1、第一节物质的聚集状态与晶体的常识第2课时 晶胞三、晶胞1.定义描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。2.晶体和晶胞的关系一般来说,常规的晶胞都是平行六面体,整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。(1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。(2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。(3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。晶胞是晶体中最小的。平行六平行六面体面体无隙并置无隙并置(1)晶胞是否全是平行六面体？(2)由晶胞构成的晶体，其化学式是否表示一个分子中原子的数目？思考与讨论【提示】(1)不一定，如有的晶胞呈六棱柱形。(2)不表示，只表示每个晶胞中各类原子
2、的最简整数比。(1)晶胞一般是平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。(2)整个晶体就是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成。每个晶胞上下左右前后无隙并置地排列着与其一样的无数晶胞，决定了晶胞的8个顶角、平行的面以及平行的棱完全相同。晶胞的特点“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本理念是每个粒子被n个晶胞所共用,则该粒子有 属于这个晶胞。晶胞中粒子数目的计算均摊法(1)长方体(含正方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图) 立方晶胞立方晶胞1 12 24 43 37 76 68 85 51221341体心：体心：1
3、面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4体心：体心：1面心面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/41 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 41 1体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4氯化钠晶胞中所含的Na+、Cl-数氯化钠晶胞如图所示,其中体积较小的为Na+离子(填“Na+”或“Cl-”,下同),体积较大的为Cl-离子,则晶胞中含4个Na+(提示:晶胞中心还有一个Na+)和4个Cl-。平均8 86 6思考与讨论(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？晶胞有几套平行棱？有几套平行面？ 晶胞有晶胞有3套平
4、行棱，有套平行棱，有3套平行面？套平行面？ (2)(2)下图依次是金属钠下图依次是金属钠(Na)(Na)、锌锌(Zn)(Zn)、碘、碘(1(12 2) )、金刚石、金刚石(C)(C)晶胞的示意图，晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子数一数，它们分别平均含几个原子? ?金属钠（金属钠（C） 金属锌（金属锌（Zn） 碘（碘（I2） 金刚石（金刚石（C）11+8=2811+8=281112+16=828116+8+4=828常见的晶胞简单立方体心立方面心立方类型简单立方体心立方面心立方结构特点在平面六面体的8个顶角上有粒子除8个顶角上有粒子外，平行六面体的体心上还有1个粒子除8个顶角上有粒子
5、外，平行六面体的6个面的面心上均有1个粒子一个晶胞的原子数晶胞类型顶角贡献棱上贡献面上贡献内部贡献六方体1/61/31/21正三棱柱1/12水平1/4；竖直1/61/21(2)非长方体晶胞中的粒子视具体情况而定 非长方体(正方体)晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶角(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占该粒子的1/3。现有甲、乙、丙(如图所示)三种晶体的晶胞(甲中X和乙中A均处于晶胞的体心)。思考与讨论(1)甲晶胞中X与Y的个数比是多少?(2)乙晶胞中A与B的个数比是多少?提示:乙晶胞中,体心的A为1,顶角的B为8 =1,所以N(A) N(B)=1 1。(
6、3)丙晶体中每个晶胞包含的C离子、D离子各为多少?例如：在较高温度时，钾、氧两种元素形成的一种晶体结构，则该化合物的化学式是 。 每个晶胞中属于该晶胞的K+的个数= ；O2-的个数= ；故其比值为1：11186482112144 2KO四、晶体结构的测定测定晶体结构最常用的仪器是。通过晶体的X射线衍射实验获得行射图后，经过计算可以从衍射图形获得晶体结构的有关信息，包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。1.X射线衍射原理单一波长的X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会在记录仪上产生
7、分立的斑点或明锐的衍射峰。2.X射线衍射实验获得晶胞信息晶体的X射线衍射实验图经过计算,可以获得包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等,以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系。3.X射线衍射实验获得分子信息通过晶体X射线衍射实验,可以测定晶胞中各个原子的位置(坐标),根据原子坐标,可以计算原子间的距离,判断哪些原子之间存在化学键,确定键长和键角,得出分子的空间结构。(1)晶胞是晶体的最小重复单元。( )(2)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。( )()位于顶角上的粒子一定为8个晶胞所共有。()(4)X射线通过晶体,导致晶体发生化学
8、变化,形成特征的衍射图。()1判断正误判断正误(正确的打正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”)2.下图是某晶体的晶胞示意图,其中X粒子位于此晶胞的中心,Y粒子位于8个顶点,该晶体中粒子X和Y的个数比是()A.1 1 B.1 2C.1 4 D.1 8解析:X粒子属于晶胞独立拥有,而每个Y粒子则为8个晶胞共用,每个晶胞均摊Y粒子的个数为 8=1,故A项正确。A3.话筒是声电转换的换能器,在话筒中有一种材料的结构如图所示,它的主要成分是钛酸钡,根据晶胞的结构示意图,可知它的化学式是()A.BaTi8O12B.BaTi4O6C.BaTi2O4D.BaTiO3解析:仔细观察钛酸钡晶胞的结构示意图可知
9、:Ba在立方体的体心,完全属于该晶胞;Ti处于立方体的8个顶点,O处于立方体的12条棱的中点,故晶胞中Ba、Ti、O三种原子的个数比为D4.如图为甲、乙两种晶体的晶胞示意图:试写出:(1)甲晶体的化学式(X为阳离子)为。 (2)乙晶体中A、B、C三种粒子的个数比是。 X3Y1 3 1规律总结 晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类确定各粒子在晶胞中的位置用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目求各粒子数目的最简比确定化学式。5.如图所示为高温超导领域里的一种化合物钙钛矿晶体结构,该结构是具有代表性的最小重复单元。(1)在该物质的晶体中,每个钛离子周围与它最接近的且等距离的钛离子共有个。 (2)该晶体中,元素氧、钛、钙的粒子个数比是。 63 1 1解析:回答第(1)小题要注意发挥空间想象力,在晶胞的上、下、左、右、前、后都有完全等同的晶胞,依据一个晶胞我们能观察到3个与钛离子最接近且等距离的钛离子,在与这3个钛离子相反的位置还有3个钛离子,所以共有6个钛离子。对于第(2)小题我们可以使用均摊法求得
