复习题名师教学视频（文字实录）

晶体结构分析与计算

邯郸市第一中学

吴惠姝

一、教案背景

1、面向学生：高三学生

2、学科：化学

3、课时：1课时

4、学生课前准备：预习完成学案典型例题部分

二、教学课题

根据高考考纲及多年的真题分析，有关晶胞部分题的考查在选修的考查中占有重要的一部分。考纲要求了解晶胞的概念，能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算。

关于晶胞的考查，涉及配位数的判断、晶胞微粒个数、相对位置、化学式的确定（均摊法）、微粒间距及密度计算（单位换算）。各种考查都要求考生对多种晶胞有全面系统的掌握和理解，本节课从基础金属堆积出发演变出其余各种常见分子晶体、离子晶体和原子晶体，使学生系统了解晶胞结构并进行各种相关计算。

三、教学目标

能根据晶胞确定晶体的组成并进行相关的计算

四、重点难点

晶胞中微粒相对位置及间距关系等相关计算

五、教学方法

教法：分组讨论法、模型探究法、多媒体课件教学。

学法：学生预习，合作交流，解读探究。

六、教学设计及过程

问题思考

根据所学晶体结构知识，由数字12，你能联想到什么？（通过此问题的讨论使学生了解只有对晶体晶胞全面系统认识才能解答各种问题）

讨论总结

1. 金刚石中一个碳原子被12个六元环共用；

2. 二氧化硅最小的环为12元环；

3. 立方晶胞有12个棱；

4. 金属面心立方最密堆积和六方最密堆积中配位数为12；

5. 氯化钠晶胞中距离钠离子最近的钠离子是12个；

…

…

高考导向

【2016·全国卷Ⅰ】

(6)晶胞有两个基本要素：

①原子坐标参数，表示晶胞内部各原子的相对位置，如图为Ge单晶的晶胞，其中原子坐标参数A为(0,0,0)；B为(1/2，0，1/2)；C为(1/2，1/2，0)。则D原子的坐标参数为________。

②晶胞参数，描述晶胞的大小和形状，已知Ge单晶的晶胞参数a＝565.76 pm，其密度为－________________g·cm3(列出计算式即可)。

【2015·全国卷Ⅰ】

1

(4)CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于________晶体。

(5) ①在石墨烯晶体中，每个C原子连接______个六元环，每个六元环占有________个C原子。

②在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接________个六元环，六元环中最多有________个C原子在同一平面。

【2013·全国卷Ⅰ】

(3)单质硅存在与金刚石结构类似的晶体，其中原子与原子之间以

相结合，其晶胞中共有8个原子，其中在面心位置贡献

个原子。

(6)在硅酸盐中，SiO44-四面体（如下图（a））通过共用顶角氧离子可形成岛状、链状、层状、骨架网状四大类结构型式。图（b）为一种无限长单链结构的多硅酸根，其中Si原子的杂化形式为

，Si与O的原子数之比为

，化学式为

。

根据高考题明确考查点：

配位数的判断与化学式的确定（均摊法）；

晶胞微粒个数和相对位置（坐标）；

微粒间距及密度计算（单位换算）。

【典型例题】

右图是立方硫化锌的晶胞图，其中白球代表Zn2+，位于顶点和面心；黑球代表S2-。

（1）Zn2+在晶胞中的位置类似于金属晶体四种堆积方式中的

；

（2）该晶体中Zn2+形成的四面体空隙和八面体空隙的个数比为

，其中S2-占据了

面体空隙的

%，

总结四种金属堆积方式，并让学生书写并展示对应晶胞的：

典型代表金属符号、

均摊个数N、

配位数、

简单立方空间利用率、

堆积

边长与半径的关系。

（边长：a；面对角线：b；

体心立方体对角线：c）

堆积

典型晶体

面心立方

金属六方最密堆积

最密堆积

2

简单立方堆积

代表：钋

N:

1 配位数：6

a

=

2r 体心立方堆积

代表：钠、钾、铁等

N:

2

配位数：8

c

=

4r

面心立方最密堆积

代表：铜、银、金等

N：

4 配位数：12

b =

4r 六方最密堆积

代表：锌、钛、镁等

N:

2

配位数：12

a

=

2r

结构变式1：

简单立方——中心加球

①一样的球即为体心立方，

②不一样的球即为CsCl。

CsCl晶胞

配位数：8 c

= 2(rCs++rCl-) 结构变式2：

面心立方最密堆积典型代表①铜、银、金等，

②以范德华力相互吸引的分子晶体(配位数：12)。如：

C60/CH4/CO2/I2等（右图为二氧化碳晶胞）。（注：分子间作用力以氢键为主的分子晶体除外，如：冰、HF、NH3等）

面心立方八面体空隙嵌入型NaCl：

明确八面体空隙位置为4个：

一个体心位置（均摊之后为1）

十二个棱的中心（均摊之后为3）

5

N：4+4

配位数：6 +-

a= 2（rNa+rCl）

八面体空隙

3

面心立方四面体空隙嵌入型ZnS：

明确八面体空隙位置为8个：八个小正方体的体心（均摊之后为8）。

N:4+4

配位数：4

c=4（rZn2++rS2-）

四面体空隙

ZnS晶胞

面心立方四面体空隙嵌入型CaF2：

N :

Ca2+

4

F-

8

Ca2+配位数：8

F-配位数：4

c

= 4（rCa2+ +

rF-）

CaF2晶胞

【巩固练习】

科学研究表明，Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2通过离子键而－组成的复杂离子晶体。O2的重复排列方式如图b所示，该排－列方式中存在着两种类型的由O2围成的空隙，如1、3、6、7－－的O2围成的空隙和3、6、7、8、9、12的O2围成的空隙，前者为正四面体空隙，后者为正八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面－体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2数之比为______,其中有_____%正四面体空隙填有Fe3+，有_______%正八面体空隙没有被填充。

答案：

2：1

12.5

50

“六小晶童”：ZnS-金刚石-晶体硅-SiC-SiO2-普通冰

－金刚石晶胞:

N:

8 配位数：

4

c =

8r

ZnS-

金刚石-晶体硅-SiC晶胞

SiO2晶胞

4

【小组讨论】

普通冰晶胞中每个晶胞平均占有_____个水分子。冰晶胞与金刚石晶胞中粒子的排列方式相同的原因:

关键词：

1、碳和氧均为sp3杂化；

2、氢键与共价键都具有方向性和饱和性。

【举一反三】【2012·全国卷Ⅰ，37题（6）改编】

ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等行业中应用广泛。立方ZnS晶体结构如图所示，

－＋(1)a位置S2与b位置

Zn2之间的距离为d pm，

求晶体密度为－________g·cm3

；

(2)若已知晶胞参数为a pm,则晶胞密度为________g·cm－3 ; －－＋(3)若晶胞密度为ρ

g·cm3

,则a位置S2与b位置

Zn2之间的距离为________pm。

【巩固练习】

最新研究发现，除普通冰外，水能凝结成多种类型的结晶体，右图为冰的一种骨架形式，依此为单位向空间延伸。

1. 该冰中的每个水分子有_________个氢键；

2. 已知O-H…O距离为295pm，列式计算此种冰晶体的密度_________ g/cm3。

(已知2952=8.70×104，2953=2.57×107)

【巩固练习】

CsI晶体结构类型与CsCl相同，相邻的Cs+和

I- 彼此接触，r(Cs+)=174pm,r(I-)=224pm, M(CsI)=260g·mol-1计算晶体密度，列出计算式_________ (单位g·cm-3)。

5

小结及板书设计

典型晶体

金属简

单立方

面心立方

密堆积

金属金属六方

密堆积

金属体心

立方

八面体空隙

嵌入型

NaCl 四面体空隙

嵌入型ZnS/CaF2 CsCl C/Si/ SiC/SiO2 冰

作业：完成学案辅助练习

6