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(共23张PPT)
3.1.2 晶胞、晶体结构的测定
教
学
目
标
1、认识简单的晶胞，能计算简单晶胞中粒子的数目。
2、知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。
教
学
重
点
学会晶胞中微粒数的计算方法(均摊法)，确定晶体的化学式。
教
学
难
点
对晶胞的认识
氯化钠晶体结构
铜晶体结构
晶体：内部(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而构成的具有规则几何外形的固体。
晶体结构如此复杂，我们该如何研究晶体结构？
【知识回顾】
找岀晶体中最小的结构重复单元
三、晶胞
1.概念
描述晶体结构的基本单元叫晶胞。
铜晶胞
铜晶体结构
晶胞是晶体中最小的结构重复单元。
注意：晶胞是人为划定的。
同一个晶体中，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。
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。
平行六面体
无隙并置
8个顶点相同
三套各4根平行棱分别相同
x
z
y
三套各两个平行面分别相同
共6个面
共8个顶点
共12个根棱
常规晶胞是8个顶点相同、三套各4根平行棱分别相同、三套各两个平行面分别相同的最小平行六面体。
3.晶胞的基本结构（以铜晶胞为例）：
例1.下图中的晶胞是指”大立方体”？还是”小立方体”？为什么？
晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱
晶胞是指”大立方体”
练习1.判断下列六面体是否是晶胞？
A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。
B图中的晶体结构不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
C图中的晶体结构不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
D图中的晶体结构不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
体心
1
2
面心
2
1
3
4
棱边
1
2
4
3
7
6
8
5
顶点
4.晶胞中原子个数的计算--均摊法(重点)
：1
：1/2
：1/4
：1/8
①长方体（平行六面体）晶胞
例2.计算下列立方晶胞中原子数:
简单立方
体心立方
面心立方
8× ＝1
8
1
8× ＋1＝2
8
1
8× ＋6× ＝4
2
1
8
1
Na晶胞
Zn晶胞
I2晶胞
8× ＋1＝2
8
1
8× ＋1＝2
8
1
8× ＋6× ＝4（I2）
2
1
8
1
铜晶胞
8× ＋6× ＝4
8
1
2
1
练习2.计算下列立方晶胞中原子数:
例3.请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。
Na+数＝12× +1 ＝4
1
4
1
8
Cl-数＝8× +6 × ＝4
1
2
Na+数: Cl-数=1:1
氯化钠的化学式为NaCl
一个晶胞含4个NaCl
应用：根据晶胞确定化学式。
离子晶体化学式只表示每个晶胞或晶体中各类粒子的最简整数比
练习3.(1)元素铜的一种氯化物晶体的晶胞结构如图1所示， 该氯化物的化学式是_________。
(2)图2为某晶体的一个晶胞，该晶体由A、B、C三种基本粒子组成。试根据图示判断该晶体的化学式是________。
(3)钛酸钡晶体的结构示意图为图3，它的化学式是________。
CuCl
A3BC
BaTiO3
(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？
(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
晶胞有三套各4根平行棱，有3套各两个平行面
金属钠（Na） 金属锌（Zn） 碘（I2） 金刚石（C）
【思考与讨论】
金刚石晶胞
课本P74
②六方晶胞中粒子的计算方法
顶角：1/6
上、下棱：1/4
侧棱：1/3
面上：1/2
内部：1
“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1/n属于这个晶胞。
③正三棱柱晶胞中粒子的计算方法
顶点：1/12
侧棱：1/6
内部：1
上下棱：1/4
晶胞1
晶胞2
X：6/12=1/2
Y：6/4+3/6=2
Z：1
Mg：12/6+2/2=3
B:（在体内） 6
练习4.计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。
化学式：X2ZY4
化学式：MgB2
练习5.科学家发现了一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子。如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的化学式是（ ）
A.Ti14C13 B.Ti4C4
C.TiC D.Ti13C14
A
特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！所含微粒为其本身所有，不与其他分子共用,其化学式就是其分子式，应直接数出原子数。
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体,是一种特殊的聚集状态。
准晶具有独特的属性,坚硬又有弹性、非常平滑,而且与大多数金属不同的是其导电性、导热性很差,因此在日常生活中大有用武之地。
【探究——准晶】
练习6.2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰他发现了准晶体。准晶体材料具有硬度高，不易损伤，使用寿命长等特点.下列叙述错误的是( )
A.自然界中的固体可分为晶体、准晶体和非晶态物质
B.准晶体是一种介于晶体和非晶态物质之间的固体
C.准晶体材料的应用具有较大的发展空间
D.化学式为Al63Cu24Fe13的准晶体不可与稀硝酸发生反应
D
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
3.X射线衍射实验获得分子信息
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。
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。
四.晶体结构的测定——X射线衍射实验
乙酸晶体
乙酸晶胞
乙酸分子的空间结构
例如X射线衍射测定乙酸分子结构
(含4个乙酸分子)
→从衍射图中经计算可获取晶体的结构信息，如晶胞的形状、大小，微粒空间对称性类型，原子的数目和位置等。
原子的种类与位置
衍射强度
综合分析
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
再如X射线衍射测定甲烷分子结构
练习7.下列有关说法正确的是（ ）
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相同
C.通过乙酸晶体的X射线衍射实验，只能测定晶胞中含有的乙酸分子数，
不能推出乙酸分子的空间结构
D.晶体的X射线衍射实验不能判断晶体中存在哪些化学键，也不能确定
键长和键角
A
练习8.下图是石墨晶体的层面结构图，层面上每个正六边形平均拥有的共价键数和碳原子数是分别（ ）
A、6，6 B、2，4 C、2，3 D、3，2
D
【拓展与提升】
1.晶体密度的计算
②1个晶胞的体积为v,则1mol晶胞的体积为：v NA
①1个晶胞中若有n个微粒，则1mol晶胞的质量为n M
注意：单位换算: 1m=102cm=109nm=1012pm
练习9.已知CsCl的摩尔质量为168.5gmol，其晶胞如图所示。晶胞边长为apm。阿伏伽德罗常数为NA，则CsCl晶体的密度为 g/cm3。
顶点Cs＋ 中心Cl﹣
g
168.5
NA
(a×10-10 )3 cm3
晶胞中原子P 的位置用向量OP=xa+yb+zc代表. x、y、z就是分数坐标，它们永远小于1.（晶轴不一定互相垂直）
2.原子分数坐标
【拓展与提升】
晶胞中各个原子的位置可以用分数坐标表示
分数坐标与选取晶胞的原点有关，一个晶胞内原子分数坐标的个数，等于该晶胞内所包括原子的个数。
以任意绿球为原点，红球的坐标都是(0.5,0.5,0.5)
氯球坐标为(0,0,0)
只需标注2个坐标，因为晶胞只包含2个原子。
立方面心晶胞净含4个原子，所以写出4组坐标即可:
所有顶点原子： 0，0，0
(前)后面心原子： 0，1/2，1/2
左(右)面心原子： 1/2，0，1/2
(上)下面心原子： 1/2，1/2，0

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