高二化学（选修 3 ）第三章

宁夏固原二中 黄占军

教学目标：知识与技能 1. 了解分子晶体和原子晶体的特征。 2. 通过 NaCl 、 CsCl 的晶体结构，学生知道晶体中粒子的排列规律。了解离子晶体的特征。 3. 通过对晶胞的分析，学生会计算晶胞中粒子的个数。过程与方法 通过几种典型的晶体（干冰、金刚石、石墨、 NaCl 、CsCl 、金属）结构的分析，学生能从三维的角度考虑粒子在空间的分布。情感态度与价值观 通过晶体结构课件的展示，学生能感受晶体的外在美和内在美。课时：二课时

第第第

让我们一起先欣赏几种美丽的晶体

雪

花

金刚石

冰糖

石墨

水晶石

观察观察 ·· 思考思考请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：

水晶石

思考思考什么是晶体？什么是非晶体？什么是晶体？什么是非晶体？晶体有什么特点和性质？晶体有什么特点和性质？晶体和非晶体的本质区别是晶体和非晶体的本质区别是什么？什么？

一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体1.1. 概念概念

晶体：具有规则几何外形的固体晶体：具有规则几何外形的固体 非晶体：没有规则几何外形的固体非晶体：没有规则几何外形的固体

2.2. 分类分类

晶体

离子型晶体 原子型晶体 分子型晶体 金属型晶体 混合型晶体混合型晶体

33 、晶体与非晶体的本质差异、晶体与非晶体的本质差异

说明：说明：晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。呈现周期性的有序排列的宏观表象。

晶体自范性的条件之一：生长速率适当。晶体自范性的条件之一：生长速率适当。

自范性自范性 微观结构微观结构

晶体晶体 有（能有（能自发自发呈现多面呈现多面体外形）体外形）

原子在三维空间里原子在三维空间里呈周期性有序排列呈周期性有序排列

非晶体非晶体 没有（不能自发呈现没有（不能自发呈现多面体外形）多面体外形） 原子排列相对无序原子排列相对无序

石英玻璃

天然水晶球里的玛瑙和水晶天然水晶球里的玛瑙和水晶（（见教材见教材 PP6060 图图 33 ～～ 11 ））

玛瑙和水晶都是玛瑙和水晶都是 SiOSiO22 的晶体，不同的是玛瑙是熔的晶体，不同的是玛瑙是熔融态融态 SiOSiO22 快速冷却形成的，而水晶则是熔融态快速冷却形成的，而水晶则是熔融态 SiOSiO22

缓慢冷却形成的。缓慢冷却形成的。

玛瑙玛瑙 水晶水晶

经不同途径得到的晶体经不同途径得到的晶体（（见教材见教材 PP6161 图图 33 ～～ 22 ））

44 、晶体形成的途径、晶体形成的途径熔融态物质凝固。熔融态物质凝固。气态物质冷却不经液态直接凝气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。固（凝华）。

溶质从溶液中析出。溶质从溶液中析出。

问题与思考问题与思考粉末状的固体是否都为非晶体呢？粉末状的固体是否都为非晶体呢？

那么怎样判断固体是晶体还是非晶体呢？那么怎样判断固体是晶体还是非晶体呢？

一些晶体的显微照片：（一些晶体的显微照片：（见教材见教材 PP6161 图图 33 ～～ 33 ））

55 、晶体的特性、晶体的特性<1>. 有规则的几何外形有规则的几何外形（（晶体内部质点和外形质点排列的高度有序性）

<2> . 有固定的熔沸点有固定的熔沸点<3> . 各向异性（强度、导热性、光学性质等）各向异性（强度、导热性、光学性质等）<4>.当一波长的ｘ－射线通过晶体时，会在记录仪上看到分立的斑点或者普线．

（教材６ 3 页图３－６）

区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：

对固体进行 X— 射线衍射实验。（见课本 P62 科学视野）

学与问 学与问 教材 62页

1 ：不是晶体，粒子排列无序，没有晶体的自范性。2 ：A 、采用 X 射线衍射实验，当 X 射线照射假宝石 时，不能使 X 射线产生衍射，只有散射效应。B 、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。C 、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。D 、加热，真宝石沸点很高，而假宝石无固定的熔沸点，在一定的范围内便开始熔化。E 、可利用宝石的折光率鉴别你想知道人造钻石和天然钻石的区别吗？

思考“学与问”：教材 62页

人造钻石和天然钻石的区别

相同相同方面方面

不同方面不同方面X-X- 射射线线

亲油性亲油性 亲水性亲水性

天然天然钻石钻石

成分成分硬度硬度密度密度

发蓝色发蓝色荧光荧光

油会融在油会融在钻石表面钻石表面

在钻石表在钻石表面水呈小面水呈小珠状珠状

人造人造钻石钻石

发黄色荧发黄色荧光和磷光光和磷光

形成油珠形成油珠 在钻石表在钻石表面分散流面分散流走走课堂练习： P64 1 、 2 本节课结束

第二课时第二课时 二 二 :: 晶胞晶胞晶体为什么具有上述特征呢 ?

问题研究的方法 :

三种典型立方晶胞结构三种典型立方晶胞结构

简单立方简单立方 体心立方体心立方 面心立方面心立方

1. 晶胞：晶体中的最小重复单元2 . 晶胞的特征：通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最小单元（即晶胞）完全重合3. 一般来说 , 晶胞都是平行六面体

(-): 晶胞 :

4. 晶体和晶胞的关系：晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成 .( 蜂巢和蜂室的关系教材 66 页图 3-7)

答案 : B 为什么呢 ?

问题 : 铜晶体的一个晶胞中含有多少个铜原子 ?

A: 14 B: 4 C: 8 D: 6

平行六面体

无隙并置无隙并置

( 二 ): 晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算

体心： 1面心： 1/2

顶点： 1/8 棱边： 1/4

为什么？

12

437

6

8

5

1

2

213

4请看 :

1

体心： 1

面心： 1/2

顶点： 1/8

棱边： 1/4

( 二 ): 晶胞中粒子个数计算规律

晶胞晶胞 顶角顶角 棱棱上上

面面上上

中中心心

立方体立方体 1/81/8 1/4 1/4

1/2 1/2 11顶角顶角

棱上棱上

面上面上

各 4 个绿色： 8× ½ = 4或 8× 1/8+6×1/2 = 4灰色： 12× ¼+1=4

各 1/2 个

练习 :

1: 下面几种晶胞中分别含有几个原子 ?

课 堂 练 习 题1. 钛酸钡的热稳定性好 , 介电常数高 , 在小型变 压器、话筒和扩音器 中都有应用。其晶体 的结构示意图如右图 所示。则它的化学式 为（ ） [ 上海市 2001年奥赛初赛试题 ]

A.BaTi8O12 B. BaTi4O6 C. BaTi2O4 D. BaTiO3

Ba

Ti

O

D

石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（ 1 ）图中平均每个正六边形占有 C 原子数为 ____ 个、占有的碳碳键数为 ____ 个。碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 _______ 。

练习二：

2 ： 3

23

学与问学与问（（教材 64 页 : ））

学与问答案 : 2 2 8 8

作业：

教材 P64 3 ：列式计算下图晶胞中各有多少个原子

二氧化碳及其晶胞二氧化碳及其晶胞

思考1.NaCl 晶体中，每个 Na+ 周 围最近距离的 Cl- 有 个？ 每个 Cl-周围最近距离的 Na+ 有 个？2. 在 NaCl 晶体中，每个 Na+ 周 围最近距离的 Na+ 有 个？3.氯化钠的化学式用“ NaCl” 来表示，原因何在？能否 把“ NaCl”称为分子式？ 4.每个晶胞中平均有 个 Na+ ？ 个 Cl- ？（位于顶 点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）5.该晶胞中，若Na+ 和 Cl- 间的最近距离为0.5ax10-10m ， 则晶体的密度ⅾ =

6

6

12

4 4

0·39/a3 （ g/cm3 ）

213

4

a第10-

8cm 晶体中最小正方体中所含的 Na+ 和 Cl －的个数均为 : （个）

84× =1

21

6.02×1023 2158.5g ×

即每个小正方体中平均含 个“ NaCl” ，质量为 :2

1

解法2 ： 而此小正方体体积为 (0.5a×10-8)3 ㎝ 3

6.02×1023 2158.5g

×

(0.5a×10-8)3 ㎝ 3

0.39

a3g. ㎝ -3=

故 NaCl 晶体的密度为：

解法1 ： 每个晶胞中所含的 Na+ 和 Cl－的个数均为 4 个，即含 4个“ NaCl” 。 每个晶胞的质量为：

6.02×1023

58.5×4g

每个晶胞的体积为： (a×10-8)3 ㎝ 3

故 NaCl 晶体的密度为：

∴

6.02×1023

58.5 ×4

(a×10-8

㎝ )3

= 0.39

a3g. ㎝ -3

解法 3 ：依 ρ= m/v

每个晶胞中所含的 Na+ 和 Cl －的个数均为 4 个，即含 4个“ NaCl” 。

每个晶胞的体积为： (a×10-8)3 ㎝ 3

故 NaCl 晶体的密度为：∴

= 0.39

a3g. ㎝ -3

即含 4 个“ NaCl”所占的体积为： (a×10-8)3 ㎝ 3

那么 1 个“ NaCl”所占的体积为： (a×10-8)3 /4 ㎝ 3

则： 1molNaCl所占的体积为： 6.02×1023 · (a×10-8)3 /4

㎝ 3

而 1molNaCl 的质量为： 58.5g6.02×1023(a×10-8)3 /4 ㎝ 3

58.5g

6.02×1023(a×10-8)3 ㎝ 3

58.5 ×4g=

---Cs+ ---Cl-

CsClCsCl 的晶体结构示意的晶体结构示意图图

返回原处

Cl-

1. 在 CsCl 晶体中，每个 Cs+ 周围最近距离的 Cs+

有几个？每个 Cl-周围最近距离的 Cl- 有几个？2. 分析“ CsCl” 化学式的由来。

思考

6

5

8 7

2 1

34

1

6个

213

4

在晶体结构中确定一个具有代表性的最小重复单元为研究对象，运用点、线、面的量进行解答。（摩尔质量、阿伏加德罗常数与密度的关系）

二、有关晶体的计算