高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修2第1節(jié) 認(rèn)識(shí)晶體課前預(yù)習(xí)課件ppt

這是一份高中化學(xué)魯科版 (2019)選擇性必修2第1節(jié) 認(rèn)識(shí)晶體課前預(yù)習(xí)課件ppt，共42頁。PPT課件主要包含了必備知識(shí)·素養(yǎng)奠基，周期性重復(fù)排列，雜亂無章，晶體的特性，相互作用，關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成，課堂回眸，課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
一、晶體的特性1.晶體與非晶體的概念
【想一想】(1)晶體一定是固體,固體一定是晶體嗎?提示:晶體一定是固體,固體不一定是晶體,如玻璃、橡膠等。(2)晶體的各向異性及對(duì)稱性是由哪些因素引起的?提示:晶體內(nèi)部微粒在空間按照一定規(guī)律作周期性重復(fù)排列,使晶體具有規(guī)則幾何外形和對(duì)稱性;內(nèi)部微粒在各個(gè)方向上的不同排列是晶體具有各向異性的本質(zhì)原因。
3.晶體的分類(1)依據(jù):根據(jù)晶體內(nèi)部微粒種類和微粒間的_________。(2)類型:
【情境·思考】我們吃的食鹽是粉末狀的沒有固定形狀的顆粒,是不是說明食鹽不是晶體?能不能只通過外觀就能區(qū)分晶體和非晶體?提示:食鹽是晶體。我們吃的食鹽是經(jīng)過粉碎的。不能僅僅通過外觀判斷晶體和非晶體,非晶體經(jīng)過加工也能具有規(guī)則的幾何外形。
4.晶體與非晶體的用途(1)晶體:①把機(jī)械能變成電能;②制作紅外夜視儀;③做電子元件。(2)非晶體:①某些非晶態(tài)合金的強(qiáng)度和硬度比相應(yīng)的晶態(tài)合金的強(qiáng)度和硬度高;②非晶態(tài)硅對(duì)陽光的吸收系數(shù)比單晶硅大,可以有效吸收陽光。
【巧判斷】(1)有規(guī)則幾何外形的固體就是晶體。(　　)提示:×。有些非晶體的外觀也是具有規(guī)則的幾何外形的。(2)熔融態(tài)的晶體冷卻凝固,得到的固體不一定呈規(guī)則的幾何外形。(　　)提示:√。晶體在熔融態(tài)時(shí)破壞了共價(jià)鍵,所以其凝固后共價(jià)鍵的連接等方式有可能會(huì)發(fā)生變化,所以不一定呈現(xiàn)規(guī)則形狀。(3)同一物質(zhì)可能是晶體,也可能是無定形體。(　　)提示:√。硅單質(zhì)就有兩種狀態(tài):晶體硅和無定形硅。(4)溶質(zhì)從溶液中析出可以得到晶體。(　　)提示:√。溶質(zhì)從溶液中析出時(shí),分子或離子之間按照一定的順序排列,形成晶體。
二、晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單元——晶胞
【微思考】計(jì)算晶胞中的微粒數(shù)目為什么采用切割法?提示: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。位于晶胞頂點(diǎn)、棱上、面上的微粒不完全屬于晶胞所有,只占該微粒的1/n,因此,需采用切割法。
知識(shí)點(diǎn)　晶胞中粒子數(shù)目的計(jì)算方法——切割法【重點(diǎn)釋疑】若某個(gè)粒子為n個(gè)晶胞所共有,則該粒子有 屬于這個(gè)晶胞。1.長方體晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算
如圖所示的NaCl晶胞中,Na+占據(jù)立方體的體心和12條棱的棱心,Cl-占據(jù)立方體的頂點(diǎn)和面心。Na+在晶胞中的數(shù)目為12× (棱心)+1×1(體心)=4(個(gè));Cl-在晶胞中的數(shù)目為8× (頂點(diǎn))+6× (面心)=4(個(gè))。因此,在NaCl晶胞中,Na+個(gè)數(shù)與Cl-個(gè)數(shù)比為1∶1,故NaCl晶體的化學(xué)式為NaCl。
2.非長方體晶胞中粒子數(shù)的計(jì)算若結(jié)構(gòu)單元不是平行六面體形,則粒子對(duì)結(jié)構(gòu)單元的貢獻(xiàn)視情況而定,與平行六面體形晶胞不同的是計(jì)算頂點(diǎn)以及側(cè)棱上的微粒情況。以如圖所示的三棱柱形結(jié)構(gòu)單元為例,12個(gè)三棱柱才能將一個(gè)頂點(diǎn)完全蓋住,所以頂點(diǎn)為12個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用。同理,其側(cè)棱被6個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用,上下邊為4個(gè)結(jié)構(gòu)單元共用,中間為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元獨(dú)有。A:4× = 　　　B:3× +6× =2C:1×1=1因此,A、B、C三種微粒的個(gè)數(shù)比為1∶6∶3。
3.金剛石晶胞的相關(guān)計(jì)算金剛石晶胞結(jié)構(gòu)為立方晶系。金剛石的結(jié)構(gòu)是面心立方格子,碳原子分布于8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面心。在晶胞內(nèi)部有4個(gè)碳原子位于4條體對(duì)角線的1/4、3/4處,每個(gè)原子周圍都有4個(gè)碳原子,配位數(shù)為4,碳原子之間形成共價(jià)鍵,一個(gè)碳原子位于正四面體的中心,另外4個(gè)與之共價(jià)的碳原子在正四面體的頂點(diǎn)上,每個(gè)晶胞內(nèi)含8個(gè)碳原子。
正方體體對(duì)角線的1/4是C—C鍵鍵長(也就是晶胞中距離最近的碳原子之間的距離r厘米),正方體體對(duì)角線是正方體棱長的 倍,因此,正方體棱長a= 。1 ml金剛石質(zhì)量是12 g,含NA個(gè)碳原子,一個(gè)金剛石晶胞體積是( )3 cm3,而每個(gè)晶胞內(nèi)含8個(gè)碳原子,所以有ρ= 。
4.六棱柱晶胞中不同位置的粒子數(shù)的計(jì)算:
如圖所示,六方晶胞中所含微粒數(shù)目為12× +3+2× =6。
【易錯(cuò)提醒】(1)晶體是由無數(shù)個(gè)晶胞堆積得到的。知道晶胞的大小和形狀以及晶胞中粒子的種類、數(shù)目和粒子所處的空間位置,就可以認(rèn)識(shí)整個(gè)晶體的結(jié)構(gòu)。(2)晶胞中微粒個(gè)數(shù)的計(jì)算,其關(guān)鍵是正確分析晶胞中任意位置上的一個(gè)微粒被幾個(gè)晶胞所共用。不同形狀的晶胞,情況不同。
【思考·討論】(1)六棱柱晶胞頂點(diǎn)上的一個(gè)微粒,被幾個(gè)晶胞共有?提示:6個(gè)。(2)一個(gè)晶胞中微粒的個(gè)數(shù)是不是就是物質(zhì)的化學(xué)式?提示:不一定。對(duì)于離子晶體和共價(jià)晶體,晶胞中微粒個(gè)數(shù)的最簡(jiǎn)比是其化學(xué)式,對(duì)于氣態(tài)團(tuán)簇分子,微粒數(shù)就是其分子式。
【案例示范】【典例】(2020·天津等級(jí)考節(jié)選)Fe、C、Ni是三種重要的金屬元素?；卮鹣铝袉栴}:(1)Fe、C、Ni在周期表中的位置為__________,基態(tài)Fe原子的電子排布式為____________。?
(2)CO的面心立方晶胞如圖所示。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則CO晶體的密度為__________g·cm-3。三種元素二價(jià)氧化物的晶胞類型相同,其熔點(diǎn)由高到低的順序?yàn)開_______________。?
【解析】(1)Fe、C、Ni的價(jià)電子排布式分別為3d64s2、3d74s2、3d84s2,價(jià)電子數(shù)分別為8、9、10,位于元素周期表第四周期第Ⅷ族?；鶓B(tài)Fe原子核外有26個(gè)電子,電子排布式為[Ar] 3d64s2。(2)該晶胞中C2+個(gè)數(shù)為12× +1=4,O2-個(gè)數(shù)為8× +6× =4,晶胞質(zhì)量為 g= g,晶胞體積為(a×10-7 cm)3,故晶體的密度為 g÷(a×10-7cm)3= g·cm-3。三種元素二價(jià)氧化物均為離子晶體,由于離子半徑:Fe2+>C2+>Ni2+,則晶格能:NiO>CO>FeO,故熔點(diǎn):NiO>CO>FeO。
答案:(1)第四周期第Ⅷ族1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar] 3d64s2(2) NiO>CO>FeO
【規(guī)律方法】(1)解答晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算,關(guān)鍵是對(duì)晶體進(jìn)行晶胞組成和空間關(guān)系兩種分析。計(jì)算方法為:以一個(gè)晶胞為研究對(duì)象,根據(jù)m=ρ·V,其一般的計(jì)算規(guī)律和公式可表示為 ×n=ρ×a3,其中M為晶體的摩爾質(zhì)量,n為晶胞所占有的粒子數(shù),NA為阿伏加德羅常數(shù),ρ為晶體密度,a為晶胞參數(shù)。
(2)立方晶胞中各物理量的關(guān)系①m=ρV=a3×ρ=N× m:表示一個(gè)晶胞質(zhì)量(g)ρ:表示晶胞密度(g·cm-3)V:表示一個(gè)晶胞體積(cm3)a:表示晶胞棱長(cm)M:表示晶胞摩爾質(zhì)量(g·ml-1)NA:表示阿伏加德羅常數(shù)(ml-1)N:表示一個(gè)晶胞中微粒數(shù)目
②晶胞空間利用率= ×100%
【遷移·應(yīng)用】1.(2020·瀏陽高二檢測(cè))某離子化合物的晶胞如圖所示。陽離子位于晶胞的中心,陰離子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)上,則該離子化合物中陰、陽離子的個(gè)數(shù)比為(　　)A.1∶8　　　　B.1∶4C.1∶2　　　　D.1∶1【解析】選D。陰離子位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn)上,個(gè)數(shù)為8× =1,陽離子位于晶胞的中心,個(gè)數(shù)為1。
2.如圖所示的甲、乙、丙三種晶體:試推斷甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為________,乙晶體中A、B、C三種微粒的個(gè)數(shù)比是________,丙晶體中每個(gè)D周圍結(jié)?合E的個(gè)數(shù)是________個(gè)。?
【解析】甲中X位于立方體體心,有1個(gè),Y位于立方體的頂點(diǎn),實(shí)際有 ×4= 個(gè),N(X)∶N(Y)=1∶ =2∶1,故甲的化學(xué)式為X2Y;乙中A有 ×8=1個(gè),B有 ×6=3個(gè),C在體心,有1個(gè),故N(A)∶N(B)∶N(C)=1∶3∶1;丙中D被8個(gè)同樣的晶胞共用,故結(jié)合E的個(gè)數(shù)是8個(gè)。答案:X2Y　1∶3∶1　8
【素養(yǎng)提升】超導(dǎo)體(supercnductr),又稱為超導(dǎo)材料,指在某一溫度下,電阻為零的導(dǎo)體。在實(shí)驗(yàn)中,若導(dǎo)體電阻的測(cè)量值低于10-25 Ω,可以認(rèn)為電阻為零。
最近發(fā)現(xiàn),只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。該新型超導(dǎo)晶體的一個(gè)晶胞如圖所示據(jù)此回答:
(1)該晶體中鎂原子主要位于什么位置?提示:該晶體中鎂原子主要位于平行六面體的頂點(diǎn)上。(2)根據(jù)“切割法”計(jì)算該晶體的化學(xué)式。提示:MgCNi3。Mg處于晶胞的頂點(diǎn)上,故有8× =1個(gè);Ni處于晶胞的面心,故有6× =3個(gè);C處于晶胞的體心,完全屬于該晶胞,故該晶體的化學(xué)式為MgCNi3。
1.(2020·南昌高二檢測(cè))下列敘述不屬于晶體特征的是(　　)A.水溶性　　　　　　　　B.具有各向異性C.有規(guī)則的幾何外形D.有對(duì)稱性【解析】選A。晶體的特征是指:有規(guī)則的幾何外形、各向異性、對(duì)稱性。
2.下列有關(guān)晶胞的敘述,正確的是(　　)A.晶胞的結(jié)構(gòu)是晶體的結(jié)構(gòu)B.不同的晶體中晶胞的大小和形狀都相同C.晶胞中的任何一個(gè)粒子都屬于該晶胞D.已知晶胞的組成就可推知晶體的組成【解析】選D。由晶胞的定義可知A選項(xiàng)錯(cuò)誤;相同晶體中晶胞的大小和形狀完全相同,不同晶體中晶胞的大小和形狀不一定相同,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;晶體中的大部分粒子被若干個(gè)晶胞所共有,不專屬于某個(gè)晶胞,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;知道晶胞的組成,利用“均攤法”,即可推知晶體的組成,D選項(xiàng)正確。
3.有一種鈦原子和碳原子構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)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.Ti14C13D.Ti4C3【解析】選A。由題意知該物質(zhì)是氣態(tài)團(tuán)簇分子,故題目中圖示應(yīng)是該物質(zhì)的一個(gè)完整的分子,由14個(gè)鈦原子和13個(gè)碳原子構(gòu)成。
4.(2020·開封高二檢測(cè))某物質(zhì)的晶體內(nèi)部一截面上原子的排布情況如圖所示,則該晶體的化學(xué)式可表示為(　　) A.A2B　　　B.AB　　　C.AB2　　　D.A3B【解析】選B。根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)可知:在1個(gè)A周圍有4個(gè)B;在一個(gè)B周圍有4個(gè)A,A、B原子個(gè)數(shù)比是1∶1,所以該晶體的化學(xué)式是AB。
5.(雙選)下列關(guān)于晶體的說法正確的是(　　)A.將飽和硫酸銅溶液降溫,析出的固體不是晶體B.假寶石往往是玻璃仿造的,可以用劃痕的方法鑒別寶石和玻璃制品C.石蠟和玻璃都是非晶體,但它們都有固定的熔點(diǎn)D.藍(lán)寶石在不同方向上的硬度可能不同【解析】選B、D。選項(xiàng)A,將飽和CuSO4溶液降溫可析出膽礬,膽礬屬于晶體。選項(xiàng)B,寶石的硬度較大,玻璃制品的硬度較小,可以根據(jù)有無劃痕來鑒別。選項(xiàng)C,非晶體沒有固定熔點(diǎn)。選項(xiàng)D,晶體的各向異性導(dǎo)致藍(lán)寶石在不同方向上的硬度有些差異。
6.(2020·廈門高二檢測(cè)) 已知某晶體晶胞如圖所示,則該晶體的化學(xué)式為(　　) A.XYZ　　　　　　　　D.X4Y2Z【解析】選C。該晶體的晶胞是正方體形晶胞。該晶胞擁有的X粒子數(shù)為8× =1;Y位于該晶胞內(nèi),共有4個(gè),因此該晶胞中擁有的Y粒子數(shù)為4;Z只有1個(gè),位于晶胞的體心上,故該晶體的化學(xué)式為XY4Z。
7.(2019·全國卷Ⅰ節(jié)選)圖(a)是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu),Mg以金剛石方式堆積,八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中,填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對(duì)角面取得的截圖?？梢?Cu原子之間最短距離x=__________pm,Mg原子之間最短距離y=__________pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則MgCu2的密度是__________g·cm-3(列出計(jì)算表達(dá)式)。?