高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 物质的聚集状态与晶体的常识第二课时导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修2第一节 物质的聚集状态与晶体的常识第二课时导学案，共9页。学案主要包含了晶胞，晶体结构的测定等内容，欢迎下载使用。

1．了解晶胞的概念，认识晶胞的结构特点。
2．理解晶胞与晶体的关系。
3．能够运用均摊法计算晶胞中的微粒数。
4．了解晶体结构的常用测定方法。
图说考点
必备基础——自学·尝试
一、晶胞
1．概念
描述晶体结构的____________。
2．结构
常规的晶胞都是____________，晶体是由无数晶胞“____________”而成。
(1)无隙：相邻晶胞之间无任何________。
(2)并置：所有晶胞都是________排列的，取向________。
(3)所有晶胞的________及内部的原子________、个数及几何排列(包括取向)是完全相同的。
3．一个晶胞平均占有的原子数：
二、晶体结构的测定
1．测定方法
测定晶体结构最常用的仪器是____________。
2．测定结果
通过对乙酸晶体进行测定，可以得出乙酸晶胞，每个晶胞中含有________个乙酸分子，并可通过计算分析，确定________和________，从而得出分子的空间结构。
[即学即练]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)晶胞是晶体的最小的结构重复单元。( )
(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。( )
(3)晶胞中的任何一个粒子都完全属于该晶胞。( )
(4)已知晶胞的组成就可推知晶体的组成。( )
(5)由晶胞构成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目。( )
2．确定一种固态物质是否为晶体，最可靠的科学方法是( )
A．测定它的熔点
B．直接观察它的颗粒的形状
C．测定它的溶解热
D．对它进行X射线衍射实验
3．根据晶体中晶胞的结构，判断下列晶体的化学式不正确的是( )
A．AB2 B．C2D
C．EF D．XY3Z
4.某晶体的一部分如图所示。这种晶体中A、B、C三种粒子数之比是( )
A．3∶9∶4B．1∶4∶2
C．2∶9∶4D．3∶8∶4
5.元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p
轨道上有4个电子。X与Y所形成化合物晶体的晶胞如图所示。
(1)在1个晶胞中，X离子的数目为________。
(2)该化合物的化学式为________。
核心素养——合作·分享
提升点一 晶胞结构的理解与晶体结构的测定
例1 下列说法中不正确的是( )
A．晶体的X射线衍射实验中，单一波长的X射线通过晶体，记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰
B．分析X射线衍射图可获得晶胞形状和大小、原子在晶胞里的数目和位置等信息
C．根据原子坐标可以计算原子间的距离
D．通过晶体X射线衍射图不能获得键长、键角等有关化学键的信息
状元随笔 晶体结构测定方法
X射线衍射仪单一波长的X射线晶体记录仪分立的斑点或明锐的衍射峰
注意：X射线衍射实验是研究晶体结构最可靠的科学方法。
[提升1] 下列有关晶胞的叙述正确的是( )
A．晶胞是晶体结构中的基本重复单元
B．不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同
C．晶胞中的任何一个粒子都属于该晶胞
D．已知晶胞的组成就可推知晶体的分子式
状元随笔 图解无隙并置的结构特点
当把晶胞还原到晶体中去时，该晶胞周边的原子实际是与相邻晶胞共享的。
【关键能力】
晶体结构测定方法
1．直接法
直接通过实验得到X射线衍射强度，利用一系列数学处理，推引出结构因子的相角，实现了直接和自动化测定晶体结构，成为当前测定中小分子结构的主流方法。
2．试差法(模型法)
试差法是利用晶体的对称性和其他性质以及结构规则，对所研究的结构提出合理的模型，然后从理论上计算晶体的衍射强度，再把计算值与实验值进行比较，并经过多次修正模型，使计算值与实验值尽可能符合实际。
提升点二 晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
例2 元素X的某价态离子Xn＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶体结构如图所示。
(1)该晶体的阳离子与阴离子个数比为_________________________________________。
(2)该晶体中Xn＋离子中n＝________。
(3)X元素的原子序数是_____________________________________________________。
(4)晶体中每个N3－被______个等距离的Xn＋离子包围。
状元随笔
晶胞形状计算阴、阳离子的个数→确定晶体化学式→确定n值→由位置确定与N3- 等距离紧邻的Xn+ 数
[提升2] 如图所示的甲、乙、丙三种晶体：
试推断甲晶体的化学式(X为阳离子)：________；
乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是________；
丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
【关键能力】
晶胞中粒子数目及晶体化学式的确定
1．晶体化学式含义
一般地，晶体的化学式表示的是晶体(也可以说是晶胞)中各类原子或离子的最简整数比。
2．均摊法确定晶胞中粒子的个数
如晶胞中某个粒子为n个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。
(1)长方体形(正方体形)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。
(2)六方晶胞中不同位置粒子对晶胞的贡献。
(3)晶胞中粒子数目的计算要先根据具体情况分析晶胞中的粒子在晶胞中的位置以及为几个晶胞所共有，然后运用均摊法具体计算。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点碳原子被三个六边形共有，每个六边形占有该原子的，则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如下图所示：
状元随笔 晶体的化学式表示的是晶体(或晶胞)中各类原子或离子的最简整数比，由晶胞构成的晶体，其化学式并不是表示一个分子中含有多少个原子。
素养形成——自测·自评
1.对于某晶胞(如图所示)的描述错误的是( )
A．该晶胞是所在晶体内最小的平行六面体
B．该晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子
C．平均每个晶胞中有14个原子
D．平均每个晶胞中有4个原子
2．铅、钡、氧形成的某化合物的晶胞结构如图所示。Pb4＋处于立方晶胞顶角，Ba2＋处于晶胞中心，O2－处于晶胞面心，则该化合物的化学式为( )
A．BaPbO3B．BaPb2O3
C．BaPbO D．BaPbO4
3.科学家把C60和K掺杂在一起制造出的物质具有超导性能，其晶胞结构如图所示。该物质中K和C60的个数之比为( )
A．1∶1 B．2∶1
C．3∶1 D．4∶1
4.晶胞是晶体结构中可重复出现的最小的结构单元，C60晶胞结构如图所示，下列说法正确的是( )
A．C60摩尔质量是720
B．C60与苯互为同素异形体
C．在C60晶胞中有14个C60分子
D．每个C60分子周围与它距离最近等距离的C60分子有12个
5.钇钡铜氧是一种新型节能高温超导体，其晶胞结构如图所示。研究发现，此高温超导体中的Cu元素有两种价态，分别为＋2和＋3，Y元素的化合价为＋3，Ba元素的化合价为＋2。
(1)该物质的化学式为____________。
(2)该物质中Cu2＋与Cu3＋的个数比为________。
第2课时 晶胞 晶体结构的测定
必备基础
一、
1．基本单元
2．平行六面体 无隙并置 (1)间隙 (2)平行 相同 (3)形状 种类
3．8 4 2
二、
1．X射线衍射仪
2．4 键长 键角
即学即练
1．(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．答案：D
3．解析：在立方晶胞中，只有处于晶胞内部的粒子才完全属于该晶胞，处于面上的微粒有属于该晶胞，处于棱上的微粒有属于该晶胞，处于各顶点上的微粒只有属于该晶胞。据此可以算出各晶体的化学式分别是AB、C2D、EF、XY3Z，所以A项错误。
答案：A
4．解析：这不是一个立方晶胞结构，而是一个正三棱柱结构，那么依据实际情况来计算，原子的分摊数顶点为，水平棱上为，竖棱上为，内部为1。A、B、C三种粒子数之比为∶∶1＝1∶4∶2。
答案：B
5．解析：X为Zn元素、Y为S元素，从晶胞图分析，一个晶胞中含有X离子的数目为8×＋6×＝4，Y离子的数目也是4，所以化合物中X与Y之比为1∶1，则化学式为ZnS。
答案：(1)4 (2)ZnS
核心素养
例1 解析：A对，单一波长的X射线通过晶体，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。B对，分析X射线衍射图可获得晶胞形状和大小、分子或原子在三维空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等信息。C对，通过X射线衍射实验，测定晶胞中各个原子的位置(坐标)，根据原子坐标，可以计算原子间的距离。D错，根据X射线衍射图可以判断出晶体中哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角，从而得出分子的空间结构。
答案：D
提升1 解析：A对，晶胞是能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布的、具有化学结构特征的基本单元。B错，不同晶体的构成微粒不同，微粒的半径不同，所以晶胞的大小不同，晶胞的形状可能相同。C错，处于晶胞内部的粒子完全属于该晶胞，处于顶角、面心和棱上的微粒为多个晶胞共用。D错，因为晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间的分布，也是晶体结构中的基本单元，所以已知晶胞的组成就可推知晶体的组成，而不是能推知晶体的分子式。
答案：A
例2 解析：(1)Xn＋位于晶胞的棱上，其数目为12×＝3个，N3－位于晶胞的顶角，其数目为8×＝1，故其个数比为3∶1。
(2)由晶体的化学式X3N知X所带的电荷数为1。
(3)因为K、L、M三个电子层充满，故为2、8、18，所以X的原子序数是29。
(4)N3－位于晶胞顶角，故其被6个X＋在上、下、左、右、前、后包围。
答案：(1)3∶1 (2)1 (3)29 (4)6
提升2 解析：X位于立方体体心，该晶胞中含有1个X，Y位于顶角，该晶胞中Y的个数＝4×＝，则该晶胞中X、Y的个数之比是2∶1，又X为阳离子，所以甲晶体的化学式为X2Y；乙晶胞中A的个数＝8×＝1，B的个数＝6×＝3，C的个数为1，所以乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比为1∶3∶1；丙晶体中每个D周围结合E的个数是8。
答案：X2Y 1∶3∶1 8
素养形成
1．解析：晶胞是最小的重复单元，为六方面心结构，A正确；该晶胞是六方面心结构，在晶胞的每个顶点上和每个面的面心上都各有一个原子，B正确；由于顶点为8个晶胞所共有，面为2个晶胞所共有，所以平均每个晶胞中含有的原子个数为8×＋6×＝4个，即平均每个晶胞中有4个原子，C错误，D正确。
答案：C
2．解析：1个晶胞中有1个Ba2＋，Pb4＋的个数为8×＝1，O2－的个数为6×＝3，故化学式为BaPbO3。
答案：A
3．解析：根据均摊法可知，该晶胞中K的个数为2×6×＝6，C60的个数为1＋8×＝2，所以该物质中K和C60的个数之比为6∶2＝3∶1。
答案：C
4．答案：D
5．解析：本题的疑难之处一是不会计算晶胞中氧原子的个数；二是在求Cu2＋与Cu3＋的个数比时不能灵活运用化合物中各元素的正负化合价的代数和为零这一规律。(1)由图可知，该晶胞中N(Cu)＝8×＋8×＝3，N(Ba)＝2，N(Y)＝1，N(O)＝12×＋8×＝7。即该物质的化学式为YBa2Cu3O7。(2)根据题中各元素的化合价，再结合化合物中各元素的正负化合价的代数和为零可知，＋2价铜与＋3价铜的化合价之和为7，即N(Cu2＋)∶N(Cu3＋)＝2∶1。
答案：(1)YBa2Cu3O7 (2)2∶1