3.1 认识晶体 课件(共27张PPT)2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2
文档属性
| 名称 | 3.1 认识晶体 课件(共27张PPT)2024-2025学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修2 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 6.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-27 14:10:32 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
第3章 不同聚集状态的物质与性质
第1节 认识晶体
思考：
1.食盐、水晶等物质普遍存在于我们的日常生活和自然界中，它们当中有的具有规则的多面体外形，有的具有艳丽的色泽，那么我们应该怎样从微观结构来认识它们呢？
1.能说出晶体与非晶体的区别。
2.能说出晶体与晶胞的概念,并了解晶体的特征。
3.会用“切割法”确定晶胞中的微粒数目和晶体的化学式。
1.了解晶体的重要特征,简单了解晶体的分类。(宏观辨识与微观探析)
2.了解晶胞的概念,以及晶胞与晶体的关系,会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。(证据推理与模型认知)
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
联想 质疑
对于晶体，你一点也不陌生，食盐、冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石等都是晶体。那么，究竟什么样的物质才能称为晶体 晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同 晶体为什么具有明显不同于非晶体的特性
一、晶体的特性
⑴自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
晶体的自范性是晶体粒子在微观空间呈现周期性的有序排列的宏观表象。
(2)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。
(3)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
例如，石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍。
(4)固定的熔点：晶体有固定的熔点而非晶体没有。
1.晶体的特征
2.晶体与非晶体
X射线衍射实验证明了上述推测。人们把内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质称为晶体(crystal)。与此相对，把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体(non-crystal)。晶体作为物质的一种非常奇妙的、排列有序的聚集状态，表现出与非晶体不同的性质。也正是由于这种重复性和有序性，使得人们只要认识了晶体中一个重复单元的空间结构，便可以推知整个晶体的结构特点，从而打开了人们认识物质结构的大门。
化学与技术
X射线衍射与晶体结构
1895年，德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen）在研究气体放电时发现了一种新的射线，由于对其本质不明确而称其为X射线。1912年，德国科学家劳厄根据光线通过直径与波长相当的空隙会发生衍射现象这一实验事实，联想到如果X射线的波长相当于晶体中原子之间的距离，那么它通过晶体时也应该发生衍射现象。为了检验自己的想法，他和助手弗里德里希（W.Friedrich）、克尼平（P.Knipping）用X射线照射硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）。结果正如劳厄所料，X射线透过晶体时发生了衍射现象。这—发现不仅说明了X射线是—种波长仅为可见光波长1/1000的电磁波，使人们对X射线的认识迈出了关键的一步，而且还第一次对晶体的空间结构猜想做出了实验验证，使晶体物理学发生了质的飞跃。
化学与技术
英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯·布拉格(W.LBragg)于1913年首次用X射线衍射法测定了氯化钠的晶体结构，开创了利用X射线衍射测定晶体结构的先河。1914年，英国伦敦大学的亨利·布拉格(W.H.Bragg)提出了衍射强度的定义和测量方法，使得人们能够测定晶体中原子的坐标。
利用X射线进行物质结构分析是测定物质中原子空间排布的重要途径，而越来越多的物质微观结构的测定也促进了化学键理论的发展。
3.晶体的分类
为了认识复杂的晶体世界，人们常常从结构简单的晶体入手。如图3-1-5所示，氯化钠、铜、金刚石、冰中存在离子、原子或分子等微粒的周期性重复排列，根据这些晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，将它们分为离子晶体（如氯化钠）、金属晶体（如铜）、共价晶体（如金刚石）和分子晶体（如冰）。
交流 研讨
请结合图3-1-5说明氯化钠、铜、金刚石、冰各由什么微粒构成以及微粒间的相互作用各属于什么类型，并体会构成微粒空间排列的特点。
分类依据 晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用
晶体类型 离子晶体 金属晶体 共价晶体 分子晶体
构成微粒
微粒间作用力
举例
阴、阳离子
离子键
NaCl、BaSO4
等离子化合物
金属阳离子、自由电子
金属键
Al、Fe、Cu等
原子
共价键
SiO2、金刚石、晶体硅等
分子
分子间作用力
（可能存在氢键）
冰、干冰、I2、萘等
4.晶体和非晶体的应用
（1）晶体的特性及应用
①某些晶体可以把机械能转变为电能
②某些晶体热敏性
③半导体晶体
（2）非晶体的特性及应用
①无序性
②无规则外形
③无对称性和各向异性
非晶体材料也常常表现出一些优异的性能。例如，某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的强度和硬度高5~10倍；某些非晶态合金在中性盐溶液或酸性溶液中的耐腐蚀性比不锈钢好得多；非晶态硅对阳光的吸收系数要比单晶硅大得多，单晶硅要0.2 mm厚才能有效地吸收阳光，而非晶态硅只需要0.001mm就足够了。
拓展视野
准晶体
1982 年，以色列科学家谢赫特曼（D.Shechtman）用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金，基于所得到的电子衍射图像推测这种合金中具有正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性，因为事实上不可能用正十边形（或者简化到正五边形）去周期性地完全铺满整个平面。所以他认为这是一种介于晶体和非晶体之间的固体，它具有与晶体相似的原子排列的有序性，但是不具备晶体中原子的周期性重复，因而称为“准晶体”。
拓展视野
准晶体的发现颠覆了人们对晶体的已有认识，谢赫特曼也因此获得2011年诺贝尔化学奖。
自准晶体被发现以来，科学家发现或创造了各个类型的数百种准晶体，并于2009年首次发现了纯天然准晶体。准晶体正在被开发为有用的材料。例如，组成为铝-铜-铁-铬的准晶体，具有低摩擦系数、高硬度、低传热性等优点，常被用作某些器件的镀层。我国的准晶体研究居于世界前列。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
联想 质疑
晶体可以看成是微粒按照一定规律无限堆积而得到的，整个晶体里排列着无数个微粒。那么，如何研究晶体内部微粒的排列规律呢
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基本的重复单元对其加以分析就能知道整个晶体的结构了。这个晶体结构中基本的重复单元称为晶胞(unit cell)，品胞的形状为平行六面体。例如，图3-1-9(a)和(b)分别示意了金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞。
8个顶点各有1个粒子，6个面的面心均有1个粒子
8个顶点各有1个粒子，内部有1个粒子
温馨提示
1.晶胞形状：平行六面体。
2.晶胞特点：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。
3.晶胞的排列方式：无隙并置。
在由分子构成的晶体中，尽管共构成微粒(分子)通常比金属(原子)要复杂，但同样可看作共构成微粒(分子)在空间的周期性重复排列。例如，图3-1-10呈现了苯晶体的一种晶体结构。在这种苯晶体的晶胞中，有两种位置的苯分子(分别标记为B1和B2)，它们在三维空间周期性重复排列，形成整个晶体。
从晶体中选取晶胞的方式有很多种，科学家通常会在保证对称性的前提下，依据晶胞尽量简洁(如所含的原子尽量少、优选棱的夹角为直角)的原则，在晶体中选取晶胞。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。
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。
拓展视野
晶体缺陷及其应用
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。
晶体缺陷会影响晶体的性质。有的晶体材料需要人们克服晶体缺陷，更多的晶体材料则需要人们有计划、有目的地利用或制造晶体缺陷，从而得到性能优异的晶体材料来满足人类的需要。例如，如果向白色硫化锌晶体中掺入大约0.0001%的氯化银（AgCl），Ag+和CI-将分别占据硫化锌晶体中部分Zn2+和S2-的位置，造成晶体缺陷。由于缺陷周围的电子能级与正常位置原子周围的电子能级不同，这种晶体在阴极射线激发下会放出波长为450nm的蓝色荧光，是一种蓝色荧光粉。
晶体
概念：
内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
特征：
对称性、自范性、各向异性。
分类
离子晶体
金属晶体
分子晶体
共价晶体
晶胞
概念：
晶体结构中基本的重复单元
形状：
平行六面体
所含微粒的计算：
切割法
1．(双选)关于晶体的性质叙述中，正确的是( )
A．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点
B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
CD
2.(双选)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．氦是由原子直接构成的分子晶体
C．非晶体无自范性而且排列无序
D．固体SiO2一定是晶体
BC
3.下列叙述中正确的是( )
A.具有规则几何外形的固体一定是晶体
B.具有特定对称性的固体一定是晶体
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体
C
4.下列关于晶体性质的叙述中,不正确的是( )
A.在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭、规则的多面体几何外形
B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C.晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D.晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
B
5.最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型
超导晶体的一个晶胞如图所示,则该晶体的化学式为( )
A.Mg2CNi3 B.MgC2Ni
C.MgCNi2 D.MgCNi3
D
6.硼和镁可形成超导化合物。如图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、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．Mg3B2
C．MgB2 D．Mg2B3
B
第3章 不同聚集状态的物质与性质
第1节 认识晶体
思考：
1.食盐、水晶等物质普遍存在于我们的日常生活和自然界中，它们当中有的具有规则的多面体外形，有的具有艳丽的色泽，那么我们应该怎样从微观结构来认识它们呢？
1.能说出晶体与非晶体的区别。
2.能说出晶体与晶胞的概念,并了解晶体的特征。
3.会用“切割法”确定晶胞中的微粒数目和晶体的化学式。
1.了解晶体的重要特征,简单了解晶体的分类。(宏观辨识与微观探析)
2.了解晶胞的概念,以及晶胞与晶体的关系,会用“切割法”确定晶胞中的粒子数目(或粒子数目比)和晶体的化学式。(证据推理与模型认知)
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
联想 质疑
对于晶体，你一点也不陌生，食盐、冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石等都是晶体。那么，究竟什么样的物质才能称为晶体 晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同 晶体为什么具有明显不同于非晶体的特性
一、晶体的特性
⑴自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
晶体的自范性是晶体粒子在微观空间呈现周期性的有序排列的宏观表象。
(2)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。
(3)各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
例如，石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍。
(4)固定的熔点：晶体有固定的熔点而非晶体没有。
1.晶体的特征
2.晶体与非晶体
X射线衍射实验证明了上述推测。人们把内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质称为晶体(crystal)。与此相对，把内部微粒无周期性重复排列的固体物质称为非晶体(non-crystal)。晶体作为物质的一种非常奇妙的、排列有序的聚集状态，表现出与非晶体不同的性质。也正是由于这种重复性和有序性，使得人们只要认识了晶体中一个重复单元的空间结构，便可以推知整个晶体的结构特点，从而打开了人们认识物质结构的大门。
化学与技术
X射线衍射与晶体结构
1895年，德国物理学家伦琴（W.K.Rontgen）在研究气体放电时发现了一种新的射线，由于对其本质不明确而称其为X射线。1912年，德国科学家劳厄根据光线通过直径与波长相当的空隙会发生衍射现象这一实验事实，联想到如果X射线的波长相当于晶体中原子之间的距离，那么它通过晶体时也应该发生衍射现象。为了检验自己的想法，他和助手弗里德里希（W.Friedrich）、克尼平（P.Knipping）用X射线照射硫酸铜晶体（CuSO4·5H2O）。结果正如劳厄所料，X射线透过晶体时发生了衍射现象。这—发现不仅说明了X射线是—种波长仅为可见光波长1/1000的电磁波，使人们对X射线的认识迈出了关键的一步，而且还第一次对晶体的空间结构猜想做出了实验验证，使晶体物理学发生了质的飞跃。
化学与技术
英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯·布拉格(W.LBragg)于1913年首次用X射线衍射法测定了氯化钠的晶体结构，开创了利用X射线衍射测定晶体结构的先河。1914年，英国伦敦大学的亨利·布拉格(W.H.Bragg)提出了衍射强度的定义和测量方法，使得人们能够测定晶体中原子的坐标。
利用X射线进行物质结构分析是测定物质中原子空间排布的重要途径，而越来越多的物质微观结构的测定也促进了化学键理论的发展。
3.晶体的分类
为了认识复杂的晶体世界，人们常常从结构简单的晶体入手。如图3-1-5所示，氯化钠、铜、金刚石、冰中存在离子、原子或分子等微粒的周期性重复排列，根据这些晶体内部微粒的种类和微粒间相互作用的不同，将它们分为离子晶体（如氯化钠）、金属晶体（如铜）、共价晶体（如金刚石）和分子晶体（如冰）。
交流 研讨
请结合图3-1-5说明氯化钠、铜、金刚石、冰各由什么微粒构成以及微粒间的相互作用各属于什么类型，并体会构成微粒空间排列的特点。
分类依据 晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用
晶体类型 离子晶体 金属晶体 共价晶体 分子晶体
构成微粒
微粒间作用力
举例
阴、阳离子
离子键
NaCl、BaSO4
等离子化合物
金属阳离子、自由电子
金属键
Al、Fe、Cu等
原子
共价键
SiO2、金刚石、晶体硅等
分子
分子间作用力
（可能存在氢键）
冰、干冰、I2、萘等
4.晶体和非晶体的应用
（1）晶体的特性及应用
①某些晶体可以把机械能转变为电能
②某些晶体热敏性
③半导体晶体
（2）非晶体的特性及应用
①无序性
②无规则外形
③无对称性和各向异性
非晶体材料也常常表现出一些优异的性能。例如，某些非晶态合金的强度和硬度比相应晶态合金的强度和硬度高5~10倍；某些非晶态合金在中性盐溶液或酸性溶液中的耐腐蚀性比不锈钢好得多；非晶态硅对阳光的吸收系数要比单晶硅大得多，单晶硅要0.2 mm厚才能有效地吸收阳光，而非晶态硅只需要0.001mm就足够了。
拓展视野
准晶体
1982 年，以色列科学家谢赫特曼（D.Shechtman）用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金，基于所得到的电子衍射图像推测这种合金中具有正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性，因为事实上不可能用正十边形（或者简化到正五边形）去周期性地完全铺满整个平面。所以他认为这是一种介于晶体和非晶体之间的固体，它具有与晶体相似的原子排列的有序性，但是不具备晶体中原子的周期性重复，因而称为“准晶体”。
拓展视野
准晶体的发现颠覆了人们对晶体的已有认识，谢赫特曼也因此获得2011年诺贝尔化学奖。
自准晶体被发现以来，科学家发现或创造了各个类型的数百种准晶体，并于2009年首次发现了纯天然准晶体。准晶体正在被开发为有用的材料。例如，组成为铝-铜-铁-铬的准晶体，具有低摩擦系数、高硬度、低传热性等优点，常被用作某些器件的镀层。我国的准晶体研究居于世界前列。
二、晶体结构的基本重复单元——晶胞
联想 质疑
晶体可以看成是微粒按照一定规律无限堆积而得到的，整个晶体里排列着无数个微粒。那么，如何研究晶体内部微粒的排列规律呢
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基本的重复单元对其加以分析就能知道整个晶体的结构了。这个晶体结构中基本的重复单元称为晶胞(unit cell)，品胞的形状为平行六面体。例如，图3-1-9(a)和(b)分别示意了金属铜和金属镁晶体及其中截取出的晶胞。
8个顶点各有1个粒子，6个面的面心均有1个粒子
8个顶点各有1个粒子，内部有1个粒子
温馨提示
1.晶胞形状：平行六面体。
2.晶胞特点：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。
3.晶胞的排列方式：无隙并置。
在由分子构成的晶体中，尽管共构成微粒(分子)通常比金属(原子)要复杂，但同样可看作共构成微粒(分子)在空间的周期性重复排列。例如，图3-1-10呈现了苯晶体的一种晶体结构。在这种苯晶体的晶胞中，有两种位置的苯分子(分别标记为B1和B2)，它们在三维空间周期性重复排列，形成整个晶体。
从晶体中选取晶胞的方式有很多种，科学家通常会在保证对称性的前提下，依据晶胞尽量简洁(如所含的原子尽量少、优选棱的夹角为直角)的原则，在晶体中选取晶胞。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。
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。
拓展视野
晶体缺陷及其应用
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。
晶体缺陷会影响晶体的性质。有的晶体材料需要人们克服晶体缺陷，更多的晶体材料则需要人们有计划、有目的地利用或制造晶体缺陷，从而得到性能优异的晶体材料来满足人类的需要。例如，如果向白色硫化锌晶体中掺入大约0.0001%的氯化银（AgCl），Ag+和CI-将分别占据硫化锌晶体中部分Zn2+和S2-的位置，造成晶体缺陷。由于缺陷周围的电子能级与正常位置原子周围的电子能级不同，这种晶体在阴极射线激发下会放出波长为450nm的蓝色荧光，是一种蓝色荧光粉。
晶体
概念：
内部微粒在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。
特征：
对称性、自范性、各向异性。
分类
离子晶体
金属晶体
分子晶体
共价晶体
晶胞
概念：
晶体结构中基本的重复单元
形状：
平行六面体
所含微粒的计算：
切割法
1．(双选)关于晶体的性质叙述中，正确的是( )
A．石蜡和玻璃都是非晶体，但它们都有固定的熔点
B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
CD
2.(双选)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．氦是由原子直接构成的分子晶体
C．非晶体无自范性而且排列无序
D．固体SiO2一定是晶体
BC
3.下列叙述中正确的是( )
A.具有规则几何外形的固体一定是晶体
B.具有特定对称性的固体一定是晶体
C.具有各向异性的固体一定是晶体
D.依据构成粒子的堆积方式可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体、共价晶体
C
4.下列关于晶体性质的叙述中,不正确的是( )
A.在适宜条件下,晶体能够自发地呈现封闭、规则的多面体几何外形
B.晶体的各向异性和对称性是矛盾的
C.晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果
D.晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性
B
5.最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。该新型
超导晶体的一个晶胞如图所示,则该晶体的化学式为( )
A.Mg2CNi3 B.MgC2Ni
C.MgCNi2 D.MgCNi3
D
6.硼和镁可形成超导化合物。如图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、下面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱的侧棱上，则该化合物的化学式可表示为( )
A．MgB B．Mg3B2
C．MgB2 D．Mg2B3
B