鲁科版选修3 认识晶体 学案3.doc

第1节 认识晶体名师导航知识梳理一、晶体特征1.晶体是内部微粒（_、_或_）在空间_的固体物质。晶体具有三个基本特征：_、_和_。有些固体其内部_称为非晶体。2.晶体的各向异性是指_，晶体具有各向异性的本质原因是_。3.根据_和_的不同，可以将晶体分为_、_、_和_。对于常见的晶体，例如：氯化钠是na+与cl-通过_形成的晶体，称为离子晶体；金属铜是以_为基本作用所形成的晶体，称为金属晶体；金刚石是碳原子间完全通过_形成的晶体，称为原子晶体；冰是水分子间通过_形成的晶体，称为分子晶体。二、晶体结构的堆积模型1.x射线衍射实验测定的结果表明，组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素（如共价键的方向性）影响时，在空间的排列大都服从_原理。这是因为_。2.等径圆球在一列上进行紧密堆积的方式有_种，即所有的圆球都在_上排列。等径圆球在一个平面上进行最紧密堆积排列有_种，即只有当每个等径圆球与周围其他_个球相接触时，才能做到最紧密堆积，这称为_。密置双层是指_。在密置双层的基础上再堆积第三层时可形成a3型和a1型两种紧密堆积形式。a3型密堆积可用符号“_”表示，试举一例_。a1型密堆积可用符号“_”表示，试举一列。3.离子晶体中，阴、阳离子的半径是不相同的，因此离子晶体可以视为_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_，小球再填充在_。三、晶体结构的基本单元晶胞 _称为晶胞,晶胞都是从晶体结构中截取下来的_完全相同的_。由a3密堆积中可以划分出_晶胞，从a1密堆积中可以划分出_晶胞。金属镁的晶胞为_，金属铜的晶胞为_。疑难突破1.晶体的本质特征是什么？剖析：晶体的定义是从微观层面上进行本质界定的，此定义是在分析晶体的宏观特征的基础上提出来的。晶体的自范性和对称性说明了晶体内部的基本构成微粒按一定规律周期性重复排列，晶体的各向异性又进一步说明了晶体内部的晶体基本构成微粒排列时满足一定的方向要求，并不是所有方向上都有排列的。2.等径球的不同密堆积形式是怎样形成各类型晶体的？剖析：等径圆球在一个层中，最紧密的堆积方式只有一种情况一个球与周围六个球相切，在中心球的周围形成六个凹位，将其算为第一层。第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球心对准1、3、5位（或对准2、4、6位，其情形是一样的）。图3-1 关键是第三层，对于第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密方式。第一种是将球心对准第一层的球心。于是每两层形成一个周期，即abab堆积方式，形成六方紧密堆积，即a3型密堆积，配位数是12（同层是6，上下层各是3）。图3-2 第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的2、4、6位，不同于ab两层的位置，这是c层。第四层再排a，于是形成abc三层一个周期的排列方式，得到面心立方堆积，即a1型密堆积，配位数为12（同层是6，上下层各为3）。图3-33.为什么将a1型密堆积称为面心立方堆积？剖析：a1型最密堆积即abcabc形式的堆积，又叫做面心立方堆积，是因为该堆积模型中的晶胞是面心立方晶胞，请认真观察下面所列图示，从而体会它们之间的这种关系。 沿着立方面心晶胞的体对角线的方向从左下方向右上方观察（如第7幅图所示），第一、二、三、四层球的种类分别为a、b、c、a，也就是a1型最密堆积abca层。图3-4问题探究问题1：图3-5是氯化钠晶体的一部分，请你指出氯化钠晶胞是实线的小立方体还是虚线的大立方体。图3-5探究：晶胞是晶体结构中最小的结构重复单元，大小、形状应完全相同。也就是说把一个晶胞平移到另一个晶胞时应完全重叠，不会察觉是否移动了。这就决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱一定是完全等同的。由此不难判断，图中实线小立方体不是氯化钠晶胞，因为它们的顶点不等同，图中的虚线大立方体才是氯化钠晶胞。问题2：区分晶体与非晶体，有人认为：可以依据是否有规则的几何外形，是否具有各向异性，是否有固定的熔点。而有人认为：区分晶体与非晶体的最可靠的方法是对固体进行x射线衍射实验。你怎么认为？探究：晶体和非晶体的本质区别：固体中的微粒在三维空间里是否呈周期性有序排列，即晶体呈现自范性，这是组成晶体的微粒在微观空间里周期性有序排列的宏观表现。玻璃不属于晶体，却可以通过人工干预，加工成不同的几何形状。因此，通过几何外形来判断晶体和非晶体就不十分可靠。 晶体有单晶和多晶之分。由一个晶核各向均匀生长而成的晶体为单晶（如冰糖、单晶硅），其内部的微粒呈现周期性有序排列，可以表现出各向异性。多晶体是由很多单晶体杂乱聚结而成，失去了各向异性。所以，我们便不能通过各向异性来区分多晶体和非晶体。 有些晶体存在缺陷，也不一定就有固定熔点。所以根据是否具有固定熔点也只能粗略地判断某固体是不是晶体。 x射线衍射实验是从微观上对晶体结构进行测定，可以得到晶胞的大小，因此是区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法。典题精讲【例1】 下列叙述中，正确的是（ ）a.具有规则几何外形的固体一定是晶体b.晶体与非晶体的根本区别在于是否具有规则的几何外形c.具有各向异性的固体一定是晶体d.依据构成微粒的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体思路解析：晶体与非晶体的根本区别在于其内部微粒在空间是否按一定规律做到周期性重复排列。晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此b错。有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，但具有各向异性的固体一定是晶体，所以a错，c正确。晶体划分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体是依据构成晶体的微粒及微粒间的相互作用来进行分类的，因此d错。答案：c【例2】如图3-6所示的甲、乙、丙三种晶体：图3-6试写出：(1)甲晶体化学式（x为阳离子）为_。(2)乙晶体中a、b、c三种微粒的个数比是_。(3)丙晶体中每个d周围结合e的个数是_个。思路解析：只要掌握晶体立方体中微粒实际占有“份额”规律：顶点微粒在立方体中实占，立方体面上微粒实占，立方体棱边上微粒实占，立方体内部微粒按有1算1统计。甲中x位于立方体体心，算做1，y位于立方体顶点，实际占有：4=个，xy=1=21，所以甲的化学式为x2y。乙中a占有：8=1，b占有6=3，c占有1个，由此推出abc=131。丙中d周围e的个数与e周围d的个数相同，e周围有8个d，所以d周围有8个e。答案：（1）x2y （2）131 （3）8知识导学 固体可分为晶体和非晶体，晶体与非晶体存在着怎样的本质区别？晶体具有哪些特征？晶体是如何分类的？晶体微粒是如何堆积成晶体的？我们又是如何研究晶体的？通过本节内容的学习你将得到这些问题的答案。 为准确把握晶体的特征，应了解晶体特征的具体含义。 有规则的几何外形是指物质在凝固或从溶液中结晶的自然生长过程中，能自发地形成规则的多面体外形，而不是指加工成某种特定的几何形状。 各向异性一般表现在物理性质方面，如导电性、导热性、膨胀系数、折光率等。晶体的特征除了具有规则的几何外形、各向异性、对称性外，还具有固定的熔沸点等其他特征。 关于晶体四种类型的划分要把握住两点：“微粒种类”和“微粒间相互作用”不同。 对于等径球密堆积原理的学习，首先要明确从列到单层，再由单层到多层采取怎样的堆积方式才是紧密堆积；再就是要清楚不同的密堆积方式是如何出现的，具有怎样的排列规律，配位数分别是多少。 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，而不适合于由共价键形成的原子晶体和通过氢键结合形成的分子晶体。 在学习密堆积原理时还应清楚一个问题：各类晶体的构成微粒为什么尽可能采取密堆积的形式形成晶体？晶体的构成粒子采取密堆积的形式形成晶体可以提高空间利用率，降低体系能量，整个体系的能量越低，所形成的晶体就越稳定，这是由自然规律所决定的。 除了密堆积形式外，晶体微粒还会采取一些非密堆积形式形成晶体。 非密堆积形式与密堆积形式相比：一是空间利用率要低，二是所形成晶体不够稳定。 对晶胞的认识要抓住“它是晶体中最小的结构重复单元”这一关键点。晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。晶胞是具有代表性的体积最小的平行六面体。疑难导析 对于晶体基本特征的认识，要把握住晶体内部的微粒在空间按一定规律做周期性重复排列这一本质特征。有了这一特征，晶体才表现出有规则的几何外形、各向异性、特定的对称性和自范性等基本特征。这些外部特征是内部本质特征的体现。 对于等径球的密堆积形成过程原理也可找一些小球实际摆一摆，在摆的同时注意体会不同密堆积形式的形成过程以及密堆积形式是如何提高空间利用率的。 试着画出其空间图形，并进行空间想像，这样可使抽象的问题具体化，并提高空间想像能力。 理解了等径球密堆积原理，便能很好地认识金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体中其构成微粒的堆积方式，进而很好地认识它们的结构。 各类型晶体遵循的原则可以分别讨论如下：1.金属晶体：是否遵循等径圆球的密堆积原理。2.离子晶体：大球（一般是阴离子）是否根据等径圆球的密堆积原则进行堆积，小球（一般是阳离子）是否填充在大球所形成的空隙中。3.分子晶体：是否主要遵循最紧密堆积原理，同时也受分子形状的影响（分子形状的差异使得不能将其视为等径圆球），另外还要考虑是否有分子间氢键存在。4.原子晶体：是否主要考虑共价键的饱和性和方向性，在此基础上再考虑等径圆球的密堆积原则。 由晶体的堆积类型判断晶胞类型要注意发挥空间想象能力，抽象出晶胞结构晶体的最小结构重复单元；反过来由晶胞类型判断晶体堆积类型，要认真观察晶胞结构得出构成粒子的堆积方式是“abab”还是“abcabc”，依此可知晶体堆积类型。关于晶体的堆积类型与晶胞类型的关系列表如下：堆积类型晶胞类型晶胞示意图a2型最密堆积六方晶胞a1型最密堆积面心立方晶胞问题导思 判断晶体中的晶胞，要从以下两点入手： 一是要紧扣晶胞的定义，抓住它是晶体结构中最小重复单元这一点，然后再延伸就可得出所有晶胞的点、线、面应完全等同，这是我们判断一个结构是不是晶胞的最直接依据。 二是要注意发挥空间想像能力，不能把晶胞当作孤立的几何体，而需要想像它的上下、左右、前后都有完全等同的晶胞。 解决这个问题，首先需要注意“特殊”和“一般”的关系。 在总结规律时，人们往往对一类事物的共性进行概括，但是并不排斥其中的例外或者说特殊情况。 在使用晶体的基本特征区分晶体和非晶体时，在大多数情况下可以得出正确的结论，但是难免有一些例外，所以并不十分可靠。 另外，考察事物时还要努力揭示现象和本质的关系，晶体具有的规则几何外形、各向异性、固定的熔点都是外部表现出的特征，而x射线衍射实验涉及了事物的本质，揭示了晶体内部微粒呈现周期性有序排列这一本质特征。 因此可靠性要大得多，它是目前测定晶体结构最有效的实验手段。典题导考绿色通道：依据晶体的特性判断固体是不是晶体，存在一定的不可靠性，应从本质特征上进行把握。【典题变式1】普通玻璃和水晶的根本区别在于（ ）a.外形不一样b.普通玻璃的基本构成微粒无规则性地排列，水晶的基本构成微粒按一定规律做周期性重复排列c.水晶有固定的熔点，普通玻璃无固定的熔点d.水晶可用于能量转换，普通玻璃不能用于能量转换答案：b绿色通道：解答这类习题时首先要明确一个概念：由晶胞构成的晶体，其化学式不是表示