高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 认识晶体课前预习课件ppt

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第1节 认识晶体课前预习课件ppt，共42页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，周期性重复排列，杂乱无章，晶体的特性，相互作用，关键能力·素养形成，课堂回眸，课堂检测·素养达标等内容，欢迎下载使用。

一、晶体的特性1.晶体与非晶体的概念
【想一想】(1)晶体一定是固体,固体一定是晶体吗?提示:晶体一定是固体,固体不一定是晶体,如玻璃、橡胶等。(2)晶体的各向异性及对称性是由哪些因素引起的?提示:晶体内部微粒在空间按照一定规律作周期性重复排列,使晶体具有规则几何外形和对称性;内部微粒在各个方向上的不同排列是晶体具有各向异性的本质原因。
3.晶体的分类(1)依据:根据晶体内部微粒种类和微粒间的_________。(2)类型:
【情境·思考】我们吃的食盐是粉末状的没有固定形状的颗粒,是不是说明食盐不是晶体?能不能只通过外观就能区分晶体和非晶体?提示:食盐是晶体。我们吃的食盐是经过粉碎的。不能仅仅通过外观判断晶体和非晶体,非晶体经过加工也能具有规则的几何外形。
4.晶体与非晶体的用途(1)晶体:①把机械能变成电能;②制作红外夜视仪;③做电子元件。(2)非晶体:①某些非晶态合金的强度和硬度比相应的晶态合金的强度和硬度高;②非晶态硅对阳光的吸收系数比单晶硅大,可以有效吸收阳光。
【巧判断】(1)有规则几何外形的固体就是晶体。(　　)提示:×。有些非晶体的外观也是具有规则的几何外形的。(2)熔融态的晶体冷却凝固,得到的固体不一定呈规则的几何外形。(　　)提示:√。晶体在熔融态时破坏了共价键,所以其凝固后共价键的连接等方式有可能会发生变化,所以不一定呈现规则形状。(3)同一物质可能是晶体,也可能是无定形体。(　　)提示:√。硅单质就有两种状态:晶体硅和无定形硅。(4)溶质从溶液中析出可以得到晶体。(　　)提示:√。溶质从溶液中析出时,分子或离子之间按照一定的顺序排列,形成晶体。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
【微思考】计算晶胞中的微粒数目为什么采用切割法?提示:整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成,所谓无隙是指相邻晶胞之间没有任何间隙,所谓并置是指所有晶胞都是平行排列的,取向相同。位于晶胞顶点、棱上、面上的微粒不完全属于晶胞所有,只占该微粒的1/n,因此,需采用切割法。
知识点　晶胞中粒子数目的计算方法——切割法【重点释疑】若某个粒子为n个晶胞所共有,则该粒子有 属于这个晶胞。1.长方体晶胞中不同位置的粒子数的计算
如图所示的NaCl晶胞中,Na+占据立方体的体心和12条棱的棱心,Cl-占据立方体的顶点和面心。Na+在晶胞中的数目为12× (棱心)+1×1(体心)=4(个);Cl-在晶胞中的数目为8× (顶点)+6× (面心)=4(个)。因此,在NaCl晶胞中,Na+个数与Cl-个数比为1∶1,故NaCl晶体的化学式为NaCl。
2.非长方体晶胞中粒子数的计算若结构单元不是平行六面体形,则粒子对结构单元的贡献视情况而定,与平行六面体形晶胞不同的是计算顶点以及侧棱上的微粒情况。以如图所示的三棱柱形结构单元为例,12个三棱柱才能将一个顶点完全盖住,所以顶点为12个结构单元共用。同理,其侧棱被6个结构单元共用,上下边为4个结构单元共用,中间为一个结构单元独有。A:4× = 　　　B:3× +6× =2C:1×1=1因此,A、B、C三种微粒的个数比为1∶6∶3。
3.金刚石晶胞的相关计算金刚石晶胞结构为立方晶系。金刚石的结构是面心立方格子,碳原子分布于8个顶点和6个面心。在晶胞内部有4个碳原子位于4条体对角线的1/4、3/4处,每个原子周围都有4个碳原子,配位数为4,碳原子之间形成共价键,一个碳原子位于正四面体的中心,另外4个与之共价的碳原子在正四面体的顶点上,每个晶胞内含8个碳原子。
正方体体对角线的1/4是C—C键键长(也就是晶胞中距离最近的碳原子之间的距离r厘米),正方体体对角线是正方体棱长的 倍,因此,正方体棱长a= 。1 ml金刚石质量是12 g,含NA个碳原子,一个金刚石晶胞体积是( )3 cm3,而每个晶胞内含8个碳原子,所以有ρ= 。
4.六棱柱晶胞中不同位置的粒子数的计算:
如图所示,六方晶胞中所含微粒数目为12× +3+2× =6。
【易错提醒】(1)晶体是由无数个晶胞堆积得到的。知道晶胞的大小和形状以及晶胞中粒子的种类、数目和粒子所处的空间位置,就可以认识整个晶体的结构。(2)晶胞中微粒个数的计算,其关键是正确分析晶胞中任意位置上的一个微粒被几个晶胞所共用。不同形状的晶胞,情况不同。
【思考·讨论】(1)六棱柱晶胞顶点上的一个微粒,被几个晶胞共有?提示:6个。(2)一个晶胞中微粒的个数是不是就是物质的化学式?提示:不一定。对于离子晶体和共价晶体,晶胞中微粒个数的最简比是其化学式,对于气态团簇分子,微粒数就是其分子式。
【案例示范】【典例】(2020·天津等级考节选)Fe、C、Ni是三种重要的金属元素。回答下列问题:(1)Fe、C、Ni在周期表中的位置为__________,基态Fe原子的电子排布式为____________。 
(2)CO的面心立方晶胞如图所示。设阿伏加德罗常数的值为NA,则CO晶体的密度为__________g·cm-3。三种元素二价氧化物的晶胞类型相同,其熔点由高到低的顺序为________________。 
【解析】(1)Fe、C、Ni的价电子排布式分别为3d64s2、3d74s2、3d84s2,价电子数分别为8、9、10,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族。基态Fe原子核外有26个电子,电子排布式为[Ar] 3d64s2。(2)该晶胞中C2+个数为12× +1=4,O2-个数为8× +6× =4,晶胞质量为 g= g,晶胞体积为(a×10-7 cm)3,故晶体的密度为 g÷(a×10-7cm)3= g·cm-3。三种元素二价氧化物均为离子晶体,由于离子半径:Fe2+>C2+>Ni2+,则晶格能:NiO>CO>FeO,故熔点:NiO>CO>FeO。
答案:(1)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar] 3d64s2(2) NiO>CO>FeO
【规律方法】(1)解答晶体结构计算,关键是对晶体进行晶胞组成和空间关系两种分析。计算方法为:以一个晶胞为研究对象,根据m=ρ·V,其一般的计算规律和公式可表示为 ×n=ρ×a3,其中M为晶体的摩尔质量,n为晶胞所占有的粒子数,NA为阿伏加德罗常数,ρ为晶体密度,a为晶胞参数。
(2)立方晶胞中各物理量的关系①m=ρV=a3×ρ=N× m:表示一个晶胞质量(g)ρ:表示晶胞密度(g·cm-3)V:表示一个晶胞体积(cm3)a:表示晶胞棱长(cm)M:表示晶胞摩尔质量(g·ml-1)NA:表示阿伏加德罗常数(ml-1)N:表示一个晶胞中微粒数目
②晶胞空间利用率= ×100%
【迁移·应用】1.(2020·浏阳高二检测)某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心,阴离子位于晶胞的8个顶点上,则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为(　　)A.1∶8　　　　B.1∶4C.1∶2　　　　D.1∶1【解析】选D。阴离子位于晶胞的8个顶点上,个数为8× =1,阳离子位于晶胞的中心,个数为1。
2.如图所示的甲、乙、丙三种晶体:试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)为________,乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________,丙晶体中每个D周围结 合E的个数是________个。 
【解析】甲中X位于立方体体心,有1个,Y位于立方体的顶点,实际有 ×4= 个,N(X)∶N(Y)=1∶ =2∶1,故甲的化学式为X2Y;乙中A有 ×8=1个,B有 ×6=3个,C在体心,有1个,故N(A)∶N(B)∶N(C)=1∶3∶1;丙中D被8个同样的晶胞共用,故结合E的个数是8个。答案:X2Y　1∶3∶1　8
【素养提升】超导体(supercnductr),又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。在实验中,若导体电阻的测量值低于10-25 Ω,可以认为电阻为零。
最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型超导晶体的一个晶胞如图所示据此回答:
(1)该晶体中镁原子主要位于什么位置?提示:该晶体中镁原子主要位于平行六面体的顶点上。(2)根据“切割法”计算该晶体的化学式。提示:MgCNi3。Mg处于晶胞的顶点上,故有8× =1个;Ni处于晶胞的面心,故有6× =3个;C处于晶胞的体心,完全属于该晶胞,故该晶体的化学式为MgCNi3。
1.(2020·南昌高二检测)下列叙述不属于晶体特征的是(　　)A.水溶性　　　　　　　　B.具有各向异性C.有规则的几何外形D.有对称性【解析】选A。晶体的特征是指:有规则的几何外形、各向异性、对称性。
2.下列有关晶胞的叙述,正确的是(　　)A.晶胞的结构是晶体的结构B.不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C.晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞D.已知晶胞的组成就可推知晶体的组成【解析】选D。由晶胞的定义可知A选项错误;相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同,不同晶体中晶胞的大小和形状不一定相同,B选项错误;晶体中的大部分粒子被若干个晶胞所共有,不专属于某个晶胞,C选项错误;知道晶胞的组成,利用“均摊法”,即可推知晶体的组成,D选项正确。
3.有一种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,它的化学式为(　　)A.Ti14C13D.Ti4C3【解析】选A。由题意知该物质是气态团簇分子,故题目中图示应是该物质的一个完整的分子,由14个钛原子和13个碳原子构成。
4.(2020·开封高二检测)某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况如图所示,则该晶体的化学式可表示为(　　) A.A2B　　　B.AB　　　C.AB2　　　D.A3B【解析】选B。根据物质的结构可知:在1个A周围有4个B;在一个B周围有4个A,A、B原子个数比是1∶1,所以该晶体的化学式是AB。
5.(双选)下列关于晶体的说法正确的是(　　)A.将饱和硫酸铜溶液降温,析出的固体不是晶体B.假宝石往往是玻璃仿造的,可以用划痕的方法鉴别宝石和玻璃制品C.石蜡和玻璃都是非晶体,但它们都有固定的熔点D.蓝宝石在不同方向上的硬度可能不同【解析】选B、D。选项A,将饱和CuSO4溶液降温可析出胆矾,胆矾属于晶体。选项B,宝石的硬度较大,玻璃制品的硬度较小,可以根据有无划痕来鉴别。选项C,非晶体没有固定熔点。选项D,晶体的各向异性导致蓝宝石在不同方向上的硬度有些差异。
6.(2020·厦门高二检测) 已知某晶体晶胞如图所示,则该晶体的化学式为(　　) A.XYZ　　　　　　　　D.X4Y2Z【解析】选C。该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X粒子数为8× =1;Y位于该晶胞内,共有4个,因此该晶胞中拥有的Y粒子数为4;Z只有1个,位于晶胞的体心上,故该晶体的化学式为XY4Z。
7.(2019·全国卷Ⅰ节选)图(a)是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu。图(b)是沿立方格子对角面取得的截图。可见,Cu原子之间最短距离x=__________pm,Mg原子之间最短距离y=__________pm。设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是__________g·cm-3(列出计算表达式)。