高中 高二 化学选择性必修2 第三章 第一节 第2课时 晶胞 晶体结构的测定 教学课件

1、第三章 第一节 第2课时晶胞 晶体结构测定人教版 选择性必修2授课教师：赵继海学 校：深圳科学高中复习回顾晶体不同于非晶体的特点有哪些？形成这些特性的微观原因是什么？晶体特性自范性各向异性熔点固定晶体的构成微粒呈周期性的有序排列晶态二氧化硅非晶态二氧化硅构成微粒相同空间排列不同观察如下晶体的微观结构模型，体会微粒的空间排列特点。观察思考铜晶体 CaF2晶体 金刚石晶体 苯晶体宏观可见的整块晶体是由大量微粒聚集而成的。晶体的构成微粒在空间周期性重复排列，呈现高度对称性。要研究晶体的结构，应当如何入手呢？交流研讨是否需要研究构成晶体的所有部分？只需研究基本重复单元要研究晶体的结构，应当如何入手呢？

2、可否作为一个基本重复单元？晶体非晶体化学微粒周期性有序排列相对无序排列基本重复单元选取晶胞 具有一定形状和大小，能表征晶体所含的微粒及微粒在空间的周期性有序排列特点。交流研讨作为晶体的基本重复单元，晶胞应满足什么要求？ 在空间按一定周期性有序重复，堆积成整块晶体。一、晶胞晶胞的形状是单一的还是多样的？相邻晶胞之间有空隙吗？如何体现周期性有序重复？能否选择球体作为晶胞的形状？单一形状无隙堆积平移复原晶胞将任意晶胞沿着晶胞的周期性排列方向移动到相邻或其他晶胞时，能够完全重合，过程中无须转动或改变方向。不满足无隙堆积生活中常见的地面铺砖问题就是无隙堆积的典型应用。如果用单一形状铺满地面，需要选择什么

3、形状？这些形状是否都能作为二维平面的基本重复单元的形状？一、晶胞晶胞的形状探究活动 1平移复原?相邻晶胞平移复原一、晶胞晶胞的形状探究活动 1周期性排列方向任意晶胞正三角形无隙堆积，是否满足平移复原？重合时取向改变取向相同平行四边形无隙堆积，是否满足平移复原？一、晶胞 有人说，晶体中的晶胞就好比是蜂巢中的蜂室。那么，正六边形能否作为二维平面的重复单元呢？ 正六边形也不满足平移复原的要求，不能作为二维平面的基本重复单元，请同学尝试课后自己证明这一点。结论1晶胞在二维平面的形状只能是平行四边形。问题解决联想质疑结论2晶胞在三维空间的形状是平行六面体。三维形状？一、晶胞 也有人常用方砖砌墙来类比晶体

4、中晶胞的堆积情况。请问右图中的长方形砖可否作为重复单元？晶胞的排列方式探究活动 2晶胞在二维平面如何排列，才能满足平移复原要求？共顶角、共棱边?观察下图，你能否小结出其排列特点？晶胞的排列方式探究活动 2晶胞 实际晶体具有三维周期性结构，你能想象出三维空间中晶胞是如何按照周期性排列规律堆积的吗？各个晶胞的组成与结构应当完全等同共顶角共棱共面晶体无隙并置堆积结论无数的晶胞无隙并置堆积成整块晶体。研究一个晶胞，就可以获知整块晶体的信息。一、晶胞 同一晶体中的成千上万个晶胞的组成与结构完全等同。怎样判断一个晶胞的化学组成呢？晶胞的组成与结构探究活动 3AB某化合物的晶胞如图所示，其化学式为_。ABA

5、原子数 8 181 1B原子数一、晶胞问题解决整理归纳均摊法计算晶胞的组成晶胞不是孤立存在的晶胞表面的原子为相邻晶胞所共用。晶胞的顶角原子为8个晶胞共用，对每个晶胞的贡献为1/8。结论晶胞面上的原子为2个晶胞共用，对每个晶胞的贡献为1/2。晶胞棱上的原子为4个晶胞共用，对每个晶胞的贡献为1/4。一、晶胞学以致用 如图是铁的某种氧化物的晶胞球棍模型，请根据结构判断，该氧化物的化学式是什么？FeO有同学选取了更小的结构单元作为该FeO晶体的晶胞，如下图所示，你赞同他的选取方式吗？OFeFeO 8 6 48121 12 1 441不能平移复原化学组成相同，几何排列不同一、晶胞晶胞的组成与结构探究活动

6、 3化学上等同几何上等同晶胞之间对晶胞的结构提出了什么要求？ 同一晶体中的成千上万个晶胞的组成与结构完全等同。结论1晶胞的8个顶角必须相同。所含微粒种类与数目完全相同所含微粒的几何排列完全相同怎样调整能使如图的结构单元与相邻结构单元平移重合？一、晶胞 若下图是某晶胞的残缺结构，要使其恢复晶胞资格，你认为应该如何改动？ 下图两种结构单元能否视为晶胞？晶胞的组成与结构探究活动 3结论2晶胞的平行面必须完全相同。结论1晶胞的8个顶角必须完全相同。结论3晶胞的平行棱必须完全相同。一、晶胞平行六面体8个顶角相同3套各2个平行面分别相同3套各4根平行棱分别相同晶胞小结这些具体物质的晶体结构是如何测定的呢？

7、观察如下晶体结构，体会晶胞的结构特点。微粒取向也相同晶胞的结构特点CaTiO3晶胞ZnS晶胞I2晶胞化学组成相同几何排列相同一、晶胞二、晶体结构的测定X射线衍射实验化学博览发现X射线，获1901年物理学奖发现X射线在晶体中的衍射效应劳厄用X射线衍射研究晶体结构布拉格父子伦琴19011914物理学奖1915物理学奖1936化学奖1962化学奖利用X射线等技术研究分子结构X射线衍射法测定蛋白质晶体结构1964化学奖X射线衍射法测定复杂晶体与大分子结构1980化学奖X射线衍射确定DNA核苷酸顺序与基因结构1985化学奖X射线衍射实验给我们提供了哪些关于晶体结构的信息呢？发展了X射线衍射确定晶体与分子

8、结构的方法。Hauptman与Karle 备受垂青的X射线衍射实验 当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，在记录仪上形成衍射图谱。人们对衍射图的数据进行处理，即可获得晶体结构的有关信息。学科前沿一种X射线衍射仪X射线管铅板晶体样品记录仪二、晶体结构的测定X射线衍射实验衍射方向衍射强度X射线管铅板晶体晶体能产生分立的斑点二、晶体结构的测定X射线衍射实验1. 衍射方向晶胞的形状、大小与取向非晶体衍射图谱数据处理晶体的周期性结构15 20 25 30 352/晶体能产生明锐的衍射峰二、晶体结构的测定X射线衍射实验2. 衍射强度原子的种类与位置晶态SiO2非晶态SiO2由X射线衍

9、射实验的结果还可以进一步测定分子结构。原子的种类与位置衍射强度综合分析X射线衍射测定分子结构衍射方向甲烷晶体a边长为a的立方晶胞C、H原子间的距离是否存在化学键确定键长、键角问题解决思路方法二、晶体结构的测定X射线衍射实验课堂小结晶体X射线衍射实验周期性结构晶胞平行六面体无隙并置堆积化学组成结构特点顶角相同平行面相同平行棱相同均摊法分子结构课堂练习1. 下列有关说法错误的是A测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪B石英玻璃和水晶的衍射图谱不同CX射线衍射实验能测定晶胞中含有的分子数，但不能确定青蒿素这样复杂分子的空间结构D单晶硅在X射线衍射图谱上有明锐的衍射峰3右图是某化合物的晶胞，有关说法不正确的是AX原子对该晶胞组成的贡献率为1/4BY原子对该晶胞组成的贡献率有1/8和1两种C晶胞中含有的Z原子最少D该化合物的化学式为XY2Z2下列有关晶胞的叙述，正确的是A晶胞是从晶体结构中截取出的最小的平行六面体B晶胞排列时的取向相同C不同晶体中的晶胞大小和形状均相同D要推知晶体的结构，需要研究大量的晶胞课堂练习4某小组同学用A、B两种小球搭建了几类晶体的晶胞模型，如图所示，有关说法不正确的是A甲不是晶胞B乙中每个B球周围有8个A球紧邻C丙的夹角不是直角，但仍可无隙堆积成晶体D丁是一种复杂晶胞课堂练习5Ca