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晶体的常识


第三章晶体结构与性质 第一节 晶体的常识

? “库利南二号 ”317.4克拉,镶在英国国王冠 上

自然界中美丽的雪花

雪花晶体 食糖晶体 明矾晶体 单质硫 食盐晶体

明 矾

观察图片,下列固体在外形上有什么区别?

玛瑙

一、晶体与非晶体
? 1.概念
晶体:具有规则几何外形的固体。
如食盐、水晶、碘等 非晶体:没有规则几何外形的固体。 如玻璃、橡胶、石蜡、塑料等

2.分类
晶体 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体 混合型晶体

如NaCl、CsCl等 如金刚石、晶体硅等 如冰、干冰等 如铁、铝等 如石墨

NaCl晶体结构示意图:

Cl-

Na+

金刚石晶体 结构示意图

干 冰 晶 体 结 构

宏观晶体的形貌
立方

晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图

3.晶体与非晶体的本质差异
自范性
晶体 非晶体

微观结构 原子在三维空间里呈 周期性有序排列
原子排列相对无序

有 (能自发呈现多面体外形)
没有 (不能自发呈现多面体外形)

? 说明: (1)晶体自范性的本质:是晶体中粒子在微观空间里 呈现周期性的有序排列的宏观表象. (2)晶体自范性的条件之一:生长速率适当.

天然水晶球里的玛瑙和水晶

探究实验
【实验1】 硫晶体的结晶 取少量硫粉置于蒸发皿中,加热至熔融态, 停止加热,观察硫晶体的析出

【实验2】 碘的凝华 在一小烧杯中加入少量碘,用一个表面皿盖 在小烧杯上,并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯 放在石棉网上加热,观察实验现象
【实验3】 硫酸铜晶体的析出 取硫酸铜粉末配制高温饱和溶液,冷却析晶

4.晶体形成的途径
⑴熔融态物质凝固. ⑵气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华). ⑶溶质从溶液中析出.

5 晶体的特性
⑴自范性(规则的几何外形) ⑵各向异性(强度、导热性、光学性质等)

⑶有固定的熔点
⑷能使X-射线产生衍射 (最科学的区别晶体和非晶体的方法)

? 1.石墨(C)和蓝宝石(Al2O3· SiO2)是常见的晶体, 其中石墨的结构呈层状,在与层垂直方向的导电 率为与层平行方向上导电率的1/10000;蓝宝石 在不同方向上的硬度是不同的. ? 2.石蜡和玻璃都是非晶体,如果将二者加热,当温 度升高到一定程度后,开始软化,流动性增强,最 后变成液体.整个过程温度不断上升,并且在这 个过程中没有固定的熔解热效应.

非晶态二氧化硅和晶态二氧化硅X-衍射粉末图谱的对比

问题与思考
? 粉末状的固体由于没有规则的形状,所以不是 晶体,对吗? 某些晶体的显微照片

玻璃结构示意图

B M O Si

学与问:
1. 晶体与非晶体的根本区别在于构成固体中的粒子在微观 空间里是否呈现周期性的有序排列。观察教科书中的图3-5 玻璃的结构示意图,构成玻璃的粒子无周期性的排列,是 无序的,所以玻璃是非晶体。 2. 利用晶体与非晶体的性质差异来鉴别玻璃和宝石。宝石 是晶体,具有固定的熔点和各向异性,可用硬度、熔点、折 光率等性质来鉴别宝石。 (1)可观察宝石的形状,具有多面体的外形;实验它的硬度, 可在玻璃上划出痕迹,初步确定它是晶体 。 (2)可利用宝石的折光率鉴别; (3)可利用X-射线衍射仪鉴别。

1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是 ( A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体有自范性但排列无序 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体
2.区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 ( A.熔沸点 B.硬度 C.颜色 D.x-射线衍射实验

C

)

D

)

3.下列不属于晶体的特点是( D ) A.有固定的几何外形 B.有各向异性 C.有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体

4. 晶体具有各向异性。如蓝晶石 (Al2O3· SiO2)在不同方向上的硬度不 同;又如石墨在与层垂直的方向上的导 电率与层平行的方向上的导电率1∕104。 晶体的各向异性主要表现在是:( D ) ①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质 A.①③ B.②④ C.①②③ D.①②③④

?

(二)区分方法:
1、测定物质的熔沸点 2、X-射线衍射实验

3、测定物质的折射率
4、测定晶体是否具有各向异性

5、观察晶体的质点排列是否有序

二、晶胞
(一)概念:描述晶体结构的基本单元 (晶体中无限重复的部分)

(一)、由晶胞计算物质化学式的方 法
体心: 1
晶胞\体心.avi

棱边:1/4
晶胞\棱.avi

面心:1/2
晶胞\面.avi

顶点:1/8
晶胞\顶点.avi

小结:晶胞对质点(粒子)的占有率
平行六面体 晶胞

顶点: 棱上: 面上: 内部:

1/8 1/4 1/2 1

1、体心——全部 2、面心——1/2 3、棱上的点——1/4 4、顶点(具体问题具体分析) 立方体——1/8 三棱柱——1/12 注:上述贡献的计算仅适用于离子晶体和 原子晶体而不适用于分子晶体

练习1:根据离子晶体的晶胞结构,判断下列离 子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A

B

化学式:

AB

练习2:根据离子晶体的晶胞结构,判断下列离 子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A B

化学式: A2B

BA2

练习3:根据离子晶体的晶胞结构,判断下列离 子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A

B

化学式: AB

练习4:根据离子晶体的晶胞结构,判断下列离 子晶体的化学式:(A表示阳离子)

A B

C

化学式: ABC3

探究(即自学检测即课本P64学与问):
下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶 胞的示意图,数一数,它们分别平均含几个原子?

钠、锌晶胞都是:8×1/8+1=2; 碘:(8×1/8+6×1/2)×2=8; 金刚石:8×1/8+6×1/2+4=8。


典例分析 例:2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了 金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是 该化合物的晶体结构单元:镁原子间形成正六棱 柱,且棱柱的上下底面还各有1个镁原子,6个硼 原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为

A、MgB B、 MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2

典例分析

Mg原子的数目: 12×1/6+2×1/2=3 B原子的数目:6 故化学式可表示为

MgB2

[当堂训练 ] 1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是 A、晶体一定比非晶体的熔点高 B、晶体有自范性但排列无序 C、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体SiO2一定是晶体 2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是 A、熔沸点 B、硬度 C、颜色 D、x-射线衍射实验

C

D

3、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞) 的结构.请回答: CaTiO3 该化合物的化学式为_______.

课后作业:1、课本P64 1、2、3、4、(做在书上) 2、(选做)登陆中国科普博览网站,输入关键词“什么是矿物” 读,生动有趣、受益匪浅哦。

并阅

3、如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B,均可被另一 种离子以四面体形式包围着,则该晶体对应的化学式为

A.AB C.AB3

B.A2B D.A2B3



4、右面图形是石墨晶体的层面结构图, 试分析图形推测层面上每个正六边型拥有的 共价键数和碳原子数是分别: A、6,6 B、2,4 C、2,3 D、3,2



5、某离子晶体晶胞结构如右图所示,X位于立方体的顶 点, Y位于立方体的中心,晶体中距离最近的两个X与一 个Y形成的夹角∠XYX的角度为: A. 90° B. 60° C. 120° D. 109°28′



7、如图是CsCl晶体的晶胞(晶体中最小的重复单元)已 知晶体中 2 个最近的 Cs+ 核间距离为 acm ,氯化铯的相对 分子质量为M,NA为阿佛加德 罗常数,则CsCl晶体的密度为

(单位:克/cm3)
A、8M/a3NA B、a3M/8NA

C、M/a3NA

D、a3M/NA

6、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶胞) 的结构.请回答: CaTiO3 (1)该化合物的化学式为_______. (2)在该化合物晶体中,与某个钛离 子距离最近且相等的其他钛离子共 6 有__________ 个. (3)设该化合物的相对分子质量为M, 3 密度为 ag / cm阿伏加德罗常数为 NA,则晶体中钙离子与钛离子之间 的最短距离为_______.


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