晶胞计算专题均摊法教学课件.ppt

1、常见晶体模型及晶胞均摊计常见晶体模型及晶胞均摊计算算晶胞一般是平行六面体，整块晶体可看作是数量巨大的晶胞一般是平行六面体，整块晶体可看作是数量巨大的晶胞晶胞“无隙并置无隙并置”而成。而成。晶胞晶胞描述晶体结构的基本单元描述晶体结构的基本单元典型晶体结构 2019年4月0.01平行六平行六面体面体0.021243768 852 2213 34请看请看:1 1体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/41 10.03一、晶胞中粒子个数计算规律一、晶胞中粒子个数计算规律1.立方晶胞立方晶胞0.04在每个在每个CO2周围等距离且相距最近周围等距离且相距最近的的CO2共有共有 个

2、个。在每个小立方体中平均分摊到的在每个小立方体中平均分摊到的CO2 分子数为：分子数为：个个干冰晶体结构干冰晶体结构12(81/8+61/2)=48个个CO2分子位于立方体顶点分子位于立方体顶点6个个CO2分子位于立方体面心分子位于立方体面心分子晶体分子晶体晶胞为面心立方体晶胞为面心立方体0.05冰的结构模型中，每个水分子与相邻的冰的结构模型中，每个水分子与相邻的 个水分子以个水分子以氢键相连接，含氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形的冰中，最多可形 mol“氢键氢键”。冰冰420.06(1)每个每个Na+(Cl-)周围等周围等距且紧邻的距且紧邻的Cl-(Na+)有有 个个，构成构

3、成 ，Na+(Cl-)的的配位数为配位数为 。6正八面体正八面体1244ClNa+NaClNaCl的晶体结的晶体结构构简单立方体简单立方体61 1NaCl(2)每个每个Na+周围等距周围等距且且紧邻的紧邻的Na+有有 个个。(3)每个晶胞中平均有每个晶胞中平均有 个个Na+，个个Cl-，故每故每个晶胞中含有个晶胞中含有 个个“NaCl”结构单元；结构单元；N(Na+)N(Cl-)=,化学为化学为 。离子晶体离子晶体4 0.07CaFCaF2 2的晶体结构的晶体结构（1）每个每个Ca2+周围等距且周围等距且紧邻的紧邻的F-有有 个，个，Ca2+配配位数为位数为 。F-Ca2+（2）每个）每个F-

4、周围等距且紧周围等距且紧邻的邻的Ca2+有有 个，个，F-配配位数为位数为 。（3）每个晶胞中含）每个晶胞中含 个个Ca2、含、含 个个F,Ca2和和F的个数比是的个数比是 。884484120.08 金刚石金刚石原子晶体原子晶体该晶胞实际分摊到的碳原子数为该晶胞实际分摊到的碳原子数为 (4+6 1/2+8 1/8)=8个。个。0.09 8 81/8+61/8+61/2+4=81/2+4=8金刚石晶胞金刚石晶胞（1）C原子位于晶胞原子位于晶胞的哪些位置，分别有的哪些位置，分别有几个？几个？（2）实际含有原子）实际含有原子个数应为？个数应为？思考0.010 金金刚石刚石晶体中晶体中含有共价键形成

5、的含有共价键形成的C原子环，其中最原子环，其中最小的小的C环上有环上有_个个C原子。原子。60.01182126用脑用脑 思考：思考：1.一个金刚石晶胞里有一个金刚石晶胞里有_ _个碳原子个碳原子?2.平均每个碳原子有平均每个碳原子有_个个C-C键键?3.每个碳原子为每个碳原子为_个六元环共用？个六元环共用？4.每个每个C-C键为键为_个六元环共用？个六元环共用？0.012用心用心 思考：思考：1.金刚石晶胞中，每个金刚石晶胞中，每个C原子均可原子均可与相邻的与相邻的_ 个个C构成实心的正四面体构成实心的正四面体?2.在一个小正四面体中平均含有在一个小正四面体中平均含有_个碳原子个碳原子?3.

6、在金刚石中最小的环是在金刚石中最小的环是_元环元环?1个环中平均含有个环中平均含有_个个C原子原子?含含C-C键数为键数为_个？个？4.一个晶胞中含有一个晶胞中含有C-C键数为键数为_ _个？个？4261/218*2=160.013晶胞是构成晶体的基本重复单元在二氧化硅晶胞中有8个硅原子位于立方晶胞的8个顶角，有6个硅原子位于晶胞的6个面心，还有4个硅原子与16个氧原子在晶胞内构成4个硅氧四面体，它们均匀错开排列于晶胞内根据图示二氧化硅晶胞结构，每个晶胞内所含“SiO2”基元数为()A.4个B.6个C.8个D.18个C0.014冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞类似，如下图：（1）一个水

7、分子含_个孤电子对，水分子能与很多金属离子形成配合物，请写出它与铜离子形成的一种蓝色的配合物离子的化学式为_。（2）每个冰晶胞平均占有_个水分子，冰的熔点远低于金刚石熔点的原因是_。（3）实验测得冰中氢键的作用力为18.5kJ/mol，而冰的熔化热为5.0kJ/mol，这说明冰熔化成水，氢键_（填全部或部分）被破坏。2Cu(H2O)42+8部分部分破坏的作用力不同，金刚石融化需要破坏破坏的作用力不同，金刚石融化需要破坏共价键，而冰融化需要破坏氢键共价键，而冰融化需要破坏氢键0.015 石墨石墨晶体的层状结构，层晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图内为平面正六边形结构（如图），试回答下列

8、问题：），试回答下列问题：（1）图中平均每个正六边形占）图中平均每个正六边形占有有C原子数为原子数为_个、占有的碳个、占有的碳碳键数为碳键数为_个。个。（2）层内）层内7个六元环完全占有个六元环完全占有的的C原子数为原子数为_个，碳原子个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为数目与碳碳化学键数目之比为_.巩固练习一：巩固练习一：14142:32:32 23 30.016巩固练习二：巩固练习二：已知晶体硼的基本结构已知晶体硼的基本结构单元是由硼原子组成的正二单元是由硼原子组成的正二十面体，如图所示：其中有十面体，如图所示：其中有二十个等边三角形的面和一二十个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点为

9、定数目的顶点，每个顶点为一个硼原子，试通过观察分一个硼原子，试通过观察分析右图回答：此基本结构单析右图回答：此基本结构单元是由元是由_个硼原子构成，有个硼原子构成，有_个个B-B化学键，相邻化学键，相邻B-B键键的键角为的键角为_.1230306000.017巩固练习三：巩固练习三：已知晶体的基本单元是由12个硼原子构成的（如右图），每个顶点上有一个硼原子，每个硼原子形成的化学键完全相同，通过观察图形和推算，可知此基本结构单元是一个正_面体。200.018巩固练习五：巩固练习五：(1)平均每个正六边形拥有平均每个正六边形拥有_个锗原子个锗原子,_个氧原子个氧原子.(2)化学式为化学式为:_23

10、(GeCH2CH2COOH)2O3 或或Ge2C6H10O30.019 某晶胞结构如某晶胞结构如图所示，晶胞中图所示，晶胞中各微粒个数分别各微粒个数分别为：为：铜铜_个个 钡钡_个个 钇钇_个个 氧氧_个个拓展练习拓展练习1：23170.020课堂检测：课堂检测：1.钛酸钡的热稳定性好钛酸钡的热稳定性好,介电常数高介电常数高,在小型变在小型变 压器、话筒和扩音器压器、话筒和扩音器 中都有应用。其晶体中都有应用。其晶体 的结构示意图如右图的结构示意图如右图 所示。则它的化学式所示。则它的化学式 为（为（）A.BaTi A.BaTi8 8O O1212 B.BaTi B.BaTi4 4O O6 6

11、 C.BaTi C.BaTi2 2O O4 4 D.BaTiO D.BaTiO3 3BaTiOD0.0212.正六棱柱晶胞正六棱柱晶胞1/21/21/41/41/61/6面心：面心：（上、下）棱：（上、下）棱：顶点：顶点：中棱：中棱：1/31/30.022例2.氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，氢气是重要而洁净的能源，要利用氢气作能源，必须安全有效地储存氢气。某种合金材料有较大的储氢必须安全有效地储存氢气。某种合金材料有较大的储氢容量，其晶胞如图所示。则这种合金的化学式为（容量，其晶胞如图所示。则这种合金的化学式为（）ALaNi6 B LaNi3 CLaNi4 D LaNi5D0.02

12、33.正三棱柱正三棱柱面心：面心：1/21/2（上、下）棱：1/41/4顶点：顶点：1/121/12 中棱：中棱：1/61/60.024例例3.某晶体的一部分如右图所示，这种晶某晶体的一部分如右图所示，这种晶体中体中A、B、C三种粒子数之比是三种粒子数之比是()A.3 9 4 B.1 4 2 C.2 9 4 D.3 8 4BA AB BC C0.0254.4.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分 子，如右图所示：子，如右图所示：顶点和面心的原子是钛原子，顶点和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的

13、化学式是（它的化学式是（）TiTi1414C C1313-Ti -C-Ti -C0.026 课外阅读课外阅读 碳碳6060介绍介绍a.a.对碳对碳6060的结构的初步认识的结构的初步认识：b.b.碳碳6060是由是由6060个碳原子形成个碳原子形成2020个正六边形和个正六边形和1212个正五边形的个正五边形的3232面体的球形网状结构面体的球形网状结构c.c.形似足球，又有双键，故称足球烯，又叫富勒烯形似足球，又有双键，故称足球烯，又叫富勒烯d.d.2 2，健的形成：，健的形成：处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用用sp2杂化轨道重叠形成杂化轨道重叠形成

14、键，每个碳原子的三个键，每个碳原子的三个键分别为键分别为一个正五边形的边和两个正六边形的边。碳原子的三个一个正五边形的边和两个正六边形的边。碳原子的三个键键不是共平面的，键角约为不是共平面的，键角约为108或或120，因此整个分子为，因此整个分子为球状。每个碳原子还剩下的一个球状。每个碳原子还剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含轨道互相重叠形成一个含60个个电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着外都围绕着电子云电子云；e.3，一摩碳，一摩碳60中含有碳碳单键和双键的计算：中含有碳碳单键和双键的计算：假设假设1mol C60有有x m

15、ol碳碳双键（碳碳双键（C=C），），y mol碳碳单键（碳碳单键（C-C），），从每个顶点来看，从每个顶点来看，y=2x从边的数量来看，从边的数量来看，x+y=90解得解得x=30,y=60因此因此1mol C60有有60mol碳碳单键（碳碳单键（C-C）,30mol碳碳双键（碳碳双键（C=C）0.0271996年诺贝化学奖授予对发现年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家有重大贡献的三位科学家.C60分子是形如分子是形如球状的多面体球状的多面体(如图如图),该结构的建立基于以下考虑该结构的建立基于以下考虑:C60分子中每个碳原子只跟相邻的分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化

16、学键个碳原子形成化学键;C60分子只含有五边形和六边形分子只含有五边形和六边形;多面体的顶点数、面数和棱边数的关系多面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理遵循欧拉定理:顶点数顶点数+面数面数-棱边数棱边数=2据上所述据上所述,可推知可推知C60分子有分子有12个五边形和个五边形和20个六边形个六边形,C60分子所分子所含的双键数为含的双键数为30.请回答下列问题请回答下列问题:(1)固体固体C60与金刚石相比较与金刚石相比较,熔点较高者应是熔点较高者应是_,理由是理由是:_.(2)试估计试估计C60跟跟F2在一定条件下在一定条件下,能否发生反应生成能否发生反应生成C60F60(填填“可

17、能可能”或或“不可能不可能”)_,并简述其理由：并简述其理由：_.(3)通过计算通过计算,确定确定C60分子所含单键数分子所含单键数.C60分子所含单键数为分子所含单键数为_.(4)C70分子也已制得分子也已制得,它的分子结构模型可以与它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知同样考虑而推知.通过计算通过计算确定确定C70分子中五边形和六边形的数目分子中五边形和六边形的数目.C70分子中所含五边形数为分子中所含五边形数为_,六边形数为六边形数为_.金刚石属原子晶体金刚石属原子晶体,而固体而固体C60不是不是,故金刚石熔点较高故金刚石熔点较高.(答出答出“金刚石属原子晶体金刚石属原子晶体”即可即可)金刚石金刚石 因因C60分子含分子含30个双键个双键,与极活泼的与极活泼的F2发生加成反应即可生成发生加成反应即可生成C60F60(只要指出只要指出“C60含含30个双键个双键”即可即可,但答但答“因因C60含有双键含有双键”不行不行)可能可能12 25可由欧拉定理计算键数可由欧拉定理计算键数(即棱边数即棱边数):60+(12+20)-2=90C60分子中单键为分子中单键为:90-30=60 课外练习0.028