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1、物质结构与性质物质结构与性质第三章第三章晶体晶体结构与性质结构与性质水晶石水晶石雪花晶体雪花晶体食糖晶体食糖晶体明矾晶体明矾晶体单质硫单质硫单质硫单质硫食盐晶体食盐晶体观察观察思考思考u请同学同学们判断下列物判断下列物质是晶体是晶体还是非晶体：是非晶体：思考思考u什么是晶体？什么是非晶体什么是晶体？什么是非晶体？u晶体有什么特点和性晶体有什么特点和性质？u晶体和非晶体的本晶体和非晶体的本质区区别是是什么？什么？ 由原子、分子或离子等微粒在空间按由原子、分子或离子等微粒在空间按一定一定规律、周期性重复排列规律、周期性重复排列所构成的固体物质所构成的固体物质。 1 1、晶体的定义、晶体的定义 非晶
2、态结构示意图非晶态结构示意图晶态结构示意图晶态结构示意图注意：（注意：（注意：（注意：（1 1 1 1）一种物质是否是晶体是由其内部结）一种物质是否是晶体是由其内部结）一种物质是否是晶体是由其内部结）一种物质是否是晶体是由其内部结 构决定的，而非由外观判断；构决定的，而非由外观判断；构决定的，而非由外观判断；构决定的，而非由外观判断； （2 2 2 2）周期性是晶体结构最基本的特征。）周期性是晶体结构最基本的特征。）周期性是晶体结构最基本的特征。）周期性是晶体结构最基本的特征。一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体一、晶体与非晶体1.一般来一般来说 晶体：晶体：天然形成的天然形成的具
3、有具有规则几何外形的固体几何外形的固体非晶体：没有非晶体：没有规则几何外形几何外形的固体的固体2.分分类晶体晶体离子晶体离子晶体 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 金属晶体金属晶体 混合型晶体混合型晶体3、晶体与非晶体的本、晶体与非晶体的本质差异差异u说明：明：晶体自范性的本晶体自范性的本质：是晶体中粒子微：是晶体中粒子微观空空间里里呈呈现周期性的有序排列的宏周期性的有序排列的宏观表象。表象。晶体自范性的条件之一：生晶体自范性的条件之一：生长速率适当。速率适当。自范性自范性自范性自范性微观结构微观结构微观结构微观结构晶体晶体晶体晶体有（能有（能有（能有（能自发自发自发自发呈现多面呈现多面呈现
4、多面呈现多面体外形）体外形）体外形）体外形）原子在三维空间里原子在三维空间里原子在三维空间里原子在三维空间里呈呈呈呈周期性有序周期性有序周期性有序周期性有序排列排列排列排列非晶体非晶体非晶体非晶体没有（不能自发呈现没有（不能自发呈现没有（不能自发呈现没有（不能自发呈现多面体外形）多面体外形）多面体外形）多面体外形）原子排列相对原子排列相对原子排列相对原子排列相对无序无序无序无序天然水晶球里的玛瑙和水晶天然水晶球里的玛瑙和水晶学与问学与问左图为玻璃的左图为玻璃的结构示意图，结构示意图，玻璃是不是晶玻璃是不是晶体？体？4、晶体形成的途径u熔融熔融态物物质凝固。凝固。u气气态物物质冷却不冷却不经液液
5、态直接凝直接凝固（凝固（凝华）。）。u溶溶质从溶液中析出。从溶液中析出。经不同途径得到的晶体经不同途径得到的晶体5、晶体的特性u有有规则的几何外形的几何外形u有固定的熔沸点有固定的熔沸点u各向异性（各向异性（强强度、度、导热性、性、光学性光学性质等）等）u能使能使X-射射线产生衍射生衍射5、晶体的特性、晶体的特性1、晶体的自范性、晶体的自范性 在适当的条件下在适当的条件下, 晶体能晶体能自发自发的长出由晶的长出由晶面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体, 这这种性质就称为晶体的自范性种性质就称为晶体的自范性. 2、晶体的固定熔点性、晶体的固定熔点性 晶体具
6、有固定的熔点晶体具有固定的熔点, , 反映在步冷曲线反映在步冷曲线上出现平台上出现平台, , 而非晶体没有固定的熔点而非晶体没有固定的熔点, , 反映在步冷曲线上不会出现平台反映在步冷曲线上不会出现平台. . 5 5、晶体的特性、晶体的特性3、晶体的均匀性与各向异性、晶体的均匀性与各向异性 晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组成等）在各个方向上是相同的成等）在各个方向上是相同的. . 而另外一些与方向而另外一些与方向有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相同同. .例如：石墨的导电性能，教材例如：石墨的
7、导电性能，教材6161页例子。页例子。5 5、晶体的特性、晶体的特性p62科科学学视野野4、能使、能使X-射射线产生衍射生衍射5 5、晶体的特性、晶体的特性6、晶体和非晶体的判断方法、晶体和非晶体的判断方法1、测定固体定固体有无固定的熔沸点有无固定的熔沸点2、观察固体物理性察固体物理性质是否表是否表现各向异性各向异性3、对固体固体进行行X-射射线衍射衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠是区分晶体和非晶体的最可靠方法。方法。 晶胞知识要点晶胞知识要点u晶胞一般是一个平行六面体，其三边长度晶胞一般是一个平行六面体，其三边长度晶胞一般是一个平行六面体，其三边长度晶胞一般是一个平行六面体，其三边长度a,
8、b,ca,b,ca,b,ca,b,c不一定相等，也不一定垂直。不一定相等，也不一定垂直。不一定相等，也不一定垂直。不一定相等，也不一定垂直。整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置 堆砌而成的。堆砌而成的。划分晶胞要遵循划分晶胞要遵循2 2个原则：一是尽可能反映个原则：一是尽可能反映 晶体内结构的对称性；二是尽可能小。晶体内结构的对称性；二是尽可能小。立方立方 Cubica=b=c, = = =90四方四方 Tetragonala=b c, = = =90正交正交 Rhombica b c, = = =90三方三方 Rhombohedrala=b=c,
9、= =90a=b c, = =90 =120六方六方 Hexagonal a=b c, = =90, =120单斜单斜 Monoclinic a b c = =90, 90三斜三斜 Triclinica b c = = =90并置堆砌并置堆砌整整个个晶晶体体就就是是由由晶晶胞胞周周期期性性的的在在三三维维空空间间并置堆砌而成的。并置堆砌而成的。平行六面体平行六面体无隙并置无隙并置无隙并置无隙并置二、晶胞u定义：晶体中重复出现的最基本定义：晶体中重复出现的最基本的结构单元的结构单元体心立方体心立方简单立方简单立方面心立方面心立方三种典型立方晶体结构u晶胞中原子个数的计算体心：体心：1面心：面心：
10、1/2顶点：点：1/8棱棱边：1/4小结：晶胞对质点的占有率小结：晶胞对质点的占有率位置位置顶点顶点棱边棱边面心面心体心体心贡献贡献1/81/41/21 石墨晶体的层状结构，石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（如图），试回答下列问题： 图中平均每个正六边图中平均每个正六边形占有形占有C原子数为原子数为_个、个、占有的碳碳键数为占有的碳碳键数为_个。个。碳原子数目与碳碳化学键数碳原子数目与碳碳化学键数目之比为目之比为_。练习一：练习一：2：323学与学与问（P66）下图分别平均含几个原子？下图分别平均含几个原子？2288二氧化碳及其晶胞二氧
11、化碳及其晶胞下图分别平均含几个原子？下图分别平均含几个原子？34=12【例【例1】水的状水的状态除了气、液和固除了气、液和固态外，外，还有有玻璃玻璃态。它是由液。它是由液态水急速冷却到水急速冷却到165k时形成形成的，玻璃的，玻璃态的水无固的水无固态形状，不存在晶体形状，不存在晶体结构，构，且密度与普通液且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是水的叙述正确的是 ( ) A.水由液水由液态变为玻璃玻璃态，体，体积缩小小 B.水由液水由液态变为玻璃玻璃态，体，体积膨膨胀 C. 玻璃玻璃态是水的一种特殊状是水的一种特殊状态 D. 玻璃玻璃态水是分子晶体水是分子晶
12、体C【例例2】最近最近发现一种由一种由钛原子和碳原子构成原子和碳原子构成的气的气态团簇分子，如下簇分子，如下图所示，所示，顶角和面心的角和面心的原子是原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是子，它的化学式是 。解析：由于本解析：由于本解析：由于本解析：由于本题团题团簇分子指的是一个簇分子指的是一个簇分子指的是一个簇分子指的是一个分子的具体分子的具体分子的具体分子的具体结结构，并不是晶体中的最构，并不是晶体中的最构，并不是晶体中的最构，并不是晶体中的最小的一个重复小的一个重复小的一个重复小的一个重复单单位，不能采用均位，不能采用均位，不能采用均位，
13、不能采用均摊摊法法法法分析，所以只需数出分析，所以只需数出分析，所以只需数出分析，所以只需数出该结该结构内两种原构内两种原构内两种原构内两种原子的数目就可以了。答案子的数目就可以了。答案子的数目就可以了。答案子的数目就可以了。答案为为：TiTi1414C C13131、钛酸酸钡的的热稳定性好，介定性好，介电常数高，在小常数高，在小型型变压器、器、话筒和筒和扩音器中都有音器中都有应用。用。钛酸酸钡晶体的晶体的结构示意构示意图为下下图，它的化学式是，它的化学式是 （ ） A.BaTi8O12 B.BaTi4O6 C.BaTi2O4 D.BaTiO3D【巩固练习巩固练习】2.某物某物质的晶体中含的晶
14、体中含A、B、C三种元素，其排三种元素，其排列方式如列方式如图所示所示(其中前后两面心上的其中前后两面心上的B原子未原子未能画出能画出)，晶体中，晶体中A、B、C的中原子个数之比的中原子个数之比依次依次为 ( ) A. 1:3:1 B. 2:3:1 C. 2:2:1 D. 1:3:3 A3某离子化合物的晶胞如右某离子化合物的晶胞如右图所示立体所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个个顶点，点，该离子化合物中，阴、阳离子个数比离子化合物中，阴、阳离子个数比是是 （ ） A、18 B
15、、14 C、12 D、11D4.如右如右图石墨晶体石墨晶体结构的每一构的每一层里平均每个最里平均每个最小的正六小的正六边形占有碳原子数目形占有碳原子数目为（ ）A、2 B、3 C、4 D、6A5. 许多物多物质在通常条件下是以晶体的形式存在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可在，而一种晶体又可视作若干相同的基本作若干相同的基本结构构单元构成，元构成，这些基本些基本结构构单元在元在结构化学构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素氧三种元素组成的晶体，其晶胞成的晶体，其晶胞结构如构如图所所示，示，则该物物质的化学式的化学式为 （ ） ACa4Ti
16、O3 BCa4TiO6 CCaTiO3 DCa8TiO120C7. 现有甲、乙、丙现有甲、乙、丙(如下图如下图三种晶体的晶胞：三种晶体的晶胞：(甲中甲中x处于晶胞的中心，乙中处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中处于晶胞的中心心)，可推知：甲晶体中，可推知：甲晶体中x与与y的个数比是的个数比是_，乙中，乙中a与与b的个数比是的个数比是_，丙晶胞中有，丙晶胞中有_个个c离子，有离子，有_个个d离子。离子。4 : 31 : 1448.右右图是超是超导化合物化合物钙钛矿晶体的晶体的晶胞晶胞结构。构。请回答：回答：(1)该化合物的化学式化合物的化学式为 。CaTiO3 9右右图是石英晶体平面示意是石英晶体
17、平面示意图，它，它实际上是上是立体的网状立体的网状结构，构，其中硅、氧原子数之比其中硅、氧原子数之比为 。原硅酸根离子原硅酸根离子SiO44的的结构可表示构可表示为_ 二聚硅酸根离子二聚硅酸根离子Si2O76中，只有硅氧中，只有硅氧键，它，它的的结构可表示构可表示为 。1:2拓展提高拓展提高1996年年诺贝化学化学奖授予授予对发现C70有重大有重大贡献献的三位科学家。的三位科学家。C70分子是形如球状的多面体分子是形如球状的多面体(如如图)，该结构的建立基于以下考构的建立基于以下考虑：C70分子中每个碳原子只跟相分子中每个碳原子只跟相邻的的3个碳原子个碳原子形成化学形成化学键；C70分子只含有五分子只含有五边形和六形和六边形；形；多面体的多面体的顶点数、面数和棱点数、面数和棱边数的关系，数的关系，遵循欧拉定理：遵循欧拉定理：顶点数面数棱点数面数棱边数数2求该分子中五边形和六边形求该分子中五边形和六边形的个数？的个数？解析解析:设C70分子中五分子中五边形数形数为x,六六边形数形数为y.依依题意可得方程意可得方程组:顶点数面数棱边数顶点数面数棱边数2解得解得: 五边形数五边形数 x = 12 六边形数六边形数 y = 25
