选必2 第3章 第1节 认识晶体 第2课时导学案
【课标分析】
1．晶体结构的基本重复单元———晶胞的定义、形状。
2．从晶体中选取品胞的方式，以铜的晶胞为例，介绍了如何分析一个品胞中包含的微粒数。
【教学目标】
1．了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。
2．能从构成微粒与微粒间相互作用、微粒的空间排布规律角度分析不同类型晶体结构的特点及相似性。
【评价目标】
1．了解晶胞的概念，形成分析晶胞结构的思维模型(切割法)。
2．能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。
【教学重难点】
晶胞及其晶胞的有关计算。
【教法与学法】
课件素材、学案、视频多媒体
【教学准备】
1．概念
晶体结构中基本的重复单元称为晶胞。
2．形状
晶胞的形状为平行六面体。
3．晶胞的选取
在保证对称性的前提下，依据晶胞尽量简洁的原则进行选取。
4．晶胞与晶体的关系
将一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中包含的微粒的种类、数目和空间位置，就可以了解整个晶体的结构。
【教学过程】
[情境引入]
1．铜晶体视频
[学生活动]
根据视频，分析铜晶体晶胞中粒子数目的计算思路
铜晶胞中的原子及其切割示意图
观察上图，分析回答下列问题：
(1)位于顶点上的铜原子为8个晶胞共有。
(2)位于面心上的铜原子为2个晶胞共有。
(3)晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是4。
[驱动问题]
1．由晶胞构成的晶体，其化学式能否表示构成该晶体的实际粒子数目？
提示 不一定，对于离子晶体和原子晶体，晶胞中微粒个数的最简比是其化学式，对于气态团簇分子，微粒数就是其分子式。
[学习评价]
1．正误判断
(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)由晶胞组成的晶体，其化学式表示一个分子中原子的数目( )
1．(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶点和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为( )
A．Ti14C13 B．TiC
C．Ti4C4 D．Ti4C3
2．A
【解析】由题意知该物质是气态团簇分子，故题目中图示应是该物质的一个完整的分子，由14个钛原子和13个碳原子构成。
[归纳提升]
(1)晶胞的无隙并置
①“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。
②“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
③所有晶胞的形状及内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
(2)切割法——计算晶胞中微粒的个数
计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用切割法。即某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的属于这个晶胞。
①长方体(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算。
②六方晶胞中粒子数目的计算方法
如镁晶胞中含有的镁原子数为4×＋4×＋1＝2。
(3)切割法在计算其他结构中微粒数的应用
在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的。则每个六元环占有的碳原子数为6×＝2，如图所示。(共11张PPT)
第1节 认识晶体 第2课时
第3章 不同聚集状态的物质与性质
核心素养发展目标
1.了解晶胞的概念，形成分析晶胞结构的思维模型(切割法)
2.能根据晶胞的结构确定微粒个数及化学式。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
1.概念
晶体结构中 称为晶胞。
2.形状
晶胞的形状为 。
3.晶胞的选取
在保证 的前提下，依据晶胞 的原则进行选取。
4.晶胞与晶体的关系
将一个个晶胞及其中包含的微粒 并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的 以及晶胞中包含的微粒的 ，就可以了解整个晶体的结构。
基本的重复单元
平行六面体
对称性
尽量简洁
上、下、前、后、左、右
大小和形状
种类、数目和空间位置
5.晶胞中粒子数目的计算(以铜的晶胞为例)
铜晶胞中的原子及其切割示意图
观察分析上图，回答下列问题：
(1)位于顶点上的铜原子为 个晶胞共有。
(2)位于面心上的铜原子为 个晶胞共有。
(3)晶体铜中完全属于某一晶胞的铜原子数是 。
8
2
4
思维拓展
(1)晶胞的无隙并置
①“无隙”是指相邻晶胞之间无任何间隙。
②“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
③所有晶胞的形状及内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
(2)切割法——计算晶胞中微粒的个数
计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用切割法。即某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子的 属于这个晶胞。
①长方体(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算。
②六方晶胞中粒子数目的计算方法
(3)切割法在计算其他结构中微粒数的应用
在其他结构中要根据具体情况分析粒子在晶胞中的位置以及共有情况，然后运用切割法具体计算。如石墨晶体中每一层内碳原子排成六边形，其顶点(1个碳原子)被3个六边形所共有，每个六边形占有该粒子的 。则每个六元环占有的碳原子数为6× ＝2，如图所示。
1.由晶胞构成的晶体，其化学式能否表示构成该晶体的实际粒子数目？
深度思考
提示 不一定，对于离子晶体和原子晶体，晶胞中微粒个数的最简比是其化学式，对于气态团簇分子，微粒数就是其分子式。
归纳总结
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第1节 认识晶体
第2课时 晶体结构的基本重复单元——晶胞教学设计
【教材分析】
本课时教材在晶体的结构特点基础上介绍了晶体结构的基本重复单元———晶胞的定义、形状及从晶体中选取品胞的方式，并以铜的晶胞为例，介绍了如何分析一个品胞中包含的微粒数。教材还介绍了晶体的分类、晶体材料的广泛用途、非晶体材料的一些优异性能，并目通过"拓展视野"栏日补充了准晶体的知识，丰富了人们对物质世界的认识。这种由宏观到微观、由表象到本质的教材编排思路，有助于学生了解物质聚集状态和性质的一般分析方法和规律，便于学生建立一些晶体学的基本知识。重点促进学生"宏观辨识与微观探析""证据推理与模型认知"化学学科核心素养的发展。
【教学目标与核心素养】
宏观辨识与微观探析：
了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。
能从构成微粒与微粒间相互作用、微粒的空间排布规律角度分析不同类型晶体结构的特点及相似性，证据推理与模型认知：
知道晶体的微观结构特点，了解晶胞选取的原则，认识简单的晶胞，学会分析晶胞中包含的微粒数。
能说出科学家认识物质微观结构的基本思路，能说明X 射线衍射在晶体结科研究中的作用通过对晶体微观结构的分析，形成认识晶体结构的微观视角，构建通过晶胞结构认识晶体的认知模型，
【教学重难点】
晶胞及其晶胞的有关计算。
【课前准备】
课件素材、学案
【教学过程】
【自主阅读】阅读教材P90-91页内容，了解晶胞的有关知识。
【讲述】由于晶体中的微粒呈现可重复的周期性排列，因此，研究晶体结构时只需要找出其中最小的重复单元加以分析就能知道整个晶体的结构了。这个晶体结构中最小的重复单元称为晶胞，晶胞的形状为平行六面体，其中填入的原子为周期性排列的一个周期。如金属铜、镁及其晶胞。
【投影】
【板书】二.晶体结构的基本重复单元——晶胞
【讲述】一种晶体所有晶胞的形状以及内部原子种类、个数以及几何排列是完全形同的。整个晶体就是晶胞重复排列而成的。可以从一个晶胞推断晶体的结构和性质。在由分子构成的晶体中，尽管其构成微粒(分子)通常比金属(原子)要复杂，但同样可看作其构成微粒(分子)在空间的周期性重复排列。
【投影】
【讲述】将一个个晶胞及其中包含的微粒上、下、前、后、左、右并置，就构成了整个晶体结构。因此，知道了晶胞的大小和形状以及晶胞中包含的微粒的种类、数目和空间位置，就可以了解整个晶体的结构。 整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，也就是说晶体就是晶胞周期性地在三维空间并置堆砌而成的，如金刚石晶体结构与晶胞的关系。
【投影】
【交流研讨】既然了解晶胞内微粒的组成，也就能知道整个晶体的组成，那么，应该如何分析一个晶胞中包含的微粒数呢 请讨论铜晶胞中包含的微粒数。
【投影】对媒体动画，展示位于晶胞定点、棱、面、内部微粒被其他晶胞共有情况。
【归纳总结】在平行六面体晶胞中顶点上的每个微粒对晶胞的贡献为八分之一，棱边为，面为，内部为1。因此可以计算铜晶胞中实际包含微粒数为4个。
【投影】
【迁移应用】计算镁晶胞中包含的微粒数。
【投影】
【讲述】在实际晶体中，或多或少总会存在空位、错位、含杂质原子等缺陷，这些因素促使实际晶体偏离理想的周期性重复排列，人们将其称为晶体缺陷。例如，半导体材料单晶硅和单晶锗中就存在晶体缺陷。阅读教材“拓展视野”
【投影】
【课堂小结】
【教学反思】
本课时对于晶胞以及晶胞微粒的计算需要学生具有一定的空间想象能力，主要采取引导学生阅读教材自主学习的方式进行。对于晶胞的计算可以采取动画演示或者模型演示的方法帮助学生理解。第1节 认识晶体 第2课时 晶体结构的基本重复单元——晶胞
课时作业设计
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。钛酸钡晶体结构示意图如图所示，它的化学式是( )
A．BaTi8O12 B．BaTi4O5
C．BaTi2O4 D．BaTiO3
1．D
【解析】观察钛酸钡晶体结构示意图可知，Ba在立方体的中心，完全属于该晶胞；Ti处于立方体的8个顶点，每个Ti有属于该晶胞；O处于立方体的12条棱的中点，每个O有属于该晶胞。即晶体中N(Ba)∶N(Ti)∶N(O)＝1∶(8×)∶(12×)＝1∶1∶3。
2．硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为( )
A．MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2
2．B
【解析】棱柱内硼原子数为6，均属于这个晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。
3．下列有关晶胞的叙述正确的是( )
A．晶胞的结构是晶体的结构
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．晶胞是晶体结构中基本的重复单元
3．D
【解析】晶胞是晶体结构中基本的重复单元，A项错误、D项正确；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，B项错误；晶胞中的一个粒子可能被多个晶胞所共有，C项错误。
4．某离子化合物的晶胞如图所示。阳离子位于晶胞的中心，阴离子位于晶胞的8个顶点上，则该离子化合物中阴、阳离子的个数比为( )
A．1∶8 B．1∶4
C．1∶2 D．1∶1
4．D
【解析】阴离子位于晶胞的8个顶点，个数为8×＝1，阳离子位于晶胞的中心，个数为1。
5．我国具有丰富的铜矿资源，某铜矿石的晶胞结构如图所示，其化学式为( )
A．Cu3N B．Cu2N C．Cu3N2 D．CuN
5．A
【解析】在该晶胞中，Cu＋位于晶胞的棱上，则该晶胞中含有Cu＋的数目为12×＝3，N3－位于晶胞的顶点，则该晶胞中含有N3－的数目为8×＝1，所以该晶胞的化学式为Cu3N。
6．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∶4 B．1∶4∶2
C．2∶9∶4 D．3∶8∶4
6．B
【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，原子的分摊数为顶点，水平棱上，竖棱上，面上，内部为1。A、B、C三种粒子数的比为(6×)∶(6×＋3×)∶1＝1∶4∶2。
7．现有四种晶体，其晶胞结构如图所示，其中化学式一定不属于AB(或BA)型的是( )
7．C
【解析】A项，晶胞中微粒A的个数为8×＝1，微粒B的个数为1，则化学式可能为AB(或BA)；B项，晶胞中微粒A的个数为4×＝，微粒B的个数为4×＝，则化学式可能为AB(或BA)；C项，晶胞中微粒A的个数为8×＝1，微粒B的个数为12×＝3，则化学式可能为AB3(或B3A)；D项，晶胞中微粒A的个数为8×＋6×＝4，微粒B的个数为1＋12×＝4，则化学式可能为AB(或BA)。
8．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，a、b、c分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞a、b、c内金属原子个数比为( )
A．3∶2∶1 B．11∶8∶4
C．9∶8∶4 D．21∶14∶9
8．A
【解析】a晶胞中，顶点的微粒被6个晶胞共用，所以a中原子个数为12×＋2×＋3＝6；b中原子个数为8×＋6×＝4；c中原子个数为8×＋1＝2。
9．一种Al—Fe合金的晶胞如图所示。则该合金的化学式可表示为( )
A．Fe2Al B．FeAl C．Fe3Al2 D．Fe2Al3
9．A
【解析】立方体有8个顶点，每个顶点被8个晶胞所共有，每个晶胞占有其；面心上的每个原子被2个晶胞所共有，每个晶胞占有其；棱上共12个原子，每个原子被4个晶胞所共有，每个晶胞占有其；体心还有一个铁原子，故该晶胞中含有的铁原子数为8×＋6×＋12×＋1＝8；铝原子都在晶胞内部，共4个。所以铁、铝原子个数比为2∶1，化学式可表示为Fe2Al。
10．下列有关晶胞的说法不正确的是( )
A．晶胞中所含粒子数即为晶体的化学式
B．若晶胞为正方体，则侧棱上的粒子为4个晶胞共用
C．若晶胞为六棱柱()，则顶点上的粒子为8个晶胞共用
D．晶胞中不可能存在多个粒子
10．AC
【解析】A项，晶胞中的粒子数不一定为晶体的化学式，如金属铜的晶胞中，铜原子个数为4；B项，正方体侧棱上的粒子为4个晶胞共用；C项，如题图所示顶点上的粒子为6个晶胞共用。
11．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶胞结构如图所示。试回答：
(1)在该晶体中每个Ti周围与它距离最近且相等的Ti的个数为________。
(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数之比为________。
11．(1)6 (2)3∶1∶1
【解析】(1)由晶胞结构可知，在每个Ti的上、下、左、右、前、后各有1个等距离的Ti，与它距离最近且相等的Ti有6个。(2)Ca位于晶胞的体心，为一个晶胞独占；Ti位于晶胞的顶点，则一个晶胞含有8×＝1个Ti；O位于晶胞的棱上，则一个晶胞含有12×＝3个O。故氧、钙、钛的粒子个数之比为3∶1∶1。
12．如图所示的甲、乙、丙三种晶体：
试写出：
(1)甲晶体化学式(X为阳离子)为________。
(2)乙晶体中A、B、C三种微粒的个数比是______________________________________。
(3)丙晶体中每个D周围结合E的个数是________。
12．(1)X2Y (2)1∶3∶1 (3)8
【解析】(1)甲中X位于立方体体心，实际占有1(个)，Y位于立方体顶点，实际占有×4＝(个)，N(X)∶N(Y)＝1∶＝2∶1，所以甲的化学式为X2Y。(2)乙中A占有×8＝1(个)，B占有×6＝3(个)，C占有1个，由此推出N(A)∶N(B)∶N(C)＝1∶3∶1。(3)丙中D周围E的个数与E周围D的个数相同，E周围有8个D，所以D周围有8个E。
