晶体结构与性质 课件-2026届高考化学一轮复习

这是一份晶体结构与性质 课件-2026届高考化学一轮复习，共61页。PPT课件主要包含了①②属非密置堆积，③④属密置堆积，CaF2晶胞，常见晶体分析，NaCl，CsCl，CaF2，晶胞参数，空间利用率，52%等内容，欢迎下载使用。
描述晶体结构的基本单元叫晶胞。
晶胞是晶体中最小的结构重复单元。
注意：晶胞是人为划定的。
3套各2个平行面分别相同
3套各4根平行棱分别相同
平行六面体晶胞满足的条件：
其三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定。
常规的晶胞一般是平行六面体。
同一个晶体中，所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成
A图中的晶体结构满足晶胞的特点，是晶胞。B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。C图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。D图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无法进行“无隙并置”，不是晶胞。
判断下列六面体是否是晶胞？
(1)长方体(包括立方体)晶胞中不同位置的粒子数的计算
均摊法：若某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的1/n属于该晶胞
（3）晶胞中粒子数目的计算——均摊法
.正六棱柱中不同位置的粒子数的计算
3.正三棱柱中不同位置的粒子数的计算
X：6/12=1/2Y：6/4+3/6=2Z：1
1.计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。
规律总结： 晶体化学式的确定流程:观察确认粒子种类→确定各粒子在晶胞中的位置→用均摊法求晶胞均摊各粒子的数目→求各粒子数目的最简比→确定化学式。
2.纳米材料的表面粒子数占粒子总数的比例很大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某硼镁化合物的结构如图所示(六个硼原子位于内部)，则这种纳米颗粒的表面粒子数占总粒子数的百分比为(　　) A．22%　　　B．70%　　　C．66.7%　　　D．33.3%
特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故不能采用均摊法来确定化学式！
3．某FexNy的晶胞如图1所示，Cu可以完全替代该晶体中a位置Fe或者b位置Fe，形成Cu替代型产物Fe(x－n)CunNy。FexNy转化为两种Cu替代型产物的能量变化如图2所示，其中更稳定的Cu替代型产物的化学式为________。
(1)该结构单元________晶胞结构(填“是”或“否”)。(2)该晶体的一个晶胞含有X、Y的个数分别为________、________。(3)X的配位数为________，Y的配位数为________。　(4)X周围等距离最近的X数目为________，Y周围等距离最近的Y数目为________。
4．某离子晶体的结构如图所示，X(
)位于立方体的顶点，Y( ）
立方体的中心。试分析：
中学常见四种典型立方晶胞结构
二、常见晶体结构模型分析　
若晶体中的微粒为同种原子或同种分子，则某原子(或分子)的配位数指的是该原子(或分子)最接近且等距离的原子(或分子)的数目
1.晶胞中微粒配位数的计算
(1)晶体中原子(或分子)的配位数
F- 配位数：配位多面体：
Ca2+配位数：配位多面体：
(2)离子晶体的配位数
指一个离子周围最接近且等距离的异种电性离子的数目。
【注意】阴、阳离子配位数比=阴、阳离子所带电荷数之比
⑴分子晶体（多为密堆积，类似面心立方，冰除外）
分子间：分子间作用力或氢键
分子密堆积（面心立方）
通常每个分子周围有12个紧邻的分子
每个分子周围紧邻的分子数4个（氢键有方向性）
C60、干冰、I2、O2
所有原子都以共价键相互结合形成三维的立体网状结构的晶体
如金刚石、硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）和锡（Sn）等
如碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)及氮化硅(Si3N4)等
③极少数金属氧化物
如刚玉(ɑ-Al2O3)
典型的共价晶体——金刚石、二氧化硅①金刚石和二氧化硅晶体结构模型比较
②金刚石和二氧化硅结构特点分析比较
每个Na＋周围与之等距且距离最近的Cl－有____个。
它们所围成的空间几何构型是：
每个Cl-周围与之等距且距离最近的Na＋有____个。
每个Na＋周围与之等距且距离最近的Na＋有___个。
每个Cs＋周围与之等距且距离最近的Cl－有____个。
它们所围成的空间几何构型是 。
每个Cl-周围与之等距且距离最近的Cs+有____个。
每个Cs＋周围与之等距且距离最近的Cs＋有 个。
①Ca2＋在晶胞中的位置 ，F－在晶胞中的位置 ， ②由均摊法可得：该晶胞中所拥有的Ca2＋数为 个，F－数为____个，晶体中Ca2＋数与F－数之比为 。 ③每个Ca2＋紧邻 个F－，即Ca2＋的配位数为 ，这几个离子构成一个 体。每个F－紧邻 个Ca2＋，即F－的配位数为 ，这几个离子构成一个 体。Ca2＋与F－的配位数之比为 。
ZnS的晶体结构如图所示，（1）请分析离子在晶胞中的位置（2）该晶胞中Zn2+的个数为 。S2- 的个数为 。 个数之比为 。（3）Zn2+的配位数为 。S2- 的配位数为 。 配位数之比为 。
1．(2024年1月·吉林黑龙江适应性考试)镍酸镧电催化剂立方晶胞如图所示，晶胞参数为a，具有催化活性的是Ni，图①和图②是晶胞的不同切面。下列说法错误的是(　　)
2．(2024·合肥模拟)有关晶体或晶胞的结构如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．在NaCl晶体中，距Cl－最近的Na＋形成正八面体B．在CaF2晶体中，每个晶胞平均含有4个Ca2+C．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构D．该气态团簇分子的分子式为EFD　[该气态团簇分子的分子式为E4F4，D错误。]
面心结构堆积：Cu、Al等
三、基于数形结合思想深入认识晶胞
晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，
包括晶胞的3组棱长a、b、c和3组棱相互间的夹角α、β、γ，
三组棱长a、b、c及棱间交角α、β、γ
α = β = γ =90°
V晶胞=（2r）3=8r3
2.晶胞参数与粒子半径关系
(1)金属晶体中简单立方堆积计算公式(设棱长为a)
①面对角线长＝_____。②体对角线长＝____。③ ___r＝a(r为原子半径)。
①面对角线长＝_____。②体对角线长＝____。③ ___r＝____a(r为原子半径)。
(2)金属晶体中体心立方堆积计算公式(设棱长为a)
①面对角线长＝_____。②体对角线长＝____。③___r＝____a(r为原子半径)。
(3)金属晶体中面心立方堆积计算公式(设棱长为a)
①根据晶胞结构确定各种粒子的数目N
②根据晶胞的边长或微粒间的距离
3、宏观晶体密度与微观晶胞参数的关系
(3)晶体中两个最近的碳原子核之间的距离为______ pm。
迁移应用.金刚石晶胞结构如图所示，回答下列问题。(1)一个金刚石晶胞中含有___个碳原子。
(2)已知晶胞参数为a pm，则金刚石的密度为______________ g·cm－3。
解析　8×1/8＋6×1/2＋4＝8
(4)碳原子的半径为r，则a、r有什么关系？
寻找晶胞空隙 计算空隙填充率
3、基于数形结合思想深入认识晶胞
原子的分数坐标：以晶胞参数为单位长度建立的坐标系，可以表示晶胞中各原子的位置分数坐标值：空间直角坐标数值 晶胞参数
A、怎样准确描述质点的空间位置
x轴：a pm为1个单位y轴：a pm为1个单位z轴：2a pm为1个单位相同长度时，z轴坐标为x、y轴的一半
O点坐标（0，0，0）A点坐标（1，1，0）B点坐标（1，0，1/2）
B、怎样计算粒子间的距离
1、准确观察原子所处位置，建立相关原子的分数坐标2、哪些原子在什么位置相切（体心立方、面心立方、金刚石等）3、用数学思维如几何法、向量法等计算两点距离
【2.2】(2021山东卷)XeF2晶体属四方晶系，晶胞参数如图所示，晶胞棱边夹角均为90°以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如A点原子的分数坐标为(1/2，1/2，1/2)。已知Xe-F键长为 r pm，则B点原子的分数坐标为__________；晶胞中A、B间距离d=___pm。
用数学思维解决化学问题
概念：用一组光线将物体的形状投射到一个平面上去，称为投影。在该平面上得到的图像，也称为投影。
分类：①正投影：投射线的中心线垂直于投影的平面，如面投影。 ②斜投影：投射线的中心线不垂直于投影的平面，如面对角线、体 对角线方向投影。目前大多数题目涉及到的都是正投影。
常见晶胞结构模型图的坐标轴方向（俯视图）和对角线方向投影图总结（1）体心立方晶胞
俯视图：8个顶点投影在正方形4个顶点上，体心投影在正方形中心对角线方向投影图：6个顶点投影在正六边形顶点上，另外2个顶点和体心重叠在正六边形中心
常见晶胞结构模型图的坐标轴方向（俯视图）和对角线方向投影图总结（2）面心立方晶胞
俯视图：8个顶点投影在正方形4个顶点上，前后左右4个面心投影在正方形4个边的中点，上下2个面心投影在正方形中心体对角线方向投影图：6个顶点投影在大正六边形顶点上，6个面心投影在小正六边形顶点上，另外2个顶点重叠在正六边形中心
常见晶胞结构模型图的坐标轴方向（俯视图）和对角线方向投影图总结（3）金刚石晶胞
俯视图：8个顶点投影在正方形4个顶点上，前后左右4个面心投影在正方形4个边的中点，上下2个面心投影在正方形中心，左上右上左下右下四个小体心投影在4个小正方形中心对角线方向投影图：6个顶点投影在大正六边形顶点上，3个面心和3个小体心（另3个面心在3个小体心背后遮挡）投影在小正六边形顶点上，另外2个顶点和1个小体心重叠在正六边形中心
沿体对角线方向投影图
沿X轴方向投影图：YZ平面形状不变,YZ坐标不变，X为0沿体对角线方向投影图：六边形，线定点
磷化硼晶胞的示意图如图甲所示，其中实心球表示P原子，空心球表示B原子，晶胞中P原子空间堆积方式为_______；若磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图乙所示(虚线圆圈表示P原子的投影)，请在图乙中用实心圆点画出B原子的投影位置_______。
【3.1】(2021河北卷) 分别用○、●表示H2PO4- 和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，图(b)、图(c)分别显示的是H2PO4- 、K+在晶胞 xz 面、yz 面上的位置 ；晶胞在 x 轴方向的投影图为__(填标号)。
【3.2】（2022∙湖南卷18题节选）选铁和硒(Se)都是人体所必需的微量元素,且在医药、催化、材料等领域有广泛应用。回答下列问题（4）钾、铁、硒可以形成一种超导材料,其晶胞在 xz、yz 和 xy 平面投影分别如图所示
四面体空隙—找4球小立方体（平行异面垂直）
先找最近4个球（配位数：4）
D：寻找空隙 计算空隙填充率
找八面体空隙—找4球正方形（另2球一上一下）
先找最近6个球（配位数：6）
常见面心立方的两种空隙
位于体内每个小立方体的体心，共有8个
位于体心及棱心，共有4个
【4.1】如图所示，Fe3O4晶体中，O2-围成正四面体空隙和正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，Fe2+和另一半Fe3+填充在正八面体空隙中，晶体中正四面体空隙与正八面体空隙数之比为_______，没有填充阳离子的正四面体空隙与正八面体空隙数之比为______，有________%的正八面体空隙没有填充阳离子。
碳原子间隔填充在4个四面体空隙
CaF2型（萤石）
综合应用： (2022年新高考山东卷)研究笼形包合物结构和性质具有重要意义。化学式为Ni(CN)x∙Zn(NH3)y∙zC6H6的笼形包合物四方晶胞结构如图所示(H原子未画出)，每个苯环只有一半属于该晶胞。晶胞参数为a＝b≠c，α＝β＝γ＝90。回答下列问题：
吡啶能与H2O分子形成分子间氢键
吡啶和H2O均为极性分子相似相溶，而苯为非极性分子