成才之路成才之路 化学化学路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3 晶体结构与性质晶体结构与性质第三章第三章本部分内容是安排在原子结构、分子结构以及结构决定性质的内容之后来学习，对于学生有一定的理论基础。有固定的几何外形的固体叫做晶体。它与非晶体的本质区别在于有自范性。晶体的特点为有规则的几何构型、有固定的熔点、各向异性。晶胞是晶体结构的基本单位，有晶胞可确定化学式。只含分子的晶体称为分子晶体。在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，而相邻的分子靠分子间作用力相互吸引。原子晶体中原子间都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，是一个“巨分子”，又称共价晶体。由于原子之间相互结合的共价键非常强，要破坏这些化学键需要很大的能量，所以，原子晶体熔点高、硬度大。金属晶体有许多共同的物理性质，如具有金属光泽、能导电、传热、具有延展性等。金属的这些共性都是由金属晶体中的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的。离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。在离子晶体中，阴、阳离子按照一定的格式交替排列，具有一定的几何外形。不同的离子晶体，离子的排列方式可能不同，形成的晶体类型也不一定相同。离子晶体中离子间的相互作用是较强的离子键，所以离子晶体具有较高的熔、沸点，较大的硬度。这部分知识概念多、理论性强，学习时要结合图形，提高观察能力和空间想象能力，这样才能更好地理解和掌握晶胞的概念和晶体的结构。第一节晶体的常识第一节晶体的常识第三章第三章新情境新情境 激趣入题激趣入题1新知识新知识预习探究预习探究2新思维新思维名师讲堂名师讲堂3新考题新考题随堂自测随堂自测4新提升新提升达标作业达标作业5新视点新视点专家博客专家博客6新情境新情境激趣入题激趣入题古埃及哈舍苏女王32岁英年早逝，按照习俗，她的遗体被制成木乃伊，并放进石棺秘密藏于山洞之中，随葬奇珍异宝无数，其中最珍贵的，当数戴在她脖子上的一串项链。300年后，考古学家找到了这座古墓，并发现女王脖子上确实戴着传说中的那串项链。令人惊讶的是，项链既非珍珠，亦不是宝玉，而是一些墨绿色的玻璃珠！其实，不必大惊小怪，在女王那个年代，玻璃珠本来就是一种极其昂贵的珍宝。据古罗马博物学家普林尼的自然史记载，5 000多年前，地中海东岸古国腓尼基的一艘满载着天然苏打晶体的大商船，在航行中搁浅，船员们便在附近的沙洲上用几块苏打晶体支锅煮食。当他们拿走锅时，惊奇地发现锅下苏打与砂粒接触处出现了许多透明光滑晶莹发亮的珠子。原来，这个沙洲尽是石英砂，天然苏打和石英砂在做饭时的高温下发生化学反应，形成光洁透明的玻璃珠。聪明的腓尼基人发现这一秘密后，便在特制的炉子里放进石英砂和苏打，加热熔炼出玻璃液，制成珠状，当做珍宝换取黄金。后来，这种制造玻璃的方法传到了埃及等国，玻璃生产便发展起来了。钻石、红蓝宝石、玛瑙、珊瑚、翡翠，是人人都喜爱并想拥有的宝石，怎样才能买到一颗自己喜欢，物超所值的真品，而不是玻璃、塑料仿制的假货？新知识新知识预习探究预习探究学习目标学习目标1晶体与非晶体(1)固体分为_和_。晶体的自范性即_的性质，它是晶体中粒子在微观空间里_的宏观表象。晶体呈自范性的条件之一是_。(2)晶体与非晶体的本质差异主要看是否有_，还看微观结构中原子是否_排列。晶体晶体非晶体非晶体晶体能自发地呈现多面体外形晶体能自发地呈现多面体外形呈现周期性的有序排列呈现周期性的有序排列晶体生长的速率适当晶体生长的速率适当自范性自范性有序有序(3)得到晶体的三条途径_；_；_。熔融态的SiO2快速冷却形成_，热液缓慢冷却形成_。(4)晶体的特点：_排列的高度有序性；_；_较固定。熔融态物质凝固熔融态物质凝固气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华凝华)溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出玛瑙玛瑙水晶水晶外形和内部质点外形和内部质点各向异性各向异性晶体的熔点晶体的熔点2晶胞(1)晶胞是_的基本单元，一般来说，晶胞都是_。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_任何间隙，所谓“并置”是指所有晶胞都是_。(2)对于一个平行六面体的晶胞来说，晶胞顶角上的原子为_个晶胞共用的，晶胞棱上的原子为_个晶胞共用的，晶胞面上的原子为_个晶胞共用的，晶胞内部的原子则_。描述晶体结构描述晶体结构平行六面体平行六面体相邻晶胞之间没有相邻晶胞之间没有平行排列的，取向相同平行排列的，取向相同842完全属于该晶胞完全属于该晶胞自主探究自主探究1根据晶体物质性质的各向异性的特点，人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗？提示：观看是否具有对称性。在外形上，假宝石没有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。用它来刻划玻璃。真宝石硬度大，可刻划玻璃，而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。加热。真宝石熔沸点很高，而假宝石无固定的熔沸点，在一定温度范围内，便开始熔化。2(1)晶体为什么有自范性？(2)晶体一定是固体，固体一定是晶体吗？提示：(1)晶体具有自范性的本质原因是：晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列。(2)固体不一定是晶体，如玻璃、橡胶等都是玻璃体，不属于晶体。3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？提示：不表示，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。新思维新思维名师讲堂名师讲堂教材点拨教材点拨晶体晶体非晶体非晶体自范性自范性(本质区别本质区别)有有无无是否均一是否均一均一均一不均一不均一固定熔、沸点固定熔、沸点有有无无某些物质性质的各向异性某些物质性质的各向异性有有无无能否发生能否发生X射线衍射射线衍射(最科学的区最科学的区分方法分方法)能能不能不能(能发生散射能发生散射)举例举例NaCl晶体、晶体、I2晶体、晶体、Na晶体等晶体等玻璃、橡胶等玻璃、橡胶等提示：同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如：晶体SiO2和非晶体SiO2。有规则几何外形不一定是晶体，如玻璃、塑料等相关制品不是晶体。2.晶体的特征和性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。(1)自范性：指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。(2)均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。(3)各向异性：同一晶格构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此晶体的性质也随方向的不同而有所差异。 (4)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的对称性。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。(5)最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体固体、液体、气体相比较，其内能最小。(6)稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。(7)相固定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。(8)能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要实验方法。非晶态物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。提示：有规则几何外形或美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。3晶体形成的一般途径(1)熔融状态物质凝固。(2)气态物质冷却不经液态直接凝固。(3)溶质从溶液中析出。典例透析典例透析【解析】晶体与非晶体的本质差异在于其内部微粒在微观空间是否按一定规律做周期性重复排列。晶体所具有的规则几何外形、各向异性和特定的对称性是其内部微粒规律性排列的外部反映，因此B项错。有些人工加工而成的固体也具有规则几何外形和高度对称性，A项错；具有各向异性的固体一定是晶体，C项正确。晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体，是依据构成晶体的微粒的种类和微粒间的相互作用来进行分类的，因此D项错。【答案】C1下列不属于晶体的特点的是()A一定有规则的几何外形B一定有各向异性C一定有固定的熔点D一定是无色透明的固体【解析】晶体的特点是有规则的几何外形(由晶体的自范性决定)、固定的熔点及各向异性，但不一定是无色透明的固体，如紫色的碘晶体和蓝色的硫酸铜晶体等。【答案】D变式训练变式训练教材点拨教材点拨因此，在NaCl晶胞中Na个数与Cl个数比为11，故NaCl晶体的化学式为NaCl。(2)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，其顶点(1个碳原子)被三个六边形共有，每个六边形占1/3。提示：在使用“均摊法”计算晶胞中微粒个数时要注意晶胞的形状。典例透析典例透析(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为_。(2)该晶体中Xn离子中n_。(3)X元素的原子序数是_。(4)晶体中每个N3被_个等距离的Xn离子包围。【解析】【答案】(1)31(2)1(3)29(4)62(2014武汉六中测试)如图是某化合物的晶体结构单元，镁原子间形成正六棱柱，且正六棱柱的上、下底面上还各有1个镁原子；6个硼原子位于正六棱柱内，则该化合物的化学式可表示为()变式训练变式训练AMgBBMgB2CMg2B3 CMg5B63.如下图所示的甲、乙、丙三种晶体：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_。(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是_个。新考题新考题随堂自测随堂自测1(2014黄石二中调考)下列关于晶体的说法正确的是()A粉末状的硝酸钾固体没有多面体外形，故为非晶体B晶体呈现自范性的过程是非自发的过程C玛瑙和水晶皆为晶体，二者都是熔融二氧化硅凝固所形成的D当晶体生长速率适当时才可得到规则的多面体外形【解析】A项：有的固体粉末，肉眼看不到晶体外形，放到光学显微镜下才可以看到整齐规则的晶体外形；B项：晶体自范性的呈现是一个自发的过程；C项：玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的；D项：熔融态物质冷却凝固速率过快只得到看不到规则外形的粉末或块状物，玛瑙的形成就是一个例子。【答案】D2(2014太原五中月考)下列有关晶胞的叙述，不正确的是()A晶胞是晶体的最小的结构重复单元B不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同C晶胞中的粒子可能不完全属于该晶胞D已知晶胞的组成就可推知晶体的组成【解析】据晶胞定义知A正确；相同晶体中晶胞的大小和形状完全相同，不同晶体中的晶胞大小和形状不一定相同，B错；晶体中有的粒子被若干个晶胞共有，而不专属于某个晶胞，C正确；根据晶胞的组成，可以利用“分摊法”计算晶体的组成。【答案】B3萤石(CaF2)晶体属于立方晶体，萤石中每个Ca2被8 个F所包围，则每个F周围最近且距离相等的Ca2数目为()A2 B4C6D8【解析】萤石(CaF2)中Ca2和F的数目之比为12，Ca2被8个F包围，配位数是8，F的配位数应为4，所以每个F周围最近且距离相等的Ca2数目为4。【答案】B4(2014湖南浏阳一中测试)科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示。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()ATiCBTi6C7CTi14C13DTi13C14【解析】该图表示的是一个气态团簇分子而不是晶胞，它不是一个最小的重复单元而是不再延伸的分子(正如白磷由一个个独立的正四面体组成)，其化学式就是分子式，应直接数出原子数：有14个Ti原子，13个C原子，其化学式为Ti14C13。【答案】C5现有甲、乙、丙、丁四种晶胞，如下图所示。试推断：甲晶体中A与B的微粒个数比为_；乙晶体的化学式为_；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。【解析】首先确定各种微粒在晶胞中的位置，然后确定该微粒为几个晶胞共有，通过分析晶体中微粒数之比确定化学式。甲中A、B微粒数之比为11，乙中C、D微粒数之比为21，丙中E、F微粒数之比为11，丁中X、Y、Z微粒数之比为121。【答案】11DC2(或C2D)EF(或FE)XY2Z6有一种蓝色的晶体，它的结构特征是 Fe2 和 Fe3 分别占据立方体互不相邻的顶点，立方体的每条棱上均有一个 CN。(1)根据晶体结构的特点，推出这种蓝色晶体的化学式(用简单整数表示)_。(2)此化学式带何种电荷_，如果Rn或Rn与其结合成电中性粒子，此粒子的化学式为_。【解析】Fe2、Fe3占据立方体的互不相邻的顶点，则每个立方体上有4个Fe2、4个Fe3，根据晶体的空间结构特点，每个顶点上的粒子有1/8属于该立方体，则该立方体中有1/2个Fe2、1/2个Fe3，CN位于立方体的棱上，棱上的粒子有1/4属于该立方体，该立方体中有3个CN，所以该晶体的化学式为FeFe(CN)6，此化学式带负电荷，若结合Rn形成中性粒子，此粒子化学式为RFeFe(CN)6n。【答案】(1)FeFe(CN)6(2)负电荷RFeFe(CN)6n新提升新提升达标作业达标作业（点此链接）（点此链接）新视点新视点专家博客专家博客对晶体结构的认识人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Hay)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(A.Bravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。俄国的费多罗夫(E.C.eopoB)、德国的熊富利斯(A.M.Schnflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。