高中化學(xué) 3.1認(rèn)識晶體課件 魯科版選修3.ppt

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第一節(jié) 認(rèn)識晶體,1．指出構(gòu)成下列物質(zhì)的微粒并判斷這些微粒依靠什么作用力構(gòu)成了物質(zhì)：(1)金剛石 (2)石墨 (3)水晶 (4)冰 (5)干冰 (6)銅 (7)白金 (8)氯化鈉 (9)純堿 (10)燒堿 答案,物質(zhì)的三態(tài)是氣、液、固，固體與晶體是一回事嗎？ 答案 固體是物質(zhì)的一種呈現(xiàn)形式而晶體是物質(zhì)固體中的一種呈現(xiàn)形式即為數(shù)學(xué)中的集合子集關(guān)系，即晶體為固體的一個子集。,2.,從晶體學(xué)的角度初步認(rèn)識晶體的典型特性并能區(qū)分晶體和非晶體，理解晶體中微粒排列的周期性。 學(xué)會建構(gòu)模型、理解構(gòu)成物質(zhì)的微粒、微粒間相互作用和微粒的空間排列方式三者之間的聯(lián)系，初步學(xué)會解釋物質(zhì)聚集狀態(tài)和性質(zhì)的一般方法。 了解建立晶體系統(tǒng)知識的歷史及模型思想和化學(xué)技術(shù)在研究晶體中的作用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。,1．,2．,3．,晶體概念、特征、分類 (1)晶體、非晶體 ①晶體：內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做________________構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體物質(zhì)。如食鹽、干冰、金剛石等。,1.,周期性重復(fù)排列,②非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)_________的分布狀態(tài)的固體物質(zhì)。如橡膠、玻璃、松香等。 (2)晶體的特征 ①晶體的自范性 在適宜的條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形，這稱為晶體的_______。 原因：晶體內(nèi)部的微粒在空間按一定規(guī)律做周期性排列。,雜亂無章,自范性,②各向異性 晶體在不同的方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，稱為晶體的_________。 原因：晶體內(nèi)部的微粒在空間各個方向上排列不同。 ③對稱性 晶體具有特定的_______。 原因：晶體內(nèi)部微粒在空間按一定規(guī)律做周期性排列。 (3)晶體的分類 根據(jù)晶體內(nèi)部微粒種類和微粒的_________的不同，可將晶體分為_________、_________、_________和 _________。,各向異性,對稱性,相互作用,離子晶體,金屬晶體,原子晶體,分子晶體,晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型 組成晶體的原子、離子或分子在沒有其他因素(如共價鍵的方向性)影響時，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。這是因為在金屬晶體、離子晶體和分子晶體的結(jié)構(gòu)中，金屬鍵、離子鍵和分子間相互作用均沒有_____性，因此，都趨向于使原子或分子吸引盡可能多的__________分布于周圍，并以密堆積的方式______體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。 (1)等徑圓球的密堆積 ①由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是_______的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成的。,2．,方向,原子或分子,降低,球?qū)ΨQ,②等徑圓球在二維平面中放置的兩種方式：___________ _______。 ③等徑圓球的密置層與密置層之間的堆積排列 等徑圓球在一個層中，最緊密的堆積方式只有一種情況——一個球與周圍六個球相切，在中心球的周圍形成六個凹位，將其算為第一層。第二層對第一層來講最緊密的堆積方式是將球心對準(zhǔn)1、3、5位(或?qū)?zhǔn)2、4、6位，其情形是一樣的)。關(guān)鍵是第三層，對于第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密堆積方式。第一種是將球心對準(zhǔn)第一層的球心。于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形成六方緊密堆積，即A3型密堆積，配位數(shù)是12，如圖甲、乙(同層是6，上下層各是3)。,非密置層和,密置層,第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的2、4、6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。第四層再排A，于是形成ABC三層一個周期的排列方式，得到面心立方堆積，即A1型密堆積，配位數(shù)為12，如圖丙、丁(同層是6、上下層各為3)。,(2)非等徑圓球的密堆積 ①由于離子晶體可視為___________的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球________________________ _________，小球____________________。一個原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目稱為_______。 NaCl晶體中的Cl－按__________進行最密堆積，Na＋填在Cl－所構(gòu)成的空隙中；ZnS晶體中的S2－按A1型方式最密堆積，Zn2＋填在S2－所形成的空隙中。 ②分子晶體中，原子先以_______形成分子，分子間再以_____________形成晶體，由于范德華力沒有_____性和 _____性，因此分子間盡可能采取緊密堆積，如干冰中CO2分子是以____型密堆積。,不等徑圓球,先按一定方式做等徑圓球,的密堆積,再填入大球的空隙中,配位數(shù),A1型方式,共價鍵,分子間作用力,方向,飽和,A1,③原子晶體中微粒間以_______結(jié)合進行堆積時，由于共價鍵具有_____性和_____性，這種晶體中微粒堆積的緊密程度會大大降低。,共價鍵,飽和,方向,晶胞 (1)晶胞是晶體中____________________。 (2)晶胞都是從晶體中截取下來的大小、形狀完全相同的___________。 晶胞中微粒數(shù)的求算——長方體(正方體)形晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn),1.,最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元,平行六面體,2．,8個,4個,2個,1,如何區(qū)別晶體與非晶體？ 提示 晶體與非晶體的區(qū)別,【慎思1】,注意：(1)晶體有規(guī)則的幾何外形，但有規(guī)則幾何外形的不一定是晶體。如玻璃、塑料等相關(guān)制品不是晶體； (2)同一物質(zhì)有時是晶體，也有時是非晶體。如晶體SiO2和非晶體SiO2。,晶胞類型和晶體密堆積的關(guān)系？ 提示,【慎思2】,如何認(rèn)識晶胞？,【慎思3】,均攤法的應(yīng)用如何去把握呢？ 提示 均攤法的知識要點。,【慎思4】,④晶胞內(nèi)的原子不與其他晶胞分享。 晶體微粒對晶胞貢獻(xiàn),(1)晶體定義：內(nèi)部粒子(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。如：食鹽、干冰、金剛石等。 (2)非晶體定義：內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)的固體物質(zhì)。如：橡膠、松香、玻璃等。 特別提醒：注意晶體和非晶體都是針對固體來說的。,1．晶體與非晶體,晶體的特征 晶體形成的一般途徑：a.熔融態(tài)物質(zhì)凝固；b.氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華)；c.溶質(zhì)從溶液中析出。,2．,對于晶體來說，許多物理性質(zhì)：如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、膨脹系數(shù)、折光率、硬度、光學(xué)性質(zhì)等，因研究角度不同而產(chǎn)生差異，即為各向異性。好比同一幅圖案來說，從不同的方向?qū)徱暎矔a(chǎn)生不同的感受。 晶體具有特定的對稱性。 特別提醒：晶體的特征除了具有規(guī)則幾何外形、各向異性、對稱性外，還具有固定的熔、沸點等其他特征。,晶體的分類 根據(jù)晶體內(nèi)部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。 對于常見的晶體，例如：氯化鈉是Na＋與Cl－通過離子鍵形成的晶體稱為離子晶體；金屬銅是以金屬鍵為基本作用所形成的晶體，稱為金屬晶體；金剛石是碳原子間完全通過共價鍵形成的晶體稱為原子晶體；冰是水分子間通過分子間相互作用形成的晶體稱為分子晶體。 特別提醒：關(guān)于晶體四種類型的劃分要把握住兩點：“微粒種類”和“微粒間相互作用”不同。,3．,晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型 對密堆積原理的理解應(yīng)注意：各類晶體的構(gòu)成微粒為什么盡可能采取密堆積的形式形成晶體？晶體的構(gòu)成微粒采取密堆積的形式形成晶體可以提高空間利用率，降低體系能量，整個體系的能量越低，所形成的晶體就越穩(wěn)定。 (1)等徑圓球的密堆積 由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。等徑圓球的密堆積方式有A3型最密堆積和A1最密堆積。,4．,特別提醒：在A1和A3型結(jié)構(gòu)的金屬單質(zhì)晶體中，每個金屬原子的配位數(shù)均為12，即每個原子是與12個原子(同一密置層中六個原子，上、下層中各三個原子)相鄰接。這兩種堆積方式是在等徑圓球密堆積中最緊密的，配位數(shù)最高，空隙最小。,(2)非等徑圓球的密堆積 由離子構(gòu)成的晶體可視為不等徑圓球的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球采取等徑圓球密堆積，小球填入大球的空隙。 在分子晶體中，由于范德華力沒有方向性和飽和性，因此分子間盡可能采取密堆積方式，但分子的排列與分子形狀有關(guān)，例如干冰中直線形的二氧化碳分子在空間是以A1型密堆積方式形成晶體的。 原子晶體中微粒間以共價鍵結(jié)合進行堆積時，由于共價鍵具有方向性和飽和性，就決定了原子周圍的其他原子的數(shù)目和堆積方向是一定的，所以原子晶體不符合密堆積原理。,特別提醒：(1)密堆積模型適合于靠無方向性的化學(xué)鍵形成的晶體。 (2)分子晶體由于不是等徑圓球，而是有一定的形狀和結(jié)構(gòu)，因此分子晶體采取盡可能密堆積的結(jié)構(gòu)。但有些分子晶體分子間靠氫鍵結(jié)合形成晶體，如苯甲酸晶體、冰等。氫鍵是有方向性的，因此與原子晶體類似，一個分子周圍其他分子的數(shù)目和位置是一定的，不采取密堆積結(jié)構(gòu)。,金屬原子在二維空間里的放置有下圖所示的兩種方式，下列說法中正確的是 ( )。 A．圖(a)為非密置層，配位數(shù)為6 B．圖(b)為密置層，配位數(shù)為4 C．圖(a)在三維空間里堆積可得鎂型和銅型 D．圖(b)在三維空間里堆積僅得簡單立方,【例1】?,解析 金屬原子在二維空間里有兩種排列方式，一種是密置層排列，一種是非密置層排列。密置層排列的空間利用率高，原子的配位數(shù)為6，非密置層的配位數(shù)較密置層小，為4。由此可知，圖中(a)為密置層，(b)為非密置層。密置層在三維空間堆積可得到鎂型和銅型兩種堆積模型，非密置層在三維空間堆積可得簡單立方和鉀型兩種堆積模型。所以，只有C選項正確。 答案 C,Ⅰ.下列敘述不屬于晶體特性的是 ( )。 A．有規(guī)則的幾何外形 B．具有各向異性 C．有對稱性 D．沒有固定熔點 Ⅱ.將金屬對應(yīng)的晶胞類型與其實例進行連線： 晶胞類型 實例 體心立方 Mg 六 方 Cu 面心立方 K,【體驗1】?,解析 Ⅰ.晶體具有規(guī)則的幾何外形、各向異性、對稱性三大特性，所以晶體有固定的熔點。 Ⅱ.面心立方最密堆積的典型實例是Cu、Ag、Au、Ca、Al、Pt等；體心立方堆積的代表金屬是Li、Na、K、Ba、Fe等 ；常見的采用六方最密堆積方式的金屬有Mg、Zn、Ti等。 答案 Ⅰ.D Ⅱ.,晶胞定義：晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。晶胞都是從晶體結(jié)構(gòu)中截取下來的大小、形狀完全相同的平行六面體。 由A3密堆積中可以劃分出六方晶胞，從A1密堆積中可以劃分出立方面心晶胞。 整塊晶體可以看作是數(shù)量巨大的晶胞無隙并置而成，所謂無隙是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙，所謂并置是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。晶胞是具有代表性的體積最小的平行六面體。,1．,晶體與晶胞的關(guān)系好比蜂巢與蜂室的關(guān)系 特別提醒：對晶胞的理解主要抓住兩點：它是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元這一關(guān)鍵點，可用蜂巢和蜂室的關(guān)系比喻晶體和晶胞的關(guān)系。晶胞是晶體的代表，是晶體中的最小單位。,晶胞中的微粒數(shù)的求法 晶體中微粒的排列具有周期性，其中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元稱為晶胞，利用分?jǐn)偡梢源_定一個晶胞中的粒子數(shù)，進而確定晶體的化學(xué)式。 分?jǐn)偡ǖ闹R要點,2．,④晶胞內(nèi)的原子不與其他晶胞分享。 特別提醒：解題時首先觀察晶胞的結(jié)構(gòu)，然后利用分?jǐn)偡ń忸}。,鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴音器中都有應(yīng)用。鈦酸鋇晶體的結(jié)構(gòu)示意圖如右圖，它的化學(xué)式是 ( )。,【例2】?,A．BaTi8O12 B．BaTi4O6 C．BaTi2O4 D．BaTiO3,答案 D,熟練應(yīng)用晶胞中微粒數(shù)的求算方法非常重要。,有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團簇分子，如圖所示，頂角和面心的原子是鈦原子，棱的中心和體心的原子是碳原子，它的化學(xué)式為 ( )。 A．Ti14C13 B．TiC C．Ti4C4 D．Ti4C3 答案 A,【體驗2】?,區(qū)分晶體與非晶體有人認(rèn)為：可以依據(jù)是否有規(guī)則的幾何外形，是否具有各向異性，是否有固定的熔點。而有人認(rèn)為：區(qū)分晶體與非晶體的最可靠的方法是對固體進行X—射線衍射實驗。你怎么認(rèn)為？ 答案 晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別：固體中的微粒在三維空間里是否呈周期性有序排列，即晶體呈現(xiàn)自范性，這是組成晶體的微粒在微觀空間里周期性有序排列的宏觀表現(xiàn)。玻璃不屬于晶體，卻可以通過人工干預(yù)，加工成不同的幾何形狀。因此，通過幾何外形來判斷晶體和非晶體就不十分可靠。,【案例1】,晶體有單晶和多晶之分。由一個晶核各向均勻生長而成的晶體為單晶(如冰糖、單晶硅)，其內(nèi)部的粒子呈現(xiàn)周期性有序排列，可以表現(xiàn)出各向異性。多晶體是由很多單晶體雜亂聚結(jié)而成，失去了各向異性。所以，我們便不能通過各向異性來區(qū)分多晶體和非晶體。 有些晶體存在缺陷，也不一定就有固定熔點。所以根據(jù)是否具有固定熔點也只能粗略地判斷某固體是不是晶體。 X—射線衍射實驗是從微觀上對晶體結(jié)構(gòu)進行測定，可以得到晶胞的大小，因此是區(qū)分晶體和非晶體的最科學(xué)可靠的方法。,石墨的片層結(jié)構(gòu)如圖所示，試回答： (1)每個正六邊形平均由________個碳原子構(gòu)成。 (2)石墨晶體每一層內(nèi)碳原子數(shù)與碳—碳化學(xué)鍵之比是____________。 (3)n g碳原子可構(gòu)成____________個正六邊形。,【案例2】,,