cl 个数比为1 1 故nacl晶体的化学式为nacl 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 2 非平行六面体形结构单元 若结构单元不是平行六面体形 则结构单元中粒子的数目视情况而定 与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况 以右图的三棱柱形结构单元为例 要12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住 所以顶点为12个结构单元共用 相应的其侧棱被6个结构单元共用 上下边为4个结构单元所有 中心为一个结构单元独有 c 1 1 1因此 a b c三种微粒的个数比为1 6 3 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 例题3 已知x y z三种元素组成的化合物是离子晶体 其晶胞如图所示 则下面表示该化合物的化学式正确的是 a zxy3b zx2y6c zx4y8d zx8y12 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 答案 a方法技巧本题主要考查了对晶体结构的理解能力和计算能力 晶胞任意位置上的一个原子如被x个晶胞共有 那么每个晶胞对这个原子分得份额就是 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 变式训练3石墨的片层结构如右图 试回答 导学号52720023 1 平均个碳原子构成一个正六边形 2 石墨晶体每一层内碳原子数与c c化学键之比是 3 ng碳原子可构成个正六边形 探究一 探究二 探究三 即时检测 问题引导 名师精讲 答案 1 2 2 2 3 探究一 探究二 探究三 即时检测 1 从我们熟悉的食盐 金属 冰到贵重的钻石等都是晶体 而同样透明的玻璃却是非晶体 下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中 正确的是 a 是否具有规则的几何外形的固体b 是否具有固定组成的物质c 是否具有美观对称的外形d 内部基本构成微粒是否按一定规律做周期性重复排列解析 通过对晶体和非晶体的对比 鉴别 深化对晶体定义的理解 有规则几何外形或美观对称外形的固体不一定都是晶体 如玻璃制品可以塑造出规则的几何外形 也可以具有美观对称的外形 具有固定组成的物质也不一定是晶体 如某些无定形体也有固定的组成 晶体和非晶体的本质区别在于其微观结构不同 答案 d 探究一 探究二 探究三 即时检测 2 下列关于晶体的说法正确的是 a 将饱和硫酸铜溶液降温 析出的固体不是晶体b 假宝石往往是玻璃仿造的 可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品c 石蜡和玻璃都是非晶体 但它们都有固定的熔点d 蓝宝石在不同方向上的硬度一定相同解析 a项 将饱和cuso4溶液降温 可析出胆矾 胆矾属于晶体 b项 一般宝石的硬度较大 玻璃制品的硬